张锋刚朱小鹏王明阳雷明凯
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00228
利用离子能量为300 keV, 束流密度为300 A/cm2, 功率密度为108 W/cm2, 脉冲宽度为70 ns的强流脉冲离子束(HIPIB)对用于核主泵轴密封的WC-Ni硬质合金材料进行了表面辐照处理, 辐照次数分别为 1, 5, 10次. 利用XRD, SEM和EPMA研究了HIPIB辐照前后WC--Ni硬质合金表层相组成、表面形貌和元素分布的变化, 借助显微硬度计和环--块式磨损仪测试了辐照前后硬质合金表层的性能. 结果表明, HIPIB辐照硬质合金表层发生由六方碳化物WC向fcc碳化物β-WC1-x转变, 转变量随着辐照次数的增加而增加. HIPIB辐照引发硬质合金表层快速重熔和Ni黏结相的择优烧蚀, 形成了许多丘状表面凸起, 且随辐照次数的增加, 丘状凸起的尺寸增大, 当辐照次数增加至10次, 形成了网状“峰--谷”起伏结构的重熔烧蚀表面形貌, 且具有微区光滑致密化特征. 由于HIPIB辐照应力波的显著作用, 辐照后硬质合金表层沿深度方向显著硬化, 10次辐照后硬化层深度可达160 μm, 表面摩擦系数降低38\%, 耐磨性提高近3倍.
关键词:
强流脉冲离子束
,
WC-Ni cemented carbide
,
surface modification
,
wear resistance
李玉海
,
肖福仁
,
王玉辉
,
张罡
,
姚俊
,
刘延文
材料研究学报
doi:10.3321/j.issn:1005-3093.2005.06.009
研究了强流脉冲离子束辐照对M2高速钢(W6M05Cr4V2)表面的微观组织和硬度的影响.结果表明,HIPIB辐照处理使高速钢样品表面强烈加热又快速冷却,产生表面淬火作用,导致碳化物溶解,马氏体溶碳量增大且晶粒细化或晶格畸变度增大,晶间出现残余奥氏体.辐照还使表面产生宏观残余压应力,形成一些弥散分布的火山口状熔坑.随着脉冲次数的增加,在材料表面产生微区光化现象,材料表面化学成分和相组成的差异、杂质分布以及位错密度不均匀性导致的非均匀、非稳定熔化等是产生熔坑的主要原因.辐照使材料表层及以下近200μm范围内的硬度提高,并出现硬度双峰现象,离子束辐照产生的应力波及其在材料中的传播所导致的位错密度增大是硬度提高的原因.
关键词:
金属材料
,
强流脉冲离子束
,
高速钢
,
相组成
,
蚀坑
,
显微硬度
苗收谋
,
雷明凯
金属学报
doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2004.11.019
建立了强流脉冲离子束(HIPIB)辐照金属相变传热的理论模型.基于焓法发展的二维轴对称传热模型,考虑脉冲离子束源项的时间和空间分布,以及材料变热物性的影响,计算了能量密度为0.1-150 J/cm2,脉冲宽度为120 ns的HIPIB辐照金属Ti的温度场.HIPIB辐照金属Ti发生熔化和烧蚀的临界能量密度分别为0.2和0.7 J/cm2.在脉冲辐照时间内,烧蚀深度单调增加,而液相层厚度呈先增加后减小、再增加的趋势.随着能量密度增加,最大烧蚀深度增加,150 J/cm2时可达29.25 μm.最大液相层厚度则先增加后减小,80 J/cm2时最大液相层厚度为0.5 μm.能量密度为70 J/cm2的HIPIB辐照金属Ti实验测定的烧蚀质量7.2 mg与计算值大致相符.
关键词:
强流脉冲离子束
,
金属Ti
,
传热
,
焓法
,
数值分析
张锋刚
,
朱小鹏
,
王明阳
,
雷明凯
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00228
利用离子能量为300 keV,束流密度为300 A/cm2,功率密度为108 W/cm2,脉冲宽度为70 ns的强流脉冲离子束(HIPIB)对用于核主泵轴密封的WC-Ni硬质合金材料进行了表面辐照处理,辐照次数分别为1,5,10次.利用XRD,SEM和EPMA研究了HIPIB辐照前后WC-Ni硬质合金表层相组成、表面形貌和元素分布的变化,借助显微硬度计和环-块式磨损仪测试了辐照前后硬质合金表层的性能.结果表明,HIPIB辐照硬质合金表层发生由六方碳化物WC向fcc碳化物β-WC1-x转变,转变量随着辐照次数的增加而增加.HIPIB辐照引发硬质合金表层快速重熔和Ni黏结相的择优烧蚀,形成了许多丘状表面凸起,且随着辐照次数的增加,丘状凸起的尺寸增大,当辐照次数增加至10次,形成了网状“峰-谷”起伏结构的重熔烧蚀表面形貌,且具有微区光滑致密化特征.由于HIPIB辐照应力波的显著作用,辐照后硬质合金表层沿深度方向显著硬化,10次辐照后硬化层深度可达160 μm,表面摩擦系数降低38％,耐磨性提高近3倍.
