离子束表面改性技术

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1、离子束表面改性技术研究综述苏文玉（齐鲁工业大学，机械与汽车工程学院，机械设计制造及其自动化，201107051025）摘要：本文针对离子朿表面改性技术的由来、发展历程、研究水平及主要应用领域进行阐述。并对现阶段该技术存在的问题进行简要介绍，最后对该技术未来的研究及发展方向做出展望。关键词：离子朿表面改性技术；发展历程；应用领域；存在问题;发展方向0引言离了束表面改性技术是70年代初逐渐发展起來的一种新颖的表面改性技术。该技术是把工件放在离了注入机的真空室中，在几十至几百千伏的电压下，把所需元素的离了注入到工件表层内的一种表而强化处理工艺。大量实践己证实，离子注入能

2、使工件的摩擦系数、耐擀性、抗蚀性、耐疲劳性以及超导性能、催化性能、光学性等发生显著的变化。[1]1离子束表面改性技术的发展历程随着离子注入技术的发展，离子注入己从单一元素的注入发展到离子束混合、离子束增强沉积等复合注入技术。1987年，美国Wiscosion大学Cnrad教授成功地发明了等离子体源离子注入技术，从根本上克服了传统的离子注入只能进行“视线注入”（即只有正对着离子枪口的工件表血才能被注入离子）的致命弱点，使离子注入表面改性技术产生了一个突破性的发展。2离子束表面改性技术的现阶段研究水平2.1离子束表面改性技术在聚合物材料领域研究现状日前，科学工作者认识

3、到离子束注入聚合物中可改变聚合物的机械性能、化学性能和物理性能等。其屮，硬度、耐摩擦磨损性、抗化学分解、抗氧化性、光学不透明度、导电性以及表面能等都将得到增强。在20世纪70年代后期，导电聚合物的偶然发现引发了对导电聚合物的积极研究。其中离子束处理在微电子技术方面的突破（如：离子束卬刷、电子元件刻蚀等技术）、使聚合物受到辐射后性能变化的受控应用变得越来越重要。虽然导电聚合物在微电了技术方面提供了许多吸引人的特性，但是它们的热性能与力学性能的不稳定性成了具发展的主耍障碍。最新的研究发现，采用离子注入技术，选择适当的离子种类和剂量能使聚酰亚胺的电导性能大幅度提高，通过

4、在聚酰亚胺上构造导电层可使英具冇良好的热稳定性和柔韧。以前关于离了注入聚合物的研究重点是放在电导率上，对与力学性能有关的聚合物辐射效应的研究主要考虑紫外线（UV）和丫射线等的辐射效应，即仅用于核技术方血。然而,最近研究发现这类辐射源在聚合物改性方面比高能离了作用小得多。离了注入有机硅能使其强度提高，这一事实很早就被人们发现了。但是精确的表面敏感特性，如:表面唤度、耐磨性能的测试由于受到仪益精度和技术条件的限制而没得到深入研究。近年來，由于确定纳米范围内表面薄膜硕度的纳米量级超显微换度计的发展乂推动了这—•研究。用离子注入技术获得表面敏感的力学、化学、物理性能（如表

5、面硬度、摩擦阻力、抗腐蚀能力等）的实验取得了新的进展。用离了注入处理后的聚合物材料的碘度比冃前公认的最硬的马氏体钢硬度还高，其耐磨性能也比钢强。美国0AKRIDGE国家实验室的研究表明，在球盘式磨损实验机上用滚珠钢球对表而超硬聚合物做往复磨损实验，结來发现直到钢球表面被严重磨损,这种表面超驶的聚介物也无明显磨损。利用这种离了束与聚合物相互作用的表面改性的新方法，不仅开创了一个全新的聚合物开发领域，而且可以解决那些受到硬度和耐僭性能不足影响的传统工程机械部件的优化问题。这种表面超硬耐磨的聚合物在航空、航天、核电设施、光学及电子器件、交通运输丄具、精密机械、化学化工等

6、领域都将有广泛的应用前景。[2]2.2离子束表面改性技术在铝合金领域的研究现状铝合金具有密度小，塑性好等优点，被广泛用于航空航天领域。随着航空航天工业和高技术产业的迅速发展，为了适应高强度、耐腐蚀和轻量化等耍求，铝合金的应用越来越受到重视。然而由于其质地软，摩擦系数高，磨损人，其应用范围受到了限制。近十几年来，离子注入改善钢铁等金属的表面性能的研究己取得了许多重要结果。离子注入改善铜、钦等合金耐磨性的研究也有所报道。对于铝合金的离子束改性，国内外的研究多侧重于提高抗腐蚀性或研制多层膜功能材料方面，对于其强化铝合金耐幣性方面，迄今研究冥少。我们采川离子束强化技术，将

7、钦离子动态反冲注入到LY12硬铝试件,显著提高了表而硬度，降低了滑动摩擦系数，提高了耐磨性。木文述对注入与未注入样品进行了X射线衍射分析，探讨了钦离了动态反冲注入LY12便铝提高其硬度及耐磨性的机理。[3]2.3离子束表面改性技术在金属与陶瓷领域的研究现状近年来，用荷能离了束对金属和陶瓷材料的近表面区进行改性的研究工作得到很人的发展，离了束注入和离了束混合使材料的近表区结构、组成均发生变化，还因离子辐照引起碰撞级联造成缺陷，这些作用最终影响到材料的性能.离子注入固体或薄膜的表面，不仅是使其改性的重要手段，而且也是材料基础研究的一种理想的工具。[4]2.4离子束表面

8、改性技术在