强流脉冲束流辐照轻合金表面形貌及性能研究

摘要

利用SRIM(theStoppingAndRangeOfIonsInMatter)模拟强流脉冲离子束(HIPIB)辐照AZ31镁合金、TA1工业纯钛及TC4钛合金后离子在靶材表面的沉积规律、能量分布及缺陷分布，为研究辐照后靶材表面的形貌及性能提供理论依据，工艺参数为:离子能量250keV，离子组成为70％C++30％H+。结果表明:C+在AZ31、TA1、TC4中的射程分别为0.712μm、0.3968μm和0.3994μm，H+的射程分别为3.24μm、1.57μm和1.58μm;入射离子作用在靶材亚表层，形成大量空位等结构缺陷，这对靶材表面凹坑的形成有着重要作用。
　　利用ABAQUS模拟HIPIB辐照TC4时靶材表面温度变化规律。结果表明:HIPIB辐照后，靶材表面亚表层温度最高，亚表层高温液体烧蚀喷发,作用在相对温度较低的表层金属液，形成表面凹坑形貌。
　　利用TIA-450HIPIB设备辐照铸态及轧制态AZ31镁合金、TA1工业纯铝和TC4钛合金，利用SOLO强流脉冲电子束(HCPEB)设备辐照1060工业纯铝和2A12铝合金。HIPIB辐照工艺参数为:离子加速电压250kV，束流密度170-200A/cm2，束流脉冲宽度80ns，离子组成为70％C++30％H+;HCPEB辐照工艺参数为:加速电压12kV，电流强度140A，脉冲频率1HZ。分别用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度仪等仪器设备检测观察靶材金相组织、表面形貌、物相构成及表面显微硬度。
　　HIPIB结果表明:靶材表面在选择性烧蚀及亚表层喷发作用下形成凹坑，双相结构靶材在相界处发生烧蚀喷发;经过辐照后没有新相产生，在入射离子及冲击波作用下，靶材内部产生压应力;靶材表面发生细晶强化、弥散强化及位错塞积，导致靶材表面显微硬度增加。
　　HCPEB辐照结果表明:1060与2A12表面在选择性烧蚀及烧蚀等离子体反冲动量作用下产生凹坑，2A12表面相界处发生严重烧蚀，形成网状烧蚀带形貌;靶材表面没有新相产生，靶材内部没有应力产生;在靶材表面发生细晶强化，导致靶材表面显微硬度增加。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 强流脉冲束流概论

1．2 强流脉冲束流材料表面改性的发展状况

1．2．1 HIPIB发展状况

1．2．2 HCPEB发展状况

1．3 强流脉冲束流材料表面改性设备及工作原理

1．3．1 HIPIB设备及工作原理简介

1．3．2 HCPEB设备及工作原理简介

第2章 强流脉冲束流轻合金表面改性

2．1 轻合金概述

2．1．1 铝合金及其主要特点

2．1．2 镁合金及其主要特点

2．1．3 钛合金及其主要特点

2．2 强流脉冲束流轻合金表面改性

2．3 本文的研究意义、目的及内容

2．3．1 研究意义

2．3．2 研究目的

2．3．3 研究内容

2．4 本章小结

第3章 强流脉冲束流辐照轻合金的传输行为

3．1 TRIM模拟HIPIB辐照轻合金

3．1．1 离子对靶材的作用

3．1．2 TRIM模拟HIPIB辐照AZ31镁合金

3．1．3 TRIM模拟HIPIB辐照TA1工业纯钛

3．1．4 TRIM模拟HIPIB辐照TC4钛合金

3．2 ABAQUS模拟HIPIB辐照钛合金

3．2．1 ABAQUS简介

3．2．2 数学传热模型

3．2．3 HIPIB传热模型

3．2．4 模型的建立

3．2．5 靶材的选择

3．2．6 模拟计算方法

3．2．7 结果分析

3．3 本章小结

第4章 HIPIB辐照AZ31镁合金

4．1 实验材料及方法

4．2 实验结果及分析

4．2．1 形貌分析

4．2．2 物相分析

4．2．3 硬度分析

4．3 本章小结

第5章 HIPIB辐照TA1工业纯钛及TC4钛合金

5．1 实验材料及方法

5．2 实验结果及分析

5．2．1 形貌分析

5．2．2 物相分析

5．2．3 硬度分析

5．3 本章小结

第6章 HCPEB辐照1060工业纯铝及2A12变形铝合金

6．1 实验材料及方法

6．2 实验结果及分析

6．2．1 形貌分析

6．2．2 物相分析

6．2．3 硬度分析

6．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