强流脉冲电子束制备钨铝合金

铝钨合金兼具铝和钨的优良性能，密度低、比强度高、耐高温、抗腐蚀，且易于加工。除了铝和钨的优点之外，铝钨合金还有一个最大的特点就是耐磨，能够很好地应用在高尔夫球杆和球头、医疗器械部件(呼吸机)、汽车发动机活塞、轮毂等部件，而且还有希望在未来应用到装甲材料以及航天发动机等领域。

研究表明，Al-W平衡相图中几乎不存在固溶相，属于互不固溶体系金属元素，而且 铝和钨的熔点和密度差别很大。大量实验数据表明要让互不固溶、互不反应的金属元素之间发生扩散来实现材料合金化或者进行渗金属等材料表面改性，应充分利用空位、位错等晶体缺陷。目前，互不固溶体系的合金多采用机械合金化法制备。然而机械合金化方法仅适用于制备粉末金属，对于块体金属是不适用的。

强流脉冲电子束(HCPEB)辐照是近年来广受关注的一种材料表面改性技术。HCPEB 在辐照材料的瞬时过程中，较高的能量在瞬间作用在材料表层，造成材料表层极为快速的加热和冷却，产生诸如快速凝固、汽化、热应力、冲击波和增强扩散等物理化学现象，在材料表层诱发密度极高的点、线、面的类型晶体缺陷，如位错、堆垛层错、空位及空位簇、孪晶及晶界等。大量缺陷将为元素扩散提供“绿色通道”，使得互不固溶、互不反应的金属元素之间 发生扩散或者合金化，从而实现互不固溶体系之间固溶或者合金化的效果。

采用强流脉冲电子束制备钨铝合金材料可具体结合以下案例：

(1)合金层的制备对规格为10×10×5mm的1060纯铝基体进行打磨、抛光，采用的砂纸是400，800， 1000，1200，1500，2000目的砂纸，金刚石抛光剂粒度为0.5μm。

对表面处理后的纯铝基体进行HCPEB辐照处理，根据HCPEB设备的技术要求选择电 子束能量为27KeV，能量密度为4J/cm2，靶源距离为15cm，真空度P≤8×10-3Pa，束斑直径为 60cm，对试样进行20次辐照处理。

在辐照后的表面预置金属钨粉，厚度为20-30μm，粘结剂为有机粘结剂硝基清漆， 在电子束的辐照过程中自动挥发，预置过程为将粘结剂与金属钨粉混合并使用超声波使其 混合均匀，最后均匀涂覆于样品表面。

再次对处理后预置钨粉的表面进行HCPEB辐照处理，根据HCPEB设备的技术要求选 择电子束能量为27KeV，能量密度为4J/cm2，靶源距离为15cm，真空度P≤8×10-3Pa，束斑直径为60cm，对试样进行15次辐照处理。

(2)合金层分析

合金层的厚度为10-13μm，重熔层厚度为12-15μm，XRD显示合金相为Al4W，还有少量的Al5W；经过15次辐照处理后样品横截面OM显示存在较大未熔的钨颗粒，样品表面 SEM存在较大的金属钨颗粒，该颗粒与基体结合良好。

上述技术特点在于：首先通过HPCEB辐照在基体表面诱发大量缺陷，然后通过预涂钨粉后再经过HCPEB辐照处理获得Al-W合金层，该制备方法不仅极大地提高了互不固溶金属Al和W的合金化程度，而且提高了金属钨的利用率，降低钨铝合金的生产成本。同时，制备的Al-W合金层厚度为10-15μm，分布均匀、连续且致密，且具有超细晶纳米结构。

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