鎂合金強流脈沖電子束表面改性研究.pdf

1、鎂合金是一種能夠滿足輕量化要求、極具發(fā)展?jié)撃艿摹熬G色工程材料”,而較差的表面性能極大限制了其在工程中的應(yīng)用范圍。本課題嘗試采用強流脈沖電子束對鎂合金表面進(jìn)行改性處理,考察處理后的鎂合金試樣表面形貌及性能。
　　建立了脈沖電子束流改性過程的動態(tài)溫度場數(shù)學(xué)物理模型,利用有限元軟件模擬分析了脈沖電子束流輻照純鎂過程的溫度場演化,得出了純鎂在能量為25KeV的單次脈沖電子束流的轟擊下,材料表層約有13μm被熔化,表面能達(dá)到的最高溫度約為1

2、130℃,脈沖電子束流對純鎂材料的加熱速率及冷卻速率分別為109℃/s和106℃/s,產(chǎn)生的熱影響區(qū)范圍在43μm左右。而后采用能量為25KeV的脈沖電子束流對純鎂及鎂合金材料進(jìn)行了脈沖次數(shù)分別為10、15和20次的輻照實驗。經(jīng)過脈沖電子束流的轟擊后,純鎂和AZ31鎂合金表面都形成了典型的“熔坑”形貌,且隨著脈沖次數(shù)的增加,表面熔坑的數(shù)目逐漸增多,宏觀表現(xiàn)為團(tuán)球狀向長條胞狀的演化。結(jié)合模擬實驗分析可知,熔坑的形成是由于照射過程中,次表層

3、材料溫度超過材料沸點,發(fā)生汽化、沸騰,進(jìn)而氣泡由次表層噴發(fā)造成“火山噴發(fā)狀熔坑”。觀察輻照后的試樣截面形貌,可以看到明顯的重熔層,約為15μm,這與模擬的結(jié)果基本一致,而脈沖次數(shù)的增加對重熔層的深度無影響,重熔層與基材交界處有晶粒細(xì)化現(xiàn)象。XRD分析可知,照射后材料表面存在殘余應(yīng)力,應(yīng)力值超過了材料的屈服強度,為壓應(yīng)力,隨著脈沖次數(shù)的增加應(yīng)力值有一定提高。照射后,表面硬度純鎂提高了70％,AZ31鎂合金提高了20%;磨損體積減小;自腐蝕