铝合金等离子体基离子注入形成A1N/TiN层结构研究

用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成的AIN/TiN改性层的结构.结果表明,N和Ti能注入铝合金表面,N在注入层呈类高斯分布,而Ti沿注入方向呈梯度递减.后注入的Ti和N对先注入的N的含量和分布有重要影响.同时注入Ti和N,能在试样表面形成一层稳定的Ti,N层.所形成的AlN/TiN改性层主要由TiO2,TiN,TiAl3,Al2O3,AlN相组成.     

铝合金等离子体基离子注入形成AlN／TiN层结构研究

用X射线光电子能谱和小掠射角X射线衍射研究了铝合金LY12等离子体基离子注入形成的AlN/TiN改性层的结构。结果表明,N和Ti能注入铝合金表面,N在注入层呈类高斯分布,而Ti沿注入方向呈梯度递减。后注入的Ti和N对先注入的N的含量和分布有重要影响。同时注入Ti和N,能在试样表面形成一层稳定的Ti,N层。所形成的AlN/TiN改性层主要由TiO2,TiN,TiAl3,Al2O3,AlN相组成。     

铝合金等离子体基离子注入形成AlN/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等离子体基离子注入形成AlN/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 ,氮和钛都能有效地注入到铝合金里 ,后注入的元素对先注元素的含量和分布有重要影响 .钛、氮同时注入在试样表面形成一层稳定的钛、氮化合层 .和未改性试样相比 ,所形成的AlN/TiN改性层纳米硬度及承载能力都提高 5倍以上 .在低滑动载荷下 ,摩擦系数减小 70 %以上 ,耐磨性提高近 10倍 ,耐磨寿命提高了近 6倍 ,粘着磨损程度显著减轻 .随着载荷的增加 ,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、Al2 O3、AlN等相是性能改善的主要原因     

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。     

铝合金等离子体基离子注入形成AIN/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等离子体基离子注入形成AIN/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,氮和钛都能有效地注入到铝合金里,后注入的元素对先注元素的含量和分布有重要影响．钛、氮同时注入在试样表面形成一层稳定的钛、氮化合层．和未改性试样相比,所形成的AIN/TiN改性层纳米硬度及承载能力都提高5倍以上．在低滑动载荷下,摩擦系数减小70％以上,耐磨性提高近10倍,耐磨寿命提高了近6倍,粘着磨损程度显著减轻．随着载荷的增加,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．,The disfribution of composition and microstructure of the AIN/TiN layer of aluminum alloy 2024 im-planted by Plasma Based Ion Implantation(PBⅡ) were characterized using X -ray Photoelectron Spectroscopy(XPS) and Glancing Angle X -ray Diffraction (GAXRD). XPS results show that N and Ti can be implantedinto 2024 effectively, the content of N presents a Gaussian - like distribution, and that of Ti decreases gradu-ally along the implanted direction from the surface. The post -implanted elements have great influence on thecontent and depth profile of the pre - implanted ones. The simultaneously implanted Ti and N can form asteady layer of Ti and N on the surface. In comparison with 2024, the AIN/TiN layer has remarkably improvedthe mechanical properties, of which both the nano - hardness and the load bearing capacity have in most cases increased over 5 times, the friction coefficient has been decreased more than 70% , wear life has been im-proved near to 6 times, and the wear resistance has enhanced approximately 10 times and the degree of adhe-sive wear has lightened markedly at low sliding loads. Nevertheless, the wear-resistant properties are reducedgradually with increasing the sliding load. The great improvement of the mechanical properties is mainly owingto the proper structure of the layer and the presence of TiO2, TiN, TiAl3, Al2O3, and AIN phases in it.     

铝合金等离子体淹没离子注入氮层组织及其耐磨性

用等离子体淹没离子注入技术向硬铝ＬＹ１２和锻铝ＬＤ１０注入氮离子，剂量范围为２×１０＾１７～１×１０＾１８Ｎ＾＋－ｃｍ＾－２，并用Ａｕｇｅｒｙ谱（ＡＥＳ）及透射电镜（ＴＥＭ）分析注入层的浓度分析及组织结构，利用机械性能显微探针测量注入层的纳米硬度，进行了磨损试验，氮离子注入到铝合金中能形成细小弥散的ＡｌＮ析出相，显著提高合金表层纳米硬度，耐磨随着注入剂量的增加而提高。     

等离子体基离子注入菱形靶鞘层扩展的流体动力学模拟

利用流体动力学模型,研究了围绕菱形靶的等离子体鞘层扩展,通过改变靶的形状,考察了不同角度外角对鞘层的时空演化及等离子体参量的影响。结果表明,外角愈尖锐,鞘层扩展速度愈慢,而参考平面处鞘层扩展速度最快,因而使鞘层有向圆柱形扩展的趋势,尽管尖锐的外角处电荷密度高,会吸引较多的离子轰击该处,但非垂直入射会显著降低离子入射剂量。     

