强流脉冲离子束材料表面改性技术

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1、_______________________________________________________________________________www.paper.edu.cn*强流脉冲离子束材料表面改性技术董志宏，徐忠成，苗收谋，雷明凯（大连理工大学材料工程系表面工程研究室，大连，辽宁，116024）摘要：介绍了TEMP型强流脉冲离子束（HIPIB）装置及其工作原理。总结了HIPIB辐照不同金属材料表面硬度、耐磨性和耐蚀性的实验结果。HIPIB的瞬间高能量密度沉积导致金属表面快速加热冷却，产生显著的热—力学效应。辐照表面发

2、生的细晶强化、加工硬化和相变强化，使金属材料在较大的深度范围（约100µm）内硬度提高，耐磨性改善；同时，辐照表面金属成分纯净化和组织结构均匀化，有利于金属材料耐蚀性提高。关键词：强流脉冲离子束（HIPIB）；表面工程；耐磨性；耐蚀性SurfaceModificationofMetallicMaterialsIrradiatedbyHigh-intensityPulsedIonBeamsDongZhihong,XuZhongcheng,MiaoShoumou,LeiMingkai(SurfaceEngineeringLaboratory,

3、DepartmentofMaterialsEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)Abstract：ATEMP-typehigh-intensitypulsedionbeams(HIPIB)apparatusanditsworkingprinciplehavebeenintroduced.Theexperimentalresultsofsurfacehardness,wearresistance,andcorrosionresistancehavebeenre

4、viewedforthedifferentmetallicmaterialsirradiatedbyHIPIB.Theremarkablethermal-mechanicaleffectswereobtainedduetohigh-energydensitydepositionontosurfaceofmetallicmaterial,causedbyrapidheatingandthencooling,duringaveryshortpulseperiod.Thegrain-finestrengthening,work-hardenin

5、gandtransformationstrengtheningontheirradiatedsurfaceledtoincreasingmetalhardnessandimprovingwearresistanceinthedeepdepthrangeofabout100µm.Meanwhile,thepurifyingcompositionand*作者简介：董志宏，男，1978年生，吉林省人，博士研究生，从事离子束材料表面工程研究，已发表论文3篇。联系电话：0411－4706190，E-mail:surfeng@dlut.edu.cn基

6、金项目：国家自然科学基金(50241010)，高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划项目-1-_______________________________________________________________________________中国科技论文在线www.paper.edu.cnunifyingmicrostructureoftheirradiatedsurfaceresultedinimprovedcorrosionresistance.Keywords:high-intensitypulsedionbeams(HIP

7、IB);surfaceengineering;wearresistance;corrosionresistance具有超高温、超高压和强磁场等特性的强流脉冲离子束（HIPIB）辐照各种工程材料，可在瞬间（脉冲宽度小于1µs）实现材料表面（典型的离子射程小于10µm）高能量密度-210-1（1-100J·cm）沉积，导致表面急剧升温（10K·s），发生熔融、蒸发/烧蚀，随后急速9-1冷却（10K·s）形成严重的非平衡结构。HIPIB与材料表面相互作用产生极大的热效应[1]和力学效应，使材料表面的成分、组织及性能发生显著变化。目前，国外HIP

8、IB辐照材[2-4]料表面工程研究主要集中在美、俄、日、德等国，国内北京大学、大连理工大学等单[5-7]位也相继开展了相关的研究工作。综合国内外HIPIB研究的进展情况，比较成熟的工作集中在金