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鈦合金電子束表面處理改性技術

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-11-9 12:59:23
鈦合金本身具有優秀的耐蝕性,在航空航天、生物工程、能源化工等領域顯示出其比強度、耐蝕性等優勢。通常鈦合金不進行進一步提髙其耐蝕性表面處理,但是鈦材摩擦系數高,對粘著磨損和微動磨損十分敏感,耐磨性差,高溫高速沖突易著火,抗高溫氧化性能相對較差,這些缺點嚴重影響了其構造的安全性和穩定性。我國TC4鈦合金的研制與應用始于20世紀60年代。目前,對TC4鈦合金的研究正向著高性能、低成本化方向發展,但在追求某一性能指標的同時,還需與其它性能相匹配,以確保得到優異的綜合性能。在航空航天工業,一直追求零件的長疲勞使用壽命,這要求強度、塑性、韌性等的良好匹配性,而晶粒細化就是改善鈦合金使用性能的一種重要途徑。
 
這些年,電子束表面處理技術快速開展,高能量密度的電子束效果到材料表面時使材料表面具有用常規辦法難以到達的物理化學或力學性能,顯著進步材料表面的耐磨性、耐蝕性及耐高溫氧化性等。www.yukain.com.cn公司選用脈沖高流低能電子束對鈦合金進行表面處理,取得了杰出效果。試驗所用材料為TA15鈦合金(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V),樣品表面經拋光后,選用強流脈沖電子束進行表面改性,電子束加快電壓為28kV,靶極距離81mm,脈沖次數為15次,脈沖間隔時刻為45s。對所獲試樣的硬度測驗標明,隨著深度的添加,硬度值先降低后添加,最終趨于一個定值。這種特別的振動式曲線散布可解釋為:在脈沖高能量疾速輻照下,材料能量吸收層內會萌發熱沖擊波,遇到界面會反射回來。屢次輻照,形成應力波相互之間發作干與疊加,呈現復雜的應力散布狀況,使截面顯微硬度呈現特別散布方式。通過電子束處理后的樣品,其磨損體積比初始樣品進步了3倍,闡明電子束處理后TA15鈦合金耐磨性得到了改進,其緣由可能是以下三個方面:(1)電子束高能量剎那間沉積在材料次表層很小的區域內,使材料疾速升溫到相變溫度或熔化溫度以上,然后靠基體導熱到達超高速冷卻(約109 K/s),使材料表面發作淬火效應,起到固溶強化的效果,因而表面的耐磨性進步;(2)電子束疾速凝結進程會使材料表層晶粒細化,然后進步材料的耐磨性;(3)當電子束脈沖效果于材料表面時,溫度開端迅速添加,因為鈦材表層向外的疾速熱膨脹遭到束縛而發作向內傳達的緊縮熱應力波。剩余應力成壓應力散布,對進步耐磨性有利。腐蝕性能測驗標明,電子束表面處理后腐蝕電位由初始樣品的-258mV上升到了-108mV,極化電阻由初始樣品的0.8k/cm2添加到了2.5k/cm2,一起自腐蝕電流較初始樣品降低顯著。這闡明樣品的耐腐蝕性能顯著進步。腐蝕性能改進的首要緣由是: (1)強流脈沖電子束輻照在樣品表層所形成的高溫可以使材料表層吸附或黏著的雜質發作汽化或脫溶,起到清洗的效果;(2)材料表層的疾速冷卻,使表面晶粒細化,然后致使陰陽極面積份額的變小,使腐蝕速度減小。(3)材料表面疾速熔化,隨后又以同樣的高速凝結,這一進程按捺了平衡結晶,可得到細密的非平衡安排構造,成分均勻,這也在必定程度上按捺了自腐蝕的發作。
 
低能強流脈沖電子束(LEHCPEB)是近年來出現的一種新的表面改性技術。在脈沖電子束轟擊材料的瞬時過程中,較高的能量(108~109W/cm2)在非常短的時間內(幾納秒到幾微秒)作用在材料的表層,造成材料表面極為快速的加熱和冷卻,甚至使材料表層熔化、蒸發并快速凝固,在此過程中誘發的應力場能夠引起材料表面快速而強烈的變形,從而造成特殊的改性效果。a.脈沖電子束改性TC4鈦合金試樣可分為熔化相變層、熱影響層和基體三個區域;b.脈沖電子束改性后試樣表面層的晶粒發生細化,提高了材料表層的硬度;c.脈沖電子束改性處理使試樣產生點陣畸變;d.熔化相變層中的晶粒細化機制是脈沖電子束改性時隨著溫度的快速升高,表面層發生熔化后的重新結晶以及α相在β相中的析出。疲勞裂紋常常在表面萌生,采用晶粒細化來提高疲勞抗力是近年來的關注焦點。雖然采用傳統的噴丸、滾壓和擠壓等強化方法可以使表層組織結構發生變化,但將產生加工硬化使塑性降低,因此需要研究新的表面強化改性工藝方法以改善材料的疲勞使用性能。
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