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分别在TEMP-6型、TEMP-4M型和ETIGO-II型强流脉冲离子束装置上开展了强流脉冲离子束(High-intensity pulsed ion beam-HIPIB)辐照金属Ti材料表面的微结构和冲击作用的研究,为彻底弄清HIPIB与金属的相互作用机制提供实验及理论依据。采用10 MHz的压电陶瓷—锆钛酸铅(PZT)压电晶体传感器,对HIPIB辐照纯金属Ti诱导应力波实时动态测量,束流密度从200 A／cm2增加到400 A／cm2(相应能量密度4-8 J／cm2),应力波幅值从4 MPa增加到约70 MPa。所测波形具有双峰结构,可分别归为热弹性机制导致的热弹性波和反冲机制产生的反冲应力波,其中反冲应力波随辐照强度增加而显著增大。在HIPIB辐照初期,能量沉积区内的材料仍处于固态,由于能量沉积的不均匀性导致材料内形成显著的温度梯度而发生不均匀热膨胀,形成热弹性应力波；随着辐照过程的进行,能量沉积区的材料熔融后这种内部应力立即消失,而熔融部分因继续被HIPIB加热而发生汽化,导致其压力急剧增加,熔融、汽化物质高速脱离试样表面向外喷射,根据动量守恒发生向试样剩余固态部分的应力卸载,形成反冲应力波。在本底真空1.0-2.0×10-2Pa条件下,采用能量密度1-100 J／cm2,脉冲宽度60-70 ns,辐照次数1-50次的HIPIB辐照金属Ti。当能量密度为1 J／cm2时,辐照金属Ti表面以熔化过程为主导,钛表面生成钛的氮化物相和碳化物相；当能量密度大于3 J／cm2时,钛表面发生过量蒸发及烧蚀,很难形成钛的氮化物相和碳化物相。在较低能量密度条件下,随着辐照次数的增加,辐照金属Ti表层中反应溶入的氮(碳)元素浓度增加,同时发生表面熔融物向Ti基体内的扩散,从而导致金属Ti表层高氮(碳)化合物相形成以及化合物层厚度的增加。同时也发现,由制备工艺条件造成不同晶粒取向的原始金属Ti经HIPIB辐照后,均发生<103>方向的择优取向；在能量密度为3-100 J／cm2辐照条件下,1次辐照后金属Ti晶粒的择优取向变化最明显,但随着辐照次数的增加,晶粒的择优取向变化趋缓。