铀表面离子注入碳改性层抗腐蚀性研究

研究了碳在铀表面注入、梯度注入、反冲注入及离子束辅助沉积改性工艺。采用俄歇电子谱仪（AES）分析碳改性层沿深度方向的成分分布;采用X射线衍射仪（XRD）分析改性层的结构;通过动电位极化曲线、极限湿热腐蚀实验,比较腐蚀前后样品表面的形貌变化,对改性层抗腐蚀机理进行探索。研究结果表明：几种改性工艺均实现了碳离子在铀表面的注入或沉积,碳离子注入可在铀的表面形成碳化铀;45keV能量辅助轰击沉积碳、50keV能量及梯度能量碳离子注入改性层的抗腐蚀性能较优,先离子溅射沉积再碳离子辅助沉积形成的改性层的抗腐蚀性能最差。改性层腐蚀以点蚀为主,样品的腐蚀呈现在腐蚀点向基体和周围扩展,改性层致密无缺陷的区域则未发生腐蚀。     

离子束辅助沉积铌提高铀的抗腐蚀性能研究

利用离子注入技术在铀表面进行了离子束辅助沉积铌和离子注入铌形成表面改性层，并对改性层的厚度、注入元素的分布进行俄歇电子能谱（AES）分析和表面相及结构的X射线衍射谱（XRD）分析，用电化学极化法测试抗腐蚀性能。结果表明：离子束辅助沉积表面改性层比离子注入表面改性层明显增厚，铀的耐蚀性得到进一步改善。最后讨论了注铌改性层耐蚀性提高的原因。     

提高铀抗氢化性能的碳氧离子组合注入

利用离子注入方法,将CO2气体离解后的离子,在不同能量、束流下注入贫铀表面.利用俄歇能谱仪(AES)分析改性层中元素的浓度分布,用低角度X射线衍射仪(GAXRD)分析离子注入层的结构.在t=100℃、p＝0.2 MPa条件下,利用铀-氢气体反应测试离子注入C、O后贫铀的铀氢反应孕育期,用扫描电镜(SEM)观察试样氢化反应前后的表面形貌.结果表明注入C、O离子后,形成了结构致密的改性层.在35 kV/8～9 mA/3 h(注入能量/注入束流/注入时间)注入条件下,改性层由UO2和石墨C组成;在65 kV/8～9 mA/3 h和3 kV/80 mA/3 h注入条件下,改性层为UO2和少量UC.UO)2和UC为低氢渗透材料,抑制了氢向基体界面的迁移和渗透,从而降低了氢化物在界面形核和长大的几率,增强了铀抗氢化性能.氢化反应后,空白贫铀试样表面出现较多的蚀坑,并造成大面积脱落,而注入样品的表面仅出现较少孤立的蚀点.     

硅离子注入聚合物摩擦特性研究

采用金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子注入机引出的Si离子进行了聚酯薄膜（PET）改性研究，注入后的聚酯膜表面结构发生了很大的变化。用透射电子显微镜观察了注入聚酯膜的横截面，结果表明，在注入层形成颗粒的沉积。红外吸收测量揭示这些颗粒为SiC和富集的碳颗粒。这些颗粒增强了注入层表面强化效果。用纳米硬度计测量显示，Si离子注入可明显地提高聚酯膜表面硬度和杨氏模量，从而极大地的增强了表面抗磨损特性。最后讨论了Si离子注入聚酯膜改善特性的机理。     

离子注入碳对铀表面初始氧化行为影响的研究

用俄歇电子能谱(AES)分别对高真空室中铀样品及多能量叠加离子注入碳铀样品与氧气吸附及初始氧化过程进行了研究.结果表明,在高真空室中,清洁铀表面很容易吸附氧化,发生氧化反应,当O2暴露剂量为40 L时,清洁铀表面就会形成一层UO2;离子注入碳后铀表面的抗氧化能力增强.     

C+W+C离子注入H13钢复合钝化层的抗腐蚀特性

用多次扫描电位法研究了C＋W＋C离子注入H13钢的结构和相变及其对抗腐蚀特性的影响,研究了抗腐蚀相生成的条件以及这些相对抗腐蚀特性的作用,并对其改性机理进行了讨论。实验结果表明,W离子和C离子多重离子注入H13钢可在注入层中形成超饱和浓度的W和C原子分布,分布形状为类高斯分布;并可在注入层中形成钨的碳化物WC和W2C相、合金相Fe2W和Fe6W6C等,这些弥散相不但可以使注入层强化,而且也可使表面钝化,从而增强了表面抗腐蚀特性;W和C双重离子注入具有W和C单离子注入的特性,可进一步提高H13钢的抗腐蚀特性,随着W重离子和C重离子注入剂量的增加,抗腐蚀特性进一步增强。样品C3W3C3的Jp经50个周期腐蚀后,其值比H13钢的Jp下降了60％,而C3W3的Jp比H13钢的Jp下降了47％。C3W3C3的Jp比C3W3的Jp小34％。扫描电子显微镜观察表明,腐蚀后抗腐蚀的钝化层依然存在。     

