全方位离子注入与沉积技术及其工业机的研制

全方位离子注入与沉积（Plasma immersion ion implantation and deposition,PIIID）技术发展到现在,已经逐步走向工业化应用。本文介绍了全方位离子注入与沉积技术的原理,探讨了全方位离子注入与沉积工业机应该具备的功能,介绍了研制成功的全方位离子注入与沉积设备的结构和实施效果,其脉冲阴极弧等离子体源沉积速率达到2.9（?）/s,IGBT固体开关调制器输出电压达到10 kV,能够一次处理多个工业零件。     

铝合金、钛合金的全方位离子注入与沉积复合处理工艺研究

铝合金、钛合金等材料具有许多优良性能,广泛用于航空、航天、舰艇及能源化工等工业部门,但是这两种材料的耐磨损性能较差。本研究利用了全方位离子注入与沉积（PIII&D）技术来强化处理这些合金表面,采用离子注入+过渡层+耐磨损层的复合强化处理工艺,通过摩擦磨损试验来研究不同的过渡层结构和厚度对磨损性能的影响。实验结果表明,通过优化过渡层结构和厚度,耐磨损性能有了很大的提高。     

用于材料表面强化处理的第三代多功能PⅢ装置

第三代多功能等离子体浸没离子注入 （PIII）装置的强流脉冲阴极弧金属等离子体源既具有强的镀膜功能 ,同时也具有强的金属离子注入功能 ;它的脉冲高压电源能输出大的电流 ;并可获得高的注入剂量均匀性。该装置既能执行离子注入 ,又能把离子注入与溅射沉积 ,镀膜结合在一起 ,形成多种综合性表面改性工艺。本文描述了它的主要设计原则、主要部件的特性以及近期的研究工作成果。     

离子注入过程中表面的碳沉积

通过对离子注入过程中表面碳膜结构及其对离子注入层各种性能（颜色、显微硬度和耐蚀性）影响的研究,得知了形成离子注入层表面碳膜及其影响离子注入层性能的机理。     

钇离子束动态增强沉积氮化钛膜

在膜层上接收注入钇离子和沉积钛原子比例Y+ :Ti=1:12的条件下 ,采用钇离子束动态增强沉积方法 ,在纯铁等基体上制备氮化钛膜层试样。对试样予以电化学测试和AES、XRD分析。XRD结果未发现钇单质或氮化钇的衍射峰。载能金属离子的动态增强沉积作用产生了界面混合效果 ,形成较宽的过渡层。动态增强沉积试样比非增强沉积试样有更强的抗电化学腐蚀能力。     

离子束混合及离子注入陶瓷材料表面改性研究概述

对离子注入陶瓷材料引起的辐照损伤和材料力学性能、摩擦学性能的改善及陶瓷基体上金属薄膜的离子束混合增强粘着研究的进展进行了综述。     

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１×１０４ｃｍ－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。     

GCr15表面钽沉积及碳离子注入的摩擦性能的研究

GCr15钢广泛用于各类轴承制造.为提高其摩擦性能,用磁控溅射法在GCr15轴承钢试样表面沉积厚约100 nm的钽膜,再进行不同注量的50 keV碳离子注入.用Ф6的GCr15钢球做对磨试验,测试它们的摩擦性能,用SEM观察磨痕形貌.结果表明,处理后GCr15钢改性层的Ta2C含量随注量增加,摩擦性能得以提高.载荷1 N、滑动速度50 mm/s条件下,注入3×1017ions/cm2的试样耐磨性是原始试样的1.65倍;表面沉积钽膜后,摩擦系数由未处理前的0.8～1下降至0.5左右,钽膜注碳后摩擦系数更降至0.2～0.3,注入层主要以磨粒磨损为主.     

离子束增强沉积法制备Mo2N和Mo2-xTixN薄膜及其结构与性能研究

分别采用氮离子束增强沉积和Ｎ－Ｔｉ离子束同步增强沉积工艺制备了Ｍｏ２Ｎ和Ｍｏ２－ｘＴｉｘＮ薄膜,用ＸＲＤ,ＴＥＭ、划痕和阳极极化方法研究了两者的结构与性能。     

偏压对ECR-微波等离子增强沉积ZrN薄膜的结构及性能的影响

利用ECR-微波等离子溅射沉积技术加不同偏压在45#钢基体上制备了ZrN薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）对薄膜的微观组织结构进行了分析。结果表明,无偏压时薄膜为非晶膜,随着偏压的升高,薄膜呈ZrN晶体结构。利用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）测试了薄膜表面形貌。薄膜表面平整,但仍存在局部缺陷;粗糙度（RMS）在0.311—0.811nm之间变化,轮廓算术平均值（Ra）在0.239—0.629nm之间变化。同时利用电化学极化实验在0.5mol/LNaCl溶液中测试了基体及薄膜的耐蚀性能,基体自腐蚀电位Ecorr为–512.3mV,样品Ecorr在–400.3—–482.6mV之间变化,45#钢基体自腐蚀电流Icorr为9.036μA,样品Icorr在0.142—0.694μA之间变化。并讨论了偏压对薄膜的微观组织和耐蚀性能产生影响的原因。     

PIIID技术制备Ti/DLC纳米多层薄膜

采用等离子体浸没离子注入与沉积（PIII&D）技术在2Cr13钢表面制备了Ti/DLC纳米多层薄膜,分析了膜层的微观结构和机械特性。实验结果表明:纳米多层膜具有完整、清晰的调制层结构,薄膜的显微硬度均得到明显的提高,硬度较低的膜层具有较好的膜基结合强度和优良的摩擦性能,从综合性能看:纳米多层薄膜保持了类金刚石（DLC）薄膜低摩擦系数的特性,具有良好的承载能力以及膜-基结合特性。     

MEVVA离子源及其应用

综述了ＭＥＶＶＡ离子源在金属硅化物、磁性薄膜、准晶材料和表面复合材料的制备以及电催化、抗腐蚀、抗高温氧化、抗疲劳和磷酸盐玻璃抗风化等研究领域的应用．     

Etching and structure changes in PMMA coating under argon plasma immersion ion implantation

A thin (120 nm) polymethylmethacrylate coating was treated by plasma immersion ion implantation with Ar using pulsed bias at 20 kV. Ellipsometry and FTIR spectroscopy and gel-fraction formation were used to detect the structure transformations as a function of ion fluence. The kinetics of etching, variations in refractive index and extinction coefficient in 400-1000 nm of wavelength, concentration changes in carbonyl, ether, methyl and methylene groups all as a function of ion fluence were analyzed. A critical ion fluence of 10¹⁵ ions/cm² was observed to be a border between competing depolymerization and carbonization processes. Chemical reactions responsible for reorganization of the PMMA chemical structure under ion beam treatment are proposed.     

等离子体浸没离子注入圆筒内表面的时空尺度

等离子体浸没离子注入与工件外表面的注入不同 ,存在空间和时间上的尺度。研究结果表明 ,由于内腔 ,如内筒的有限尺寸 ,使注入电压的利用率降低 ,同时使内部等离子体快速耗尽 ,对于特定的内筒 ,利用提高注入电压从而提高注入能量只能在一定的电压范围内实现。在典型的外表面注入工艺条件下 ,内表面离子的耗尽速度是惊人的。如在对于直径 2 0cm的圆筒在 30kV、2× 10 15ions/cm3的条件下 ,等离子体耗尽时间仅为 0 .5 5 μs ,这个时间甚至小于多数脉冲电源的上升沿时间。结果表明 ,内部等离子体源的硬件结构可能是一种有效的解决方法。