冷场致弧光等离子体技术在表面工程中的应用

随着科学技术的发展，国防技术的现代化和人民生活水平的提高，对材料科学提出了更高的要求．各种材料表面改质改性的新技术不断出现。涉及利用等离子体能量的技术更是层出不穷．离子镀、磁控溅射，离子注入，离子束辅助沉积、等离子体喷涂、离子渗氮、离子渗硫、离子渗金属等技术发展很快，并得到了，不同程度的应用．在这些等离子体技术中利用冷场致弧光放电所产生的高密度金属等离子体技术，多弧离子镀，多弧离子渗金属则是属于更新的金属等离子体材料表面改质改性技术。     

材料表面技术的研究及双辉技术在防腐蚀中的应用

文章简要介绍了化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、高能束表面改性及其它表面处理技术的新进展,讨论了利用双辉离子渗技术处理后碳钢对酸液的耐腐蚀性能.经双辉技术处理后的碳钢试样在稀硫酸和富液中的耐腐蚀性能显著提高.     

贫铀表面碳氧离子注/渗及其抗蚀性能研究

利用离子注/渗方法,将CO2气体离解后,在不同能量、束流、温度下注入贫铀表面,利用SEM、XPS和X如等技术分析了改性层厚度、表面元素化学态以及表面改性层的相结构.用室温贮存实验和电化学方法对注入样品的腐蚀性能进行了考核.结果表明,在高能量、小束流下离子注入得到的改性层薄;在低能量、大束流下离子注入得到的改性层厚,注入样品表面是以大量UO2和少量石墨碳的形式存在.碳离子注入能量存在一极限值,当能量较小时,可导致碳无法注入样品内部.腐蚀实验考核表明,贫铀表面注入C、0离子后,在表面形成单一的UO2氧化膜,使其抗腐蚀性能增强.     

低碳结构钢表面离子注渗强化机理的研究

研究了离子注渗W和渗碳处理对低碳结构钢显微组织、表面性能的影响。结果表明，离子注渗后低碳结构钢的表面硬度显著提高。本文采用X射线衍射分析、扫描电镜和透射电镜等方法，对其显微结构进行研究，通过对其产生的弥散相进行分析，确定该弥散相为WC，从而引起材料表面强化。     

Cr4M04V轴承钢喷丸与等离子体基升温注渗耦合强化效应

采用喷丸和等离子体基高温氮离子注渗对Cr4Mo4V钢进行了复合表面强化处理,研究了强化层中氮离子浓深分布和残余应力深度分布.结果表明,相对于单一注渗处理和喷丸强化试件,复合处理试件表面氮浓度、扩散深度、表面压应力幅值和深度都大幅提高,表明喷丸和注渗处理之间存在耦合效应.     

Q235钢低温渗铬及渗氮复合工艺的研究

采用双层辉光离子渗铬与随后的离子渗氮工艺相结合,在Q235钢表面分别进行渗铬＋渗氮、渗氮＋渗铬＋渗氮以及渗氮＋渗铬复合工艺处理;考察不同工艺条件下渗层的组织及性能。结果表明：前两种工艺表面均出现离子氮化白亮层（ε相）;三种工艺渗层主要相组成为：铁一铬固溶体（Fe-Cr）、铁的碳化物（Fe3C）和氮化物（Fe3N）、铬氮化合物（Cr2N）及少量的铬碳化合物（Cr23C6）。在本实验条件下,渗铬＋渗氮的渗层表面显微硬度最高,达到760HV,耐磨性最好,强化效果最明显。     

铸渗技术研究现状及发展趋势

在工程实践中,大多数情况下机械零件的磨损破坏都发生在表面或某些特定的部位,如采用昂贵的Cr、Ni、Ti等合金元素进行整体合金化是很不经济的,而表面强化技术在解决上述矛盾方面显示出无比的优越性.目前表面强化技术有物理气相沉积、辉光离子渗氮、金属材料的涂层熔融凝结强化、激光表面强化等,但这些表面改性的方法都是在零件成型后的二次表面处理技术,且需要复杂的专门处理设备,增加了工序,生产周期长,耗能大.铸渗技术是在铸件凝固过程中利用凝固余热使铸件表面形成一层具有特殊组织和性能复合层的技术.它是材料表面改性与零件成型同时进行的一种新型表面改性技术,由于其具有不需要专门设备,表面处理层厚,生产工艺简便,成本低廉等优点,在众多表面强化技术中独树一帜,越来越受到人们的重视.     

