等离子体浸没离子注入和沉积技术制备TiN薄膜研究

利用多功能等离子体浸没离子注入设备，采用等离子体浸没离子注入和沉积技术在Ti合金表面制备具有优异力学性能的TiN薄膜。研究了真空室中氮气存在状态及氮气压力对薄膜性能的影响：当氮以中性气体存在于真空室中，薄膜的生长主要受热力学因素控制，沿着低自由能的密排面(低指数面)TiN(111)择优生长；当氮以等离子体状态存在于真空室中，薄膜沿着高指数面TiN(220)择优生长，具有高硬度、耐磨性好的优点，并且随着N分压的提高，薄膜耐磨性提高。     

等离子体浸没式离子注入-离子束增强沉积TiN膜研究

本文采用一种新型的等离子体浸没式离子注入 离子束增强沉积的技术(PIII IBAD),在Cr12MoV钢基体上制备出了TiN膜,对沉积膜的组织进行了光电子能谱分析,并对沉积膜进行了硬度检测、摩擦试验及磨痕形貌分析。试验结果表明,沉积膜中的组织为TiN、TiO2和Ti2O3,TiN膜具有高达Hv3200的高硬度和极其优良的摩擦性能。     

等离子浸没离子注入沉积纳米TiN薄膜的机械性能研究

采用等离子体浸没离子注入沉积(PⅢ-D)在不锈钢基底上合成TiN薄膜。对沉积TiN薄膜后的不锈钢试样进行拉伸变形实验,扫描电子显微镜(SEM)原位观察表明在较大塑性变形量下氮化钛薄膜没有剥落和裂纹出现。采用划痕法测得薄膜与基体间有较强的结合力。薄膜的纳米压痕测试显示出很高的纳米硬度和弹性模量值。通过对合成TiN薄膜的TEM结构测试、AFM表面观察、AES成分结果分析,认为该合成薄膜的纳米级晶粒尺寸、致密的表面质量以及成分沿深度的分布是其具有优异的抗塑性变形性能以及高的结合强度的原因。     

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.     

工业纯铁等离子体氮化及Ti/TiN多层薄膜沉积复合处理研究

为改善工业纯铁的耐磨抗腐蚀性能,本文采用低偏压高频等离子浸没离子注入及氮化技术(HLPⅢ)对工业纯铁进行表面改性,然后利用非平衡磁控溅射技术(UBMS)在低压高频等离子浸没离子注入及氮化处理样品表面制备Ti/TiN多层膜.研究发现,工业纯铁在3.5kV脉冲电压(频率15.15kHz,占空比25%)下等离子注入及氮化3h后,表面形成了深度达4μm的氮化层,其相结构以ε-Fe_3N和γ-Fe_4N结构为主.等离子氮化及Ti/TiN多层薄膜沉积复合处理后,工业纯铁的硬度、耐磨损性能以及抗腐蚀性能均得到大大提高,等离子注入及氮化形成的氮化层有利于提高Ti/TiN多层薄膜与工业纯铁基体之间的结合力和耐磨性.     

氮等离子体浸没离子注入TC4钛合金的研究

等离子体浸没离子注入（PIII）方法由于其优异的性能,近年来受到研究人员的高度关注。本文利用等离子体浸没离子注入（PIII）技术在TC4钛合金基体上注入氮。x射线衍射（xRD）表明注入的氮以TiN的形式存在于基体表面附近,且出现了（200）择优取向。x射线光电子能谱（XPS）表明氮元素含量随剥蚀先增加后减少,与SRIM软件的模拟结果吻合。纳米硬度测试表明注氮后材料的硬度显著提高,表面纳米硬度增加108％。     

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。     

铝合金等离子体基离子注入形成A1N／TiN层及其耐磨性能

用X射线光电子能谱（XPS）和小掠射角X射线衍射（GAXRD）研究了铝合金LY12等离子基离子注入形成A1N/TiN改性层的成分分布及相结构，在此基础上测量了改性层的纳米硬度，并进行了摩擦磨损试验，结果表明，氮和钛都有效地注入到铝合金里，后注入的元素对先注元素的分布和重要影响，钛，氮同时注入在试样表面形成一层稳定的钛，氧化合层，和未改性试样相经,形成的A1N/TiN改性层纳米硬度及承载能力都提高5倍以上，在低滑动载荷的增加，相应的耐磨性能有所降低，适当的改性层结构及其中分布的TiO2,TiN,TiAl3,Al2O3,AIN等相是性能改善的主要原因。     

聚酰亚胺薄膜的等离子体浸没离子注入电性能转变

用等离子体浸没离子注入(PIII)对聚酰亚胺(PI)薄膜进行表面改性处理,研究在不同注入时间条件下聚酰亚胺薄膜表面电性能的转变,并通过X光电子能谱(XPS)分析其转变的机理。结果表明,经等离子体浸没离子注入处理后,聚酰亚胺薄膜的表面电阻与未处理的样品比较下降了约6个数量级,而且没有时效性问题;XPS分析结果表明处理后样品表面的C、N元素含量增加,O元素含量减少,说明样品表面受离子轰击发生了损伤,C=O、C-N键断裂,因此聚酰亚胺薄膜表面电阻下降主要是由薄膜表面发生碳化引起。     

铀表面等离子体浸没离子注入沉积制备氮化层+Ti/TiN多层膜的结构与性能

为了改善金属铀的摩擦磨损和抗腐蚀性能,采用等离子体浸没离子注入沉积(PIII&D)技术在铀表面氮化,再沉积Ti/TiN多层膜.利用扫描电镜和X射线衍射分析了薄膜的形貌和组织结构;对薄膜的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能进行了测试.结果表明:薄膜表面致密,界面晶粒柱状生长方式被阻断,晶粒细化;薄膜为Ti和TiN的双相结构,衍射谱中出现了UO_2和U_2N_3的衍射峰;薄膜大大提高了铀基体的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能,调制周期对薄膜性能的影响较大.     