关键词:
强流脉冲离子束
,
硬质合金WC-Ni
,
表面改性
,
耐磨性
张锋刚
,
朱小鹏
,
雷明凯
材料热处理学报
利用束流密度50 ～200 A/cm2、脉冲宽度70 ns的强流脉冲离子束(HIPIB)对WC-Ni硬质合金进行表面辐照处理,测试了辐照WC-Ni硬质合金的微观组织和表面硬度,采用环-块式摩擦磨损试验机、SEM和EDS考察了HIPIB辐照WC-Ni硬质合金的摩擦磨损性能及其磨损机理.结果表明,随束流密度增加,WC-Ni硬质合金表面发生重熔与Ni粘结相的选择性烧蚀,表面重熔致密化,表面硬度显著增加,摩擦系数降低、耐磨性提高,200 A/cm2辐照硬质合金表面熔层约1.6 μm,组织明显细化,表面硬度可达14.86 GPa,摩擦系数和磨损率分别降低18％和58％.HIPIB辐照使硬质合金表面磨损机制从原始硬质合金的Ni粘结相优先去除引发WC颗粒剥落去除转变为以均匀微观切削为主的磨粒磨损,这归因于HIPIB辐照WC-Ni硬质合金表面重熔致密化及晶粒细化.
关键词:
强流脉冲离子束
,
WC-Ni硬质合金
,
摩擦系数
,
耐磨性
王旭
,
韩晓光
,
王兰芳
,
祝美丽
,
张俊善
,
雷明凯
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2006.z1.068
利用强流脉冲离子束(HIPIB)对316L不锈钢进行了表面辐照处理.辐照参数为:离子种类包括70%C+和30%H+,离子能量E=300keV,束流密度J=100,200,300A/cm2,辐照次数N=10,脉冲宽度τ=75ns,真空室本底真空度为10-3Pa.采用扫描电子显微镜(SEM)观察辐照前后试样的表面形貌;用X射线衍射(XRD)分析辐照前后试样表面层结构和成分的变化.结果表明,HIPIB辐照使试样表面光滑化,且表面层产生择优取向.研究了HIPIB辐照对316L不锈钢700℃蠕变性能的影响,发现辐照后试样的蠕变行为与束流密度密切相关.当束流密度为100,200A/cm2时,HIPIB辐照延长了原始试样的蠕变寿命;相反,300A/cm2的HIPIB辐照则使其缩短.
关键词:
强流脉冲离子束
,
316L不锈钢
,
蠕变性能
王旭
,
张俊善
,
雷明凯
金属学报
利用离子能量为300 keV、束流密度为200 A/cm2、脉冲宽度为75 ns的混合离子束(70%H++30%C+)组成的强流脉冲离子束(HIPIB)对316L不锈钢进行了表面辐照处理, 辐照次数分别为1, 5, 10次. 采用SEM, XRD, TEM和EPMA分析辐照后试样表面形貌、表面层相组成和微观结构及元素分布的变化. 结果表明, HIPIB辐照使试样表面光滑化, 表面层晶粒细化、产生择优取向, 杂质元素选择性烧蚀, 电化学腐蚀性能明显提高. 由于HIPIB辐照引起的大应力和冲击波的影响, 辐照后在深度达100μm表层内显微硬度提高, 表面摩擦系数降低, 表面抗磨损性能显著改善.随着辐照次数的增加, 316L疲劳极限和蠕变断裂寿命延长, 稳态蠕变速率降低.
关键词:
强流脉冲离子束
,
316L stainless steel
,
surface modification
杨明海
,
张罡
,
姚俊
,
杨曦
材料导报
强流脉冲离子束在离子能量密度达到5J/cm2的条件下,辐照靶材表面形成二次烧蚀等离子体,可以在基材表面沉积与靶材化学成分一致性良好的膜层.评述了近年强流脉冲离子束沉积功能膜的研究进展,为进一步进行膜层沉积机理和工艺研究提供理论依据.
关键词:
强流脉冲离子束
,
碳离子加速器
,
沉积膜层
苗收谋
,
雷明凯
金属学报
建立了强流脉冲离子束(HIPIB)辐照金属相变传热的理论模型. 基于焓法发展的二维轴对称传热模型, 考虑脉冲离子束源项的时间和空间分布, 以及材料变热物性的影响,计算了能量密度为0.1---150 J/cm2, 脉冲宽度为120 ns的HIPIB辐照金属Ti的温度场. HIPIB辐照金属Ti发生熔化和烧蚀的临界能量密度分别为0.2和0.7 J/cm2$. 在脉冲辐照时间内, 烧蚀深度单调增加,而液相层厚度呈先增加后减小、再增加的趋势. 随着能量密度增加,最大烧蚀深度增加, 150 J/cm2时可达29.25 um. 最大液相层厚度则先增加后减小, 80 J/cm2时最大液相层厚度为0.5 um. 能量密度为70 J/cm2的HIPIB辐照金属Ti实验测定的烧蚀质量7.2 mg与计算值大致相符.
关键词:
强流脉冲离子束
,
null
,
null
梅显秀
,
马腾才
金属学报
利用强流脉冲离子束（HIPIB）技术对W6Mo5Cr4V2 高速钢进行表面辐照处理。HIPIB主要由Cn(70%)和H+ （30%）组成，束流密度为160A/cm2， 加速电压为250kV，脉冲宽度为80-100 ns，能流密度为3—4 J/cm2， 脉冲次数分别为1，3和5次。利用XRD，SEM和EPMA研究了HIPIB 辐照处理前后该高速钢表面层结构和成分的变化，结果表明，HIPIB 辐照处理使该高速钢表面层发生由马氏体α’-Fe向奥氏体γ-Fe 转变，其表面产生许多火山口熔坑，熔坑中心处富含离子束元素成分，熔坑的形成可以用“雨滴”模型进行解释。由于HIPIB 辐照压缩波的影响，处理后在深度达200μm左右的范围内该高速钢的显微硬度提高，表面层耐磨性能提高近2倍，而且耐腐蚀性能也有所提高.
关键词:
强流脉冲离子束
,
null
,
null
