李郁興，姚萍屏，李專，周海濱，王興，趙一博，康麗，鄧敏文

電磁發(fā)射CuCrZr軌道的沉積層特征與磨損機(jī)理

李郁興，姚萍屏，李專，周海濱，王興，趙一博，康麗，鄧敏文

(中南大學(xué) 粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083)

對(duì)電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)后的CuCrZr 合金軌道進(jìn)行拆解，結(jié)合掃描電鏡、X射線能譜、X射線衍射、X射線光電子能譜及電子背散射衍射等，對(duì)軌道表面沿發(fā)射方向4個(gè)區(qū)域的表面沉積層特征和磨損機(jī)理進(jìn)行研究。結(jié)果表明，大部分軌道表面被沉積層覆蓋，沉積層的厚度沿發(fā)射方向由薄變厚再變薄，最厚處的厚度達(dá)65 μm，沉積層的主要成分為Cu、Al、Al2O3和Al4Cu9等。軌道表面出現(xiàn)剝落、犁溝與流水狀組織，呈現(xiàn)附著磨屑、孔洞、塞積和胞狀枝晶等典型特征，表現(xiàn)出機(jī)械和電氣磨損的混合狀態(tài)。不同區(qū)域的沉積層特征差別明顯，包括厚度、孔洞尺寸及數(shù)量、沉積層內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，以及裂紋和表面形貌等。沉積層和軌道之間的界面發(fā)生擴(kuò)散行為，形成擴(kuò)散界面。沉積層的晶粒取向垂直于軌道表面。

電磁發(fā)射；軌道；沉積層；磨損機(jī)理；CuCrZr

相較于傳統(tǒng)的機(jī)械能和化學(xué)能發(fā)射，電磁發(fā)射具有隱蔽性好、發(fā)射速度快等特點(diǎn)，近年來(lái)得到快速發(fā)展，具有成為新一代遠(yuǎn)程精準(zhǔn)打擊武器的巨大潛 力[1?2]。在地磁發(fā)射過(guò)程中，流經(jīng)軌道的強(qiáng)電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，攜帶彈丸的載流電樞在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生洛倫茲力，推動(dòng)彈丸高速射出[3]。然而，在電磁熱力場(chǎng)多場(chǎng)耦合下，軌道處于超高溫與強(qiáng)電流的環(huán)境中，表層會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，包括材料轉(zhuǎn)移形成沉積 層[4?6]、氧化[7]、微裂紋、孔洞[8]、重熔組織[9]和界面處元素?cái)U(kuò)散等[3]。超高溫度以及電樞與軌道之間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)使電樞表面熔化并附著在軌道表面，形成與軌道組成和結(jié)構(gòu)顯著不同的沉積層，嚴(yán)重影響后續(xù)發(fā)射行為。近年來(lái)，許多研究者利用模擬和實(shí)驗(yàn)手段對(duì)軌道的沉積層與磨損進(jìn)行了研究。高翔[10]和馮勇[11]運(yùn)用ANSYS，使用Archard模型對(duì)軌道的磨損特征進(jìn)行仿真分析，高翔[10]將裂紋、犁溝和顆粒的影響考慮在內(nèi)，模擬接觸狀態(tài)和磨損體積隨加速度的變化。馮勇[11]在考慮孔洞、犁溝、材料轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上模擬樞軌的磨損量，但由于實(shí)際發(fā)射時(shí)的邊界條件難以全部考慮在內(nèi)，模擬結(jié)果與真實(shí)情況仍有出入。COOPER 等[9]對(duì)發(fā)射1、3、6、20次后的軌道表面沉積層進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)軌道同一位置的沉積層厚度與發(fā)射時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系，多次發(fā)射后存在明顯分層。PERSAD等[12]重點(diǎn)研究了1、3、7次電磁發(fā)射后同一位置沉積層的厚度特征，及沉積層內(nèi)部孔洞形成的原因。在對(duì)發(fā)射軌道不同位置的沉積層特征研究中，黃偉等[13?14]根據(jù)電樞速度將發(fā)射過(guò)程分為4個(gè)階段，研究每個(gè)階段電磁發(fā)射銅軌道的表面損傷行為和微觀結(jié)構(gòu)演化，但僅限于表面輪廓的起伏，對(duì)軌道截面的研究只著眼于軌道表面以下淺層的微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)軌道表面以上的沉積層仍有大量可研究的內(nèi)容。

