多脉冲强流电子束的能量累积效应对多相Al-Co-Ce合金非晶态转变过程的影响机理研究

High current pulsed electron beam (HCPEB) as a novel technology of materials surface modification has distinct advantage in fabrication of large-area amorphous alloy layer. However, the glass transition of multi-phase crystalline alloy under the action of pulsed energy is not clear. In this project, we will study the formation mechanism of amorphous alloy layer for the Al-Co-Ce multi-phase alloy under the action of multi-pulse HCPEB irradiation by both experiments and numerical simulations. There are three objectives of this research as follows: (1) We will study the in-situ microstructural evolution of intermetallics and its effect on the formation of amorphous alloy layer on the treated alloy surface using synchrotron radiation X-ray imaging and other experimental technologies. (2) We will build and numerically solve the heat transfer equation and obtain the temperature field of the alloy in the HCPEB surface treatment. (3) Based on the temperature field, the effect of energy accumulation on the change of temperature field, composition homogenization and glass transition will be studied. The implementation of this project will be beneficial to the further understanding of the responding mechanism of multi-phase crystalline alloy to the pulsed energy, and promote the application of HCPEB in the fabrication of amorphous alloy layer.

强流脉冲电子束是一种新型的材料表面改性技术，在制备大面积非晶合金层上具有明显优势，然而多相晶态合金在脉冲式能量作用下的非晶态转变过程和机理尚不明确。本项目拟采用实验和数值模拟相结合的方法，研究Al-Co-Ce多相合金在多脉冲强流电子束作用下非晶合金层的形成机制。研究内容包括以下三方面：（1）采用同步辐射X射线三维成像技术等实验手段，原位跟踪在不同脉冲次数能量作用下Al-Co-Ce多相晶态合金中金属间化合物相的转变和及其对非晶合金层形成的影响；（2）基于多脉冲电子束表面改性的具体实验过程，建立合金热传导的数学模型，并对多脉冲下的温度场进行数值求解；（3）基于温度场模型，研究电子束表面改性过程中多脉冲导致的能量累积效应对合金的温度场变化、成分均匀化和非晶态转变的影响规律。本项目的实施将有利于深入理解多相晶态合金在脉冲能量作用下的响应机制，并将推动强流脉冲电子束技术在非晶合金制备中的应用。

强流脉冲电子束表面改性技术在制备大面积AlCoCe非晶合金层上显示出了明显的优势。本项目采用实验和数值模拟相结合的方法，研究了Al-Co-Ce多相合金在强流电子束作用下对脉冲式能量的响应机制，及其非晶合金层的形成机制。研究发现，在合适的阴极电压和脉冲次数下（35 kV，25~50次脉冲），Al-Co-Ce合金重熔层的冷却速度可以达到10^8 K/s。在上述冷却作用下，原始铸态合金表面可以形成厚度为10 um左右的非晶合金层。高的阴极电压和更多的脉冲次数可以明显提高成分均匀的处理层的程度。然而，过高的阴极电压和过多的脉冲次数会导致合金的重熔层中发生再结晶。以上研究结果说明，在电子束表面处理过程中材料表面存在脉冲能量的累积，重熔层的微观结构对脉冲能量的响应决定了非晶化的过程。此外，还发现同步辐射X射线断层扫描技术在研究电子束表面改性层微观结构转变方面具有可行性。最后，本项目还发现电子束表面改性AlCoCe非晶合金层具有优异的耐蚀性能，在取代传统高强铝合金腐蚀防护体系中的包铝层方面将具有一定的潜力。