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用电子束表面改性提高TA15钛合金的耐磨耐蚀性能
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-09-23
实验所用材料为TA15钛合金（Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V），样品表面经抛光后，采用强流脉冲电子束进行表面改性，电子束加速电压为27 kV,靶极距离80 mm,脉冲次数为10次，脉冲间隔时间为45 s.
钛合金因其一系列优异性能而获得广泛应用，但是，钛合金摩擦系数高，对粘着磨损和微动磨损非常敏感，耐磨性差，高温高速摩擦易着火，抗高温氧化能力相对较差，这些缺点严重影响了其结构的安全性和可靠性，大大限制了它的应用。因此，提高钛合金的耐磨、抗高温氧化以及耐腐蚀等表面性能是急需解决的问题。除改进合金的成分和制备工艺外，对钛合金进行表面改性是目前最有效的方法。
近年来，电子束表面处理技术快速发展，高能量密度的电子束作用到材料表面时使材料表面具有用常规方法难以达到的物理化学或力学性质，显著提高材料表面的耐磨性、耐蚀性及耐高温氧化性等。中冶东方工程技术公司采用脉冲高流低能电子束对钛合金进行表面处理，取得了良好效果。
实验所用材料为TA15钛合金（Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V），样品表面经抛光后，采用强流脉冲电子束进行表面改性，电子束加速电压为27 kV,靶极距离80 mm,脉冲次数为10次，脉冲间隔时间为45 s.
对所获试样的硬度测试表明，随着深度的增加，硬度值先降低后升高，最后趋于一个定值。这种特殊的振荡式曲线分布可解释为：在脉冲高能量快速辐照下，材料能量吸收层内会萌发热冲击波，遇到界面会反射回来。多次辐照，造成应力波相互之间发生干涉叠加，呈现复杂的应力分布状态，使截面显微硬度出现特殊分布形式。
经过电子束处理后的样品，其磨损体积比原始样品提高了3倍，说明电子束处理后TA15钛合金耐磨性得以提高，其原因可能是以下三个方面：（1）电子束高能量瞬间沉积在材料次表层很小的区域内，使材料快速升温到相变温度或熔化温度以上，然后靠基体导热达到超高速冷却（约109 K/s），使材料表面发生淬火效应，起到固溶强化的作用，因此表面的耐磨性提高；（2）电子束快速凝固过程会使材料表层晶粒细化，从而提高材料的耐磨性；（3）当电子束脉冲作用于材料表面时，温度开始迅速升高，由于材料表层向外的快速热膨胀受到约束而产生向内传播的压缩热应力波。残余应力成压应力分布，对提高耐磨性有益。
腐蚀性能测试表明，电子束表面处理后腐蚀电位由原始样品的-258.3 mV上升到了-107.5 mV,极化电阻由原始样品的0.796 k /cm2增加到了2.424k /cm2,同时自腐蚀电流较原始样品下降明显。这说明样品的耐腐蚀性能明显提高。腐蚀性能改善的主要原因是：
（1）强流脉冲电子束辐照在样品表层所造成的高温可以使材料表层吸附或黏着的杂质发生汽化或脱溶，起到清洁的作用；
（2）材料表面快速熔化，随后又以同样的高速凝固，这一过程抑制了平衡结晶，可得到致密的非平衡组织结构，成分均匀，这也在一定程度上抑制了自腐蚀的发生；
（3）材料表层的快速冷却，使表面晶粒细化，从而导致阴阳极面积比例的变小，使腐蚀速度减小。
近年来，电子束表面处理技术快速发展，高能量密度的电子束作用到材料表面时使材料表面具有用常规方法难以达到的物理化学或力学性质，显著提高材料表面的耐磨性、耐蚀性及耐高温氧化性等。中冶东方工程技术公司采用脉冲高流低能电子束对钛合金进行表面处理，取得了良好效果。
实验所用材料为TA15钛合金（Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V），样品表面经抛光后，采用强流脉冲电子束进行表面改性，电子束加速电压为27 kV,靶极距离80 mm,脉冲次数为10次，脉冲间隔时间为45 s.
对所获试样的硬度测试表明，随着深度的增加，硬度值先降低后升高，最后趋于一个定值。这种特殊的振荡式曲线分布可解释为：在脉冲高能量快速辐照下，材料能量吸收层内会萌发热冲击波，遇到界面会反射回来。多次辐照，造成应力波相互之间发生干涉叠加，呈现复杂的应力分布状态，使截面显微硬度出现特殊分布形式。
经过电子束处理后的样品，其磨损体积比原始样品提高了3倍，说明电子束处理后TA15钛合金耐磨性得以提高，其原因可能是以下三个方面：（1）电子束高能量瞬间沉积在材料次表层很小的区域内，使材料快速升温到相变温度或熔化温度以上，然后靠基体导热达到超高速冷却（约109 K/s），使材料表面发生淬火效应，起到固溶强化的作用，因此表面的耐磨性提高；（2）电子束快速凝固过程会使材料表层晶粒细化，从而提高材料的耐磨性；（3）当电子束脉冲作用于材料表面时，温度开始迅速升高，由于材料表层向外的快速热膨胀受到约束而产生向内传播的压缩热应力波。残余应力成压应力分布，对提高耐磨性有益。
腐蚀性能测试表明，电子束表面处理后腐蚀电位由原始样品的-258.3 mV上升到了-107.5 mV,极化电阻由原始样品的0.796 k /cm2增加到了2.424k /cm2,同时自腐蚀电流较原始样品下降明显。这说明样品的耐腐蚀性能明显提高。腐蚀性能改善的主要原因是：
（1）强流脉冲电子束辐照在样品表层所造成的高温可以使材料表层吸附或黏着的杂质发生汽化或脱溶，起到清洁的作用；
（2）材料表面快速熔化，随后又以同样的高速凝固，这一过程抑制了平衡结晶，可得到致密的非平衡组织结构，成分均匀，这也在一定程度上抑制了自腐蚀的发生；
（3）材料表层的快速冷却，使表面晶粒细化，从而导致阴阳极面积比例的变小，使腐蚀速度减小。