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科技成果简介:强流脉冲电子束装备及其表面改性方法
2015-03-18 11:09 李伟 

1、产品和技术简介

强流脉冲电子束装备,是一种能够产生低能量(10-40keV)、高电流(102-103A/cm2)、短脉冲宽度(~10-6s)的电子束发生装置。低能量、高电流的参数设计使得电子枪、高压供电部分的结构得到简化,且具有较高的辐射安全性和使用寿命。大连理工大学郝胜智副教授实验组应用等离子体发生装置(真空火花源、潘宁放电源等)产生阳极等离子体,充满电子枪阴极到工作台之间的电子束漂移空间,在提高电子束导流系数的同时,引起电子枪阴极表面电子的爆发性激发,因此形成的阴极等离子体与阳极等离子体形成“鞘层”结构,将原本加载在电子枪阴阳极板上的脉冲高压转移到阴阳等离子体“鞘层”两侧,形成电子束。等离子体发生装置的引入,使电子束脉冲宽度的调节能够通过改变电子枪阴阳极板之间的距离实现,电子束脉冲宽度可达到10-6s,且改善了由于电子枪阴极表面电子发射中心离散分布导致的电子束束流密度的微观不均匀性。

1强流脉冲电子束装置

1阴极2火花源3工作靶4真空室5线圈6罗戈夫斯基线圈7脉冲高压发生器8支架9电控柜10脉冲触发箱11高压电容12-13手动真空阀14-15机械泵16电磁阀门17 扩散泵18 N2

强流脉冲电子束表面改性是载能束表面处理的一种,利用电子与物质(尤其是金属材料)的相容性,引起材料(金属)表面温度的快速升高又快速下降,形成新的金相结构,改善材料(金属)表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。电子束表面改性相比于激光在金属表面具有高的多的吸收系数,作用效率较高,且不受材料光学性质的影响。

郝胜智副教授实验组在俄制“Nadezhda-2”型强流脉冲电子束装置的基础上,广泛开展科学研究工作,一方面深入研究不同金属材质在电子束作用下硬度、耐磨性、耐腐蚀性等提高的机制和工艺,一方面吸收、转化、改进俄制电子束装置,提出“脉冲型大束斑电子束发生装置”等发明专利并获得授权,拥有了自主知识产权。在电子束装置自主化的过程中,郝胜智副教授实验组不断改进电子束装置的性能和扩展电子束技术的应用领域,同时作为技术支持和产品提供者与国内多家科研单位建立起密切的合作关系。

说明: 200801181172

A 国内首台完全自主知识产权(2009

说明: DSC06946

B 常州研究院,面向工业应用 2012

说明: F:\-^%&%评职\2013职称评聘通知材料\答辩PPT\重庆理工.jpg说明: F:\-^%&%评职\2013职称评聘通知材料\答辩PPT\东北大学-小尺寸.jpg

C(左)重庆理工大学,精密齿轮 2009

D(右)东北大学,黎明发动机 2012

说明: E:\手机相关\手机照相\DSC_0169.jpg说明: E:\手机相关\手机照相\DSC_0190.jpg

E(左)中物院七所,新型武器(2012

F(右)江苏大学,民航发动机(2014

2 大连理工大学自主开发的系列样机展示

P.S. C-F:购买电子束装置的科研单位,主要用途

2、应用范围

强流脉冲电子束投射到金属材质表面,被金属的浅层吸收,高速电子的动能在碰撞过程中转化为系统的内能,使金属浅层的温度快速升高,发生相变、熔化甚至气化等物理过程;由于脉冲作用时间很短(~10-6s),脉冲结束之后,在金属基体的热传导作用下,金属表层又发生温度的快速降低;剧烈的升温降温过程使得金属晶粒细化,出现亚稳定晶相,金属表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等得到显著提高。

电子束表面改性按照作用效果可细分为表面淬火(表面相变硬化)、表面熔覆、表面合金化、表面非晶化、冲击淬火、薄层退火、表面清洗等。适用于模具和机加行业常用的各类金属材质的工模具和具体产品的表面处理,尤其适用于对表面耐磨、耐蚀性能有特殊需求的小批量、非标准尺寸的工件处理。

3、知识产权情况

大连理工大学三束材料改性实验室授权和正在申请的专利有:

强流脉冲电子束源专利3项:

1)发明专利:一种脉冲型大束斑电子束发生装置,专利号:200910303238.0,专利权人:大连理工大学,发明人:郝胜智,董 闯;(授权)

2)发明专利:一种脉冲潘宁放电大口径等离子体发生装置,申请号:201310019893.X,申请人:大连理工大学,发明人:郝胜智,李向南,彭艳芳,张艳龙;(实质审查生效)

3)发明专利:一种可控进气的大电流高压触发开关,申请号:201310019239.9,申请人:大连理工大学,发明人:郝胜智,彭艳芳,李向南,杨文吉,孙晓宇;(实质审查生效)

强流脉冲电子束相关工艺开发专利4项:

1)发明专利:一种提高热喷涂涂层耐高温盐腐蚀性能的处理方法,申请号:201310019236.5,申请人:大连理工大学,发明人:郝胜智,王慧慧,赵丽敏,贺冬云;(实质审查生效)

2)发明专利:一种提高热喷涂涂层耐磨损性能的处理方法,申请号:201310019300.X,申请人:大连理工大学,发明人:郝胜智,王慧慧,赵丽敏,贺冬云;(实质审查生效)

3)发明专利:一种沉淀硬化马氏体不锈钢表面合金化的处理方法,申请号:201310020491.1,申请人:大连理工大学,发明人:郝胜智,韩丹,王慧慧,赵丽敏;(实质审查生效)

4)发明专利:一种去除硅材料表面杂质的方法,申请号:201310019237.X,申请人:大连理工大学,发明人:郝胜智,董闯,秦颖;(实质审查生效)

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