常州大学机械与轨道交通学院金属3D打印实验室，江苏 常州 213164
以激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造的316L不锈钢作为研究对象，重点研究了0°和60°两个不同成型方向对打印件显微组织和力学性能的影响，并利用原位电子背散射衍射（EBSD）技术研究了L-PBF 316L不锈钢在拉伸变形过程中组织和晶粒取向的演变过程。研究结果表明：L-PBF增材制造316L不锈钢的显微组织存在孔洞缺陷，在60°成型方向上还存在着鱼鳞状微熔池。成型方向为60°时制件的抗拉强度更高，为（645.61±15.50）MPa，0°成型方向上制件的伸长率更好，为（13.75±0.1）%。在原位拉伸过程中，随着变形量的增加，在0°成型方向上制件表现出更为显著的变化。小角度晶界的占比（体积分数）由38.1%增加到71.6%，α-Fe-BCC占比（体积分数）由0.17%增加到2.21%，平均晶粒尺寸由4.3 μm减小到1.4 μm，且晶粒内部在拉伸过程中出现了滑移带。在拉伸过程中，当成型方向为0°时，制件晶粒取向由初始的<101>∥Z1逐渐转变为<001>∥X1和<111>∥X1，而当成型方向为60°时，制件初始的<111>∥Z1晶粒取向逐渐转变为<111>∥X1。
激光技术 激光粉末床熔融增材制造 原位电子背散射衍射 成型方向 中国激光
2024, 51(12): 1202303
1 河北工业大学化工学院, 天津 300130
2 中国科学院过程工程研究所, 湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室, 北京 100190
3 宁波诺丁汉大学浙江省有机废弃物转化及过程强化技术重点实验室, 浙江 宁波 315100
磷石膏是湿法磷酸过程形成的固体副产物。 磷石膏中含有磷、 氟、 硅等有害杂质组分, 极大影响磷石膏制品的质量和性能, 巨量磷石膏堆存严重威胁生态环境和生命安全。 确定磷石膏中杂质物相的赋存状态, 为磷石膏除杂净化和综合利用提供理论指导, 非常重要。 以低温干燥后的磷石膏为研究对象, 利用X射线荧光光谱(XRF)分析确定磷石膏中杂质元素的组成, 结果表明, 磷石膏中的杂质元素含量较高的有P, Si, F和Al, 含量较低的有Ba, Fe和Mg等。 因二水硫酸钙物相强峰对杂质物相峰有较强遮蔽作用, X射线衍射光谱(XRD)分析不能确定磷石膏杂质的物相。 利用扫描电子显微镜对磷石膏进行电子背散射衍射(EBSD)分析, 根据被检样品衬度的区别探明磷石膏的杂质物相, 利用X射线能谱分析(EDS)成分确定杂质物相组成; 利用X射线光电子能谱(XPS)对硫酸钙晶体表面以及混合杂质物相作进一步分析。 EBSD分析结果表明, 磷石膏中杂质物相主要包括二氧化硅、 氟硅酸钠、 氟硅酸钾、 氟磷酸钙、 氟化钙、 硫酸钡、 硫化铁、 三氧化二铝等, 此外还有硅、 铝、 磷、 氟等杂质混合组成的复盐物相, 其中二氧化硅、 硫酸钡、 硫化铁、 氟磷酸钙和三氧化二铝为独立赋存物相, 氟硅酸钠和氟硅酸钾的物相则混合分布在硫酸钙晶体之间, 氟化钙杂质与硅、 铝、 磷、 氟杂质复盐物相结合赋存。 XPS分析结果表明, 磷石膏中还存在硅酸钙、 氟化铝、 氟化镁、 硫酸铝、 磷酸铝、 磷酸钙、 磷酸氢钙和磷酸二氢钙等物相, 其中磷酸钙、 磷酸氢钙、 磷酸二氢钙和氟磷酸钙四种物相的特征峰位分布极为接近。 采用EBSD-XPS组合分析方法, 不仅确定了磷石膏中杂质的物相, 还阐明了杂质物相与硫酸钙晶体之间的构效关系。 该研究为磷石膏杂质物相分析提供新途径, 为磷石膏除杂净化及其综合利用提供坚实的理论依据。
电子背散射衍射 X射线光电子能谱 磷石膏 杂质 Electron backscatter diffraction X-ray photoelectron spectroscopy Phosphogypsum Impurity
1 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室, 辽宁 沈阳 110136
2 沈阳飞机工业(集团)有限公司, 辽宁 沈阳 110034
