PIII技术制备c-BN硬化层

采用一种新型的等离子体浸没式离子注入技术(PIII)在渗硼后的50Mn钢试样上制备出了厚度为0.15~0.2mm的立方氮化硼(c-BN)表面硬化层。经X光电子能谱(XPS)和X光衍射分析(XRD),发现硬化层中的组织有立方氮化硼(c-BN)、六方氮化硼(h-BN)、B2O3、FeB和Fe2B。在表层60nm的深度范围内,c-BN的含量较高。采用球盘式无润滑滑动摩擦试验和维氏显微硬度试验分别对渗硼+PIII复合处理以及单独渗硼的50Mn钢试样的性能进行了对比试验。结果表明,与单独渗硼的试样相比,渗硼+PIII复合处理的试样具有高得多的硬度(高达Hv0.1N44GPa)和耐磨性。该项技术在电缆压模上进行了应用试验,获得了较好的应用效果。     

渗硼层表面脆性测量方法探讨

研究了显微硬度压痕法结合声发射技术在渗硼层表面进行脆性检测的可行性。结果表明，渗硼层表面测量的声发射能量累积计数值Ｅｎ与显微硬度压痕负荷Ｐ之间基本保持线性关系，可以用Ｅｎ－Ｐ直线方程的斜率Ｋ值定量表征渗硼层的脆性。渗硼层表面疏松较重，则给这种脆性检测方法带来一定影响。     

气体渗硼工件的表面形貌及其与渗硼层孔洞的关系

利用扫描电子显微镜观察了经不同气体渗硼工艺处理的工件表面,研究了影响工件表面形貌的因素及表面形貌与渗层孔洞的关系。研究表明:恰当的工艺参数使工件表面由规则,细小,均匀的硼化物颗粒构成,否则,工件表面的硼化物颗粒将会粗化,甚至产生一种针状颗粒。本文重点研究了这种针状硼化物的形成机理及其影响因素。此外,表面较光滑的工件往往具有较致密的渗硼层,而粗糙的表面,尤其是表面产生针状硼化物的工件则对应孔洞较多的渗硼层。     

N等离子体基注渗方法研究

等离子体基注渗技术在材料表面改性中具有极为重要的应用，本文报道了一种实现恒温条件的N等离子体基注渗的工艺方法，利用该方法可以根据工艺研究需要，实现注渗剂量、注渗能量(加速电压)和注渗温度单一参数调节，为等离子体体基注渗工艺的优化提供了一种切实可行的研究方法。利用本文提出的工艺方法，对纯铁进行了各种温度下的N离子注渗。结果表明，处理过程中，可依据工艺设计，单参数大范围改变注渗电压或注渗恒温温度，温度波动很小，离子注入层厚度得到明显提高。     

渗硼层与渗氮层深度的测定

以H13钢的渗氮层和渗硼层为例，借助于光学显微镜、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和X射线衍射(XRD)，分析了两者组织形态和硬度梯度上的差别，指出了两者渗层深度不同的界定标准。即渗硼层厚度的测量不能将过渡层记入渗硼层厚度，而应采用硼化物齿峰和齿谷的统计算术平均值得到渗硼层厚度。     

槽电压对纯铁表面液相等离子体电解硼碳氮三元共渗层摩擦磨损性能的影响

利用液相等离子体电解渗技术分别在340,360V和380V槽电压下对纯铁进行硼碳氮三元共渗(PEB/C/N)表面处理。分析纯铁表面PEB/C/N共渗层的形貌、成分、相组成和显微硬度分布。采用球-盘摩擦磨损仪评估槽电压对渗层摩擦磨损性能的影响,并分析渗层与ZrO_2球对磨时磨损机理。纯铁表面的PEB/C/N三元共渗层厚度随着放电电压升高而增大,最高硬度也相应增加。380V处理1h后硼碳氮三元共渗层中渗硼层和过渡层厚度分别达到26μm和34μm,渗层最高硬度可以达到2318HV。硼碳氮三元共渗层的磨损率仅为纯铁基体的1/10。硼碳氮共渗处理大幅度降低纯铁的摩擦因数和磨损率,但不同槽电压下制备的PEB/C/N共渗层的摩擦因数和磨损率变化较小。     

16Mn钢常压等离子束表面渗硼改性的初步研究

借助电子探针、透射电镜对１６Ｍｎ钢常压等离子快速渗硼改性机理进行了探讨。结果表明，由于高能离子束的轰击，金属表层组织明显细化，同时产生更多的活性原子，大大加快其合金过程，并形成ＦｅＢ、Ｆｅ３Ｂ，Ｆｅ３（Ｓｉ，Ｂ）等相，产生第二相强化，使金属硬度显著提高 。     

渗硼层形成机理的探讨

渗硼层的形成机理,一直是渗硼研究的重要课题。本文主要采用X射线法对用气体法在工业纯铁上形成渗硼层的过程进行了研究。结果表明,在渗硼时,依次形成硼的固济体,Fe_2B、FeB。即渗硼层形成过程完全符合相图和相律。     

