强流脉冲电子束作用下部分铝基互不固溶元素表面合金化及性能研究

摘要

本研究选用“HOPE-Ⅰ”型强流脉冲电子束(HCPEB)设备对预置W和Mo粉末的纯铝材料进行了表面辐照处理，辐照次数分别为15次，25次和35次。利用X-ray衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)等详细分析了辐照前后样品表面的相组成及微观结构变化。利用显微硬度计对原始样和不同HCPEB辐照次数处理后样品表面的显微硬度进行了测试。此外还利用电化学极化曲线和阻抗谱(EIS)分析了辐照前后样品耐腐蚀性能的改变，着重对腐蚀机理做了相应的研究。HCPEB辐照后，XRD衍射分析结果表明W和Mo分别与基体铝发生了反应，生成了相应的化合物。进一步的微观组织结构分析，经HCPEB辐照后表面形成了经典的火山坑形貌，并在随后的辐照过程中消失。TEM及电子衍射结果进一步证实了金属间化合物Al5W、Al4W以及Al5Mo的存在，此外随着HCPEB辐照次数的增加，材料表面会弥散析出大量金属间化合物，这对提高材料表面强度有很大作用。同时，经HCPEB辐照后材料内部出现了大量的微观组织缺陷，包括位错、空位簇等缺陷，这些缺陷不仅为合金化过程中合金元素的扩散提供了大量扩散通道，而且还为腐蚀过程中氧离子的快速通过提供了便利。显微硬度表明，辐照后材料表面硬度均得到提高，具体的提高原因有细晶强化、固溶强化、第二相弥散强化和位错强化等。随着辐照次数的增多，材料表面的微观结构发生变化，这些微结构的改变对材料表面硬度有着重要影响。电化学腐蚀试验表明，适当的HCPEB辐照工艺合金化后能够显著改善纯铝的抗点蚀性能。其主要原因是合金层表面形成了连续而致密的钝化层。此外在局部“弱点”处过饱和固溶体或者是金属间化合物在腐蚀过程中会发生再钝化或自愈合。EIS分析结果表明样品经HCPEB辐照合金化后表面具有良好的电容行为和保护性能，其结果与极化曲线相符合。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 合金化概述

1.3 远离平衡态加工方法

1.4 强流脉冲电子束

1.5 铝及铝合金和合金元素简介

1.6 耐腐蚀性能研究概况

1.7 选题依据与主要研究内容

第二章 实验设备及检测手段

2.1 实验装置系统及参数

2.2 合金粉末预置方式

2.3 样品表征手段

2.4 性能测试

第三章 HCPEB作用下Al-W合金化

3.1 引言

3.2 实验材料及方法

3.3 实验表征结果与分析

3.4合金层性能测试与分析

3.5本章小结

第四章HCPEB作用下Al-Mo合金化

4.1 引言

4.2 实验材料及方法

4.3 实验表征结果与分析

4.4 合金层性能测试与分析

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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