为探明激光沉积制造TC4合金拉伸性能各向异性产生的机制,对不同取样角度的试样进行拉伸性能测试,并采用电子背散射衍射技术对成形件的晶体取向进行分析。结果表明:90°试样(拉伸试样的长轴方向与水平方向夹角为90°)的延伸率比45°试样高32%,抗拉强度和屈服强度分别低9%和8%;90°试样中的主要织构所对应的Schmid因子值最高,为0.485,外加拉伸应力σ与滑移方向分切应力τ之间的夹角θ为38°,试样首先开动的滑移系为柱面滑移系;45°试样的Schmid因子值最低,为0.415,θ为28°,试样首先开动的滑移系是锥面滑移系;90°试样中小角度晶界的占比最小,为1%,45°试样中小角度晶界的占比最高,为29.2%;90°试样具有最优的塑性,而45°试样具有最高的强度。
激光技术 电子背散射衍射技术 拉伸性能 各向异性 Schmid因子 取向差
北京工业大学激光工程研究院高功率激光先进制造实验室, 北京 100124
不同晶面单晶硅的物理性能和化学性能的微小差异会对微纳加工结果产生明显影响。利用电子背散射衍射(EBSD)技术,研究了不同晶面单晶硅在飞秒激光作用下的行为特性。结果表明, (111)面单晶硅在飞秒激光能量密度低于和高于破坏阈值时分别形成非晶区和刻蚀区, 而(100)面单晶硅在不同能量飞秒激光的作用下只形成刻蚀区。飞秒激光在微纳加工领域得到广泛应用, 对晶体材料的不同晶面在飞秒激光作用下的行为特性的研究有助于制造新型微纳器件。
激光制造 飞秒激光 晶粒取向 电子背散射衍射 单晶硅
空军工程大学 等离子体动力学重点实验室, 陕西 西安 710038
采用激光冲击强化改善304不锈钢耐磨性能。利用电子背散射衍射(EBSD)、显微硬度和球磨实验分析了激光冲击前后试样的微观组织和性能, 探讨了激光冲击对其磨损性能的影响机理。结果表明, 激光冲击304不锈钢后, 其比磨损率下降, 显微硬度从200 HV提高到260 HV。这是由于激光冲击强化304不锈钢使得材料表层晶粒碎化和大量亚结构形成, 同时诱发马氏体相变的共同作用下, 提高了304不锈钢的显微硬度, 改善了其耐磨性能。
激光冲击强化 304不锈钢 电子背散射衍射 性能 laser shock processing 304 stainless steel EBSD performances 红外与激光工程
2016, 45(10): 1006005
空军工程大学 等离子体动力学重点实验室, 西安 710038
应用激光冲击强化对纯铜表面进行处理改善其耐磨性能。采用球磨实验分析了激光冲击强化前后的耐磨性能,利用X-射线衍射仪和电子背散射衍射技术对表层的相结构和晶粒形态分布进行了分析,并对耐磨性能提高机理进行了讨论。结果表明,纯铜经激光冲击强化后其比磨损率降低了19.5%,同时由于表面粗糙度增大,使得初期摩擦系数增加,但随着摩擦周数的增加,激光冲击强化作用明显,摩擦系数下降。这是由于激光冲击强化在纯铜中引入大量细化晶粒、孪晶和亚结构,阻碍了位错的运动,增强了变形抗力,从而提高了材料的耐磨性能。
激光冲击强化 纯铜 耐磨性能 电子背散射衍射技术 laser shock peening copper wear resistance electron back scatter diffraction 强激光与粒子束
2016, 28(2): 029002
1 北京工业大学固体微结构与性能研究所,北京,100022
2 北京工业大学材料学院,北京,100022
采用扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术,原位测量了Ni-W合金在不同应变状态下的晶体学参数,包括Kikuchi花样质量(IQ值)及可信度(CI)、晶格错配、晶界类型、晶粒尺寸和织构.采用快速傅立叶变换(FFT)对菊池花样进行了处理,并计算其衍射强度.当Ni-W的应变量增加到1.57倍,Kikuchi花样的衍射强度降低到54%,从而导致IQ和CI值减小,允差角(Fit)和位错密度增大.结果表明IQ、CI、Fit及晶格错配可作为应变敏感参数,评价多晶材料中的应力和应变状态.
电子背散射衍射(EBSD) 应力/应变 快速傅立叶变换(FFT) Ni-W合金
