強流脈衝電子束製備鎢鋁合金

鋁鎢合金兼具鋁和鎢的優良性能，密度低、比強度高、耐高溫、抗腐蝕，且易於加工。除了鋁和鎢的優點之外，鋁鎢合金還有一個最大的特點就是耐磨，能夠很好地應用在高爾夫球杆和球頭、醫療器械部件(呼吸機)、汽車發動機活塞、輪轂等部件，而且還有希望在未來應用到裝甲材料以及航太發動機等領域。

研究表明，Al-W平衡相圖中幾乎不存在固溶相，屬於互不固溶體系金屬元素，而且 鋁和鎢的熔點和密度差別很大。大量實驗資料表明要讓互不固溶、互不反應的金屬元素之間發生擴散來實現材料合金化或者進行滲金屬等材料表面改性，應充分利用空位、位元錯等晶體缺陷。目前，互不固溶體系的合金多採用機械合金化法製備。然而機械合金化方法僅適用於製備粉末金屬，對於塊體金屬是不適用的。

強流脈衝電子束(HCPEB)輻照是近年來廣受關注的一種材料表面改性技術。HCPEB 在輻照材料的暫態過程中，較高的能量在瞬間作用在材料表層，造成材料表層極為快速的加熱和冷卻，產生諸如快速凝固、汽化、熱應力、衝擊波和增強擴散等物理化學現象，在材料表層誘發密度極高的點、線、面的類型晶體缺陷，如位元錯、堆垛層錯、空位及空位簇、孿晶及晶界等。大量缺陷將為元素擴散提供“綠色通道”，使得互不固溶、互不反應的金屬元素之間 發生擴散或者合金化，從而實現互不固溶體系之間固溶或者合金化的效果。

採用強流脈衝電子束製備鎢鋁合金材料可具體結合以下案例：

(1)合金層的製備對規格為10×10×5mm的1060純鋁基體進行打磨、拋光，採用的砂紙是400，800， 1000，1200，1500，2000目的砂紙，金剛石拋光劑細微性為0.5μm。

對表面處理後的純鋁基體進行HCPEB輻照處理，根據HCPEB設備的技術要求選擇電 子束能量為27KeV，能量密度為4J/cm2，靶源距離為15cm，真空度P≤8×10-3Pa，束斑直徑為 60cm，對試樣進行20次輻照處理。

在輻照後的表面預置金屬鎢粉，厚度為20-30μm，粘結劑為有機粘結劑硝基清漆， 在電子束的輻照過程中自動揮發，預置過程為將粘結劑與金屬鎢粉混合並使用超聲波使其 混合均勻，最後均勻塗覆於樣品表面。

再次對處理後預置鎢粉的表面進行HCPEB輻照處理，根據HCPEB設備的技術要求選 擇電子束能量為27KeV，能量密度為4J/cm2，靶源距離為15cm，真空度P≤8×10-3Pa，束斑直徑為60cm，對試樣進行15次輻照處理。

(2)合金層分析

合金層的厚度為10-13μm，重熔層厚度為12-15μm，XRD顯示合金相為Al4W，還有少量的Al5W；經過15次輻照處理後樣品橫截面OM顯示存在較大未熔的鎢顆粒，樣品表面 SEM存在較大的金屬鎢顆粒，該顆粒與基體結合良好。

上述技術特點在於：首先通過HPCEB輻照在基體表面誘發大量缺陷，然後通過預塗鎢粉後再經過HCPEB輻照處理獲得Al-W合金層，該製備方法不僅極大地提高了互不固溶金屬Al和W的合金化程度，而且提高了金屬鎢的利用率，降低鎢鋁合金的生產成本。同時，製備的Al-W合金層厚度為10-15μm，分佈均勻、連續且緻密，且具有超細晶納米結構。

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