脉冲宽度对偏转电场法内表面等离子体浸没离子注入的影响

近年来 ,采用等离子体浸没离子注入 (PIII)对零部件内表面进行改性处理引起了各国研究工作者的广泛关注 .研究表明 ,提出的偏转电场法是进行内表面注入处理的有效方法 ,可以极大提高内表面注入的注入剂量和注入能量 .研究了采用偏转电场法注入时注入电压脉冲宽度对注入效果的影响 .结果表明 ,长注入脉宽可以提高内表面注入能量 ,但对注入剂量影响不大 ;脉冲宽度对注入峰值深度和注入剂量的分布有很大影响 ,长注入脉宽使注入峰值深度和注入剂量的最大值向筒内部移动 ;采用适当的不同宽度脉冲进行注入 ,可以改善注入均匀性 .     

等离子体浸没离子注入及表面强化工艺的进展

等离子体浸没离子注入 (PIII)消除了传统束线离子注入 (IBII)固有的视线限制 ,是一种更适合于处理复杂形状工件的手段 .近十年来 ,PIII及其工业应用在国内外得到了迅速发展 .然而 ,随着PIII的研究与开发的深入 ,发现仍有若干重要的物理与技术问题 ,诸如浅的注入层、离子注入不均匀性、气体 (氮 )等离子体的有限应用范围等等 ,阻碍了PIII工业应用的发展 .目前 ,这些问题已成为国内外学者关注的焦点 .我实验室近年来在注入过程鞘层动力学的计算机理论模拟、离子注入剂量不均匀性改善、圆筒内表面注入研究、新型长射程阴极弧金属等离子体源研制、气体及金属等离子体的综合性表面改性工艺研究、以及低能高温PIII新工艺研究等方面进行了研究工作 .     

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。     

Ti6Al4V等离子体浸没式离子注入

采用新型等离子体浸没式离子注入技术,对Ti6Al4V合金进行氮离子注入.对注入层的成分、组织和性能的分析表明,注入层中氮浓度的分布具有类高斯分布特征,在注入层中有TiN和非晶态相形成.注入层的显微硬度和摩擦性能得到了明显的改善.     

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。     

等离子体浸没离子注入(P)技术在现代材料表面改性中的应用及发展

本文综述了近几十年才研制发展的一种新型的用于材料表面改性的离子注入新技术——等离子体浸没离子注入 (P ) ,待处理的材料直接浸泡在等离子体中进行处理。该技术保留了常规束线离子注入(CB )技术的主要特点 ,还具有需多独特的特点。将系统介绍该技术在现代材料表面改性中的各方面应用及发展。     

等离子体浸没离子注入技术综述

作为一种新的表面处理技术,离子注入技术在工业制造零件表面改性方面取得巨大的贡献,本文对等离子体浸没式离子注入技术做了简单介绍,主要介绍了其在材料表面改性方面中的优缺点及应用,就其发展前景做了展望。     

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,批量处理研究先进是十分有用的,但由于球形靶鞘层Child-Langmuir定律数学表达的非线笥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有不敏感,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辄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。     

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。     

Ｔi６A14V等离子体浸没式离子注入

采用新型等离入体浸没式离子注入技术,对Ｔi6A14V合金进行氮离子注入,对注入层的成分,组织和性能的分析表明,注入层中氮浓度的分布具有类高斯分布特征,在注入层中有ＴiN和非态相形态,注入层的显微硬度和摩擦性能得到明显改善。     

空间飞轮轴承等离子体浸没离子注入氮层性能研究

研究了氮等离子体浸没离子注入(PIII)技术处理后空间飞轮轴承内圈的摩擦学性能。通过原子力显微镜分析改性前后试样表面形貌,利用X射线电子能谱分析试样表面成分及结构,通过显微硬度计测量改性前后及不同注入时间下试样表面硬度,考察改性前后试样摩擦系数变化情况。结果表明,空间飞轮轴承内圈进行表面注氮后,表面形成Cr-N化合物,形成第二相及固溶强化使得试样表面硬度显著增加,摩擦系数明显减小,耐磨性增加,轴承组件工作电流明显减小。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

Micro-CT Analysis of Implanted Poly-Ether-Ether-Ketone Scaffolds: Plasma Immersion Ion Implantation Increases Osteoconduction

Poly-ether-ether-ketone (PEEK) is a biocompatible, high-strength polymer with biomechanical properties similar to soft bone that has been proposed as an alternative to titanium for orthopedic implants. Herein, micro-CT imaging of a 3D printed PEEK scaffold treated with plasma immersion ion implantation (PIII) to assess the degree of osteoconduction relative to an identical untreated structure, by implantation in the scapula of sheep, is performed. To overcome the lack of contrast between soft tissue and PEEK, a customized apparatus and alignment technique is designed and constructed. Principal component analysis is used to accurately locate the boundaries of the implant in the 3D dataset, with respect to reference coordinates. It is found that, within the interior volume of the scaffold, the PIII treated PEEK contains bone that is both more dense and in higher amounts than for untreated PEEK. The untreated PEEK shows more bone immediately outside the boundaries of the scaffold, indicating a lower affinity of the untreated scaffold for in-diffusion of osteocytes and associated mineralization. The greater osteoconduction of the PIII treated scaffold is attributed to the improvement in hydrophilicity and the provision of protein covalent binding.