离子注入304不锈钢表面耐腐蚀性的研究

采用先进的等离子注入技术,对304不锈钢分别进行N、Ti、Al离子注入,对比研究了304不锈钢注入不同种离子后的表面耐腐蚀性。研究了离子注入后各试样的表面微观形貌、物相成分和电化学腐蚀性。结果表明:离子注入304不锈钢的表面组织平整、致密。但随着注入剂量的增大,表面光洁度降低,形成多孔形貌;适量的离子注入剂量可获得非晶态注入层,形成单相过饱和固溶体,提高不锈钢的耐腐蚀性;相较两种注入剂量,剂量为5×10~(17)ions/cm~2的各离子注入试样,耐腐蚀性提高;而相同剂量的各离子注入试样,Ti离子注入的效果最好,相比304不锈钢基材,耐腐蚀性能约提高了72%(剂量为5×10~(17) ions/cm~2),其次是注入N,耐腐蚀性约提高了59%(剂量为5×10~(17)ions/cm~2)。     

氮离子注入生物医用金属材料的表面性能研究

采用D/MAX-ⅢB型X射线衍射仪、X射线能谱仪、S-3000N型扫描电镜、HXD-1000TML/LCD数字式显微硬度计、CETR微观多功能磨损实验机和CHI660A电化学工作站对经N离子注入的316L奥氏体不锈钢和Ti6Al4V合金的组织、硬度、耐磨性和耐蚀性进行了研究。结果表明,316L奥氏体不锈钢和Ti6Al4V合金经离子注入后,注入层硬度提高,摩擦系数降低,耐磨性提高,抗腐蚀性增强;且离子注入后Ti6Al4V合金的综合性能明显优于316L不锈钢,钛合金注入N离子的剂量为3.4×1017ions/cm2时,注入层的硬度、耐磨性和耐蚀性综合性能最好。     

Ta离子注入Ti6Al4V合金耐磨性研究

用5种Ta离子注入剂量(1.2×1016、3×1016、1.5×1017、3×1017、4.5×1017 ions/cm2)对Ti6Al4V合金进行离子注入表面改性.采用纳米硬度计测量Ta离子注入前后Ti6Al4V合金表面硬度随压入深度的变化,利用多功能摩擦磨损试验机研究Ta离子注入前后Ti6Al4V合金材料的耐磨性,利用X射线衍射技术研究Ta离子注入前后Ti6Al4V合金表面的物相分布.结果表明,除Ta离子注入剂量为3×1017 ions/cm2外,Ta离子注入Ti6Al4V合金硬度有一定的提高;Ta离子注入Ti6Al4V合金摩擦系数降低;除Ta离子注入剂量为3×1017 ions/cm2外,Ta离子注入Ti6Al4V合金的耐磨损性能得到了改善.摩擦系数降低和硬度提高、Ta离子注入的固溶强化、单质Ta新相的弥散强化改善了Ti6Al4V合金的耐磨损性能.     

Ti离子注入H13钢表面改性研究

利用MEVVA源强流离子注入机将Ti离子注入到H13钢表面,注入剂量和离子能量分别为0.5×1017~5.0×1017ions/cm2和105keV。利用TR IM2003程序模拟计算饱和注入剂量;通过显微硬度仪、磨损试验机、电化学测试系统和扫描电镜测试了注入前后H13钢的表面硬度、磨损性能、摩擦系数和耐蚀性。利用SEM、AES、XPS和EDX等分析手段对注入前后的材料表面形貌、注入元素的化学价态及浓度分布等进行分析。借助XPS考察了注入表面层钛元素的化学状态。结果表明,Ti离子注入显著提高了H13钢的表面硬度、耐磨性和耐蚀性,减轻了磨粒磨损;减轻了表面层铁元素的氧化。通过所测主要性能可知,利用钛离子注入改善H13钢较为经济有效的注入参数分别为1.0×1017ions/cm2和105keV。     

奥氏体不锈钢离子注入表面改性的研究

采用D/MAX-ⅢB型X射线衍射仪、原位纳米力学测试系统、LKDM-2000型摩擦磨损仪,S-3000N型扫描电子显微镜和CHI660A电化学工作站对经C、N离子注入的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的组织及耐磨性、耐蚀性进行了较深入的研究.结果表明,1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢经离子注入后,注入层硬度提高,摩擦系数降低,耐磨性提高,抗腐蚀性增强;注入N+的剂量为2.44×1017ions/cm2时,注入层的硬度最高,耐磨、耐蚀性最好,性能最佳.     

