● 摘要
本文通过在具有较大非晶形成能力的Zr基、Fe基、Ti基晶态母合金表面进行放电处理,实现合金表面非晶化,系统研究了放电处理合金表面非晶化过程、放电工艺参数对合金表面非晶化极其表面性能的影响。通过对这一领域的研究,深入分析了非晶形成能力对放电处理合金表面非晶化的影响;放电处理后合金从表面到基体形成的梯度结构进行了观察分析;详细分析了放电处理后合金表面硬度及腐蚀行为与放电工艺参数及其组织结构的关系。研究结果为采用放电处理工艺制备合金表面非晶层奠定了的理论和实验基础。
首先,利用放电处理工艺实现了不同基体和成分合金表面非晶化,研究了合金非晶形成能力对合金表面非晶化的影响。实验结果表明,通过放电处理, Zr基、Fe基、Ti基晶态母合金实现了表面非晶化,而非晶形成能力较低的Al基经过放电处理依然是晶态结构。 Fe基的高熔点也不利于其实现合金表面非晶化。铸态母合金组织和成分的不均匀性也对合金表面非晶化产生了不利影响。以Zr55Al10Ni5Cu30合金为例,研究了脉冲宽度和脉冲间隔对合金非晶化过程的影响,并对放电处理后合金从表面到基体的组织进行观察分析。实验结果表明,Zr55Al10Ni5Cu30合金经过放电处理后从表面到基体形成了非晶层、非晶-晶体复合层和晶态基体层的梯度结构。
其次,对[(Fe0.5Co0.5)0.75Si0.05B0.2]96Nb4、Ti45.5Zr6.5Cu39.9Ni5.1Sn2Si1合金进行放电处理,研究了脉冲宽度和脉冲间隔对合金表面非晶化过程的影响,并对放电处理后合金的表层组织结构进行观察分析。实验结果表明,合适的脉冲宽度和较低的脉冲间隔对合金表面非晶化非常有利。脉冲宽度越大,表面熔化层厚度越大,Fe基合金从表面到基体形成了非晶层、非晶-晶体复合层和晶态基体层的梯度结构。但是Ti基合金表面层中组织有衬度差别,没有形成单一非晶层,而是形成了非晶-晶体复合层。
最后,对不同脉冲宽度放电处理前后的Zr基、Fe基和Ti基合金表面硬度及腐蚀行为进行了研究,分析其与合金表层组织结构和脉冲宽度之间的关系。实验结果表明,经过放电处理后,Zr基、Fe基和Ti基合金表面硬度相比于基体都有了显著提高,在脉冲宽度为64 μs、脉冲间隔为4 μs时达到最大值。放电处理后的Zr基、Fe基合金表面的耐腐蚀性能都有所提高,这是由于表面非晶层具有更为优异的耐腐蚀性能。而Ti基合金放电处理后耐腐蚀性能下降,这是由于母合金组织中的粗大枝晶TiCu相的耐腐蚀性能优于Ti基非晶合金,放电处理后的热应力也会对合金表面耐腐蚀性能产生不利影响。
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