强流脉冲碳离子束与AZ31镁合金交互作用机理研究

论文摘要

利用TIA-450型强流脉冲离子束设备（粒子束构成：C+70%＋H+30%），在辐照参数：脉冲电压250kV、束流密度170200A/cm2、能量密度23J/cm2、脉宽80ns下，分别对变形镁合金AZ31的铸态和挤压态靶材进行1,5,10,20,30,50和100次辐照实验。利用SRIM程序模拟C+、H+离子入射AZ31靶材的过程（射程分布、能量分布）和缺陷的形成过程；利用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM），观察分析辐照前后靶材晶粒变化、表面形貌、相结构、微观组织结构演变；利用显微硬度仪、阳极氧化、盐雾腐蚀和摩擦磨损等手段检测辐照前后靶材显微硬度、耐蚀、抗摩擦性能变化。初步探讨了HIPIB与AZ31镁合金靶材的交互作用机理，系统地研究了随辐照次数增加，靶材表面形貌、组织结构及性能的演变过程及规律。通过SRIM程序模拟，同等能量的H+离子射程2.52μm远大于C+离子射程6027A；离子入射靶材的能量沉积主要由C+离子的电子能损造成，靶材内部能量瞬间积聚，亚表层物质喷发可能使靶材表面产生熔坑；靶材中空位缺陷主要由C+离子入射的核能损造成，离子束能量沉积分布引发晶体缺陷（空位、位错、小角度晶界等）的形成、复合与运动，在距表面数百μm处造成显微硬度显著提高及材料强度变化，从而产生“长程硬化”效应。HIPIB辐照次数对靶材形貌影响较大，辐照后的铸态及挤压态靶材分别呈现网状及胞状形貌，随后的多次辐照，靶材形貌呈现周期性变化趋势。金相、TEM观察及物相分析显示：HIPIB辐照后的熔化层和热影响区晶粒组织显著细化，辐照后β-Mg17Al12固溶到基体组织α-Mg晶粒内部；靶材受压应力波产生塑性形变，晶面取向发生变化，出现滑移并发生回复再结晶现象。HIPIB辐照后靶材显微硬度与原始靶材相比提高近3倍，摩损失量减少；动电位极化曲线显示辐照后的腐蚀电流的降低，自腐蚀电位、孔蚀击穿电位的分别提高了140mV和720mV；从盐雾腐蚀表面形貌观察，原始靶材严重腐蚀开裂并产生大块腐蚀产物，被辐照靶材表面腐蚀程度明显减轻，呈现钝化特征，与阳极氧化曲线测量结果基本相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 强流脉冲离子束（HIPIB）技术
• 1.1.1 HIPIB 技术概况
• 1.1.2 HIPIB 技术特性
• 1.1.3 HIPIB 设备及原理
• 1.2 HIPIB 研究进展
• 1.2.1 HIPIB 技术国外研究进展
• 1.2.2 HIPIB 技术国内研究进展
• 1.3 镁合金及其表面改性研究
• 1.3.1 镁合金
• 1.3.2 镁合金表面改性技术
• 1.4 本文研究目的、内容及意义
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究意义
• 本章小结
• 第2章 HIPIB 辐照效应及 SRIM 程序模拟
• 2.1 HIPIB 的 SRIM 程序模拟
• 2.2 离子束与物质的相互作用
• 2.3 HIPIB 在靶材中的能量沉积分布
• 2.4 HIPIB 辐照效应
• 本章小结
• 第3章 HIPIB 实验研究
• 3.1 实验方案
• 3.1.1 HIPIB 辐照工艺
• 3.1.2 实验材料及试样制备
• 3.2 组织、形貌及成分分析表征
• 3.2.1 金相组织分析
• 3.2.2 表面形貌分析
• 3.2.3 物相组成分析
• 3.2.4 微观组织分析
• 3.3 性能检测方法
• 3.3.1 阳极氧化性能
• 3.3.2 盐雾试验
• 3.3.3 显微硬度检测
• 3.3.4 耐磨性检测
• 本章小结
• 第4章 结果分析及表征
• 4.1 金相组织
• 4.1.1 铸态 AZ31 组织
• 4.1.2 挤压态 AZ31 组织
• 4.2 表面形貌
• 4.2.1 铸态 AZ31 表面形貌
• 4.2.2 挤压态 AZ31 表面形貌
• 4.3 物相组成
• 4.3.1 铸态 AZ31 物相分析
• 4.3.2 挤压态 AZ31 物相分析
• 4.4 微观组织（TEM）
• 4.4.1 铸态 AZ31 微观组织分析
• 4.4.2 挤压态 AZ31 微观组织分析
• 4.5 显微硬度检测
• 4.6 耐蚀性检测
• 4.6.1 阳极氧化实验
• 4.6.2 盐雾试验
• 4.7 耐磨性检测
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