強(qiáng)流脈沖電子束處理對銅及其合金表面微觀組織及性能影響研究.pdf

1、強(qiáng)流脈沖電子束是近年來得到迅速發(fā)展的一種新型表面改性技術(shù)，通過電子束與材料表面相互作用所導(dǎo)致的超快速加熱和冷卻過程使材料表面發(fā)生遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非平衡凝固，達(dá)到常規(guī)表面處理方法所無法實(shí)現(xiàn)的特殊改性效果，從而可能改變材料表層的物理化學(xué)和機(jī)械性能。本實(shí)驗(yàn)采用“MMLAB-HOPE-I”型強(qiáng)流脈沖電子束裝置對退火T2紫銅和鑄造HPb59-1鉛黃銅進(jìn)行表面改性研究，利用掃描電鏡、X射線衍射儀、EBSD對處理樣品表面進(jìn)行顯微形貌和結(jié)構(gòu)組織進(jìn)行分析，并

2、對電子束處理前后試樣的顯微硬度、導(dǎo)電性、純銅的高溫抗氧化性和合金的耐腐蝕性能進(jìn)行檢測研究，結(jié)果表明:
　　退火銅:在強(qiáng)流脈沖電子束處理之后，純銅表面出現(xiàn)典型的“熔坑”形貌，熔坑隨著脈沖次數(shù)的增加不斷減少，且在處理表面分布著尺寸約在100nm左右的微孔洞。截面分析結(jié)果表明，隨著脈沖次數(shù)的不斷增加，重熔層變厚。XRD的結(jié)果指出，改性后純銅衍射峰寬化并向高角度偏移，Cu(111)(200)(220)晶面的晶面間距值d減少，Cu晶格常數(shù)也

3、減小，晶格發(fā)生畸變，25次脈沖處理后，Cu晶粒生長形成了(111)晶面的擇優(yōu)取向。EBSD結(jié)果也指出，強(qiáng)流脈沖電子束處理后，純銅表面晶粒取向發(fā)生了變化，晶粒在一定程度上得到了細(xì)化，同時(shí)，處理后的樣品小角度晶界增多，也說明強(qiáng)流脈沖電子束處理導(dǎo)致純銅表面晶粒細(xì)化，同時(shí)位錯密度增加。強(qiáng)流脈沖電子束處理對純銅表面性能的影響:1）改性后純銅表面硬度整體得到提高，隨著脈沖次數(shù)的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，表面硬度由處理前的21.5HV增加到15次

4、處理后的34.2HV，隨后25次脈沖處理后又降低28.7HV，截面硬度顯示在距表面200μm范圍內(nèi)均出現(xiàn)顯微硬度升高的現(xiàn)象，硬度變化呈現(xiàn)出一種特殊的波動狀態(tài);2）強(qiáng)流脈沖電子束處理之后，純銅的抗氧化性能得到增強(qiáng)，結(jié)果顯示，改性后的樣品抗氧化性與脈沖次數(shù)關(guān)系不明顯;3)強(qiáng)流脈沖電子束處理前后純銅的導(dǎo)電性能基本上維持在101％IACS，導(dǎo)電性能未發(fā)生明顯變化。
　　HPb59-1銅合金:在強(qiáng)流脈沖電子束處理之后，合金表面呈現(xiàn)出波紋狀起

5、伏的特征形貌，處理后合金中Pb元素分別以堆垛的塊體狀形式和小顆粒形式存在于合金表面。在表面重熔層中出現(xiàn)納米組織，包括Pb晶粒和兩相（α相和β相）組織，尺寸都在100nm以內(nèi)，分布于整個表層中，強(qiáng)流脈沖電子束快速的能量沉積使得材料表層驟熱極冷過程是誘發(fā)表面納米組織的主要原因。電子束處理使合金表面形成幾微米厚度的重熔層，組織細(xì)化且成分均勻，重熔層下方為熱影響區(qū)和基體，隨著脈沖次數(shù)從5次增加至25次，銅合金表面重熔層的厚度從3.6μm增加到5

6、.5μm。XRD分析結(jié)果顯示，經(jīng)過電子束處理后的合金表面有新相生成，為無序態(tài)的β相，且處理后各相（Pb相、α相和β'相）衍射峰寬化，通過計(jì)算，表面殘余應(yīng)力可達(dá)1.33～2.34GPa，強(qiáng)流脈沖電子束處理使得各相的擇優(yōu)取向發(fā)生了變化。強(qiáng)流脈沖電子束處理對合金表面性能的影響:1）處理后合金表面硬度相比于原始合金中的α相得到了較大的提高，但略微低于合金中的β'相的硬度;2）強(qiáng)流脈沖電子束處理前后HPb59-1銅合金表面腐蝕電位向正方向移動，自