《离子注入表面处理》由会员分享,可在线阅读,更多相关《离子注入表面处理(30页珍藏版)》请在人人文库网上搜索。
1、离子注入技术表面处理Ion Implantation Technology目录第一部分第三部分离子注入技术简介文献研读. 高能注入. 低能注入第二部分第四部分离子注入在金属表面改性中应用总结与展望离子注入技术简介TEXT离子束射到固体材料以后,受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来,并最终停留在固体材料中,这一现象就叫做离子注入什么是离子注入?TEXT什么是离子注入技术?在真空系统中,用经过加速的,要掺杂的原子的离子注入固体材料,从而在被注入的区域形成一个具有特殊性质的表面层离子注入技术简介TEXT通过离子注入技术可以使金属材料表面陶瓷化和金刚石化,使其披上一层十分坚固的盔甲。常用注入原子有:碳
2、、氮、氧、硼、氦、磷、铁、铝、锌、钴、锡、镍等,注入原子原则上可以是元素周期表中的任何元素,被注入基体原则上可以是任何材料离子注入金属表面改性改善化学性能改善物理性能改善机械性能价值离子注入技术简介离子注入改性机理高速离子注入金属后,与金属中的原子、电子发生弹性碰撞(离子能量较低)、非弹性碰撞(离子能量较高),逐渐把离子的动能传递给反冲原子和电子,完成能量的传递和沉积如果晶格原子从碰撞中获得足够的能量(大于移位阀功即克服断键能和克服势垒作功之和),则被撞击原子将越过势垒而离开晶格位置进入原子间隙成为间隙原子如果反冲原子获得的反冲能量远远超过移位阀功,它会继续与晶格原子碰撞,产生新的反冲原子,发
3、生“级联碰撞”离子注入金属表面后,有助于析出金属化合物和合金相、形成弥散强化相、位错网,灵活地引入各种强化因子,即掺杂强化和固溶强化离子注入技术简介1.进入金属晶格的离子浓度不受热力学平衡条件的限制2.注入是无热过程,可在室温或地温下进行,不引起金属热变形3.注入离子在基体中与基体原子混合,没有明显的界面,注入层不会像镀层或涂层那样发生脱落现象添加文本添加文本添加文本添加文本添加文本4.不受合金相图中固溶度的限制,能注入互不相容的杂质,可改变金属材料的表面硬度,断裂韧度,弯曲强度,提高耐磨性可以进行新材料的开发;注入离子在基体中进行原子级混合,可以形成固溶体、化合物或新型合金。5.技术特点离子
4、注入技术简介注入温度能量和剂量离子种类升温往往使注入所得的亚稳态结构(如过饱和固溶体和非晶态)转变成平衡状态,从而使注入而硬化的表面层发生软化;加速表面层原子扩散,使得注入层浓度降低。对于金属表面改性用离子注入,一般要求在常温或低温(碰撞起主要作用)下(如小于100)进行。一般来说,对于金属材料,注入离子的剂量越大、浓度越大、分布越均匀,表面改性效果就越好。注入离子能量和剂量的调节是通过改变离子注入的电参数实现的,改变离子源和加速器能量,可以调整离子注入的浓度和深度选择原子半径大的注入离子在合适温度下尽量吸附在位错上注入间隙原子,如N、O或C,以有利于形成各种复杂的化合物,从而形成弥散强化影响
5、因子离子注入在金属表面改性中应用提高表面硬度与强度 大量的实验和研究表明:离子注入可以不同程度的提高金属材料表面的强度和硬度;金属表面的硬度和强度随着注入剂量的增加而增加。当金属中注入碳、氮、氧和磷等非金属元素时,可在金属近表面中析出碳化物、氮化物、磷化物等弥散相,表面洛氏硬度得到提高。TABLEN+ 注入后金属表面硬度增加量离子注入在金属表面改性中应用提高抗磨损、抗氧化、抗腐蚀和抗疲劳性能 通常认为离子注入使基体相晶面间距增大,产生晶格畸变和形成新的强化相,是材料硬度和耐磨性提高的主要原因。常采用N、Cr、Te、Mo等离子注入来提高金属材料的耐磨性和铁合金的表面力学性能。 H13钢塑料模具注
6、入N离子后,耐磨性和耐腐蚀性提高,注入铝离子钢的抗氧化性提高。FIGURE65Nb钢实验结果离子注入在金属表面改性中应用降低摩擦系数实验表明:摩擦系数的增减与注入离子的种类有关,增减幅度与注入离子的剂量和能量有关。FIGURE Co离子注入HSS样品的摩擦系数与摩擦次数的关系TABLE离子注入降低摩擦系数的效果文献研读Ion Implantations of Oxide Dispersion Strengthened Steels氧化物弥散强化钢的离子注入文献阅读TEXTIntroduction在核电行业中对结构材料的要求很高,例如反应堆压力容器钢,因为这些材料都将受到巨大的辐射,高强度的热应
7、力和器械应力。随着对核电行业当今的迅速发展,对相应结构材料的研究很有必要。点击此处添加标题ODS steel MA956 因为基于含有铬、铝和硅等合金元素以及形成了结构稳定弥散氧化物,所以具有的高难热腐蚀性。因其在各方面的优异性能,它被大量应用于第四代核电站的核反应堆压力容器中。点击此处添加标题文中主要研究了样品在辐射前是否收到热应力对其辐射损伤的评估(用离子注入技术模拟)文献研讨Materials Preparation and TreatmentMaterials: MA956 氧化物弥散强化钢,钢钉切割后样品达到 10*10 *0.4 (max 0.6) mm打磨,抛光(抛光所用的颗粒尺
8、寸为0.5m)热处理离子注入测试文献研讨在离子注入前共制备出四中不同处理样品:采用氢离子注入,注入剂量:6.24 1017 ions/cm2 ,注入能力:800 keV ,注入温度不超过100文献研讨Experimental Results 所有处理样品都将用设置FWHM参数接近200 ps的fastfast mode下的正电子湮没寿命谱仪(Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy, PALS)来进行测量。正电子是电子的反粒子,两者除电荷符号相反外,其他性质(静止质量、电荷的电量、自旋)都相同。正电子源放射的正电子(同时发射能量为1.27 MeV的