工业纯铁等离子体注入与氮化工艺及其性能研究

采用低电压高频率脉冲等离子体浸没离子注入与氮化技术在工业纯铁上进行氮离子注入及氮化强化处理,研究了不同脉冲宽度下,工业纯铁等离子体浸没离子注入与氮化处理的结构及性能.通过X射线衍射谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度、销-盘磨损实验,研究了工业纯铁氮离子注入及氮化后的结构、断面组织、表面元素含量、显微硬度、摩擦磨损性能;通过电化学极化方法在0.9%NaCl溶液研究了改性层的耐腐蚀性.研究结果表明:氮等离子注入及氮化后能显著提高纯铁表面的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性能,且表面形成结构为Fe3N和Fe4N的针状组织,针状组织是提高纯铁性能的关键因素;高脉冲宽度下进行等离子注入及氮化有利于提高纯铁表面的机械性能和耐腐蚀性能.     

离子注入空间齿轮传动副用30CrMnSi材料真空摩擦学性能研究

通过多种表面测试手段对几种单一及双离子注入空间齿轮传动副用30CrMnSi材料的真空摩擦学性能进行了研究,同时对不同注入条件进行了计算机模拟计算。结果表明,Ti++N+双注入后表面真空摩擦磨损性能相对最好。这主要是由于离子注入引起的注入层微观结构变化改变了摩擦磨损机理,从而改善了材料的摩擦学性能。     

金属等离子体浸没离子注入改善9Cr18轴承钢表面耐磨性的研究

采用新改进的阴极弧金属等离子体源 ,对 9Cr18轴承钢进行了金属等离子体浸没离子注入 (PIII)处理。首先将Ti,Mo和W离子分别注入到 9Cr18钢的表面 ,然后再对其进行N等离子体浸没离子注入 ,从而在 9Cr18钢表面形成了一层超硬耐磨的改性层。对PIII处理后的试样进行了显微硬度和磨损特性测试 ,结果表明 ,经PIII处理后的试样表面的显微硬度和耐磨性显著提高 ,而其中经Ti和Mo注入再进行N离子注入的试样效果更为明显。与仅进行N离子注入的试样相比 ,金属加N离子注入的试样表面耐磨性提高幅度更大 ,表明金属PIII在改善 9Cr18钢表面性能方面具有广阔的应用前景。XPS分析结果表明 ,PIII处理后试样表面形成了超硬的氮化物相 ,它们在改善材料表面特性中起到了重要的作用。     

Ti膜的离子注入表面强化效应研究

本文研究了Ar~++N~+注入铍表面Ti膜后,表面层的强化效应。实验先以Ar~+注入(剂量为4.5×10~(16)/cm~2),再注入N~+(剂量分别为1.6×10~(17)/cm~2、3.3×10~(17)/cm~2、5.5×10~(17)/cm~2),研究表面硬度及磨损速率随N~+注入剂量的变化关系,结果表明,N~+注入对表面硬度及耐磨性能有很大改进,并有一最佳剂量。X射线衍射分析得到,N离子注入后表面生成了TiN硬质相,并用RBS观察了膜与基体间的界面情况。     

金属等离子体浸没离子注入与沉积技术合成类金刚石薄膜研究

采用金属等离子体浸没离子注入与沉积技术在9Cr18轴承钢基体表面合成了类金刚石薄膜.研究了注入脉宽和工作气压对合成薄膜性能及化学组成的影响;通过激光Raman光谱、维氏硬度、针盘试验和电化学腐蚀等测试手段分别表征了合成薄膜后试样表面的化学组成和微观结构、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能.结果表明:合成薄膜后,试样的显微硬度增大了88.7%,摩擦磨损和抗腐蚀性能也明显改善.     

固体润滑轴承用9Cr18不锈钢离子注入与磁控溅射改性真空摩擦学研究

为了提高空间固体润滑滚动轴承耐磨寿命,采用全方位离子注入和磁控溅射技术对空间固体润滑轴承用9Cr18材料进行耐磨减摩表面改性研究。首先对9Cr18不锈钢试样表面注入N+、Ti+、Ti++N+,对离子注入后试样采用磁控溅射技术沉积MoS2-Ti薄膜。通过测试注入前后试样粗糙度及硬度,评价不同注入离子及无离子注入不同基底材料下溅射MoS2-Ti薄膜的附着力、真空摩擦学、薄膜磨损率等性能。结果表明离子注入通过提高9Cr18不锈钢基底硬度,能够提高复合改性后9Cr18不锈钢材料真空摩擦学性能20%。     