已有的研究結(jié)果顯示，發(fā)射時(shí)，軌道受到機(jī)械磨損和電氣磨損，材料從電樞到軌道表面的轉(zhuǎn)移不可避免，軌道表面的磨損是產(chǎn)生表面沉積層的主要原因之一。相同發(fā)射次數(shù)的軌道不同位置，將出現(xiàn)不同特征的沉積層，這會(huì)對(duì)后續(xù)發(fā)射產(chǎn)生不同程度的影響。本文作者用CuCrZr合金作為軌道材料，7075鋁合金作為電樞材料，對(duì)20次發(fā)射后軌道表面的沉積層特征進(jìn)行研究，通過(guò)觀察軌道表面沿發(fā)射方向不同區(qū)域來(lái)研究發(fā)射各階段的沉積層特征形貌與微觀結(jié)構(gòu)，探索軌道表面的摩擦磨損機(jī)理，為在實(shí)驗(yàn)室條件下研究對(duì)應(yīng)區(qū)域的沉積層變化及其他損傷打下理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 CuCrZr 合金軌道材料的制備

CuCrZr合金軌道材料采用真空鑄造和電磁凝固方法制備，通過(guò)微合金法加入適量Mg、Ti、Nb、Ag、Co等元素，在電磁場(chǎng)中凝固以去除雜質(zhì)成分，最后進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，得到軌道材料。電樞材料為7075鋁合金。圖1所示為軌道材料表面的SEM形貌，表1 所列為軌道及電樞的成分，可以看出軌道材料基體為Cu，中間摻雜少量的Zr和Cr，且Cr和Zr富集在一起。軌道材料的電導(dǎo)率為89%IACS，硬度(HRB)為77～78。點(diǎn)數(shù)材料的抗拉強(qiáng)度為621～627 MPa，屈服強(qiáng)度為570～582 MPa，硬度(HRB)為58～60，電導(dǎo)率為29%～35%IACS。

圖1 CuCrZr合金軌道材料的原始表面形貌SEM照片(a)與EDS圖(b)、(c)

1.2 組織與性能表征

將CuCrZr 合金軌道裝配在電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中進(jìn)行發(fā)射測(cè)試。軌道內(nèi)側(cè)呈凹弧形，彈丸固定在電樞上。當(dāng)發(fā)射系統(tǒng)通入脈沖電流后，電樞攜帶彈丸沿軌道加速射出。發(fā)射過(guò)程中軌道與電樞產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，并且在軌道表面附著不均勻沉積層。軌道長(zhǎng)度為1.2 m，發(fā)射起始位置位于軌道長(zhǎng)度的1/16處，發(fā)射20次后將軌道從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)拆下。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，發(fā)射過(guò)程呈現(xiàn)明顯的三階段特征[1, 15?16]。本文作者沿發(fā)射方向?qū)④壍榔骄譃榘说确?，初步觀察發(fā)現(xiàn)整個(gè)軌道存在4種明顯不同的形貌，且出現(xiàn)的區(qū)域具有明顯的特殊性，最終選擇4塊表面形貌明顯不同的區(qū)域進(jìn)行研究，分別為軌道長(zhǎng)度的1/8、3/8、5/8和7/8位置，如圖2(a)所示。每個(gè)位置截取的樣件尺寸相同，選取樣品的表面與截面如圖2(b)所示。

利用掃描電鏡(SEM, Nova Nano SEM230)和X射線能量色散譜(X-ray energy dispersive spectroscopy，EDS)對(duì)軌道沉積層表面與截面的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進(jìn)行表征。采用HR-150A型洛氏硬度計(jì)測(cè)定材料表面的宏觀硬度，鋼球壓頭直徑為1.588 mm，初始載荷為98 N。用型號(hào)為D/max 2550的X射線衍射儀(XRD)及ESCALAB250Xi型號(hào)的X射線光電子能譜儀(X-ray photoelectron spectrograph，XPS)分析沉積層的物相組成。用HKL Nordlys Max型掃描電鏡進(jìn)行電子背散射衍射分析(electron back-scatter diffraction，EBSD)，表征沉積層的晶粒尺寸和取向。用D60K電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x測(cè)定軌道及電樞材料的電導(dǎo)率。