激光处理技术对渗硼层组织与性能的影响

钢材表面经渗硼处理将会提高耐磨性,但同时也使脆性增大并产生剥落现象。采用激光技术通过改变硬化层结构,大幅度改善了表面性能。本文利用各种分析手段,系统地研究了45＃钢渗硼层显微组织特征及其变化规律.认为:(1)硬化层脆性化合物明显细化,(2)渗硼层出现了硬度低于硼化铁的组织以及,(3)显微组织在渗硼层的分布合理,导致硬度梯度平缓,是降低渗硼层脆性的主要原因。     

ITER极向场线圈销轴表面硬化工艺研发

ITER极向场线圈(PF)磁体支撑销轴承载极向场线圈和部分真空室的质量,因使用环境非常恶劣,所以对其表面硬度及耐磨性能有很高的需求。按照ITER极向场线圈销轴的设计要求,研发了两种表面硬化处理方式,包括无界面N离子注入361LN强化处理以及采用在不锈钢表面堆焊一层马氏体不锈钢ER414L的方式分别不同程度地增加基底材料的表面硬度以及耐磨性能,可以满足小尺寸及超大型部件的表面硬化设计需求。     

Surface Structures and Osteoblast Activity on Biomedical Polytetrafluoroethylene Treated by Long‐Pulse,High‐Frequency Oxygen Plasma Immersion Ion Implantation

Polytetrafluoroethylene (PTFE) is a biologically safe polymer used widely in clinical medicine including oral and orthopedic surgery. However, the high bio‐inertness of PTFE has hampered wider applications in the biomedical fields. In this work, we extend the treatment time in long‐pulse, high‐frequency oxygen plasma immersion ion implantation of PTFE and a more superhydrophobic surface with a water contact angle of 160° is created. X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM) reveal that the optimized long‐pulse, high‐frequency oxygen plasma immersion ion implantation process induces a rougher surface and to a lesser extent alters the surface oxygen concentration on the PTFE. Our data, especially long‐term contact angles, suggest that the superhydrophobility stems from surface roughness alteration. Furthermore, the activity of MC3T3‐E1 osteoblasts cultured on the treated surfaces is promoted in terms of quantities and morphology.     

25Cr3MoA钢高温离子注入和离子氮化复合表面处理研究

研究了25Cr3MoA钢离子氮化层经高温离子注入复合表面处理后的氮分布、组织和磨损性能。结果表明,与单一离子氮化处理或离子氮化和氮离子低温注入复合处理相比,复合处理时选择合适的高温注入温度,可获得耐磨性能更好的改性层。     

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。     

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     

C+和Ti+注入铝型材热挤压模表面改性研究

应用MEVVA源离子注入技术,在氮化处理基础上对H13钢模具进行了C和Ti双重离子注入表面改性研究.结果表明,C和Ti双重离子注入可以显著提高H13钢的表面硬度和耐磨性,降低摩擦系数,从而大幅度提高模具的使用寿命和产品质量,使模具挤压产量由离子注入前的3.51t提高到9.86t,提高了近200%.     

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...     

FeB和Fe2B价电子结构与钢表面渗硼层硬化本质

依据EET理论,计算了FeB和Fe_2B价电子结构并分析了它们与钢渗硼层硬化的关系。研究发现:渗硼表面改性后,钢表面硬度和耐磨性提高的根本原因在于FeB和Fe_2B最强键的键合力远大于基体α-Fe最强键的键合力;FeB的硬度比Fe_2B大的微观本质在于FeB相最强键的键合力、主键络连接键的键合力和共价电子密度分别比Fe_2B的大27.12%、4.8%和3.66%;FeB相比Fe_2B脆性大的微观本质在于FeB共价键空间分布更不均匀,FeB相主键络具有较强的共价性,而Fe_2B相主键络具有较强的金属性;由于FeB相成键能力仅比Fe_2B的成键能力大0.85%,因此优先形成的Fe_2B相极易转变为FeB相,使得钢表面渗硼层的脆性增强。     

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.     

氮等离子体浸没离子注入技术改善轴承钢滚动接触疲劳寿命和机械性能的研究

研究了氮等离子体浸没离子注入(N-PIII)技术处理后GCr15轴承钢表面的滚动接触疲劳特征和机械性能。测试了改性前后试样的滚动接触疲劳寿命和磨痕光学形貌、摩擦磨损行为及纳米压痕硬度。结果表明,处理后试样的最大显微硬度较基体增大近一倍,摩擦系数从0.95下降到0.15。在赫兹接触应力为5.1 GPa,90%置信区间下的L10和L50寿命分别增加了99.6%和236.3%。分析不同处理参数下的Weibull分布曲线和光学显微形貌可知,脉冲偏压、材料内部缺陷、基体表面粗糙度、注入时间和N离子注入剂量对疲劳寿命均有很大影响。疲劳寿命和相关机械性能的改善主要源于N-PIII处理所导致的氮化物强化相和残余压应力的共同作用。