研究目的
识别并分析强脉冲电子束辐照下铝与钛表面合金化的机制。
研究成果
辐照后形成具有金属间相的多层多相结构，与初始铝材相比，耐磨性显著提高（提升2.4倍），显微硬度大幅增强（超过4倍）。关键因素在于膜层碎裂与浸渗作用促使金属间颗粒生成及钛硬化过渡层的形成。
研究不足
该研究仅限于电子束辐照的特定参数（例如能量密度高达20 J/cm2，脉冲持续时间50 μs）和薄膜厚度（0.5 μm与1 μm）。未探索其他材料或更广的参数范围，且机理为推断所得而非完全量化。
1：实验设计与方法选择：
本实验采用单次真空循环工艺，通过真空电弧蒸发与钛薄膜沉积相结合，随后进行强流脉冲电子束辐照，实现工业纯A7铝与工业纯钛的表面合金化。该过程在COMPLEX设备上于统一真空条件下完成，以达到液相混合与结构改性的目的。
2：样品选择与数据来源：
基体材料为指定成分的工业纯A7铝（0.16%Fe，0.15%Si，0.01%Cu，0.04%Zn，0.01%Ti，余量Al，wt%）。沉积了厚度分别为0.5微米和1微米的钛薄膜。
3：16%Fe，15%Si，01%Cu，04%Zn，01%Ti，余量Al，wt%）。沉积了厚度分别为5微米和1微米的钛薄膜。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括等离子阴极脉冲电子源（参数：17keV，10-20J/cm2，50μs，0.3Hz，3-100脉冲）、飞利浦SEM515扫描电镜、EDAX ECON IV微分析仪、XRD 6000衍射仪、日本电子JEM 2100F透射电镜、PMT-3硬度计、NHT-S-AX-000X纳米硬度计及TRIBOtechnic磨损试验机。材料包含工业纯A7铝与工业纯钛。
4：3Hz，3-100脉冲）、飞利浦SEM515扫描电镜、EDAX ECON IV微分析仪、XRD 6000衍射仪、日本电子JEM 2100F透射电镜、PMT-3硬度计、NHT-S-AX-000X纳米硬度计及TRIBOtechnic磨损试验机。材料包含工业纯A7铝与工业纯钛。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：通过真空电弧蒸发沉积钛薄膜后，采用不同能量密度与脉冲数的电子束进行辐照。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、透射电镜、硬度测试及耐磨性测试分析表面形貌、元素组成、相组成及性能。
5：数据分析方法：
采用能谱X射线分析测定元素组成，X射线衍射进行物相鉴定，透射电镜进行结构分析，统计方法处理硬度与耐磨性测量数据。
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XRD 6000 diffractometer
6000
Shimadzu
Used for X-ray diffraction analysis to study phase composition.
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JEOL JEM 2100F transmission electron microscope
JEM 2100F
JEOL
Used for transmission electron diffraction microscopy to analyze defect structure and elemental composition.
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SEM515
Philips
Used for scanning electron microscopy to study surface morphology and elemental composition.
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ECON IV
EDAX
Used for energy dispersive X-ray analysis to determine elemental composition.
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PMT-3 hardness tester
PMT-3
Unknown
Used for microhardness testing with an indenter load of 100 mN.
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NHT-S-AX-000X NANO Hardness Tester
NHT-S-AX-000X
CSM Instruments
Used for nanoindentation hardness testing with a load of 30 mN.
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TRIBOtechnic device
Unknown
TRIBOtechnic
Used for wear resistance testing with a ShKh15 steel ball, ball diameter 6 mm, track radius 2 mm.
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plasma-cathode pulsed electron source
Unknown
Unknown
Used for intense pulsed electron beam irradiation with parameters 17 keV, 10–20 J/cm2, 50 μs, 0.3 Hz, 3–100 pulses.
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COMPLEX equipment
COMPLEX
Unknown
Used for the combined vacuum arc evaporation and electron beam irradiation process under unified vacuum conditions.
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