离子注入强化机理分析

离子注入表面强化机理分析

汲雪飞刘先黎王宝山韩文君

摘要分析了离子注入表面强化的

机理

离子注入表面强化碰撞

０ 前言　

离子注入是近几十年来逐渐发展起来的一种新颖的表面改性方法

人门开始采用离子注入法进行金属表面合金强化的研究

离子注入已在表面非晶化表面改性和离子与材料表面相互作用等发面取得了可喜的研究成果并逐步进入了推广应用阶段

经高压电场作用后以改变其表层的成分与性能的真空处理工艺亚稳定相大大改善了工作的使用性能

被电离的离子在电场作用下加速运动

并与表层晶体中原子核和电子发生碰撞离子不断消耗其能量

随着其能量不断减少

１．１　核碰撞　

注入离子与基体表层晶体内原子核的碰撞是个弹性碰撞过程

在离子能量比较低时

１．２　电子碰撞　

注入离子与基体表层晶体内电子的碰撞是个非弹性碰撞过程

电离或X射线发射电子碰撞是主要的

离子经多次碰撞后能量耗尽而停止运动单个离子在单位距离上的能量损失可以表示为两种能量损失之和

d E/d x = N [ Sn(E) + Sn(E) ]

E 注入离子在基体表层内x处的能量

Sn(E) 能量为E 的注入离子在基体表层内

x时传递给基体表层内电子的能量

２　离子注入强化机理

２．１　辐照损伤强化　

具有高能量的离子注入金属表面后从而使晶格大量损伤

具有足够能量的注入离子与晶格原子碰撞并给后者大于其离位的能量时当碰传递给晶格原子的能量大于晶格原子的结合能时形成空位处于空位附近的间隙原子一系列的碰撞过程从而改变了正常的晶格原子的排列可使金属表面从长程有序变为短程有序使性能发生改变　２．２　弥散强化　

当注入的是非金属元素时如氮化物

产生弥散强化Ｂ＋等元素会与金属形成Ｆｅ４Ｎ　ＣｒＮ　Ｂｅ６Ｂ　Ｂｅ２Ｂ等硼化物使基体强化

使表面离子注入层已用电子衍射在注入Ｎ＋的铁或几种合金钢中结构状态的ＮＴｉ＋　Ｂ＋　ＴａＣ　

ＦｅＢ从而起强化作用

容易得到过饱和度很大的固溶体

另外造成位错运动的障碍

２．５　相结构强化　

离子注入的强化效果与相结构有关渗碳体能通过注入Ｎ

２．６　喷丸强化　

高速离子轰击基体表面　

因此与表层原子形成各种合金相与过饱和固溶体从而使基体材料表层强化

参　考　文　献　

１ 高技术新材料要览编委会编．高技术新材料要览．北京１９９３　

２ 董允机械工业出版社

机械工业出版社

核技术在材料科学中的应用．北京１９８６　

５ 赵文珍．金属材料表面新技术．西安１９９２　

６　Ｓｉｎｇｅｒ　ＩＬ．Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ｅｄｓ．Ｈｕｂｌｅｒ　Ｇｋ，Ｈｏｌｌａｎｄ　ＯＷ，Ｃｌａｙｔｏｎ　ＣＲ，ｗｈｉｔｅ　ＣＷ）．Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，１９８４，４　

作者简介女助讲表面改性