离子束表面改性技术

离子束表面改性技术第一页，共十三页，编辑于2023年，星期一概念基本特点离子注入改性机理应用主要内容第二页，共十三页，编辑于2023年，星期一概念注入元素——离子化——打入固体电离室高压加速原子冶金特征离子注入表面改性离子注入后，在零点几微米的表层中增加注入元素和辐射损伤，从而使金属的耐磨性、摩擦系数、抗氧化性、耐腐蚀性发生显著变化。离子注入已在微电子技术、宇航、生物工程、医疗、核能等高技术领域应用，特别是工具、刀具、模具制造业的应用效果突出。返回第三页，共十三页，编辑于2023年，星期一入射离子引起的物理效应不同（图11-21）离子注入；注入损伤；溅射；原子混合基本特点离子注入表面改性优点靶材与注入元素不受固溶度、扩散的限制；开发新材料注入过程不受温度限制；根据需要，在高T，低

T，室T下进行，保证零件精度直进性（横向扩展少），适合集成电路微细加工精确控制掺杂数量、深度与位置，精度达亚微米级第四页，共十三页，编辑于2023年，星期一基本特点离子注入表面改性缺点注入层薄，一般<1μm工艺上高剂量注入的溅射与升温，溅射腐蚀设备造价高，影响推广返回第五页，共十三页，编辑于2023年，星期一表面硬度、耐磨性、疲劳强度↑离子注入改性机理离子注入表面改性

固溶强化

间隙原子固溶强化，注入层体积膨胀，应力↑，阻止位错运动，硬度，耐磨性↑

析出相弥散强化

如：注入N、C、B—氮化物、碳化物、硼化物，弥散相，硬度、耐磨性↑

位错钉扎大量的注入杂质聚集在因离子轰击产生的位错线的周围，形成柯氏气团，并在位错线上形成许多位错钉扎点，阻止位错运动，改善抗磨性能。第六页，共十三页，编辑于2023年，星期一离子注入改性机制表面硬度、耐磨性、疲劳强度↑晶粒细化

晶粒尺寸↓，Hal—lPatch公式，强度、硬度↑压应力效应

20％～50％材料加入表面区，压缩状态，填实表面裂纹，疲劳寿命↑耐磨性↑，μ↓

如：Mo、W、Ti、V和C双注入

μ↓自润滑作用

Sn、Mo+S、Pb磨损碎片，更细，等轴—改善润滑性第七页，共十三页，编辑于2023年，星期一耐蚀性、抗氧化性↑离子注入改性机理离子注入表面改性表面组织变化，亚稳相合金、非晶体合金

钢铁注入B,P，产生非晶态表层，酸性溶液中组止阳极腐蚀

Al、Cr、Si—Al2O3、Cr2O3、SiO2，形成致密薄膜，抗氧化表面成分变化，使E变化

3.5％Pb－Ti，1mol/L沸腾H2SO4中，耐腐蚀电位≈EPb，Ti耐还原介质性能↑

Pb－Ti，表面易钝化，防止缝隙腐蚀返回第八页，共十三页，编辑于2023年，星期一微电子工业中应用，微电子加工

最早、最广泛、最有效、最为成功的先进技术应用离子注入表面改性冶金学中应用，制备新材料机械工业中刀具、工具、模具、零部件应用刀具：氮离子注入加工较轻质工具，寿命↑2～12倍，刀口锋利模具：保持模具精度，延长模具使用寿命，寿命↑2～12倍例：注入拉丝模具的孔径磨损，沿直径方向均匀增大，加工更粗金属丝，继续使用，再离子注入，寿命进一步提高；其他方法改性，径向增长不均匀，损坏模具，难以再使用金属离子注入效果好：不锈钢铣刀，Ti＋C，寿命提高16倍第九页，共十三页，编辑于2023年，星期一生物医学中应用主要用于假体、骨钉、膝和骨关节，注入离子后，假体的寿命可超过患者的寿命。Co-Cr合金骨科植入物，注入后抗蚀性↑，形成Cr2N，减少Co、Cr、Ni的释放。N—316L外科不锈钢中，疲劳寿命↑102，B、Ta减少点蚀Nb—Ti-6Al-4V合金假体，抗腐蚀性↑；TiN层，表面钝化，μ↓应用离子注入表面改性返回第十页，共十三页，编辑于2023年，星期一课程论文表面处理技术在机械工程中的应用综述性论文某种表面处理技术在机械工程中的应用机械工程中表面处理技术的发展要求：内容＋格式总成绩的20％第十一页，共十三页，编辑于2023年，星期一格式题目—作者－单