铜离子注入Ti6Al7Nb合金的表面改性研究

使用MEVVA强流金属源离子注入机对Ti6Al7Nb合金表面注入能量为80keV、剂量分别为0.5×1017,1×1017,2×1017,4×1017ions/cm2的铜离子,计算得到铜离子饱和注入量为2.15×1017ions/cm2。研究了注入的铜离子对Ti6Al7Nb合金腐蚀性能、显微硬度和磨损行为的影响,采用覆膜法研究了铜离子注入后试样对金黄色葡萄球菌的抗菌性能,并分析了注入剂量与抗菌性能的关系。结果表明,Ti6Al7Nb合金的硬度和耐磨性随着注入剂量的增加而提高,点蚀电位随着注入剂量的提高而下降。抗菌试验显示当注入量达到饱和注入量时,试样的抗菌率达到99%以上。     

N~+剂量对304不锈钢离子注入改性层组织和性能的影响

在350℃研究了N~+剂量(3.0×10~(17)~12.0×10~(17) ions/cm~2)对304不锈钢离子注N的影响。利用扫描电镜、维氏显微硬度、X射线衍射仪和万能摩擦试验机对N~+注入层的硬度、相结构和耐磨性进行分析,并对微观机理进行分析。结果表明:经过不同N~+剂量后,钢表面生成了γN相,其表面光洁度、硬度和耐磨性均有所提高。在相同工艺条件下,注N~+剂量为9.0×10~(17) icons/cm~2时,304不锈钢的硬度可达369 HV0.025,与基材相比提高了61%,耐磨性相比基体也显著提升。     

空气等离子体基注入Ti6Al4V合金摩擦学性能研究

采用空气等离子体基离子注入技术对Ti6Al4V合金进行了表面改性。注入负脉冲电压分别为10kV,30kV,50kV,注入剂量为0.6×1017ions/cm2。用X射线光电子能谱仪对注入层元素分布进行了分析,结果表明:改性层的外层为TiO2,外层与内层基体之间存在Ti2O3、TiO、TiN;采用球盘磨损试验机对注入层的摩擦学性能进行了研究。结果表明:随着注入电压的增加,摩擦因数减小,耐磨性能提高。且以50kV注空气最为显著,摩擦因数较基体降低了3倍多,磨损体积与比磨损率较基体均下降了1个数量级以上。注入层硬度比基材Ti6Al4V也有明显提高。     

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 本文研究了Mo、Co、Nb等元素离子注入及薄膜沉积方法对TiN薄膜性能的影响。采用SRV磨损实验、表面形貌轮廓等方法研究分析了离子注入对TiN薄膜的摩擦系数、耐磨性能、显微硬度的影响规律。实验结果表明：磁过滤电弧镀的TiN薄膜的摩擦系数曲线与常规电弧镀TiN薄膜的摩擦系数曲线相差很大,且耐磨性能优于电弧镀TiN薄膜。采用离子注入可降低TiN薄膜的摩擦系数。在5N载荷磨损条件下,随注入剂量和注入元素的不同其摩擦系数变化较大。在30N载荷磨损条件下,样品摩擦系数均接近0.5。离子注入Mo、Co、Nb均可显著提高TiN薄膜的耐磨性,其中注入Mo的试样耐磨性最好。     

离子注入TiN薄膜摩擦磨损性能的研究

研究了Mo、Co、Nb等元素离子注入及薄膜沉积方法对TiN薄膜性能的影响。采用SRV磨损实验、表面形貌轮廓等方法研究分析了离子注入对TiN薄膜的摩擦系数、耐磨性能、显微硬度的影响规律。实验结果表明:磁过滤电弧镀的TiN薄膜的摩擦系数曲线与常规电弧镀TiN薄膜的摩擦系数曲线相差很大,且耐磨性能优于电弧镀TiN薄膜。采用离子注入可降低TiN薄膜的摩擦系数。在5N载荷磨损条件下,随注入剂量和注入元素的不同其摩擦系数变化较大。在30N载荷磨损条件下,样品摩擦系数均接近0.5。离子注入Mo、Co、Nb均可显著提高TiN薄膜的耐磨性,其中注入Mo的试样耐磨性最好。     

