高功率脉冲离子束注入初步研究

离子注入用于半导体器件和大规模集成电路的生产中,显示出这种工艺的许多优越性。七十年代初期,哈威尔实验室等研究部门开始进行离子注入技术在非半导体材料中的应用研究。大量实验结果表明,仅几千埃的注入深度就能对金属材料的磨损和抗氧化性能起积极的影响,如一定浓度的氮离子注入钢能显著提高钢材的耐磨性,而且小于0.5μm的注入层能使20μm深度处的耐磨性仍有改善;适当剂量的Cr和Zr注入氧化铝陶瓷中,能起到硬化作用;     

高能Ti离子注入H13钢强化机理研究

对高能Ti离子注入H13钢的强化机理进行了详细的研究。利用离子注入精确可控,掺杂不受固溶度和材料温度限制的特点,详细研究了H13钢中离子注入各种强化机理的作用。结果证明,用离子注入可将几种强化效果同时用于H13钢强化,从而得到最佳的强化效果。低温、大注入量注入下,以位错强化、超饱和固溶强化为主,可使注入层强化效果提高。400℃加温下注入由于Fe_2Ti和TiC硬化弥散相的形成,强化效果进一步提高。硬度可提高3.2倍。抗磨损效果可提高11倍。注入样品退火可改善弥散强化的效果。     

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。     

离子注入在刀具上应用的研究

能量为几十千到几百千电子伏离子射入材料表面,使表面层的组成与结构发生改变,从而引起材料表面的物理与化学性质的变化,这种材料改性方法有极其重要的应用。如摩擦、润滑性、耐磨损性、表面硬化、抗高温氧化性、耐腐蚀性、催化及附着力改善等。虽然离子注入可改善材料这些性质,但由于经济与技术上的原因,最重要的研究集中在耐磨损性、抗高温氧化性及某些耐蚀性上,而耐磨性的研究以工具上的应用为最多。     

小型强流重离子源

一引言强流离子注入机已广泛应用到半导体工业、超精加工、金属表面掺杂及材料性能的研究上。强流重离子源是注入机上的重要部件,它对注入机的性能起着重要的作用, 我们对磁场下热阴极低压弧放电离子源进行了实验研究,获得较好的结果。     

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。     

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。     

双元素离子注入机及其在航空发动机主轴轴承上的应用

为了延长航空发动机主轴轴承的使用寿命,在自制的双元素离子注入机上对GCr15和M50两种轴承钢材料的试样、轴承试验件和正式轴承零件进行了双元素离子注入,注入能量为100 keV.经检测,GCr15和M50两种材料经N、Ti两种元素注入后,摩擦系数和耐磨损、耐腐蚀、抗疲劳等性能都得到了显著提高.轴承的内外套圈、滚柱和钢球注入的均匀性都达到了87%以上.     

离子注入改善钢表面性能的研究

离子注入提供一种精确控制和改善钢表面性能的最灵便和最直接的方法。本文研究了离子注入对钢的表面硬度、光反射率和高温氧化性能的影响。     

离子注入、分析联用靶室

近年来,离子注入和离子束分析技术,应用相当广泛,已扩展到许多新的领域,形成了一种多学科性的边缘学科。 离子注入已作为一种成熟的技术广泛地应用在半导体工业上,在半导体制造工艺方面,它比传统的热扩散法显示出多方面的优越性。同时在材料改性方面也引起人们的极大兴趣,许多金属部件在实际使用时起作用的是金属表面的性质,而离子注入正好是能够改变金属表面性质(如硬度、磨损、腐蚀等)的有效途径。此外,离子注入技术用来改变光学表面指定区域的反射率、折射率,这在“集成光学”中是一项有效技术,也有人利用离子注入技术研制记忆元件(如磁泡)以及提高超导材料的超导性能等。     

321不锈钢在低酸度硝酸铀酰溶液中的腐蚀特性

用称量法和电化学法研究了321不锈钢在不同浓度和pH值的硝酸铀酰溶液中的高温均匀腐蚀和电化学府蚀行为。均匀腐蚀试验结果表明．在选定的腐蚀条件下，321不锈钢样品在960h内，其表面光洁度无明显变化．腐蚀速率小于0．04mg/m^2.h，在低酸度的硝酸铀酰溶液中耐蚀。用腐蚀电入学法研究了321不锈钢在有溶解氧的硝酸铀酰溶液中的腐蚀电化学特性，测量了电极的腐蚀电位、腐蚀电流密度。经AES分析表明，电化学腐蚀后的样品在腐蚀膜中有一定量的铀．深度剖析含铀腐蚀膜的厚度为10—15nm。     

Corrosion-resistant coating technique for oxide-dispersion-strengthened ferritic/martensitic steel