表1 CuCrZr合金軌道和7075鋁合金電樞的主要成分

圖2 軌道取樣位置示意圖(a)和樣品表面及截面示意圖(b)

圖3 發(fā)射實(shí)驗(yàn)后軌道各區(qū)域的表面光學(xué)圖像

2 結(jié)果和討論

2.1 軌道表面的典型形貌特征

圖3所示為圖2(a)中軌道表面4個(gè)不同區(qū)域的磨損表面光學(xué)圖像。從圖中看出大部分的軌道表面被灰色沉積層所覆蓋。區(qū)域1位于彈丸起始加速位置附近，僅此區(qū)域有明顯裸露的軌道，沉積層有明顯剝落；區(qū)域2的表面極其不平整，但沉積層已完全覆蓋軌道表面；區(qū)域3的沉積層表面有宏觀凹槽；區(qū)域4靠近彈丸出口位置，表面相對(duì)較光滑。

圖4 CuCrZr 合金軌道不同區(qū)域磨損表面的SEM照片和EDS圖

(a), (b), (c) Region 1; (d), (e) Region 2; (f), (g) Region 3; (h), (i) Region 4

圖5所示為連續(xù)發(fā)射后軌道上4個(gè)區(qū)域的截面形貌SEM圖。從圖5(a)看出，區(qū)域1的表面沉積層較薄，厚度在3～20 μm不等。由于樞軌之間剪切應(yīng)力的反復(fù)作用，沉積層與軌道界面處產(chǎn)生裂紋，隨著發(fā)射的進(jìn)行，裂紋沿摩擦方向擴(kuò)展并相互連接，最后沉積層脫落。從圖 5(b)看出，區(qū)域2的表面沉積層最厚達(dá)65 μm，沉積層表面極不平整，沉積層內(nèi)有大量大小不同、分布不均的圓形孔洞。但沉積層與軌道的界面比區(qū)域1更平整，這主要是由于區(qū)域2中從電樞轉(zhuǎn)移到軌道的材料更多，沉積層更厚，故多次發(fā)射主要磨損沉積層表面，對(duì)軌道表面損傷更小。區(qū)域3的沉積層較薄且較均勻，厚10 μm左右，孔洞數(shù)量少且尺寸小，軌道表面破壞較嚴(yán)重，如圖 5(c)所示。區(qū)域4的沉積層與軌道之間的界面以及沉積層表面均非常平整，沉積層厚度均勻，約為30 μm，并出現(xiàn)垂直于軌道表面的貫穿式裂紋(見(jiàn)圖 5(d))，這種貫穿式裂紋主要是由于發(fā)射時(shí)速度極快的電樞對(duì)軌道末尾區(qū)域造成巨大的剪應(yīng)力，導(dǎo)致未完全凝固的沉積層中產(chǎn)生垂直于表面的裂紋。除裂紋外，沉積層內(nèi)的孔洞尺寸小，多集中在沉積層上部。從圖5看出，靠近沉積層表面的孔洞尺寸較靠近沉積層底面的孔洞尺寸小，但數(shù)量多。這是因?yàn)槌练e層的上層直接向空氣中散熱，而下層需經(jīng)過(guò)一定距離的固相傳熱，故凝固速率略慢，凝固時(shí)間長(zhǎng)，孔洞生長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，且下層凝固較慢而形成閉孔，所以下層孔洞較大；沉積層的上層凝固快，但Al液與空氣中水蒸氣的反應(yīng)同樣劇烈，故靠近沉積層表面的孔洞尺寸較小、數(shù)量較多[12]。