等离子体基低能离子注入技术的研究与发展

将低能离子注入技术引入等离子体基离子注入,一方面利用低能离子注入的低能优势,另一方面利用等离子体基离子注入的全方位优势,开发出等离子体基低能离子注入技术。等离子体基低能离子注入技术包括等离子体基低能氮、碳离子注入和等离子体源低能离子增强沉积两类工艺。低能离子的注入能量（０．４～３ ｋｅＶ）达到常规等离子体热化学扩散处理的电压范围,而工艺温度（２００～５００℃）则降至常规离子注入的上限温度范围。通过大量的工艺实验研究,实现了工艺过程的优化和控制,完成了对等离子体基低能离子注入改性铁基材料的金属学问题及物理、化学和力学性能的系统研究。证明了等离子体基低能离子注入技术满足铁基材料的表面改性要求。同时具有产业化发展潜力。     

等离子体基离子注入制备TiN膜的成分结构

采用Ti、N等离子体基离子注入和先在基体表面沉积纯钛层然后离子注氮混合两种方法在铝合金基体上制备了TiN膜.利用XPS分析了两种方法制备TiN薄膜的成分深度分布和元素化学价态,并用力学性能显微探针测试对比了TiN膜的纳米硬度.研究表明:两种方法制备的薄膜均由TiN组成,Ti、N等离子体基离子注入薄膜中Ti/N≈1.1,而离子注入混合薄膜中Ti/N≈1.3,Ti、N等离子体基离子注入薄膜表面区域为TiN和TiO2的混合组织,TiN含量多于TiO2,离子注入混合薄膜表面主要是TiO2;Ti、N等离子体基离子注入所制备的薄膜的纳米硬度峰值为12.26 GPa,高于离子注入混合的7.98 GPa.     

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。     

多弧离子镀Ti(C,N)/TiN多元多层膜研究

在LF6防锈铝的基体上采用多弧离子镀技术沉积了Ti(C，N)／TiN／Ti(C，N)/TiN／TiN(C，N)／TiN六层多元多层膜，并对其组织结构与性能进行了研究。结果表明：多元多层膜表面膜层均匀，未出现龟裂现象；膜与基体之间形成了纳米级厚度的Al3Ti新相层，说明膜与基体间的结合存在化学键合，结合强度良好，划痕临界载荷达79N。显微硬度达HV0．11911．0，与基体相比，其表面显微硬度提高了近20倍，耐磨性提高了10倍以上，但摩擦因数较高(μ＝0．66)，粘着对偶件磨损，使对偶件磨损较严重。     

Q235表面辉光等离子渗镀TiN耐蚀性研究

利用等离子辉光放电溅射技术,在碳钢表面复合渗镀形成TiN扩散层和沉积层.表面成分检测渗镀层呈梯度材料分布,表面钛原子和氮原子之比,符合TiN相结构.渗镀层总深度约有15μm,表层TiN约有4μm.渗镀层成分检测表明,与基体之间呈梯度分布.X射线衍射结果表明,渗镀层表面为TiN,其中(200)晶面的衍射峰最强,具有明显的择优取向.TiN复合层在H2S溶液中的腐蚀行为表明:辉光合成的TiN涂层可以提高材料在富液溶液中的耐蚀性能,与PVD沉积TiN试样和基体低碳钢试样相比耐蚀性分别提高了5.76,49.76倍.     

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。     

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.     

Numerical Simulation of Microporosity Evolution of Aluminum Alloy Castings

A mathematical model to calculate the size and distribution of microporosities was studied and coupled with a stochastic microstructure evolution model. The model incorporates various solidification phenomena such as grain structure evolution, solidification shrinkage, interdendritic fluid flow and formation and growth of pores during solidification processes. The nucleation and growth of grains were modeled with a cellular automaton method that utilizes the results from a macro scale modeling of the solidification process. Experiments were made to validate the proposed models. The calculated results of aluminum alloy castings agreed with the experimental measurements.     

TC4钛合金表面电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜研究

用电弧离子镀技术在TC4钛合金基体上通过改变偏压制备了4组TiN/CrN薄膜,对薄膜的表面形貌、厚度、相结构、硬度、膜基结合力和摩擦系数等组织、性能进行了测试表征。结果表明,薄膜是由TiN相和CrN交替叠加构成的纳米多层薄膜,薄膜的调制周期为60 nm,总的厚度约为480 nm。与基体钛合金相比,镀膜后样品的表面性能与偏压幅值密切相关并有显著提高:显微硬度从基体的3 GPa提高到16.5~24.7 GPa;摩擦系数从基体的0.35大幅度降低到0.14~0.17;薄膜与基体结合牢固,膜基临界载荷在60~80N之间。经电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜处理后,TC4钛合金可以满足沙粒和尘埃磨损条件下的耐磨性能要求。     

Mo离子注入对纯铜表面纳米层稳定性的影响

采用表面机械研磨处理(SMAT)对纯铜进行表面改性,通过金属蒸汽真空弧离子注入技术在纳米表层注入Mo离子。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射分析仪(XRD)和扫描电镜(SEM)观察SMAT处理效果,表面存在纳米层和变形层,通过原子力显微镜(AFM)表征纳米层的晶粒尺寸。结果表明:晶粒尺寸得到了显著的抑制,表面纳米层的晶粒在退火后长大到163nm,而注入了Mo离子的只长大到72nm。此外,SMAT并离子注入后材料表面的硬度仅达到SMAT试样的3.5倍,是纯Cu基体硬度的7倍左右。Mo离子的分散和由SMAT及离子注入引入晶体缺陷的反应促使了这些优化现象的产生。