Ti6Al4V合金表面离子注入N+C,Ti+N和Ti+C性能研究

采用等离子体基离子注入的方法在Ti6Al4V合金表面分别注入N+C、Ti+N和Ti+C元素,注入剂量均为2×1017 ions/cm2,N+C和Ti+N元素的注入负脉冲偏压为-50 kV,Ti+C元素的注入电压分别为-20 kV、-35 kV和-50 kV。通过X射线光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射仪（XRD）对注入层进行了微观结构分析,结果表明：Ti+C注入层中存在TiC和Ti-O,Ti+N注入层中存在TiN和Ti-O键。采用纳米压痕仪和球盘磨损试验机对注入层的硬度和摩擦学性能进行了研究。结果表明：在相同注入电压下,Ti+C注入层的硬度最高,其次是Ti+N注入层,N+C注入层的硬度最低;Ti+C 注入层的硬度随着注入电压的增大而增大,最大硬度为11.2GPa。50kV注入层Ti+C具有最低的比磨损率,其值为6.7×10-5mm3/N.m,比磨损率较未处理Ti6Al4V基体下降了1 个数量级以上,表现出优异的耐磨损性能。     

离子注入对尼龙66机械性能的影响

用离子注入技术来提高尼龙６６的表面硬度和耐磨性。Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ５种离子单独被注入尼龙６６、每种离子的剂量分别为２＊１０＾１５ｉｏｎｓ／ｃｍ＾２、１０＾１６ｉｏｎｓ／ｃｍ＾２、５＊１０＾１６ｉｏｎｓ／ｃｍ＾２或１０＾１７ｉｏｎｓ／ｃｍ＾２。磨损实验表明,５种离子注入后均可使尼龙６６的耐磨性提高,其中Ａｌ离子注入后改性效果最好,１０＾１７ｉｎｏｓ／ｃｍ＾２Ａｌ离子注入后尼龙６６的耐磨性提高     

聚苯醚金属离子注入改性层的硬度和磨擦学性能

为研究离子注入技术对聚苯醚（PPO）的表面硬度和耐磨性的提高效果,分别将3种剂量（2×1015 cm－2、1×1016 cm－2和1×1017 cm－2）的Al、Ti 、Fe离子注入PPO。纳米硬度测量显示,1×1016 cm－2 Ti离子注入PPO后其硬度由0.369 GPa增至1.433 GPa,离子注入使PPO表面形成一层交联层,导致其硬度提高。磨损实验表明,3种离子注入后均可使PPO的耐磨性提高,摩擦因数下降;其中1×1016 cm－2 Ti离子注入PPO的磨损体积降为原来的0.4%,摩擦因数下降了40％。红外光谱分析表明,离子注入后PPO表面形成羟基和羰基等新的基团,羟基的形成主要与表面微量吸水有关。电子自旋共振(ESR)分析显示离子注入可以形成自由基,离子注入诱发交联的方式主要为自由基交联。     

氮离子注入9Cr18Mo不锈钢的表面结构与力学性能

针对9Cr18Mo马氏体不锈钢,检测了氮离子注入前后表面纳米硬度和摩擦磨损性能,分析了注入后9Cr18Mo钢的表面组织结构和化学组成.结果显示,氮离子注入有效提高了材料的表面硬度,降低了摩擦系数和磨损的同时,没有改变材料表面形貌和粗糙度.表面氮注入层分为两层:表面20 nm深度内除金属氮化物及氮过饱和固溶体强化相外,还富集大量碳原子,其主要存在方式为CrxCy相;次表面层主要为金属氮化物.氮离子注入后9Cr18Mo不锈钢表面形成的新的组织结构是其具有良好力学性能的根本原因.     