氮/氟离子注入Ti6Al4V合金耐磨性研究

通过等离子体基离子注入(PBII)表面改性的方法,采用不同的负脉冲偏压对Ti6Al4V合金进行氮/氟离子注入,并研究了改性层的结构、硬度以及摩擦磨损性能等。利用原子力显微镜研究了改性前后的表面粗糙度变化,并用X光电子能谱分析了改性层表面结构和化学组成,还使用力学显微探针分析试样的硬度,并用球盘式摩擦磨损实验仪和扫描电镜表征了摩擦磨损性能并观察了磨痕形貌。测试结果表明:氮氟离子注入改性试样粗糙度降低,并形成了由Ti O2,Ti F3,Ti F4和Ti N等组成的改性层;改性试样的纳米硬度值较未处理基体提高;氮氟离子注入试样表现出更好的弹性回复行为;改性试样摩擦系数和磨损体积均较基体下降,磨痕形貌从粘着磨损为主转变为磨粒磨损,耐磨性改善;注氟偏压-20 k V的试样获得最理想的性能。     

注入能量对304不锈钢离子注N表面改性层组织与性能的影响

注入能量对离子注入影响明显,但目前探究注入能量对304不锈钢离子注N层影响报道较少。研究在N剂量相同的情况下,离子注N时不同注入能量(30~75 keV)对304不锈钢表面改性层的组织及性能的影响。采用离子注入软件SRIM2013模拟离子注入对304不锈钢的注N深度,并采用扫描电镜(SEM)、显微硬度仪、X射线衍射仪(XRD)、万能摩擦磨损试验机对表面改性组织、硬度、相结构、摩擦系数进行测试,并对微观机理进行了分析与讨论。研究表明:在相同剂量下(9.0×10~(17)cm~(-2)),在注入能量范围为30~60 keV时,表面生成了γN相。但随着注入能量达到75 keV,304不锈钢表面出现多孔形貌,且硬度、摩擦系数等力学性能下降。经注入能量60 keV注N后,所得注N试样的显微硬度约为基材的1.9倍,摩擦系数有所降低,从基材的0.62下降为注N后的0.32;注入能量60 keV是离子注入的最佳注入能量。     

镁合金离子注入表面改性技术研究进展

离子注入是一种提高镁合金表面性能的重要处理技术。介绍了离子注入的改性原理,综述了该技术在提高镁合金表面硬度、耐磨性,改善耐蚀性、抗氧化性及生物医学性能等方面的应用,并展望了镁合金离子注入表面改性技术的发展方向和应用前景。     

氮离子注入的刀具不锈钢表面性能及微观结构

采用高能气体离子源注入机对刀具不锈钢2Cr13进行氮离子注入,以增强不锈钢的表面硬度和耐磨性能。对注入后的不锈钢试样进行了成分分析、显微硬度、磨损性能和耐蚀性的测试。结果表明:注入较大剂量氮离子后,不锈钢表面生成了CrN、FeN等间隙相,其表面硬度和耐磨性能随着氮离子注入剂量的增加而提升;当注入剂量为7.2×1017cm-2时,不锈钢表面维氏硬度从320HV提高到850HV,摩擦系数从0.52降低到0.33,并且仍具有良好的耐蚀性能。     

碳离子注入对硅片微摩擦学行为的影响

对单晶硅片进行不同剂量的碳离子注入,测量碳离子注入前后硅片的纳米硬度、弹性模量、硅表面与探针之间的摩擦系数和划痕深度以及硅片与Si3N4球的摩擦磨损,研究试样在过程中摩擦系数及磨损量的变化.结果表明,碳离子注入可能导致硅片表面结构的改变,从而影响了力学性能,但改善了微摩擦学特性.碳离子注入剂量为2×1015 ions/cm2时硅片的纳米硬度和弹性模量都明显降低,但其划痕摩擦系数和划痕深度均大于未注入硅片;碳离子注入后硅片的减摩效果和耐磨性能在小载荷下得到了大幅度提高,当载荷达到一定值后,摩擦系数迅速增加并产生磨损痕迹.其磨损机制在小载荷下以粘着磨损为主,在大载荷下以材料的微疲劳和微断裂为主.     