圖5 軌道不同區(qū)域的截面SEM圖

(a) Region 1; (b) Region 2; (c) Region 3; (d) Region 4

2.2 軌道表面沉積層的微觀結(jié)構(gòu)與物相組成

以上研究結(jié)果表明，區(qū)域 2的沉積層具有孔洞多、微裂紋、層厚大、流水狀組織明顯等形貌特征。因此，選擇區(qū)域2對(duì)沉積層內(nèi)部的典型微觀組織結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步分析，結(jié)果如圖6所示。電樞運(yùn)動(dòng)方向如圖中箭頭所示。圖 6(a)所示為沉積層與軌道界面處的掃描電鏡的EBSD圖。從圖中看出，在樞軌間應(yīng)力與高溫的共同作用下，界面處明顯發(fā)生了Cu和Al元素的相互擴(kuò)散，擴(kuò)散層深度在1.5 μm左右(見(jiàn)圖6(b))。根據(jù)現(xiàn)有的結(jié)合理論[18?19]，推測(cè)擴(kuò)散層的形成過(guò)程如下：1) 由于電樞和軌道表面的凸起而產(chǎn)生相互摩擦，在電樞和軌道表面快速形成氧化膜。在樞軌間的應(yīng)力與載流作用下，電樞表面的高溫Al氧化膜與Cu軌道表面的氧化膜在摩擦產(chǎn)生的剪應(yīng)力作用下破裂，致使Al原子與Cu原子接近，形成弱化學(xué)鍵。2) 重復(fù)發(fā)射產(chǎn)生反復(fù)的應(yīng)力、溫度與載流條件，使得已經(jīng)形成弱化學(xué)鍵的Al、Cu原子被激活，進(jìn)一步克服勢(shì)壘，形成金屬鍵。3) 發(fā)射后的殘余溫度，使得實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合的Al和Cu發(fā)生相互擴(kuò)散和再結(jié)晶，形成一定厚度的擴(kuò)散層。擴(kuò)散層有利于提高沉積層與軌道表面的結(jié)合性能，減少沉積層的剝落。從圖 6(c)可見(jiàn)Al沉積層中較常見(jiàn)的富Al胞狀枝晶，這種枝晶只在靠近沉積層表面的區(qū)域出現(xiàn)，在沉積層底面未出現(xiàn)枝晶，這是因?yàn)檐壍谰哂辛己玫膶?dǎo)熱性能，并且從軌道與沉積層的界面處到沉積層表面呈正的溫度梯度，但Cu合金軌道的導(dǎo)熱性能優(yōu)于沉積層Al合金，因此過(guò)冷現(xiàn)象不明顯，故靠近軌道一側(cè)的沉積層底部沒(méi)有出現(xiàn)枝晶。當(dāng)沉積層具有一定厚度時(shí)，由于沉積層的導(dǎo)熱系數(shù)較小，軌道與沉積層的界面到沉積層表面開(kāi)始呈負(fù)溫度梯度，部分相界面的生長(zhǎng)突出到液相中。由于液相過(guò)冷程度較高，突出部分的生長(zhǎng)速率增加并進(jìn)一步延伸到未凝固的Al液相中，從而產(chǎn)生胞狀枝晶。

圖 6(d)和(e)所示分別為沉積層截面的二次電子圖像和EBSD圖像。從圖中看出，軌道上沉積層的晶粒取向(即生長(zhǎng)方向)垂直于軌道表面。該沉積層是多次發(fā)射產(chǎn)生的結(jié)果，每次發(fā)射都會(huì)導(dǎo)致之前的沉積層再次熔融和凝固，凝固方向基本垂直于軌道表面，即溫度由沉積層向空氣梯度降低，或從沉積層向軌道梯度降低。故表現(xiàn)為晶粒沿垂直于軌道表面方向生長(zhǎng)，枝晶取向相差較大的界面易形成裂紋。此外，沉積層的晶粒較粗(見(jiàn)圖6(f))，直徑為15 μm的晶粒面積分?jǐn)?shù)最大，使得沉積層的力學(xué)性能較差。

圖7所示為軌道磨損表面沉積層的XPS譜和XRD譜。從圖7(a)看出，沉積層的O1s峰強(qiáng)度很高，表明軌道磨損表面的主要成分之一為氧化物。圖7(b)中Al2p譜在74.6 eV結(jié)合能處的峰主要是Al－O鍵，在75.2 eV的高結(jié)合能處的峰主要是Al與從空氣中吸收水形成的Al－OH鍵。而根據(jù)Cu的雙峰擬合(圖7(c)所示)可知Cu的價(jià)態(tài)為0價(jià)，表明只有從電樞轉(zhuǎn)移到軌道表面的Al元素被氧化。圖7(d)所示為軌道原始表面和沉積層表面的 XRD譜。由圖7可知，原始軌道表面的主要元素為Cu，沉積層表面除Cu、Al外，還出現(xiàn)Al2O3、金屬化合物Al4Cu9等其他相，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在富Al的Al-Cu混合物中，Al4Cu9為優(yōu)先形成的相[21]。Al2O3和Al4Cu9的形成增加了沉積層的脆性，更易出現(xiàn)裂紋。XRD譜也顯示軌道沉積層表面氧化物僅有明顯的Al2O3峰，同樣證明被氧化的主要是從電樞轉(zhuǎn)移到軌道表面的Al。

