鈦合金本身具有優(yōu)秀的耐蝕性，在航空航天、生物工程、能源化工等領(lǐng)域顯示出其比強(qiáng)度、耐蝕性等優(yōu)勢(shì)。通常鈦合金不進(jìn)行進(jìn)一步提髙其耐蝕性表面處理，但是鈦材摩擦系數(shù)高，對(duì)粘著磨損和微動(dòng)磨損十分敏感，耐磨性差，高溫高速?zèng)_突易著火，抗高溫氧化性能相對(duì)較差，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重影響了其構(gòu)造的安全性和穩(wěn)定性。我國(guó)TC4鈦合金的研制與應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代。目前，對(duì)TC4鈦合金的研究正向著高性能、低成本化方向發(fā)展，但在追求某一性能指標(biāo)的同時(shí)，還需與其它性能相匹配，以確保得到優(yōu)異的綜合性能。在航空航天工業(yè)，一直追求零件的長(zhǎng)疲勞使用壽命，這要求強(qiáng)度、塑性、韌性等的良好匹配性，而晶粒細(xì)化就是改善鈦合金使用性能的一種重要途徑。

 

這些年，電子束表面處理技術(shù)快速開展，高能量密度的電子束效果到材料表面時(shí)使材料表面具有用常規(guī)辦法難以到達(dá)的物理化學(xué)或力學(xué)性能，顯著進(jìn)步材料表面的耐磨性、耐蝕性及耐高溫氧化性等。www.nmware.com公司選用脈沖高流低能電子束對(duì)鈦合金進(jìn)行表面處理，取得了杰出效果。試驗(yàn)所用材料為TA15鈦合金(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V)，樣品表面經(jīng)拋光后，選用強(qiáng)流脈沖電子束進(jìn)行表面改性，電子束加快電壓為28kV，靶極距離81mm，脈沖次數(shù)為15次，脈沖間隔時(shí)刻為45s。對(duì)所獲試樣的硬度測(cè)驗(yàn)標(biāo)明，隨著深度的添加，硬度值先降低后添加，最終趨于一個(gè)定值。這種特別的振動(dòng)式曲線散布可解釋為：在脈沖高能量疾速輻照下，材料能量吸收層內(nèi)會(huì)萌發(fā)熱沖擊波，遇到界面會(huì)反射回來。屢次輻照，形成應(yīng)力波相互之間發(fā)作干與疊加，呈現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)力散布狀況，使截面顯微硬度呈現(xiàn)特別散布方式。通過電子束處理后的樣品，其磨損體積比初始樣品進(jìn)步了3倍，闡明電子束處理后TA15鈦合金耐磨性得到了改進(jìn)，其緣由可能是以下三個(gè)方面:(1)電子束高能量剎那間沉積在材料次表層很小的區(qū)域內(nèi)，使材料疾速升溫到相變溫度或熔化溫度以上，然后靠基體導(dǎo)熱到達(dá)超高速冷卻(約109 K/s)，使材料表面發(fā)作淬火效應(yīng)，起到固溶強(qiáng)化的效果，因而表面的耐磨性進(jìn)步；(2)電子束疾速凝結(jié)進(jìn)程會(huì)使材料表層晶粒細(xì)化，然后進(jìn)步材料的耐磨性；(3)當(dāng)電子束脈沖效果于材料表面時(shí)，溫度開端迅速添加，因?yàn)殁伈谋韺酉蛲獾募菜贌崤蛎浽獾绞`而發(fā)作向內(nèi)傳達(dá)的緊縮熱應(yīng)力波。剩余應(yīng)力成壓應(yīng)力散布，對(duì)進(jìn)步耐磨性有利。腐蝕性能測(cè)驗(yàn)標(biāo)明，電子束表面處理后腐蝕電位由初始樣品的-258mV上升到了-108mV，極化電阻由初始樣品的0.8k/cm2添加到了2.5k/cm2，一起自腐蝕電流較初始樣品降低顯著。這闡明樣品的耐腐蝕性能顯著進(jìn)步。腐蝕性能改進(jìn)的首要緣由是: (1)強(qiáng)流脈沖電子束輻照在樣品表層所形成的高溫可以使材料表層吸附或黏著的雜質(zhì)發(fā)作汽化或脫溶，起到清洗的效果；(2)材料表層的疾速冷卻，使表面晶粒細(xì)化，然后致使陰陽極面積份額的變小，使腐蝕速度減小。(3)材料表面疾速熔化，隨后又以同樣的高速凝結(jié)，這一進(jìn)程按捺了平衡結(jié)晶，可得到細(xì)密的非平衡安排構(gòu)造，成分均勻，這也在必定程度上按捺了自腐蝕的發(fā)作。

 

低能強(qiáng)流脈沖電子束(LEHCPEB)是近年來出現(xiàn)的一種新的表面改性技術(shù)。在脈沖電子束轟擊材料的瞬時(shí)過程中，較高的能量(108～109W/cm2)在非常短的時(shí)間內(nèi)(幾納秒到幾微秒)作用在材料的表層，造成材料表面極為快速的加熱和冷卻，甚至使材料表層熔化、蒸發(fā)并快速凝固，在此過程中誘發(fā)的應(yīng)力場(chǎng)能夠引起材料表面快速而強(qiáng)烈的變形，從而造成特殊的改性效果。a.脈沖電子束改性TC4鈦合金試樣可分為熔化相變層、熱影響層和基體三個(gè)區(qū)域;b.脈沖電子束改性后試樣表面層的晶粒發(fā)生細(xì)化，提高了材料表層的硬度;c.脈沖電子束改性處理使試樣產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變;d.熔化相變層中的晶粒細(xì)化機(jī)制是脈沖電子束改性時(shí)隨著溫度的快速升高，表面層發(fā)生熔化后的重新結(jié)晶以及α相在β相中的析出。疲勞裂紋常常在表面萌生，采用晶粒細(xì)化來提高疲勞抗力是近年來的關(guān)注焦點(diǎn)。雖然采用傳統(tǒng)的噴丸、滾壓和擠壓等強(qiáng)化方法可以使表層組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但將產(chǎn)生加工硬化使塑性降低，因此需要研究新的表面強(qiáng)化改性工藝方法以改善材料的疲勞使用性能。