金属表面自纳米化及其复合改性技术研究进展

结合国内外表面自纳米化的研究成果,综述了表面纳米晶层产生的机理及表面自纳米化对材料表面硬度、摩擦磨损性能、抗疲劳性能以及耐腐蚀性能等的影响,总结了表面纳米晶层的优势,并针对表面纳米晶层性能及单一表面处理技术的不足,详细介绍了金属表面自纳米化与等离子体扩渗、微弧氧化及化学镀等常规表面处理相结合的复合改性技术研究进展,阐明了复合处理技术在材料性能提升上的巨大优势。最后,指出了复合处理技术面临的挑战,并从加强作用机理的研究、复合处理工艺系统性研究以及推进工业化应用等方向着手,提出应充分发挥金属材料表面自纳米化这一普适性的表面处理手段与其他表面改性技术复合的优势。希望为实现金属材料结构功能一体化,促进高性能新型材料和高性能复相表层的研究开发,加快复合改性技术工业化应用的进程提供借鉴与支撑。     

紫铜表面高能离子注渗Ni、Al的研究

对紫铜表面进行高能离子注渗Ni、Al试验的对渗层组织、成分分布进行了观察与分析,并同单元注渗Ni实验进行了比较分析.结果表明,紫铜表面高能离子注渗镍的渗层与铜基体结合良好,由表及里镍含量呈梯度分布,紫铜高能离子注渗Ni、Al的渗层组织和渗Ni组织大致相似,渗层表面出现"贫Al现象",即铝向基体扩散,最终主要集中在渗层的中部.     

离子渗ZrN与喷丸复合对TC4合金疲劳行为的影响

为改善钛合金耐磨和抗疲劳性能,采用离子渗技术在TC4钛合金表面先渗Zr,再渗N形成梯度ZrN合金化层,并与喷丸强化(SP)后处理复合。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和显微硬度计分析测试了改性层的组织结构和硬度沿层深的分布,探讨了改性层对TC4钛合金疲劳性能的影响规律和作用机制。结果表明,TC4钛合金离子渗层由ZrN-TiN复合相表层和富氮的Zr-Ti固溶体次表层组成,表面以ZrN相为主,其硬度较基材提高了3.2倍,合理强度的喷丸后处理未造成渗ZrN层表面明显损伤,并使表层硬度进一步增大,硬度沿层深呈现梯度递减分布。渗ZrN层明显降低了TC4合金的疲劳抗力,此归于ZrN-TiN层韧性低、表面粗糙度大。SP后处理则使渗ZrN的TC4钛合金疲劳抗力显著提高,不仅远高于TC4钛合金基材,而且远大于SP处理状态,原因归于复合处理引入了数值高、分布深的残余压应力场,并使表面粗糙度降低、组织改善,有效抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展。     

High frequency and low voltage plasma immersion ion implantation of nitrogen on industrial pure iron at different Rf power

Traditional plasma ion immersion implantation (PIII) can effectively improve material mechanical property and corrosion resistance. But the modified layer by PIII is too thin for many industrial applications. High frequency and low voltage plasma immersion ion implantation (HLPIII) has advantages of PIII and nitriding. Comparing with traditional ion nitriding, HLPIII can obtain higher implantation energy and create a thick modified surface layer. In the present paper nitriding layers were synthesized on industrial pure iron using high frequency and low voltage plasma immersion ion implantation with different RF power (400 W, 600 W, and 800 W). The microstructure of the nitriding layers was characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The mechanical properties such as microhardness and wear resistance were analyzed using HXD1000 microhardness and CSEM pin-on-disk wear testing machine. The anodic polarization characteristics were measured in a 0.9% NaCl solution at room temperature to examine the corrosion resistance of the nitriding layer. The results reveal that Fe₂N, Fe₃N and Fe₄N coexist in the nitriding layer. The nitriding layer is a corrosion protective coating on industrial pure iron in 0.9% NaCl solution. The hardness, wear resistance and corrosion resistance of the nitrided layers on industrial pure iron increase with RF power.     

低温等离子复合技术制备氧化铝阻氚涂层的研究

采用低温等离子体复合技术在不锈钢基体上制备了氧化铝阻氚涂层,先后经过磁控溅射镀铝,热处理及氧离子注入。利用XRD、SEM、EDS、AES对涂层进行了相结构、表面形貌、成分、元素分布等分析,并进行了划痕实验、抗热震性能及阻氚性能测试,结果表明：磁控溅射获得了高质量的铝涂层,热处理后形成了FeAl合金过渡层。在离子注入中,当注入剂量不变电压增加时,离子注入深度增加而氧元素分布梯度减少;当注入剂量达到8×10₁₇ ions/cm₂以上时,氧元素分布变得均匀。所获得的氧化铝涂层具有较好膜基结合力、抗热震性能及阻氚性能。经过叠加电压注入且剂量达到8×10₁₇ ions/cm₂的膜层具有最好的阻氚性能,在600_oC能使不锈钢的氚渗透率降低3个数量级。     

