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科技成果簡介:強流脈沖電子束裝備及其表面改性方法
2015-03-18 11:09 李偉 

1、產品和技術簡介

強流脈沖電子束裝備,是一種能夠產生低能量(10-40keV)、高電流(102-103A/cm2)、短脈沖寬度(~10-6s)的電子束發生裝置。低能量、高電流的參數設計使得電子槍、高壓供電部分的結構得到簡化,且具有較高的輻射安全性和使用壽命。大連理工大學郝勝智副教授實驗組應用等離子體發生裝置(真空火花源、潘寧放電源等)產生陽極等離子體,充滿電子槍陰極到工作臺之間的電子束漂移空間,在提高電子束導流系數的同時,引起電子槍陰極表面電子的爆發性激發,因此形成的陰極等離子體與陽極等離子體形成“鞘層”結構,將原本加載在電子槍陰陽極板上的脈沖高壓轉移到陰陽等離子體“鞘層”兩側,形成電子束。等離子體發生裝置的引入,使電子束脈沖寬度的調節能夠通過改變電子槍陰陽極板之間的距離實現,電子束脈沖寬度可達到10-6s,且改善了由于電子槍陰極表面電子發射中心離散分布導致的電子束束流密度的微觀不均勻性。

1強流脈沖電子束裝置

1陰極2火花源3工作靶4真空室5線圈6羅戈夫斯基線圈7脈沖高壓發生器8支架9電控柜10脈沖觸發箱11高壓電容12-13手動真空閥14-15機械泵16電磁閥門17 擴散泵18 N2

強流脈沖電子束表面改性是載能束表面處理的一種,利用電子與物質(尤其是金屬材料)的相容性,引起材料(金屬)表面溫度的快速升高又快速下降,形成新的金相結構,改善材料(金屬)表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性等。電子束表面改性相比于激光在金屬表面具有高的多的吸收系數,作用效率較高,且不受材料光學性質的影響。

郝勝智副教授實驗組在俄制“Nadezhda-2”型強流脈沖電子束裝置的基礎上,廣泛開展科學研究工作,一方面深入研究不同金屬材質在電子束作用下硬度、耐磨性、耐腐蝕性等提高的機制和工藝,一方面吸收、轉化、改進俄制電子束裝置,提出“脈沖型大束斑電子束發生裝置”等發明專利并獲得授權,擁有了自主知識產權。在電子束裝置自主化的過程中,郝勝智副教授實驗組不斷改進電子束裝置的性能和擴展電子束技術的應用領域,同時作為技術支持和產品提供者與國內多家科研單位建立起密切的合作關系。

說明: 200801181172

A 國內首臺完全自主知識產權(2009

說明: DSC06946

B 常州研究院,面向工業應用 2012

說明: F:\-^%&%評職\2013職稱評聘通知材料\答辯PPT\重慶理工.jpg說明: F:\-^%&%評職\2013職稱評聘通知材料\答辯PPT\東北大學-小尺寸.jpg

C(左)重慶理工大學,精密齒輪 2009

D(右)東北大學,黎明發動機 2012

說明: E:\手機相關\手機照相\DSC_0169.jpg說明: E:\手機相關\手機照相\DSC_0190.jpg

E(左)中物院七所,新型武器(2012

F(右)江蘇大學,民航發動機(2014

2 大連理工大學自主開發的系列樣機展示

P.S. C-F:購買電子束裝置的科研單位,主要用途

2、應用范圍

強流脈沖電子束投射到金屬材質表面,被金屬的淺層吸收,高速電子的動能在碰撞過程中轉化為系統的內能,使金屬淺層的溫度快速升高,發生相變、熔化甚至氣化等物理過程;由于脈沖作用時間很短(~10-6s),脈沖結束之后,在金屬基體的熱傳導作用下,金屬表層又發生溫度的快速降低;劇烈的升溫降溫過程使得金屬晶粒細化,出現亞穩定晶相,金屬表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性等得到顯著提高。

電子束表面改性按照作用效果可細分為表面淬火(表面相變硬化)、表面熔覆、表面合金化、表面非晶化、沖擊淬火、薄層退火、表面清洗等。適用于模具和機加行業常用的各類金屬材質的工模具和具體產品的表面處理,尤其適用于對表面耐磨、耐蝕性能有特殊需求的小批量、非標準尺寸的工件處理。

3、知識產權情況

大連理工大學三束材料改性實驗室授權和正在申請的專利有:

強流脈沖電子束源專利3項:

1)發明專利:一種脈沖型大束斑電子束發生裝置,專利號:200910303238.0,專利權人:大連理工大學,發明人:郝勝智,董 闖;(授權)

2)發明專利:一種脈沖潘寧放電大口徑等離子體發生裝置,申請號:201310019893.X,申請人:大連理工大學,發明人:郝勝智,李向南,彭艷芳,張艷龍;(實質審查生效)

3)發明專利:一種可控進氣的大電流高壓觸發開關,申請號:201310019239.9,申請人:大連理工大學,發明人:郝勝智,彭艷芳,李向南,楊文吉,孫曉宇;(實質審查生效)

強流脈沖電子束相關工藝開發專利4項:

1)發明專利:一種提高熱噴涂涂層耐高溫鹽腐蝕性能的處理方法,申請號:201310019236.5,申請人:大連理工大學,發明人:郝勝智,王慧慧,趙麗敏,賀冬云;(實質審查生效)

2)發明專利:一種提高熱噴涂涂層耐磨損性能的處理方法,申請號:201310019300.X,申請人:大連理工大學,發明人:郝勝智,王慧慧,趙麗敏,賀冬云;(實質審查生效)

3)發明專利:一種沉淀硬化馬氏體不銹鋼表面合金化的處理方法,申請號:201310020491.1,申請人:大連理工大學,發明人:郝勝智,韓丹,王慧慧,趙麗敏;(實質審查生效)

4)發明專利:一種去除硅材料表面雜質的方法,申請號:201310019237.X,申請人:大連理工大學,發明人:郝勝智,董闖,秦穎;(實質審查生效)

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