离子注入强化金属表层的微观机制的研究

本文用MS-X_α和DV-X_α两种量子化学方法计算了N~+、C~+注入纯铁及各种钢所形成的α’、γ’及ε’铁氮、铁碳相的键能和电子态。认为键能是强化的主要因素之一,并据此对当前强化机制所不能解释的一些现象进行了分析,结果与实验相符。     

离子注入提高高速钢W18Cr4V的耐磨性

1979年英国的N.E.W.Hartley采用注入CO~+的方式注碳,经CO~+注入的工具插件 (4Ni1Cr)和拉丝模(WC—6％CO),获得了磨损降低、寿命延长的好效果。1976年英国的I·H·Willson和1978年苏联的I.M.Belii曾分别报道用N~+注入Ti膜成功地合成了TiN,并对其电性能进行了系统研究。1981年中国台湾的P.A.Chen和T.T.Yang也用N~+轰击沉积在Si片上的1200A厚的Ti膜,成功地合成了化合物TiN,并用RBS和X-ray衍射对合成的化合物进行了鉴定。本实验采用CO~+注入高速钢,N~+注入高速钢表面镀Ti样品,与常规的N~+注入及空白样品进行对比,对注入后表面硬度和耐磨性的变化、注入层的成份、组织结构等进行了研究。实验结果表明,这两种注入工艺获得了比N~+注入更佳的效果。     

低能离子注入植物种子深度的研究

为了研究种子内部空洞大小对注入离子穿行深度的影响,基于注入离子穿行过程的随机性及与植物种子内靶原子碰撞的微观过程,建立注入离子在植物种子内穿行过程的非平衡统计理论模型,求解与广义朗之万方程等价的Fokker-Planck方程,得到穿行深度概率密度分布函数。在此基础上,计算出注入离子与不同靶原子碰撞所走的平均穿行深度并进行比较,分析种子内部涨落的存在、引起的注入离子平均穿行深度的变化及植物种子内部空洞占不同体积比时对注入离子穿行深度概率密度的影响等。以入射能量为30 ke V的N~+注入到植物种子糙米中为例,计算了平均穿行深度,比较了空洞大小对N~+穿行深度的影响。结果表明:糙米种子内部空洞体积越大,N~+的穿行深度越大。     

N~+和Bi~+离子注入InP反冲原子P和In深度分布偏离的研究

本文给出了用背散射和沟道技术所分析的N~+和Bi~+注入InP中In和P原子位移的面密度分布。发现移位原子In和P面密度分布峰的深度随注入剂量的增大而加深。在相同的剂量下磷原子分布峰与表面的距离比In原子峰的大。从移位原子面密度分布峰的移动和分布的展宽与注入剂量的关系出发,研究了离子注入过程中所存在的反冲效应。并讨论了移位原子的反冲机理。     

离子注入对软金属材料摩擦特性的影响

本工作将银试件作N离子注入。对铝青铜或锡青铜则先真空蒸镀B、Ag、In或Sb膜后作N~+反冲注入。试件在低负载、低转速、干摩擦或高负载、高转速、油润滑条件下作摩擦试验。试验表明大部分注入试件表面的摩擦系数有明显下降。本文对离子注入降低摩擦系数的机理也进行了初步讨论。     

精密轴承工作表面的微观结构及其改性

本文应用光学金相、显微硬度、X射线衍射、电子显微镜、俄歇谱仪和X光电子能谱仪等现代表面物理测试手段对精密轴承套圈工作表面层的成分、微观结构和显微硬度变化曲线进行了分析和测试。并根据分析测试结果描绘出实际存在于轴承套圈表面的表面软化变质层模型。对进一步应用离子注入强化精密轴承表面的工作做了试验研究。对GCr15轴承钢做了N~+重叠注入试验并获得好的效果。     

慢正电子束研究N^＋注入金属镍中生成的缺陷

用慢正电子束配合多普勒湮没能谱测量技术研究N~+离子注入镍样品产生的缺陷。由未注入的样品得到了正电子在镍中的扩散参数E_0=4.6keV。比较两个样品的S参数随入射正电子能量变化的曲线给出了95keV、6.4×10~(17)/cm~2剂量的N~+注入镍样品所产生的缺陷分布;缺陷由表面一直延伸到190nm,浓度最大的区域在27—110nm。这些都与由Trim程序的Monte Carlo模拟计算的结果很好地符合。     

注N~+高速钢表面层精细组织结构的电镜分析

本文对N离子注入W18Cr4V高速钢前后的表面层精细组织结构用透射电镜进行了比较分析。N离子注入能量为100keV,注入剂量为1.7×10~(17)/cm~2和2×10~(17)/cm~2。电镜分析发现,经注N~+的高速钢表面层组织形貌发生了显著变化,α-Fe基体中产生了很多辐照损伤区域,孪晶结构消失,α-Fe出现多晶化的倾向,位错密度明显降低,而且残余碳化物破碎呈现龟裂状形貌。文章对上述变化的机理作了初步分析。     

V+C共注入对不锈钢表面机械

采用改进的MEVVA源阴极对不锈钢进行了V+C共注入,并做了X射线衍射分析,硬度和磨损实验.V+C共注入剂量为1×1017-8×1017cm-2,能量为80keV.实验结果表明,V+C共注入后不锈钢表面的机械性能得到了改善,表面硬度增加了16%-82%,而耐磨性则是未注入样品的1.4-2.2倍,最好的结果均从剂量为4×1017cm-2的样品中得到.X射线分析表明,V+C共注入后在不锈钢表面形成了新相FeV,Cr2VC2,VC,Cr23C6和Fe5C2.这些新相在提高表面硬度和耐磨性方面起了重要作用.这些结果与V+C双注入同种不锈钢所得结果进行了比较,比较结果表明共注入方法对材料表面改性比双注入方法更有效.     