THE IMPROVEMENT IN FRICTION AND WEAR RESISTANCE FOR Ta and Ta+C IMPLANTED Cr12 STEEL

1.IntroductionDuringthepasttwodecadestherehasbeensignificalltprogressinthefieldofsurfacetreatmentforreducingwearincoolextrusiondiesteel.Metalionimplantationhasseveraldistinctadvantagesoverothertechniquesforthesurfacemodificationofmaterials.FOrmodifyingwearresistancesofmetals,thesignificanteffectsusuallyinvolvehighdoseionimplantation.Themajorlimitationofimplantationwithmetallicionshasbeenthelongprocessingtimeduetosmallbeamcurrefltofconventionalimplanters.Metalvaporvacuumarc(MEVVA)ionsourceca…     

Improvement of tribological behavior of a Ti-Al-V alloy by nitrogen ion implantation

The tribological properties especially wear and hardness of a Ti-Al-V alloy with nitrogen implantation (energy 60 keV) were investigated. The implantation was carried out at fluences range from 1×1016 to 4×1017 ions/cm2. Glancing angle X-ray diffraction (GAXRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses were performed to obtain surface characterization of the implanted sample. The unimplanted and implanted samples were also annealed at 600 ℃ in order to understand the influence of annealing on the tribological properties of Ti-Al-V. The hardness shows significant improvement at the higher fluence. After annealing at 600 ℃, the friction coefficient exhibits a relative decrease for the nitrogen-implanted samples. In addition, the wear rates of the implanted samples exhibits a great decrease after annealing at 600 ℃. Nature of the surface and reason for the variation and improvement in wear resistance were discussed in detail.     

Ti6Al7Nb合金氮离子注入层在小牛血清溶液中的扭动微动摩擦磨损性能

利用高能离子注入及增强沉积系统对Ti6Al7Nb合金做了不同剂量的氮离子注入处理,采用球/平面接触模式,对Ti6Al7Nb合金及其离子注入层/ Zr2O球（直径为25.2 mm）接触副在小牛血清介质条件下进行了扭动微动磨损实验研究。结合动力学分析,借助X射线衍射仪（XRD）、三维形貌仪（3D-profiler）和扫描电镜（SEM）分析了测试材料成分及其扭动微动磨损磨痕形貌和微观组织结构, 探讨了Ti6Al7Nb合金及其离子注入层的扭动微动运行行为和损伤机制。结果表明：N+离子注入在钛合金表面形成了氮化钛层,使钛合金表面的微观硬度明显提高,随着注入剂量的增加,钛合金的硬度逐渐升高,磨痕逐渐变小,磨粒逐渐变细,其抗扭动微动磨损性能也提高     

Ag和Ta离子双注入改善Ti6Al4V合金耐磨性能

采用Ag和Ta离子双注入对医用Ti6Al4V合金进行表面改性, 即以Ag离子1.0×10¹⁷ cm^-2 先注入、以Ta离子1.5×10¹⁷ cm^-2 后注入合金样品表面. 采用纳米力学探针研究离子注入前、后Ti6Al4V样品表面硬度随压入深度的变化, 利用多功能摩擦磨损试验机分析离子注入前、后样品的耐磨性, 利用XRD和XPS研究样品表面的物相组成和元素化合态. 结果表明, 离子注入后样品磨损量降低了77%. 耐磨损性能的明显改善归因于样品硬度增加, 磨损开始阶段保持低摩擦系数的时间较长和离子注入后合金固溶强化.     

TC4合金表面全方位离子注入Ag的耐摩擦磨损和抗腐蚀性能

为改善TC4合金表面的耐磨性能和抗腐蚀性能,用等离子体浸没离子注入(PIII)技术在合金表面注入不同剂量的金属银.采用XRD、XPS、AES等方法分析改性层的元素浓度分布和化学组成,研究Ag离子注入后试样表面的耐摩擦磨损性能、抗腐蚀性能、纳米硬度和弹性模量.结果表明,表面改性层中主要存在Ag相,同时含有少量的TiAg;处理后注入剂量为1×10~(17) ions/cm~2试样的纳米硬度和弹性模量分别提高62.5%和54.5%;磨损面积减小57.6%;摩擦系数由基体合金的0.78下降到0.2.在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位升高,腐蚀电流密度明显减小,耐蚀性得到了显著改善.