DD3單晶高溫合金強(qiáng)流脈沖電子束表面改性研究.pdf

1、強(qiáng)流脈沖電子束(HCPEB)是一種新型的材料表面改性高密度能量束，可使材料表面獲得優(yōu)異的性能，并日益受到科研工作者的廣泛關(guān)注。強(qiáng)流脈沖電子束作用到材料表面后，高密度的能量流(108～109 W/cm2)會(huì)在瞬時(shí)(幾納秒到幾微秒)注入到材料的表層，使表層材料出現(xiàn)熔化、蒸發(fā)以及快速凝固等效應(yīng)，從而引起材料表面的變形，產(chǎn)生特殊的改性效果，例如提高材料表面硬度、耐熱腐蝕和耐氧化等性能。
　　 本文選取DD3鎳基單晶高溫合金，應(yīng)用強(qiáng)流脈沖

2、電子束對(duì)其表面進(jìn)行轟擊處理(轟擊次數(shù)分別為1次，5次，10次和20次)，進(jìn)行表面改性效果研究。改性處理后試樣的橫截面顯微硬度測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)過轟擊以后的高溫合金近表層幾百微米范圍內(nèi)出現(xiàn)顯微硬度值升高的現(xiàn)象，硬度曲線呈現(xiàn)出特別的分布規(guī)律：表面的硬度值比基體的高(經(jīng)過1次轟擊的除外)，硬度值在距表面50μm左右處達(dá)到最小值(遠(yuǎn)小于基體)，在距離表面100μm處，硬度再次出現(xiàn)一個(gè)峰值，而當(dāng)達(dá)到約350μm處時(shí)接近基體的硬度。經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束5

3、次轟擊后，合金表層顯微硬度值最高。對(duì)經(jīng)過強(qiáng)流脈沖電子束轟擊后的DD3表面進(jìn)行耐熱腐蝕和耐高溫氧化的性能測(cè)試，結(jié)果表明轟擊提高了合金的耐熱腐蝕和耐高溫氧化性能，并隨著轟擊次數(shù)的增加其耐熱腐蝕和耐高溫氧化性能都相應(yīng)增強(qiáng)。為了解強(qiáng)流脈沖電子束轟擊DD3合金后表面熔坑的形成特點(diǎn)，本研究對(duì)合金表層溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明合金初始熔化位置在表面下方0.4μm處，熔化開始時(shí)間為0.2μs，熱影響區(qū)可達(dá)30μm左右。
　　 由于強(qiáng)流脈沖電子束

4、的作用時(shí)間極短，可以把經(jīng)過轟擊后材料的瞬態(tài)保留下來，因而可以通過顯微觀察得到材料表面經(jīng)轟擊后的微觀結(jié)構(gòu)及缺陷在不同階段的形態(tài)。本研究利用金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、X-ray衍射儀、電子背散射衍射(EBSD)儀、正電子湮沒等技術(shù)分析研究了DD3鎳基單晶高溫合金經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束改性后表層顯微組織結(jié)構(gòu)的變化。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)：DD3鎳基單晶高溫合金經(jīng)電子束轟擊處理后試樣表面出現(xiàn)了不同形貌的熔孔，最多的為火山坑(craters)形貌，部分試樣

5、表面還出現(xiàn)波狀起伏和熔滴結(jié)構(gòu)。DD3合金表面經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束轟擊以后，表面成分偏析明顯減少，表層組織更加均勻。經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束轟擊以后，表層熔體由于冷基體的導(dǎo)熱而急速冷卻，可以得到亞微晶和納米晶等非平衡態(tài)組織，且聚集了大量的空位和高密度的位錯(cuò)。
　　 本文通過微觀表征闡釋了經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束轟擊后DD3鎳基單晶高溫合金表面性能提高的原因：由于白層組織的產(chǎn)生，以及合金表層出現(xiàn)的織構(gòu)、大量的孿晶界、亞晶界和超細(xì)晶粒，提高了合金的抗腐蝕