高能离子注入对聚酚亚胺薄膜硬度的影响

报道了聚酚亚胺薄膜在高能（６５０ｋｅＶ－２ＭｅＶ）Ｂ＋、Ｃ＋和Ｃｕ＋离子注入后硬度的变化。对注入样品进行了显微硬度测量和ＸＰＳ及ＲＢＳ分析，观察了硬度与离子种类、能量及注入剂量的依赖关系。结果表明，离子注入之后薄膜样品的显微硬度值明显提高，注入离子在样品中的电子能量损失对聚合物材料改性起着关键作用。ＸＰＳ和ＲＢＳ分析显示，离子注入之后聚酰亚胺薄膜中Ｃ的含量增加，形成了以苯环结构为主的新的交联网状结构。     

高能离子注入对聚酰亚胺薄膜硬度的影响

报道了聚酰亚胺薄膜在高能（６５０ｋｅＶ－２ＭｅＶ）Ｂ＾＋、Ｃ＾＋和Ｃｕ＾＋离子注入后硬度的变化。对注入样品进行了显微硬度测量和ＸＰＳ及ＲＢＳ分析，观察了硬度与离子种类、能量及注入剂量的依赖关系。结果表明，离子注入之后薄膜样品的显微硬度值明显提高，注入离子在样品中的电子能量损失对聚合物材料改性起着关键作用。ＸＰＳ和ＲＢＳ分析显示，离子注入之后聚酰亚胺薄膜中Ｃ的含量增加，形成了以苯环结构为主的新的交联     

升温离子注入——一种新的表面工程方法

利用等离子体源离子注入(PSII)技术对冷作模具钢材料Cr12MoV 进行不同温度范围氮离子注入模拟和实验的研究,研究温度在离子注入中对材料表面改性的影响机理。首先,利用 Trim程序对氮离子在 Cr12MoV 中注入过程进行模拟计算。然后,在能量、剂量等参数相同条件下,改变脉冲频率,即相对应地改变样品的表面温度对不同样品进行试验对比,分别测试其表面温度为:250 ℃,312 ℃,365 ℃,412 ℃,471 ℃。并在 312 ℃的温度条件,分别做了不同剂量的试验。用 X射线衍射分析 ( XRD )表面结构、晶相变化;用俄歇电子能谱 (AES )分析注入氮的浓度分布;用维氏显微硬度计测定其显微硬度;用针-盘磨损机测试其耐磨性能。结果表明,计算机模拟注入深度比实际测定短,由此说明,升温离子注入比常规方法具有更深的注入层。通过对 Cr12MoV 材料 PSII 表面温度效应明显提高试样的表面显微硬度及耐磨性能,根据实验结果得出了该种材料的等离子体源离子注入的最佳工艺参数。     

Y/Ce注入对Zr-4合金高温氧化行为的影响

为了比较研究Y、Ce离子注入对Zr-4合金氧化性能的影响，探索离子注入后的改性机制，对Zr-4合金表面分别注入了不同剂量的两种离子并在500℃条件下进行空气氧化．氧化曲线表明：Y、Ce离子注入均能明显改善Zr-4合金的氧化性能，改善的程度随注入剂量的提高而增大；Ce离子注入后的改性效果略强于Y．使用XPS、GAXRD研究了注入样品高温氧化实验后的表层氧化膜成份及其相结构，探讨了Y、Ce离子注入提高Zr-4合金高温抗氧化性能的机理。     

离子轰击对氮化铀表面氧化行为的影响

采用离子氮化技术制备得到一定厚度的氮化铀层,以不同能量的氩离子轰击考察氮化铀的辐照氧化行为,并与大气中的自然氧化行为进行对比,考察材料在辐照环境下的稳定性。结果表明,氮化铀表面经氩离子轰击后,表面形貌发生了改变;氩离子轰击氧化与大气中的自然氧化行为存在差异,离子轰击增强了氮化铀表面的氧化程度,但其对氧化行为的影响主要在浅表面,大气氧化的氮化铀氧化层更厚;随着氩离子轰击能量的增加,表面氧化物含量及氧化层深度显著增加。总体而言,氩离子辐照对氮化铀层的影响随深度的增加而减弱,并不影响氮化铀的整体稳定性。     

强脉冲离子注入中的脉冲能量效应研究

在脉冲离子束流密度为15120A/cm2、脉宽为50150ns、加速电压为150260kV范围内，在11014cm-2的低注量水平上， 研究了高功率Cn++H+混合离子束注入45号钢样品的强脉冲能量效应。摩擦磨损和微观硬度测量以及SEM和X射线衍射分析表明，上述低注量强脉冲离子束注入可以改变材料 表面的微观结构和力学特性，而且强烈依赖于单个脉冲离子束的功率密度和能量密度。在相同离子注量条件下，普通C++H+离子注入对45号钢样品表面微硬度和摩擦系数未 见明显影响。直接证明了强脉冲能量效应在离子注入中是相对独立于注入元素掺杂效应的又一可利用的重要效应。基于一维导热模型，讨论了强脉冲能量效应以及脉冲离 子束功率密度对离子束材料表面改性的作用。     