2.3 磨損機(jī)理

在多次發(fā)射過(guò)程中，軌道表面不斷受到電樞發(fā)射帶來(lái)的影響。結(jié)合軌道表面的宏觀和微觀形貌以及電樞在軌道中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可知，在軌道的4個(gè)不同區(qū)域存在不同的磨損機(jī)制。

圖6 區(qū)域2的沉積層內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)特征

(a) SEM backscatter image of the interface between deposition layer and rail; (b) EDS line scanning of the interface between deposition layer and rail; (c) SEM backscatter image of cellular-dendritic microstructure in deposition layer; (d), (e) SEM image , EBSD Euler graphs of deposition layer cross-section; (f) Grain size distribution in EBSD field of view

1) 區(qū)域1：由于電樞在此位置剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，速度小，電流低，樞軌接觸良好，樞軌材料表面直接接觸，較硬的軌道表面微凸體對(duì)較軟的電樞材料表面造成犁削[22]，產(chǎn)生的小顆粒磨屑以第三體的形式在樞軌摩擦副之間滾滑，產(chǎn)生磨粒磨損[23]，導(dǎo)致裸露的軌道表面出現(xiàn)輕微犁溝(見(jiàn)圖8(b)和(c))。此外，軌道表面發(fā)生明顯的材料轉(zhuǎn)移，電樞材料覆蓋在部分軌道表面形成沉積層，表面有少量孔洞，沉積層邊緣有剝落痕跡。這是由于樞軌間的過(guò)盈配合使得壓應(yīng)力與電樞運(yùn)動(dòng)時(shí)的剪應(yīng)力共同作用，沉積層的剪切變形不斷積累，使軌道表面下一定深度處出現(xiàn)位錯(cuò)堆積，超過(guò)此區(qū)域沉積層的屈服極限時(shí)產(chǎn)生垂直于軌道表面的裂紋。當(dāng)裂紋向下擴(kuò)展至軌道材料表面時(shí)，便不再沿深度方向繼續(xù)擴(kuò)展，而是在壓應(yīng)力與剪應(yīng)力的共同作用下沿樞軌時(shí)間界面方向延伸(見(jiàn)圖9(a))，直至與下一個(gè)垂直于軌道表面的裂紋相遇(見(jiàn)圖9(b))，使得沉積層以片狀磨屑的形式剝落，導(dǎo)致沉積層不連續(xù)。多次發(fā)射后，軌道表面沉積層與電樞材料的冷焊加劇，產(chǎn)生黏著磨損(如圖8(a)所示)。綜上所述，在軌道的區(qū)域1，磨損機(jī)理包括磨粒磨損、剝層磨損與黏著磨損，僅產(chǎn)生少量的電氣磨損。

圖7 沉積層表面的XPS譜和XRD譜

(a) Survey spectrum; (b) Al 2p spectrum; (c) Cu 2p spectrum;(d) XRD patterns of the original and deposition surface of the rail

圖8 電磁發(fā)射CuCrZr軌道表面的黏著磨損(a)和磨粒磨損(b)、(c)

圖9 軌道表面的沉積層剝落過(guò)程(a)和裂紋擴(kuò)展、相遇(b)

圖10 電磁發(fā)射軌道表面的電氣磨損

(a) Loss of contact occurs on the surface, the circuit is still connected through the arc, and continuous deposition occurs; (b) Electrical wear surface morphology

2) 區(qū)域2：電樞經(jīng)歷短距離加速后，速度增大，但遠(yuǎn)未到達(dá)射出速度，同時(shí)脈沖電流迅速增大，兩根軌道間洛倫茲力增大，向外產(chǎn)生互斥的力，導(dǎo)致樞軌間應(yīng)力降低，此時(shí)電樞運(yùn)行相對(duì)不穩(wěn)定，樞軌接觸狀態(tài)惡化使得電弧增加，溫度急劇升高，電樞材料軟化并大量轉(zhuǎn)移至軌道表面(見(jiàn)圖10(a))，在電樞對(duì)沉積層表面的剪應(yīng)力作用下形成大量流水狀形貌，發(fā)生噴濺并產(chǎn)生孔洞塞積(圖10(b)所示)。這一區(qū)域主要發(fā)生電氣磨損，磨粒磨損和黏著磨損的影響比區(qū)域1弱化很多，電樞在這一區(qū)域的質(zhì)量損失最大。

