強(qiáng)流脈沖離子束輻照金屬表面熱效應(yīng)模擬及實驗研究.pdf

1、隨著強(qiáng)流脈沖離子束(HIPIB：High Intensity Pulsed Ion Beams)在表面改性方面逐漸體現(xiàn)出的顯著優(yōu)勢，國內(nèi)外的表面工程學(xué)者越來越對其表現(xiàn)出濃厚的興趣和研究熱忱。 本文以Fourier瞬態(tài)傳熱方程為基礎(chǔ)，確定了HIPIB熱效應(yīng)的基本傳熱方程，并用ABAQUS有限元軟件，對靶材GH3536進(jìn)行不同能量參數(shù)的HIPIB輻照熱效應(yīng)的模擬計算。通過模擬比較，建立了以單元死活表征汽化材料的體加載方式模擬HIPI

2、B的表面?zhèn)鳠嵝螢椤?研究表明：在輻照過程中，束流密度是影響靶材表層材料升溫速率的主要因素，脈沖電壓的變化對靶材表面升溫速率的影響作用并不明顯；HIPIB能量較高時，靶材表層和內(nèi)部材料幾乎同時發(fā)生汽化，形成氣態(tài)原子爆破式噴發(fā)，在靶材表面形成蝕坑；脈沖電壓的增大對靶材在液相狀態(tài)的冷卻速率起阻礙作用，并且可以延長靶材的凝固時間，而束流密度對冷卻速率的影響作用相對較弱；束流密度的增大可以使靶材表層在輻照方向得到較高的溫度梯度，而脈沖電壓

3、的提高則使靶材的溫度梯度有所降低，并且顯著增大液-固轉(zhuǎn)化區(qū)域。 實驗表明，在HIPIB輻照后，靶材表面出現(xiàn)致密的蜂窩狀重熔形貌。靶材表面白色粒狀析出相為高溫合金的主要強(qiáng)化相γ′。該現(xiàn)象以及其過程的演變與模擬結(jié)果相吻合。靶材表面局部有蝕坑，研究推斷靶材表層蝕坑的形成原因主要有以下四點(diǎn)： (1)固相原子濺射； (2)液態(tài)靶材飛濺； (3)束流的不均勻造成的局部汽化； (4)靶材氣態(tài)原子爆破式噴發(fā)。