45号钢脉冲电子束熔凝处理及微结构研究

利用多极板赝火花放电装置产生的高功率脉冲电子束对45号钢进行轰击,通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)的观察,研究了电子束在金属表面和纵向深度上引起的组织结构的变化。结果表明轰击区表面瞬态骤熔急冷,形成了微晶或无序层;剖面组织区域分为熔凝区,马氏体区,热影响区和基体。熔凝区在极高的温度梯度下,具有自淬火效应。马氏体区和热影响区在多脉冲的作用下,相当于经历了多次退火和回火过程,材料组织明显细化。轰击后样品表面的显微硬度与耐腐蚀性测试结果表明,显微组织的细化,改善了金属材料表面的物化性能。采用适当的脉冲数对金属材料表面改性作用效果明显。     

高能束表面改性技术在航空领域的应用

高能束表面改性适用于各种金属和合金,能够显著提升材料表面硬度、耐磨、耐蚀等性能指标,是航空部件实现性能提升的有效手段之一。本文总结了6种高能束表面改性技术的基本原理、设备构成和改性应用,其中激光相变硬化通过马氏体相变强化金属材料表面;激光熔覆通过选择不同粉末实现表面修复和表面性能提升,重点在于控制裂纹缺陷;激光冲击强化可有效解决航空发动机部件高周疲劳断裂问题;强流脉冲电子束和强流脉冲离子束一方面需要提高设备的性能和运行稳定性,另一方面要针对航空部件应用开展深入研究;而离子束辅助沉积则可以通过制备固体润滑涂层实现对微动磨损的有效防护。最后,提出对高能束表面改性机理深入研究、发展专业化智能化装备和实现多种束源复合与集成的发展方向。     

强流脉冲电子束作用下多弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层改性机理及循环氧化行为研究

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对NiCoCrAlYSiHf涂层进行辐照处理,对改性前后涂层表面状态(粗糙度、宏观形貌)和微观结构(相组成、晶体缺陷和活性元素分布)进行表征,并对改性前后涂层1100℃循环氧化性能进行研究。微观表征结果表明,脉冲电子束改性后原始涂层制备缺陷消失,涂层表面平整致密,并形成丰富的变形结构及均匀分布的活性元素析出相;循环氧化结果表明,改性态涂层在循环过程中热生长氧化物(TGO)具有更优异的化学稳定性,脉冲电子束改性技术能够显著延缓TGO开裂剥落现象,提高涂层抗热循环性能。     

碳纤维复合材料界面性能研究

针对碳纤维复合材料中普遍存在的界面问题，首先研究了碳纤维表面改性对其复合材料界面性能的影响。采用电化学方法和γ射线辐照技术对碳纤维进行表面改性处理，通过处理前后纤维性质及其复合材料界面性能的分析，阐明了纤维表面改性对复合材料界面性能影响规律。同时，研究了电子束固化技术中存在的弱界面问题，通过对电子束固化机理的研究发现增强体表面化学成分对固化过程影响较大，合理的偶联剂选择可以使电子束固化复合材料界面粘合性能得到提高。此外，研究了碳纤维超声连续处理，通过对树脂基体和碳纤维表面性质的分析，说明超声处理可有效地改善复合材料界面性能。     

小束斑电子束脉冲轰击偏压电源的研制

为了获得一种性价比较高的电子束表面处理技术,采用定频调压电路,研制出一种新型偏压脉冲电源。这种电源由偏压主电路拓扑、偏压变压器和偏压整流滤波电路组成,其中偏压主电路由偏压基值发生电路和偏压脉冲发生电路组成。偏压基值发生电路控制偏压脉冲基值,偏压脉冲发生电路控制偏压脉冲频率和占空比。脉冲偏压电源的脉冲基值、脉冲频率、占空比均连续可调,相应实现脉冲束流的幅值、束流频率和占空比的调节。检测分析了脉冲偏压电源的输出电压波形,带载时的输出束流波形,并观察分析了电子束轰击后钨合金组织变化规律。结果表明所研制的脉冲偏压电源输出电压稳定、可调性好,能满足小束斑脉冲电子束轰击工艺的要求。     

表面处理工艺对复合材料与金属连接性能的影响

针对电子束毛化表面处理与传统的阳极化、喷砂表面处理工艺进行了对比试验,分析了经这3种工艺处理的金属与复合材料连接件的拉伸试验结果,得出的结论是经电子束毛化表面处理的金属与复合材料连接件的拉伸性能有很大提高.     

高能束流加工技术在航空领域的应用进展

以激光/电子束为代表的高能束流加工是航空装备研制中不可或缺的技术,也是当今先进制造技术发展的前沿领域。本文分别介绍了高能束流加工技术在航空结构的焊接、增材制造、表面改性中的应用：激光/电子束焊接实现了飞行器大尺寸机身结构与航空发动机结构的整体化。激光/电子束增材制造实现了复杂结构的轻量化与快速成形,并广泛应用于发动机叶片修复。在表面改性方面,激光冲击强化大幅改善了航空结构的疲劳性能;超快激光可用于涡轮叶片气膜孔的高精度制备以及表面微纳功能结构的制备;电子束加工出的表面尖峰大幅提升了金属-复材接头的强度。最后,从新材料、新结构、加工过程质量监控这3个方向对高能束流加工技术的发展趋势进行了展望。     

高速冲击表面处理对金属材料表面完整性的影响

喷丸、激光冲击和表面机械研磨等高速冲击表面处理技术可有效提高金属材料的抗疲劳性能、耐应力腐蚀性能和耐磨损性能等,已广泛应用于国内外航空航天、汽车、船舶以及核工业等领域。本文对喷丸、激光冲击和表面机械研磨的基本原理和工艺特点进行介绍,综述了相关高速冲击表面改性技术对铝锂合金、高温合金、钛合金和高强度钢等先进材料表面粗糙度、表层残余应力、显微硬度以及表层微观组织等表面完整性参数的影响规律,最后对高速冲击表面处理技术在国内的研究与发展进行了展望。     

衬底温度可控强脉冲电子束烧蚀沉积LiNbO3薄膜工艺研究

介绍了在不同衬底温度下,用强脉冲电子束在单晶硅(110)衬底上沉积LiNbO3薄膜的工艺过程,以及用脉冲电子束进行薄膜晶化处理的试验结果.使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)等方法,对薄膜的成份、晶体结构及表面形貌进行分析测试.采用表面轮廓仪测定LN薄膜的膜厚分布均匀性等.     

电子束熔覆改性技术扫描波形设计

根据电子束扫描特性,设计电子束熔覆改性试验所用波形,利用该波形进行钛合金表面熔凝和硅化物涂层重熔试验,研究了扫描波形对电子束单道熔覆能量输入均匀性的影响。结果表明,电子束熔覆过程中熔池表面温度场均匀性是扫描波形、电子束束斑品质、扫描频率和工艺参数综合影响的结果,所设计波形可用于电子束熔覆表面改性技术,改性层厚度均匀一致,扫描波形是影响电子束熔覆过程中熔池表面温度场均匀性的关键因素。