Oxide-dispersion-strengthened (ODS) steels are attractive materials for application as fuel cladding in fast reactors and first-wall material of fusion blanket. Recent studies have focused more on high-chromium ferritic (12–18 wt% Cr) ODS steels with attractive corrosion resistance properties. However, they have poor material workability, require complicated heat treatments for recrystallization, and possess anisotropic microstructures and mechanical properties. On the other hand, low-chromium ferritic/martensitic (8–9 wt% Cr) ODS steels have no such limitations; nonetheless, they have poor corrosion resistance properties. In our work, we developed a corrosion-resistant coating technique for a low-chromium ferritic/martensitic ODS steel. The ODS steel was coated with the 304 or 430 stainless steel, which has better corrosion resistances than the low-chromium ferritic/martensitic ODS steels. The 304 or 430 stainless steel was coated by changing the canning material from mild steel to stainless steel in the conventional material processing procedure for ODS steels. Microstructural observations and micro-hardness tests proved that the stainless steels were successfully coated without causing a deterioration in the mechanical property of the low-chromium ferritic/martensitic ODS steel.     

几种不同元素与45~#钢混合的耐蚀性比较

离子束混合对金属耐蚀性影响的研究已屡见报道。该技术以其固有的特点正引起人们的重视。已有一些报道肯定了它对金属腐蚀研究的作用。 4S~#钢是一种用途广泛的碳素钢。本文用离子束混合技术将Cr、Ti、Mo和Cr+Ni等元素分别引入其基体,企图形成不同的表面新合金,以观察其对基体腐蚀性能的影响。用线性极化法评价各试样在充气的3％NaCl溶液中的腐蚀速率;在0.5mol/1 H_2SO_4和3％NaCl溶液中分别测试了各试样的阳极极化曲线,比较了它们在这两种介质中的电化学行为。     

不锈钢堆焊层在Cl-溶液中的腐蚀性能研究

采用浸泡腐蚀试验方法,研究了不锈钢堆焊层材料在Cl^-溶液中的腐蚀情况,并通过金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析观察表面形貌。研究表明,室温条件下堆焊层材料未发生任何腐蚀。在高温条件下,Cl^-的存在诱导了点腐蚀的发生,且随着Cl^-浓度的增加,点腐蚀加剧;较高浓度的Cl^-可导致缝隙内金属元素Cr的流失,缝隙腐蚀加深;应力腐蚀裂纹有沿晶开裂的特征,应力腐蚀敏感性随Cl^-浓度的增加有提高的趋势。     

用~(14)N(d,α_1)~(12)C核反应研究注入氮在纯铁和GCr15钢中的深度分布

本文描述了利用~(14)N(d,a_1)~(12)C核反应测量固体样品表面层内氮原子含量及深度分布的方法。在Si_3N_4标准样品中,所得到的表面处的深度分辨为48nm。利用该分析手段,研究了在不同注入温度条件下,氮离子注入纯铁和GCr15钢的保留量及深度分布的变化情况。     

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。     

Evaluation of corrosion behaviors for reactor pressure vessels/primary containment vessels in Fukushima Daiichi units 1–3 nuclear power plant

Fukushima Daiichi nuclear power plants (1F) were damaged by unprecedented severe accident in the Great East Japan Earthquake on 11 March 2011, and seawater has been injected as an emergency countermeasure for the core cooling. Although, the RPV and PCV were not supposed to be exposed to diluted seawater, they have been exposed to diluted seawater environment or high-moisture environment. Therefore, seawater corrosion has become an important issue. Immersion corrosion tests were performed for low-alloy steel of RPV material and carbon steel of PCV material in 1F cooling-water-simulated environment. As a result, the mass loss by corrosion was reduced with the decreasing temperature and chloride ion concentration. Moreover, the effects of nitrogen deaeration and Na₂WO₄ addition on corrosion protection were remarkable among the selected corrosion countermeasures. In addition, the integrity assessments of RPV and PCV were performed considering the reduction of plate thickness based on corrosion test data and the load condition based on earthquake response analysis results. It had been confirmed that primary stresses for RPV and PCV equipment satisfied with the allowable values until at least 15 years after the accident.     

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。     

304奥氏体不锈钢在硝酸溶液体系中的电化学腐蚀行为

采用极化曲线测量法对304不锈钢在硝酸溶液体系中的电化学耐蚀性能进行了测试,分别研究了在硝酸溶液中添加硝酸盐、草酸、乙酸、柠檬酸等成分对304不锈钢电化学腐蚀行为的影响。结果表明,在硝酸溶液中,硝酸盐的加入能够抑制不锈钢的电化学腐蚀,而草酸能够显著增强溶液对不锈钢的电化学腐蚀能力,在硝酸和草酸溶液体系中加入1g/L柠檬酸后,自腐蚀电流由6.02μA/cm~2上升到22.8μA/cm~2,对电流腐蚀有较明显的促进作用。