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.     

划痕法综合评定膜基结合力

用划痕实验探索了综合表征膜基结合力的方法.在瑞士CSM仪器的微划痕测试仪(Micro-Scratch Tester,MST划痕仪)对真空多弧离子镀设备制备的WC-Co/TiN膜基结合力进行划痕实验,系统地介绍了如何利用MST划痕仪所测的声发射数据、摩擦力数据及光学、电子扫描划痕形貌来综合评定膜基结合力,并用WS-92划痕仪对评定结果进行验证.评定结果表明,单一的声发射图谱或摩擦力曲线不能准确判定膜基结合力的表征值临界载荷,声发射图谱、摩擦力曲线与划痕形貌综合评定临界载荷结果才可信.WS-92划痕仪测量的结果验证了MST划痕仪评定结果的准确性.     

ARE法制取立方氮化硼膜时提高膜基结合力方法的研究

采用活性反应离子镀装置,通过电子束蒸镀金属纯硼,在氮、氩混合气体等离子体中,合成了ｃ－ＢＮ膜。对沉积后的ｃ－ＢＮ膜,在充入高纯氮的条件下,原位进行消应力退火处理以提高膜与基体的结合力。用富立叶变换红外透射谱分析ｃ－ＢＮ膜的结构,用弯曲法测量膜的残余压应力,通过划痕试验测量膜与基体的结合力。沉积态的 ｃ－ＢＮ膜的残余压应力高达６．６ ＧＰａ,当退火温度不超过６００℃时,膜的残余压应力消减效果不大;但当经８００℃退火 １ｈ后,ｃ－ＢＮ膜的残余压应力大幅度下降,降到约 ２ ＧＰａ,膜与基体的结合力有很大提高,划痕试验时临界载荷高达 １４ Ｎ;而富立叶变换红外分析结果表明,高温退火不改变ｃ－ＢＮ膜的相结构。     

9Cr18轴承钢氮等离子体浸没离子注入表面改性工艺及机理的研究

采用不同怕等离子体浸没离子注入工艺对９Ｃｒ１８轴承钢进行了氮离子注入,结果发现,不同条件下的氮离子注入均能显著提高９Ｃｒ１８钢表面的显微硬度和耐磨性,同时耐磨蚀性也明显改善。实验分析结果表明、氮离子注入后试样表面形成了大量的氮化物相,它们在改善材料表面特性中起到了关键的作用。     

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。     

类金刚石薄膜对轴承钢表面机械性能和滚动接触疲劳寿命的影响

使用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)技术在轴承钢基体表面合成类金刚石(DLC)薄膜,研究了薄膜的结构和性能,结果表明,所制备的DLC薄膜主要是由金刚石键(sp3)和石墨键(sp2)组成的混合无定形碳,且sp3键含量大于10%,DLC膜层致密均匀,与基体结合良好,DLC膜具有很高的硬度和杨氏模量,分别达到40 GPa和430 GPa;其最低摩擦系数由基体的0.87下降到0.2,被处理薄膜试件在90%置信区间下的L10、L50、La和平均寿命L较基体分别延长了10.1倍、4.2倍、3.5倍和3.4倍,PIII&D轴承钢滚动接触疲劳寿命的分散性得到了显著改善.     

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。     

P掺杂类金刚石薄膜的制备及生物学行为研究

应用等离子体浸没离子注入与沉积方法合成了磷掺杂的类金刚石(diamond like carbon,DLC)薄膜.结构分析表明磷以微米级岛状结构分散于DLC薄膜表层,P的掺杂增加了DLC薄膜的无序性,俄歇能谱表明岛型区域是由P、C、O三种元素形成的化合物.掺杂表面表现出强烈的亲水性(水接触角为16.9°),体外血小板粘附实验结果显示,P掺杂DLC薄膜表面粘附的血小板少且变形小,表现出的血液相容性优于热解碳和未改性DLC.     

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.     

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。     

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(1 1 1 )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(2 2 0 )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     

全方位离子注入与沉积TiN薄膜的纳米压痕和纳米划擦行为

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合改性技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜。膜层的相组成及其表面形貌分别用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)表征。合成薄膜前后试样的力学性能经纳米压痕和划痕实验评价。XRD结果表明,膜层中主要存在TiN相,择优取向(200),同时含有少量TiO2和钛氮氧的化合物。AFM形貌显示出试样表面TiN呈定向排列,膜层均匀完整,结构致密。纳米压痕测试结果表明,膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,最大值分别达到22.5和330 GPa,较基体分别增长104.5%和50%。根据纳米划痕形貌和划痕深度随划痕位置的变化关系分析出,薄膜在纳米划擦过程中先后经历了弹性变形,弹塑性变形,加载开裂或卸载剥落三个阶段。划擦剥落抗力达到80mN,表明TiN薄膜具有很好的弹性恢复能力和较强的疲劳剥落抗力。     

离子源辅助电子束沉积凹印版耐磨层

针时凹印版电镀存在的污染和高能耗，采用射频感应偶合（ICP）离子源辅助电子束沉积硬质铬耐磨层，通过控制离子源参数和加入过渡层来提高薄膜与基体的结合力和显微硬度。利用扫描电镜、原子力显微镜、显微硬度计、划痕仪、表面轮廓仪，摩擦磨损仪对膜层的组织结构和性能进行了研究，探讨了在薄膜沉积过程中，离子源工艺参数对薄膜界面结合机理，组织结构和性能的影响。     

Influence on Rolling Contact Fatigue Life of GCr15 Steel Treated by Plasma Immersion Ion Implantation

Plasma Immersion Ion Implantation (PIII) has been proved to be a useful technique for surface modification of components with sophisticated shape. Based on the results of conventional three-ball-on-rod testing, the rolling contact fatigue (RCF) life of GCr15 steel treated by PIII technique was studied. During the study, nitrogen plasma was generated and the implantation voltage was varied from 20 to 40 kV. The fatigue test results reveal that implantation voltage has a great influence on RCF life. Compared with the untreated sample, N10and N50 (failure probability is 10% and 50% , respectively) life of the sample with the implantation voltage of 30 kv was increased by 58.8% and 223.5% , respectively.     

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.     

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。     

高功率脉冲磁控放电等离子体注入与沉积CrN薄膜研究

采用高功率脉冲磁控放电等离子体离子注入与沉积的方法在不锈钢基体上制备了高膜基结合力的CrN硬质薄膜,并研究了不同的Ar/N流量比对薄膜形貌、结构及性能的影响.采用扫描电子显微镜、X射线衍射对其表面形貌和结构进行分析,发现制备的薄膜表面光滑、致密,相结构单一,主要是CrN(200)相.对薄膜的结合力、硬度、弹性模量、耐磨...     

用离子束辅助沉积和计算机控制系统制备纳米薄膜复合材料

研制成功了一台计算机控制系统 ,用来改进用于纳米复合薄膜制备的离子束辅助沉积技术。计算机、石英晶体振荡器和模糊控制器使系统可以准确地调节沉积速率 ,提高生产效率 ,确保各种纳米复合薄膜如多层和纳米晶薄膜的质量