强流脉冲电子束作用下Cu-C粉末冶金材料的表面合金化及性能研究

摘要

本文选用“Nadezhda-2”型强流脉冲电子束（HCPEB）设备对粉末冶金制备的Cu-6％C（质量分数）复合材料进行表面辐照处理，辐照次数分别为1次，5次，20次和40次。利用X-ray衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、三维激光扫描显微镜（LSM）、透射电子显微镜（TEM）以及拉曼（Raman）光谱详细分析了辐照前后样品表面的相组成及微观结构变化，并对HCPEB辐照处理前后样品表面的显微硬度以及摩擦磨损性能进行了测试。
　　HCPEB辐照后，Cu-C间发生了固溶，部分C原子与Cu原子形成了间隙固溶体，利用不同辐照次数下Cu（111）衍射峰的晶格常数变化粗略计算出C在Cu中的固溶度，结果表明HCPEB辐照可显著改善C在Cu中的固溶度，20次辐照时固溶度最大，可达2.24%。此外，HCPEB辐照使得复合材料表面形成了高密度的Cu、C纳米晶粒，并在基体Cu中诱发了高密度的空位及空位簇、位错等晶体缺陷，为C原子的扩散提供了大量的扩散通道，促进了Cu-C之间的互溶。另外，拉曼光谱分析结果表明，在HCPEB辐照过程中部分的C发生了非晶化。
　　HCPEB辐照处理后，材料表面的硬度得到了改善，20次辐照处理时，固溶度最大，硬度达到最大值。摩擦表面轮廓图分析结果表明，20次辐照处理表面耐磨损性能最好。利用三维激光扫描图对不同辐照次数下的表面进行对比分析后发现，在低次辐照（1次，5次），C在Cu中的固溶度较小时，表面形成的大量弥散分布的熔坑会导致表面粗糙度增大，在磨损过程中会容易出现剥落现象，磨损性能较差；辐照次数超过20次后，C在Cu中的固溶度增大，硬度提高，同时熔坑密度降低，表面粗糙度显著改善，摩擦磨损性能得到显著提高。摩擦表面的SEM观察显示，在1次辐照后以磨粒磨损为主，在多次辐照后，极小尺寸的C颗粒在金属基体中更为均匀的弥散分布，甚至先前过饱和固溶的C原子在摩擦磨损过程中也有可能析出形成颗粒尺寸更小的C颗粒，因此磨擦磨损过程中表面更容易形成致密而连续的摩擦保护层，使得HCPEB辐照样品摩擦磨损性能得以改善。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 Cu/C复合材料简介

1.3 表面合金化工艺

1.4 强流脉冲电子束（HCPEB）

1.5 选题依据及研究内容

第二章 研究方法及样品表征手段

2.1实验装置系统

2.2样品表征手段

2.3 性能测试

第三章 HCPEB作用下Cu/C粉末冶金材料的表面合金化

3.1 引言

3.2 实验材料及测试方法

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 HCPEB处理后Cu/C粉末冶金材料的摩擦磨损性能

4.1 引言

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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