Mo+C双元离子注入65Nb钢表面的研究

利用 MEVVA源引出 Mo离子和 C离子 ,对 65Nb钢进行了不同剂量的离子注入 ,通过硬度测量、XRD、AES等方法研究了注入前后 65Nb钢改性层的性能、成分及相组成的变化。试验发现 Mo+ C双元离子注入 ,可在 65Nb钢注入层形成弥散的 Fe2 Mo C相 ,这是使该种基体钢经离子注入后表面硬度显著提高的重要原因。     

Cr12MoV钢PSII氮离子注入层的组织与性能

采用等离子体源离子注入技术(PSII),对Cr12MoV钢进行了氮离子注入,用俄歇电子能谱仪和透射电子显微镜对注入层的成分和组织进行了分析,分析结果表明:注入层的氮浓度分布具有类高斯分布特征;注入层中的马氏体组织被细化并有非晶态组织形成。显微硬度和摩擦性能测试结果表明,注入层的显微硬度和摩擦性能得到了明显的提高和改善。     

Cr12MoV钢PSⅡ氮离子注入层的组织与性能

采用等离子体源离子注入技术（PSⅡ）,对Cr12MoV钢进行了氮离子注入,用俄歇电子能谱仪和透射电子显微镜对注入层的成分和组织进行了分析,分析结果表明：注入层的氮浓度分布具有类高斯分布特征;注入层中的马氏体组织被细化并有非晶态组织形成。显微硬度和摩擦性能测试结果表明,注入层的显微硬度和摩擦性能得到了明显的提高和改善。     

Mo＋C双元离子注入65Nb钢表面的研究

利用ＭＥＶＶＡ源引出Ｍｏ离子和Ｃ离子,对６５Ｎｂ钢进行不同剂量的离子注入,通过硬度测量、ＸＲＤ、ＡＥＳ等方法研究了注入前后６５Ｎｂ钢改性层的性能、成分及相组成的变化。试验发现Ｍｏ＋Ｃ双元离子注入,可在６５Ｎｂ钢注入层形成弥散的Ｆｅ２ＭｏＣ相,这是使该种基体钢经离子注入后表面硬度显著提高的重要原因。     

N离子注入对TiN薄膜的组织及性能的影响

对钛合金基体上的TiN薄膜进行了不同剂量N离子的注入。利用扫描电镜、X射线衍射对离子注入前后组织进行了分析,并进行了硬度、摩擦磨损实验。结果表明:N离子注入使膜层呈现非晶化趋势,并随剂量增大而增强,当剂量为1.2×10~(18)ions/cm~2时膜层非晶化,晶粒得到了细化;当剂量为9×10~(17)ions/cm~2时变化最明显,尺寸约为20 nm以下;表面硬度得到提高,其增幅受到剂量及晶粒细化影响,最大增幅约为163.8 HV;摩擦磨损性能在TiN膜层表面硬度提高、粗糙度降低及长程效应的影响下也得到了较大提高,主要受注入剂量影响。     

氮离子注入浓度对弹条钢基体Cr/CrSiN复合涂层的摩擦学性能影响研究

在轨道用扣件弹条钢(60Si2Cr)上注入不同浓度的氮离子,用电弧离子镀技术沉积了Cr过渡层,并在其上制备了CrSiN/Cr复合涂层。在UMT-3多功能摩擦磨损机上对复合层进行了法向载荷为20N的摩擦磨损实验,探讨了经不同氮离子注入浓度后Cr/CrSiN复合涂层摩擦磨损行为和损伤机理,研究发现,经氮离子注入后,复合涂层表面硬度明显的增加,随着离子注入浓度的升高涂层的耐磨性逐渐提高,其磨损机制主要为剥落和磨粒磨损。     

离子注入表面摩擦学改性及其应用

离子注入可以改善材料表面的各种性质,而常温离子注入改性层太薄,工件表面的耐磨性及承载能力均较差,随着各种新的离子注入工艺的出现,摩擦学性能有较大的改善.本文从分析离子注入技术的特点着手,综述了离子注入对材料表面硬度、摩擦系数和耐磨性的影响及其作为表面摩擦学改性手段在航空航天、军事和机械等领域中的应用.     

45钢等离子体浸没式离子注入层的组织与性能

采用等离子体浸没式离子注入对45钢进行氮离子注入。对注入表层的成分、组织和性能进行了分析。研究结果表明:注入层的剖面氮浓度分布呈高斯分布特征,注入层中有大量氮化物相形成,注入层的显微硬度和摩擦性能有明显改善。     

碳化硅涂层的离子注入沉积改性

采用全方位离子注入和沉积（Plasma Immersion Ion Implamation and Deposition，PⅢ＆D），在SiC涂层表面形成注入沉积改性层（改性元素A1和Si），观察了离子注入和沉积对涂层表面裂纹的封填情况，分析了离子注入和沉积后涂层表面的相组成，考核了离子注入和沉积对SiC-C／SiC材料抗氧化性能的影响。实验结果表明：注入AI再注入沉积Si改性后显著降低复合材料在1300℃空气中的氧化质量损失，提高了复合材料的抗氧化能力，边注入边沉积Al和同时全方位沉积AI和Si改性对复合材料抗氧化性能改善作用较小，边注入边沉积Si改性改善复合材料抗氧化性能的作用最小。