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强流脉冲离子束(High-intensity pulsed ion beam-HIPIB)又称为高功率离子束(High power ion beam-HIPIB),是指离子能量E=105-107ev,脉冲宽度≤1μs,离子束流密度J≥1A/cm2,功率密度P=107-1014w/cmm2,能量密度q>1J/cm2的离子束。典型强流脉冲离子束的离子射程小于10μtm时,可瞬间实现材料表面的高能量密度沉积,即在材料表面造成热积累,引发靶材表面变温速率107-109k/s的聚热急冷过程及熔融、汽化和烧蚀等现象。本论文对HIPIB辐照高温合金材料的热学效应进行了模拟,运用有限元工程模拟软件ABAQUS,采用体加载、单元死活算法和能量沉积耦合等方式,模拟了HIPIB辐照GH3536的热效应。模拟结果表明：辐照离子能量相同时,H+离子的射程大于C+离子；离子的注入在靶材亚表层产生了大量缺陷(vacancies);靶材的升温、冷却速率较快,这些都为强流脉冲碳离子束辐照镍基高温合金、铁基高温合金以及镍基单晶高温合金实验提供了理论支撑。利用TIA-450型HIPIB设备对镍基高温合金(GH4099)、铁基高温合金、镍基单晶高温合金的表层进行辐照实验研究,实验参数为：束流组成70%C++30%H+,脉冲宽度80ns,加速电压250KV,束流密度150～200 A/cm2。辐照次数分别为1、3、11、15、26次,采用金相显微镜、显微硬度仪、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等对靶材表面形貌、相结构、显微硬度及微观组织等进行检测,研究结果表明：镍基高温合金(GH4099)经1、11、15、26次辐照,铁基高温合金经2、3、11、15、26次辐照,镍基单晶高温合金经1、3、15次辐照后,三种靶材表层都发生了熔化、凝固现象,出现了熔坑,随着辐照的脉冲次数的增加,靶材表层的熔坑有模糊甚至消除的趋势,这是后续脉冲的辐照使靶材表面熔坑周围的液态金属向坑内回填,形成熔坑口周围相对平滑的形貌,熔坑深度也较浅。HIPIB辐照高温合金后,靶材表层硬度发生变化。镍基高温合金(GH4099)的显微硬度是392.02HV,辐照后硬度降低,当脉冲次数为1次和15次时,硬度为361.78HV和359.88HV,当脉冲次数为11次和26次时,为316.13HV和313.28HV。铁基高温合金显微硬度为221.85HV,当脉冲次数为3次和15次时,显微硬度提高,为293.13HV和288.73HV,当脉冲次数为11,次和26次时,铁基高温合金的显微硬度又恢复到辐照前的程度,为222.56HV和200.99HV。对于镍基单晶高温合金的显微硬度发生先降低后上升的趋势,辐照前的显微硬度值为449.35HV,当脉冲次数为1次,3次和15次时,镍基单晶高温合金的显微硬度值为分别为：347.66HV,395.53HV和400.63HV。HIPIB辐照的高温合金均发生了相变,镍基高温合金(GH4099)经强流脉冲离子束辐照后有新相生成。铁基高温合金在脉冲次数为3次、15次时,有金属化合物Fe2W,并发生晶粒细化现象,这两点硬度值最高。镍基单晶高温合金在1次脉冲辐照时,出现非晶,随着脉冲次数的增加,出现了硬化相,硬度随之提高。经强流脉冲碳离子束辐照后,靶材熔坑内外的显微硬度比较：镍基高温合金(GH4099)与镍基单晶高温合金表面经HIPIB辐照后的熔坑外的显微硬度要高于熔坑内的显微硬度。铁基高温合金熔坑外的各处硬度大体相同。