奥氏体不锈钢耐磨和耐蚀复合改性

采用电子回旋共振(ECR)微波等离子体源离子渗氮技术对奥氏体不锈钢进行氮化处理,获得与等离子体浸没离子注入(PII)结果相似的高硬度、高耐磨性表面改性层。     

中频交流磁控溅射制备氧化锌铝(ZAO)薄膜的研究

等离子体浸没离子注入与沉积技术可实现复杂形状零件表面垂直、均匀地离子注入与沉积处理,在材料表面改性领域具有广泛的应用前景。在技术发明后的20年间,该技术得到了快速的发展,但是也遇到了如何提高离子注入效率和注入均匀性、内表面注入、大面积注入等一系列问题。若上述问题得到解决,将极大的推进等离子体浸没离子注入与沉积技术的工业应用进程。     

High-current metal ion implantation for industrial applications

Ion implantation, as an efficient surface processing technique, has developed to include the implantation of various metallic ions for improving not only wear properties, but also such other surface properties as solid lubrication, fatigue, chemical stability, and engineering reliability. The high-dose metal ion implantation that can be accumulated in a short time over a relatively large implanting area makes metal vapor vacuum arc (MEVVA) source ion implantation well suited to practical surface engineering modification applications.     

钛合金表面耐磨性能及抗氧化性能的研究现状

钛合金具有密度小、质量轻、比强度高、比刚度高、良好的耐腐蚀性和耐热性、塑韧性好以及优良的加工性等优点,广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、体育器械及生物医疗等众多领域。但钛合金摩擦系数大、易黏着、耐磨性能差、高温(700℃)条件下氧化严重、不易润滑等缺点,大大限制了钛合金的应用和发展。介绍激光熔覆、磁控溅射、离子注入等常见的钛合金表面改性技术的研究现状,指出各种改性技术对钛合金耐磨性能、高温抗氧化性能的改善效果,并探讨各种改性技术的优缺点。在此基础上提出综合提高钛合金耐磨性和高温抗氧化性的新思路并展望其发展前景。     

离子束表面工程技术的进展*

综述了离子束表面工程技术近期研究进展,重点讨论了等离子体浸没离子注入(PIII)、强流脉冲离子束技术(HIPIB)、等离子体喷涂物理气相沉积(PS-PVD)、电子回旋共振(ECR)等离子体和磁过滤阴极真空弧沉积等表面工程技术;介绍了离子束表面工程在替代传统电镀技术、航空航天材料表面改性、太阳能利用中材料的表面改性、生物医学材料的表面改性等领域的应用。指出了离子束表面工程技术的未来研究方向,即深入研究离子束与材料表面的作用机理,开发高性能结构涂层和功能涂层,发展新的离子束复合表面技术。     

Wear and corrosion properties of plasma-based low-energy nitrogen ion implanted titanium

Plasma-based low-energy nitrogen ion implantation, including plasma source ion nitriding/carburizing and plasma source low-energy ion enhanced deposition, has emerged as a low-temperature surface engineering technique for metal and alloy. In this paper, the pure metal Ti samples have been modified by the plasma source ion nitriding process at a process temperature of 700 °C for a processing time of 4 h. The nitrided Ti surfaces were constructed of a continuous and dense Ti₂N compound layer about 2 μm thick and a 7-8 μm diffused layer. During tribological test on a ball on disk tribometer against the Si₃N₄ ceramic counterface, a low friction coefficient of about 0.3 and the faint wear volume were obtained for the nitrided Ti samples. The cyclic polarization curves of the nitrided Ti samples in 3.5% and 6.0% NaCl solutions showed that the improved pitting corrosion resistance with an increase of corrosion potential and a decrease of passive current, compared with that of the unnitrided Ti sample. The plasma source ion nitriding of the Ti samples provided the engineering surfaces for the functional applications with the combined improvement in wear and corrosion resistance.     

QPQ技术在9mm警用转轮手枪上的应用

QPQ盐浴复合处理技术是一种新的金属表面强化改性技术,该技术应用于9mm警用转轮手枪取得了明显的成效,手枪表面得到强化的同时又提高了耐磨性、耐蚀性,还具有优良的外观。工艺控制的要点是渗氮温度和渗氮时间,盐浴中CNO-和CN-含量和盐浴的清洁度,前处理对表面质量非常重要。