氧分子离子单独和组合注入对金属铀抗腐蚀性能的影响

报道了氧分子离子注入表面形成的氧化膜对铸态金属α－Ｕ的抗腐蚀性能的影响。经注入和未注入试样的电化学、９６℃饱和蒸汽腐蚀、５０ｍｇ／１ＫＣｌ溶液浸泡和室内大气环境下的腐蚀试验发现，氧分子离子单独和组合注入明显地改善了金属铀的抗腐蚀性能。Ｘ－射线衍射试验证实氧离子注入在试样表面形成了ＵＯ２保护层。     

Effect of Nitrogen Ion Implantation on Microstructure and Improvement of Titanium Corrosion Resistance

In the present study the effect of nitrogen ion implantation on the structure of titanium surface and corrosion resistance have been investigated. In this experiment 30 keV nitrogen ion beam of 1 × 10¹⁸ to 5 × 10¹⁸ ions/cm² fluence was used. Crystalline structure of the different samples was studied by X-ray diffraction analysis. The roughness variations before and after implantation were observed by atomic force microscopy. The corrosion test was used to compare the corrosion resistance of titanium before and after ion implantation. The surface morphology of the samples after corrosion test was investigated by scanning electron microscopy. The results showed that nitrogen ion implantation has a substantial effect on the improvement of titanium resistance against corrosion.     

C+Ti双离子注入H13钢抗腐蚀结构的分析

利用阳极化扫描方法测量了C＋Ti双离子高剂量注入H13钢样品在NaAc/HAc缓冲液（pH=5.6)中的耐腐蚀性能。结果表明,双离子注入明显地降低样品的峰值电流密度,改善样品的耐腐蚀性能;Ti离子的注入剂量越高,样品的耐腐蚀性能越好。在0.1mol/L NaCl溶液中点蚀实验结果表明,离子注入后样品的点蚀电位提高75mV,耐点蚀性能明显改善。TEM和SEM结果表明,注入样品的表面形成了一层晶粒细化层,从而减少了腐蚀坑的形核位置,阻止腐蚀的进一步进行,提高了样品的耐蚀性。     

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。     

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。     

9Cr18和GCr15钢离子注氮的研究

GCr15和9Cr18是目前被选用的两种航天用轴承钢。GCr15是普通轴承钢,具有较高的硬度和耐磨性,但耐蚀性较差。9Cr18是不锈轴承钢,具有很好的耐蚀性,但硬度和耐磨性不如GCr15,加工性能也较差,且价格较高。因此,采取适当的表面强化处理,以进一步提高9Cr18钢的耐磨性及改善GCr15的耐蚀性在实用上是很有意义的。     

B、N、Cr、Mo离子注入对纯铁抗腐蚀性能和显微硬度的影响

本文介绍B、N、Cr、Mo离子注入到纯铁中形成的表面合金的腐蚀性能和显微硬度。在0.5mol/lH_2SO_4溶液中的自然腐蚀电位变化不大,临界钝化电流密度和维持电流密度明显降低,钝化范围扩大,显微硬度提高。几种离子组合注入比单一离子注入的效果好。     

航空轴承表面改性的研究

本文介绍了采用离子注入的两种工艺路线(直接注入和离子束混合),对两种航空轴承材料(GCr15和Cr4Mo4V)经过单一元素或多元素组合的注入或混合处理后性能的影响。试验结果表明:两种工艺对两种材料表面改性的效果是相当的,都能大大提高材料表面抗腐蚀性能和耐磨性能。     

Corrosion Resistance Modification of AISI 304 Stainless Steel Using Argon Ion Bombardment

Ion implantation has been widely used as a surface modification technique to improve surface properties. In this work, argon ions of 30 keV energy have been implanted into AISI 304 stainless steel at different fluences ranging from 3 × 10¹⁷ to 1 × 10¹⁸ Ar⁺/cm². The surface bombardment with inert gases mainly produces structural changes and modify topography and morphology of the surface. The AFM analysis of implanted samples clearly shows significant change in surface. In order to evaluate the effect of the ion bombardment on the corrosion behavior, potentiodynamic tests were performed. The results show that the corrosion resistance of the samples strongly depends on the implantation fluences.     

Structure and Magnetic Properties of Fe-N Films Prepared by Dual Ion Beam Sputtering

1. Introduction.. Much attention has recently been fOcused on Fe-Nfilms, because of their excellent magnetic propertiesin combination with their significant improvement ofcorrosion and wear resi$tance, compared with that ofpure iron. In Fe-N system alloys, many iron nitridesare well known such as a'-feamartensite, cr"-Fe16N2 57-austenite, 7'-Fe4 N j E -Fe2-3N, C-Fe2N. In particu-lar, Fe16N2 is of considerable interest due to its highsaturation magnetization of 2.8-3.0 T [1,2]. Thereare…