表面多孔材料的強流脈沖電子束快速制備及表征.pdf

1、本文通過“Nadezhda-2”型強流脈沖電子束(HCPEB)設(shè)備對兩種金屬材料（多晶純銅和304L不銹鋼）和一種非金屬材料（單晶硅）進行了輻照處理。利用光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和表面輪廓儀等測試技術(shù)手段對輻照后材料的表面微觀形貌和內(nèi)部微觀組織進行了表征。并利用化學浸泡和顯微硬度計測試了304L不銹鋼處理后的耐腐蝕性和硬度。
　　 對HCPEB輻照多晶純銅表面的溫度場進行了數(shù)值模擬，

2、結(jié)果表明材料近表層的溫度超過了純銅的熔點，次表層先熔化，熱影響區(qū)深度約為40μm，熔化開始時間為0.4μs，升溫速率高達109K/s，冷卻速率為107K/s量級。
　　 3種材料在經(jīng)過HCPEB輻照后，表面均形成了大量的火山狀熔坑和微孔。熔坑的形成是由于樣品在電子束輻照時，次表層首先熔化，隨著能量的累積，內(nèi)部體積膨脹，最終噴發(fā)而出，從而形成火山狀的熔坑。熔坑直徑與輻照時采用的電子束能量有關(guān)，而與輻照次數(shù)無關(guān)，其直徑隨著能量的增加

3、而增大。熔坑密度則與輻照能量和輻照次數(shù)均有關(guān)，其密度隨著輻照次數(shù)的增加，先升高后降低；在多次輻照條件下，其密度隨著輻照能量的增加而降低。因為電子束具有拋光作用，因此在多次輻照下，表面部分熔坑被拋掉，從而使得熔坑的密度降低。
　　 X射線衍射分析表明HCPEB處理后304L不銹鋼樣品的內(nèi)部聚集了大量的宏觀殘余應力，這樣大的殘余應力導致材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的過飽和空位、空位團簇以及大量的位錯、層錯等一維和二維缺陷。在溫度場的作用下，這些

4、空位沿著位錯和晶界等缺陷向表面移動并聚集，最終在材料輻照表面形成微孔結(jié)構(gòu)。通過計算晶體的織構(gòu)系數(shù)，并通過透射電鏡的分析證明了在304L不銹鋼中存在(220)晶面擇優(yōu)取向，并且隨著輻照次數(shù)的增加(220)擇優(yōu)取向減少，(111)面擇優(yōu)取向有所增加。
　　 處理后304L不銹鋼表層的硬度增加，在TEM檢測中發(fā)現(xiàn)處理后樣品的晶粒細化，并且表層位錯增多，這是樣品表面硬度增加的主要原因。同時，不銹鋼的耐腐蝕性也有所改善，凈化作用是解釋其腐