一种改变哈氏合金表面晶体取向的方法与流程

本发明属于哈氏合金表面改性技术领域，具体涉及一种利用强流脉冲电子束轰击来改变哈氏合金表面晶体取向的方法。

背景技术：

镍合金因其优良的力学性能而被广泛应用于各种构件。哈氏合金的名称来自于英文“hastelloy”，是美国哈氏合金国际公司(haynesinternational，inc.)生产的一种耐蚀镍基合金。目前，该公司主要开发两大系列的合金，即耐高温和耐腐蚀哈氏合金。哈氏合金已被广泛应用于航空业，随着航空业的发展，对于其服役性能的要求越来越高，即需要该合金在更高的温度和更苛刻的环境下工作。

从微观结构来看，在一般多晶体中，每个晶粒具有不同于邻晶的结晶取向，从整体看，所有晶粒的取向是任意分布的；在某些情况下，晶体的晶粒在不同程度上围绕某些特殊的取向排列，就称为择优取向或简称织构。织构直接影响材料的物理、化学和力学性能。

强流脉冲电子束(hcpeb)技术是一种材料处理方法，在其对材料表面轰击的过程中，巨大能量以加速电子作为载体在微秒级的时间内强行注入材料表面。在改性过程中产生的热力耦合作用可以使材料表面出现表面织构，进而改变合金的表面性能。

目前，直接铸造出的哈氏合金表面晶粒生长杂乱无序，无法利用电子背散射衍射(ebsd)进行观察研究。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种改变哈氏合金表面晶体取向的方法。

为了达到上述目的，本发明提供的改变哈氏合金表面晶体取向的方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)选用市售哈氏合金材料作为处理件，然后将处理件的表面进行打磨、抛光和清洗在内的预处理；

2)将预处理后的处理件放置在强流脉冲电子束真空样品室中，然后启动强流脉冲电子束设备，利用该设备发出的强流脉冲电子束对处理件进行轰击，由此改变处理件表面的晶体取向，获得晶粒择优取向的哈氏合金材料。

在步骤1)中，所述的打磨处理采用水砂纸，抛光处理采用金刚石抛光剂，清洗处理采用超声波和乙醇。

在步骤2)中，所述的轰击过程中使用的加速电压为27kv，靶源距离为20cm，能量密度为3j/cm²，脉冲时间为1.5μs，轰击次数1～20次。

本发明提供的改变哈氏合金表面晶体取向的方法是利用强流脉冲电子束轰击哈氏合金材料，在此过程中该材料的表面被瞬间加热，能量沉积时间短，能量吸收率高，材料表面瞬间熔融和快速凝固，并在再结晶的过程中使晶粒取向发生变化。

与现有技术相比，本发明提供的改变哈氏合金表面晶体取向的方法具有如下优点：

1、强流脉冲电子束能够在不损坏哈氏合金材料的情况下对其表面进行改性，且因为电子束轰击作用时间极短，材料表面能产生快速凝固、汽化等物理化学现象，因此表面成分均匀化。

2、经过强流脉冲电子束处理的哈氏合金材料表面晶粒细化且择优取向，能够通过电子背散射衍射观察验证，同时表面出现孪晶。

附图说明

图1为未轰击的哈氏合金材料扫描电子显微镜表面形貌图。

图2为采用本发明方法轰击5次的哈氏合金材料扫描电子显微镜表面形貌图。

图3为采用本发明方法轰击5次的哈氏合金材料扫描电子显微镜截面形貌图。

图4为采用本发明方法不同轰击次数下的哈氏合金材料电子背散射衍射晶粒取向图，其中图4(a)为轰击一次的哈氏合金材料，图4(b)为轰击5次的哈氏合金材料，图4(c)为轰击10次的哈氏合金材料，图4(d)为轰击20次的哈氏合金材料，图4(e)为。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细描述。

一、实施例

本实施例提供的改变哈氏合金表面晶体取向的方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)选用市售哈氏合金x作为处理件，依次采用600#、1000#、1200#及1500#的水砂纸对处理件表面逐级进行打磨处理，乙醇清洗后利用粒度0.5μm的金刚石抛光剂进行抛光，之后经超声波清洗和乙醇擦拭后备用。

2)将预处理后的处理件放置在强流脉冲电子束真空样品室中，并且固定在nadezhda-2型强流脉冲电子束设备的垂直轰击面，然后启动该强流脉冲电子束设备，利用该设备发出的强流脉冲电子束对处理件进行轰击，由此改变处理件表面的晶体取向，获得晶粒择优取向的哈氏合金材料。其中，强流脉冲电子束轰击的参数为：加速电压27kv、靶源距离20cm、能量密度约3j/cm²、脉冲时间1.5μs，轰击次数分别为1、5、10、20次。

二、晶粒择优取向的哈氏合金材料改性层微观结构表征以及性能检测实验

第一步，配置“glyceregia”腐蚀剂，用棉签蘸取该腐蚀剂后擦拭在作为试样的未轰击处理件和轰击5次处理件的表面60s，得到腐蚀后的试样；

第二步，采用扫描电子显微镜(sem)对上述腐蚀后的试样形貌进行观察。未轰击试样的表面形貌如图1所示，轰击5次试样的表面形貌如图2所示。从图中可以看出，未轰击试样的晶界处腐蚀深陷，轰击5次试样的晶界呈白色，说明晶界处腐蚀情况明显减弱。图3为轰击5次试样的截面图，可以清晰看到厚度约2μm的重熔层，该重熔层能够有效阻碍裂纹的扩展。

第三步，用电子背散射衍射(ebsd)观察上述实验例制备的晶粒择优取向的哈氏合金材料。仪器设置加速电压为20kv，材料倾斜70°，用于采集的相为ni-superalloy。不同轰击次数表面的ebsd晶粒取向如图4(a)—(d)所示。从图中可以明显看出，晶粒大小会随轰击次数产生变化；而且不同轰击次数的哈氏合金材料表面晶粒择优取向的情况不同，其中，轰击5次和20次的晶粒取向更为一致，晶向多为(101)和(111)，如图4(e)所示。

这说明，强流脉冲电子束轰击能够有效提高哈氏合金x的性能，且可使该材料表面出现织构，该织构能被ebsd识别。

技术特征：

技术总结
一种改变哈氏合金表面晶体取向的方法。其包括选用市售哈氏合金材料作为处理件，将处理件表面进行打磨、抛光和清洗在内的预处理；将预处理后的处理件放置在强流脉冲电子束真空样品室中，然后启动强流脉冲电子束设备，利用该设备发出的强流脉冲电子束对处理件进行轰击，由此改变处理件表面的晶体取向，获得晶粒择优取向的哈氏合金材料等步骤。本发明优点：强流脉冲电子束能够在不损坏哈氏合金材料的情况下对其表面进行改性，且因为电子束轰击作用时间极短，材料表面能产生快速凝固、汽化等物理化学现象，因此表面成分均匀化。经过强流脉冲电子束处理的哈氏合金材料表面晶粒细化且择优取向，能够通过电子背散射衍射观察验证，同时表面出现孪晶。

技术研发人员：邹慧;唐晓薇;王志平
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：2019.06.06
技术公布日：2019.08.20