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1、金属表面改性方法-离子注入技术(材料加工-铸造一班訾凌君11S009103)摘要：系统介绍了金属表面改性用离子注入地机理和特点剖析了温度、注入剂量、离子种类等影响因子对改性层效果地影响,综述了该技术在提高强度和硬度、改善磨损性能、降低摩擦系数等方面地用途,展示了离子注入技术地开发方向和应用前景.关键词：表面改性；离子注入；应用；Abstract:mechanismandcharacteristicofionimplantationusingforimprovementofsurfacepropertiesofmetallicmaterial
2、saredescribedsystematically.Anatomygenessuchastemperature,dosageandthekindofioninfectiononimprovedlayer,itsapplicationssuchasenhancinghardnessandstrength;improvingwearresistancereducingfrictionmodulushavebeenreviewed,soastoindicatethedirectionofdevelopmentandwiderangeofits
3、use.Keywords:ionimplantation;improvementofsurfacepropertyofmetallicmaterialsapplication.1、前言现代科技地高速发展,对金属材料表面性能(抗磨损、抗腐蚀、抗疲劳等)地要求日益提高,特别是高负荷、高转速、高寿命、耐高温、低损耗金属零部件地迫切需求,广泛采用最近发展地金属表面处理技术及工艺(抛光、电刷镀、化学镀复合镀层、热喷涂、激光表面强化、气相沉积、等离子体渗氮、渗碳、渗硼及金属修补胶和薄膜性保护技术)虽然在各自领域发挥着重要作用,但都存在一定地缺点和局限性
4、,因而使得离子注人技术应运而生.离子注人早期研究地是对金属材料地磨擦和显微硬度地影响,后来转向对金属滑动性能地研究,其结果都成功地实现了工业应用.近十几年来,离子注人在金属和半导体材料地研究和应用发展迅速,并且已扩展到绝缘材料和聚合物方面.离子注人金属表面改性,可以使金属材料表面陶瓷化和金刚石化,使其披上一层十分坚固地盔甲[1].常用注人原子[2]有:碳、氮、氧、硼、氦、磷、铁、铝、锌、钴、锡、镍等,注人原子原则上可以是元素周期表中地任何元素；被注人基体原则上可以是任何材料；离子注人将引起金属表层地成分和结构地变化以及原子环境和电子组态等微
5、观状态地扰动,因此导致金属各种物理、化学、机械性能地变化.主要包括3个方面[3]改善物理性能:例如改善材料表面地电磁学及光学性能,提高超导地转变温度等；(2)改变化学性能：抗腐蚀、抗氧化性能；(3)机械性能：表面地摩擦系数,提高表面硬度和抗磨损能力,改善材料地疲劳性能等.1、离子注入金属表面改性机理高速离子注入金属后,与金属中地原子、电子发生弹性碰撞(离子能量较低)、非弹性碰撞(离子能量较高),逐渐把离子地动能传递给反冲原子和电子,完成能量地传递和沉积；如果晶格原子从碰撞中获得足够地能量(大于移位阀功,即克服断键能和克服势垒做功之和),则被
6、撞击原子将越过势垒而离开晶格位置进入原子间隙成为间隙原子；如果反冲原子获得地反冲能量远远超过移位阀功,它会继续与晶格原子碰撞,产生新地反冲原子,发生“级联碰撞”.在级联碰撞中,金属原来地晶格位置上会出现许多“空位”,形成辐射损伤[4]即损伤强化；离子注入金属表面后,有助于析出金属化合物和合金相、形成离散强化相、位错网；灵活地引入各种强化因子,即掺杂强化和固溶强化.通过离子注入,减少粘着和互扩散,增强氧化膜、提高润滑性.图1离子注入机示意图离子注入就是从离子源发出地离子经过加速极加速到一定地能量,由磁分析器进行离子选择,然后通过聚焦、扫描,最
7、后打到靶片上.上图1是一个离子注入机地示意图.离子或粒子地能量不同,打到靶片上会产生不同地效应.如下图2所示.对于金属中地离子注入,其离子地能量要大于10kev.金属中地离子注入具有许多其它方法无法比拟地优点.离子注入法与热扩散法不同,它不依赖于固溶度和热扩散系数,可以在室温下注入,可以注入任何一种元素.离子注入深度和剂量可以精确地进行控制,这样就可以重复地进行注入.注入地离子与金属基体有机地熔合在一起,注入层与未注入层没有严格地界限,不会产生如同薄膜脱落地现象.图2表面效应与粒子（离子）能量地关系1、离子注入技术在金属表面改性中地应用3.
8、1提高材料地强度和硬度强度和硬度是金属表面改性地重要研究参数.大量地实验和研究表明：离子注入可以不同程度地提高金属材料表面地强度和硬度；金属表面地硬度和强度随着注入剂量地增加而增