3) 區(qū)域3：電樞在這一區(qū)域接近射出速度，且電樞表面由于一直磨損已凹凸不平，形成明顯凸峰，這些凸峰與重復(fù)發(fā)射后軌道表面的沉積層接觸，沉積層軟化使得電樞在其表面留下明顯犁溝，犁溝附近出現(xiàn)典型的熔融形貌。這一區(qū)域主要為電氣磨損和磨粒 磨損。

4) 區(qū)域4：此時(shí)樞軌內(nèi)的電流從峰值回落，樞軌間接觸時(shí)間非常短，沉積層均勻，沉積層表面附近有小孔洞，仍以電氣磨損為主。

3 結(jié)論

1) 對(duì)CuCrZr 合金軌道進(jìn)行電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)，軌道的4個(gè)不同區(qū)域(分別位于沿發(fā)射方向的1/8、3/8、5/8和7/8軌道長(zhǎng)度位置)的表面、截面形貌以及磨損機(jī)理均有所不同。區(qū)域1的軌道表面沒(méi)有完全被沉積層覆蓋，有較大的裸露面積。沉積層厚度在3～20 μm不等，軌道表面損傷嚴(yán)重。發(fā)生磨粒磨損、電氣磨損、剝層磨損與黏著磨損。

2) 區(qū)域2、3和4均被沉積層完全覆蓋。區(qū)域2的沉積層最厚，最大厚度達(dá)65 μm，沉積層內(nèi)部孔洞多，且尺寸差距大。這一區(qū)域主要發(fā)生電氣磨損，呈現(xiàn)最典型的沉積層形貌。

3) 區(qū)域3的沉積層厚度薄但較均勻，約為10 μm，孔洞數(shù)量少且體積小，軌道表面破壞較嚴(yán)重。發(fā)生較嚴(yán)重的電氣磨損和磨粒磨損。

4) 區(qū)域4的沉積層表面與軌道表面均非常平整，沉積層均勻，厚度約為30 μm，出現(xiàn)垂直于軌道表面的貫穿沉積層的裂紋，孔洞小并多集中在沉積層上部。主要發(fā)生電氣磨損。

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Deposition characteristics and wear mechanism of CuCrZr electromagnetic launch rail

LI Yuxing, YAO Pingping, LI Zhuan, ZHOU Haibin, WANG Xing, ZHAO Yibo, KANG Li, DENG Minwen

(State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China)

The dismantling study on the CuCrZr alloy orbital after the electromagnetic emission experiment was carried out. Combined with canning electron microscopy (SEM), energy X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), photoelectron spectroscopy (XPS) and electron backscatter diffraction (EBSD) etc., the surface of the orbital surface in four regions along the emission direction was analyzed. The deposition characteristics and wear mechanism were studied. The results show that most of the rail surface is covered by deposition. The thickness of the deposition layer tends to be thin to thick, and then to thin again in the second half of rail, and the thickest position reaches 65 μm. The main components of the deposition are Cu, Al, Al2O3and Al4Cu9, etc. There are some typical features in the deposition layer, including spalling, grooving, water-like structure, surface-attached wear debris, pores, packed pores and cellular-dendrites, which shows a mixed state of mechanical and electrical wear. The characteristics of the deposition layer in different regions are obviously different, including thickness, size and number of pores, microstructure inside the deposition, cracks, surface morphologies, etc. Diffusion occures at the interface between the deposition layer and the rail, forming a diffusion interface. And the grain orientation of the deposition layer is perpendicular to the rail surface.

electromagnetic launch; rail; deposition; wear mechanism; CuCrZr

10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022023

TJ866

A

1673-0224(2022)04-409-10

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(92166202)；中南大學(xué)研究生自主探索創(chuàng)新項(xiàng)目(1053320192411)

2022?03?15；

2022?04?25

姚萍屏，教授，博士。電話：0731-88876614；E-mail: yaopingpingxx@sohu.com。李專，教授，博士。電話：0731-88879422；E-mail：lizhuan@csu.edu.cn

(編輯 湯金芝)