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。     

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。     

等离子体浸没离子注入球形靶的鞘层尺度

对于等离子体浸没离子注入(PIII)技术,球形靶鞘层尺度预测对真空室设计、批量处理研究等是十分有用的。但由于球形靶鞘层Child-Langmuir定律数学表达的非线性使得工程应用较为困难。本文对球形靶的鞘层尺度进行了数值求解、讨论了注入参数对鞘层尺度的影响。计算结果表明,鞘层厚度(包括离子阵鞘层和稳态鞘层)随球体半径或注入电压增加而增加,随等离子体密度增加而减小。但对于不同的参数区间,鞘层特性对参数的变化表现出不同的敏感性。当等离子体密度较高、注入电压较低时,稳态鞘层厚度对于靶体半径的变化极不敏感。相反鞘层厚度对靶体大小变化较为敏感。虽然平面靶与球形靶的离子阵鞘层尺度比值与等离子体密度及球体半径有关,但平面靶稳态鞘层尺度总是大于球形靶的。这对于实际的PIII应用具有重要的指导意义。     

9Cr18轴承钢表面不同等离子体浸没离子注入强化处理技术研究

采用不同的等离子体浸没离子注入(PⅢ)工艺在9Cr18轴承钢表面进行了气体、金属、金属加气体的离子注入和碳化钛(TiC)、类金刚石(DLC)薄膜的等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢD).对处理后的试样进行了X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)和拉曼光谱(Raman)分析;测试了处理前后试样的显微硬度、磨痕宽度和摩擦系数.结果表明:处理后试样表面均形成了不同的改性层,且改性层中化学组成和各元素的浓度-深度分布随处理工艺的不同而变化;处理后试样的显微硬度都有较大提高,最大增幅达77.7%;表面摩擦系数由0.8下降到0.16;磨痕宽度减少了23倍;与PⅢ工艺相比,相同参数下,PⅢD处理后的试样表面综合性能更加优异.     

Spatial Potential Distribution around Trench Target during Plasma Immersion Ion Implantation

Plasma ion implantation, an alternative to conventional beam-line ion implantation, is a sheath-acceleration ionbombardment technique and the initial sheath is crucial to the process efficacy and surface properties. The initialspatial potential distributi     

Deposition of TiN coatings on shape memory NiTi alloy by plasma immersion ion implantation and deposition

An investigation has been carried out to study the effect of pulse negative bias voltage on the morphology, microstructure, mechanical, adhesive and tribological properties of TiN coatings deposited on NiTi substrate by plasma immersion ion implantation and deposition. The surface morphologies were relatively smooth and uniform with lower root mean square values for the samples deposited at 15 kV and 20 kV negative bias voltages. X-ray diffraction results demonstrated that the pulse negative bias voltage can significantly change the microstructure of TiN coatings. The intensity of TiN(220) peak increased with the increase of negative bias voltage in the range of 5-20 kV. When the negative bias voltage increased to 30 kV, the preferred orientation was TiN(200). Nanoindentation test indicates that hardness and elastic modulus increased with the increase of the negative bias voltage (5 kV, 15 kV and 20 kV), and then dropped sharply at 30 kV. The adhesion between the TiN and NiTi alloy and tribological properties of TiN coated NiTi alloy depend strongly on the bias voltage parameter; the sample deposited at 20 kV possesses good adhesion strength and excellent tribological property.     

等离子体浸没离子注入(PIII)过程中初始离子阵鞘层尺度内各物理量的时空演化

等离子体浸没离子注入(PIII)是用于材料表面改性的一种较新的、廉价的、非视线的技术.靶体被浸没在等离子体中,等离子体中的离子在靶体负脉冲偏压的作用下注入靶体而实现材料的表面改性.为了描述等离子体浸没离子注入过程,我们引用了一维粒子模型(PIC)对其进行了数值模拟,该模型通过求解空间电势的Poisson方程,电子的Bolzmann分布以及离子在网格中受力运动的Newton运动方程来完成.本文重点研究了一个初始离子阵鞘层内电势、离子浓度、离子注入靶体的速度和动能以及离子流密度的时空演化规律.     

非平衡磁控溅射氮化钛薄膜及其性能研究

采用非平衡磁控溅射技术,在钛合金(Ti6Al4V)表面沉积氮化钛薄膜。通过改变氮气和氩气分压比(PN/PAr)和基体偏压,制备出不同结构、性能的氮化钛薄膜。采用X射线衍射技术、原子力显微镜、PS-168型电化学测量系统、CSEM球盘摩擦磨损实验机、HXD-1000 knoop显微硬度仪等研究了薄膜的结构、表面形貌、耐腐蚀性能与机械性能。结果表明,采用非平衡磁控溅射技术制备出了致密的氮化钛薄膜。当PN/PAr较小时,氮化钛薄膜中存在Ti2N时,Ti2N相可以有效提高薄膜的硬度和耐磨损性能;当PN/PAr增加到0.1时,薄膜硬度达到最大,耐磨损性能最优;随着PN/PAr的继续增大,氮化钛薄膜中主要存在TiN相,氮化钛薄膜的复合硬度和耐磨损性能降低。在钛合金(Ti6Al4V)表面沉积氮化钛薄膜可以显著提高其在Hanks类体液中的耐腐蚀性能。