等離子體浸沒離子注入技術論文

1、參考范文等離子體浸沒離子注入技術論文等離子體浸沒離子注入技術論文摘要:目前，等離子體浸沒離子注入技術在等離子研究領域已成為了熱點話題之一，它以其獨特優(yōu)勢和特點被廣泛應用于材料表面磨損的性能改善，但其具體應用操作技術仍有待進一步改善，并對其進行深入研究，以找出PIII技術在應用過程中所存在具體問題及應對策略。1 等離子體浸沒離子注入技術等離子體俗稱物質存在的第四態(tài)，是指在一定強度的電場作用下，氣體中的原子受到激發(fā)，內部帶點粒子發(fā)生加速運動相互碰撞后進行能量傳遞，最后電離放電而形成的一種物質。等離子體在常規(guī)條件下是不可能產(chǎn)生的，必須在特殊條件下才能形成。而等離子體注入，就是等離子體的一種應用領域，

2、也是目前運用比較多的一種表面改性處理技術，是通過向基體注入外來離子而改變基體材料表面組成成分以及結構，達到改變基體材料各種性能的目的。等離子體浸沒離子注入英文簡稱為PIII，其設備由等離子體源、脈沖電源、真空室以及真空泵四大部門組成。將樣品置入實驗真空室內，并安裝在特定需要的位置，當真空抽至所需要求時，將工作氣體通入真空室內，通過射頻耦合等多種方式將通入的氣體電離成等離子體。由于等離子體在真空室內處于彌漫狀態(tài)，因此可以達到樣品完全浸沒氣體的目的。向樣品表面施加負脈沖偏壓，等離子體在負偏壓的電場作用下，電子向真空室壁運動，正離子向樣品表面停留，便形成了一層厚度較厚的正離子鞘層。此時，正離子在電場

3、作用下獲得能力，垂直入射到樣品表面，達到了樣品表面注入離子的目的。與傳統(tǒng)的離子注入技術相比，PIII有著獨特的優(yōu)點。在實驗過程中不需要旋轉樣品，因為在真空室內形成的等離子是屬于彌漫型，能達到360?浸沒與注入的效果;可以加工形狀復雜的樣品;所加偏壓高，足以滿足正離子注入樣品表面，與原有粒子發(fā)生結合形成新的金相組織結構，既能保持樣品材料原有性能、表面光潔度和尺寸，又能以改變這種材料表面的物理，化學及機械性能。2 等離子體浸沒離子注入技術的應用1987年，J.R.Comrad教授在美國提出了PIII技術，運用至今，已有多年歷史，并是當前表面改性的熱點，以其設備簡單、效率高、成本低的特點廣泛應用于各

4、種領域。其中，運用最多的是對材料的表面改性領域中，以此提高材料表面的磨損性能。目前，我國已經(jīng)提供了多種離子的浸沒與注入設備，如:非金屬類有N、C、B等；金屬類的有wTa、Ti等。鄭立允等人在W6Mo5Cr4V2制螺母沖頭表面進行PIII技術處理后，研究其耐磨性能，發(fā)現(xiàn)其使用壽命提高了三倍以上。劉洪喜等人使用PIII技術在9Cr8軸承鋼表面進行不同工藝的氣體、金屬以及混合等離子以及碳化鈦和類金剛石薄膜的等離子表面處理，并研究了處理后樣品的各種性能，結果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過PIII技術處理的試樣表面顯微硬度增大，摩擦磨損性能顯著提高。另外，劉洪喜還對Ti6Al4V表面進行PIII技術改性，比較了燈絲放電和射頻

5、輝光放電兩種等離子體形成方式的PIII對基體表面進行氮離子注入后的改性效果，分析表明，利用這種技術處理后可以使Ti6Al4V樣品表面的顯微硬度提高80%，摩擦系數(shù)降到0.16，表現(xiàn)出抗磨損性能顯著提高。王鈞石采用PIII技術對45鋼進行氮離子注入后分析改性45鋼的注入表層的成分、組織和性能，研究發(fā)現(xiàn)注入層的剖面氮濃度分布呈高斯分布特征，注入層中有大量氮化物相形成，注入層的顯微硬度和摩擦性能有明顯改善。王允江采用等離子體浸沒注入與沉積技術在T225NGM合金材料表面制備了Ti-N/Ti復合薄膜，并進行各種性能分析，結果顯示改性材料表現(xiàn)出較好的耐磨性能。另外，宋教花等人使用金屬等離子體浸沒離子注入

6、技術在Si基體上進行動態(tài)離子束增強沉積NbN膜，制備的薄膜結構致密，表面光滑，硬度高，其性能優(yōu)異，其制備方法簡單而高效。張瑜采用等離子體浸沒離子注入與沉積技術對純鐵進行表面改性以改善純鐵的耐腐蝕性和生物相容性，分別進行對純鐵進行高壓低頻、低壓高頻氧等離子體浸沒離子注入后，氧離子注入純鐵表面形成了鐵的氧化物，研究結果發(fā)現(xiàn)，特定工藝下處理的純鐵樣品表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性能以及良好的生物相容性。包娟娟采用高頻低壓等離子體注入及氮化技術在工業(yè)純鐵上進行氮離子注入及氮化處理，研究射頻功率及氧分壓對氮化后樣品表面結構、成分及性能的影響，結果表明，樣品表面的硬度、耐磨性和耐腐蝕性顯著提高。3 小結目前，等離子體浸沒離子注入技術在等離子研究領域已成為了熱點話題之一，它以其獨特優(yōu)勢和特點被廣泛應用于材料表面磨損的性能改善，但其具體應用操作技術仍有待進一步改善，并對其進行深入研究，以找出PIII技術在應用過程中所存在具體問題及應對策略。參考文獻:1 王允江，劉捍衛(wèi)，張鵬程，邱紹宇，朱旻昊，等.離子體浸沒離子注入與沉積TiN/Ti復合涂層高溫微動磨損特性研究J.潤滑與密封，2007(08).2 鄭立允，熊惟皓，等.刀具材料表面處理的研究現(xiàn)狀J.金屬熱處理，2005，30(6):31-35.3 劉洪喜，湯寶寅，等.9Cr18軸承鋼表面不同等離子體浸沒