吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 2002-2009.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180429

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强流脉冲电子束作用下TC4钛合金表面Cr合金层制备及性能

关庆丰1(),姚欣雯1,杨洋1,张凌燕2,刘迪1,李晨1,吕鹏1()   

  1. 1. 江苏大学 材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
    2. 南京理工大学 理学院, 南京 210094
  • 收稿日期:2018-05-03 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 通讯作者: 吕鹏 E-mail:guanqf@ujs.edu.cn;lvp@mail.ujs.edu.cn
  • 作者简介:关庆丰(1963-),男,教授,博士生导师. 研究方向:表面改性及微结构. E-mail:guanqf@ujs.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51601071);江苏省博士后基金项目(2018K025B);江苏大学高级人才基金项目(14JDG127);江苏大学青年骨干培训项目.

Preparation and property of Cr alloying layer on TC4 after surface alloying induced by high current pulsed electron beam

Qing-feng GUAN1(),Xin-wen YAO1,Yang YANG1,Ling-yan ZHANG2,Di LIU1,Chen LI1,Peng LYU1()   

  1. 1. School of Materials Science and Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
    2. School of Science, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
  • Received:2018-05-03 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08
  • Contact: Peng LYU E-mail:guanqf@ujs.edu.cn;lvp@mail.ujs.edu.cn

摘要:

利用强流脉冲电子束技术(HCPEB)对TC4钛合金表面进行Cr合金化处理,从而改善了材料的表面性能。采用X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析表层中的相组成和微观结构。试验结果表明:经HCPEB表面合金化后基体表面形成了数微米的Cr合金层,合金层中析出了颗粒细小、均匀分布的Laves相Cr2Ti;同时,TC4钛合金经HCPEB轰击后表层发生了马氏体相变,形成了大量的板条马氏体组织。此外,硬度测试和电化学结果表明:经HCPEB处理后样品的表面显微硬度和耐蚀性能均得到明显提高。

关键词: 材料合成与加工工艺, 强流脉冲电子束, TC4钛合金, Cr合金层, 耐蚀性

Abstract:

To improve the surface properties of the TC4 titanium alloy, Cr alloying layers are formed on the TC4 samples' surfaces using high-current pulsed electron beam (HCPEB). The microstructure and phase analysis of the surface alloying layer were studied by X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The experimental results demonstrate that after HCPEB alloying, Cr alloyed layer about 1.5μm in thickness is formed on the surface. The diffusion of Cr element occurred on the surface of the substrate, the Ti atoms combined with the chromium to form tiny Laves phase Cr2Ti. Martensitic transformation occurred in the irradiated layer and a large number of lath martensite structures were observed in the irradiated surface. Moreover, both the surface microhardness and corrosion resistance of the HCPEB treated samples were obviously improved.

Key words: materials synthesis and processing technology, high current pulsed electron beam, TC4 titanium alloy, Cr-alloyed layer, corrosion resistance

中图分类号: 

  • TG174.445

图1

强流脉冲电子束处理前、后样品的X射线衍射谱"

图2

电子束合金化前、后的表面形貌"

图3

HCPEB表面Cr合金化后的截面SEM形貌"

图4

HCPEB合金化20次样品的TEM图片"

图5

HCPEB合金化30次样品的TEM图片"

图6

强流脉冲电子束处理前、后样品的显微硬度"

图7

合金化样品的极化曲线"

表1

TC4铬合金化样品及原始样品的腐蚀数据 unalloyed TC4 samples"

试样 E corr/V I corr/(μA·cm-2)
未处理 -0.873 2.786
10次辐照 -0.623 0.821
20次辐照 -0.605 0.722
30次辐照 -0.381 0.643

图8

试样电子束合金化处理前、后电化学腐蚀形貌"

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