Modification of polymer membranes by ion implantation

This paper presents an experimental study of the transport properties of ion implanted isotactic polypropylene (iPP) polymer membranes. The polymer samples have been irradiated with O⁷⁺, S⁹⁺ and F⁶⁺ ions having the energy 10 keV/q with fluence up to 10¹⁶ ions/cm². In this experiments the incident ions were produced by the ECR ion source. The transport properties (diffusive permeability), changes of the chemical structure and wettability of ion implanted membranes were investigated. The transport properties were studied by measurements of the solute concentration profiles. The changes of the chemical structure were investigated by the differential scanning calorimetry (DSC) thermograms and the atom force microscopy (AFM) images measurements. Finally, the wettability – by the contact-angles methods. The results of the AFM imaging show that ion implantation induce changes in surface topography of polypropylene samples. The degree of crystallinity of iPP foils is decreased by ion implantation. The hydrophilicity of the modified iPP is increased considerably in comparison to the unimplanted foils. Also the hysteresis in the contact-angle gives some indication about the surface roughness or composition. The behavior of the iPP membranes modified by ion implantation shows greater permeability for transported substance.     

High dose uranium ion implantation into silicon

Implantation of uranium ions into silicon to a dose of 6 × 10¹⁶ atoms/cm², with a maximum concentration of 6 × 10²¹ atoms/cm³, has been carried out at an ion mean energy of 157 keV. The implanted uranium content was measured by Rutherford backscattering and confirmed by a measurement of the alpha-particle activity of the buried uranium layer. The range and straggling of the uranium implant, and sputtering of the silicon target by uranium, were measured and are compared with theoretical estimates.     

Ta离子注入Ti6Al4V合金的抗腐蚀性能

用注量为1.2×1016、3×1016、1.5×1017、3×1017、4.5×1017/cm2的Ta离子对Ti6Al4V合金进行表面改性,加速电压为146.5 keV。Ta离子注入后,用动电位极化曲线研究其抗Hank’s溶液腐蚀性能,用小角掠射X射线衍射研究其表面物相结构,用X射线光电子能谱分析其腐蚀样品的表面元素化合态。结果表明,Ta离子注入改善了Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,但试样的腐蚀电流密度并非随Ta离子注量增加而单调减小,试样表面合金层、单质Ta和氧化物,共同形成腐蚀阻挡层,提高其抗腐蚀性能。     

Microstructure and Surface Properties of Silver after High Dose Nitrogen Ion Implantation

In this paper the effect of nitrogen ion implantation at the energy of 50 keV and doses in the range between 10¹⁷ and 2 × 10¹⁸ ions/cm² on silver surface has been discussed. X-ray diffraction (XRD) analysis was used to characterize microstructure of implanted layer. The XRD results confirmed that by such implantation AgN₃ has been produced. Silver trinitride with orthorhombic structure was formed on cubic structure of silver surface. RMS roughness of implanted samples have been obtained using atomic force microscopy (AFM) analysis and compared with un-implanted sample. Microhardness properties of implanted samples measured by Vickers test. The results show that by increasing the ion dose up to 1 × 10¹⁸ ions/cm² hardness enhances. Finally, reflection changes at the UV–Vis-NIR region measured by diffuse reflectance accessory of a spectrophotometer. The results of spectrophotometry analysis show reduction in diffused reflection spectrum of nitrogen implanted samples.     

CO对金属铀表面氧化层影响研究

用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和气相色谱（ＧＣ）分析研究了ＣＯ对金属铀表面氧化层的影响。ＣＯ在表面氧化层上的吸附反应导致了Ｕ４ｆ峰向低结合能方向位移，氧化物中氧含量减少，原子比（Ｏ／Ｕ）比值下降了７．２％。体系中ＣＯ２体积分数增大１１．０％。研究结果表明，ＣＯ气氛可抑制金属铀表面的进一步氧化。     

聚乙烯醇基可剥离膜去除不锈钢表面放射性污染的研究

针对放射性热室去污难点，以聚乙烯醇（PVA）作为成膜基材，添加改性淀粉等成分制备可剥离膜涂料，通过改变成膜环境温度及模拟污染液pH值和初始浓度，研究了可剥离膜的稳定性及其对ASUS304钢板表面污染物的施工适宜性和去污性能。结果表明，聚乙烯醇基可剥离膜涂料具有良好的施工性和可剥性，对金属表面单一铀污染物和混合污染物（含钴、锶、铀）的去污率均大于90%。在工装配合下对热室进行去污，取得了极佳的效果，表明本文所研制可剥离膜涂料可用于热室或核设施金属表面的放射性污染去污。