9Cr18轴承钢的金属离子加氮离子复合注入处理新工艺

简单地叙述了金属等离子体浸没离子注入与沉积（MePIIID）表面处理新工艺的发展，以及MePIIID工艺对于脉冲阴极弧金属等离子体源的要求。详细报导了9Cr18轴承钢样品的氮离子注入表面处理工艺以及金属离子加氮离子复合注入处理新工艺。对被处理和未被处理试样进行了显微硬度、磨痕、摩擦因数及腐蚀特性测试后表明：用金属离子加氮离子复合注入处理的9Cr18钢试样的表面特性改善明显优于只用氮离子处理的试样，证明脉冲阴极弧金属等离子体源和气体等离子体浸没离子注入相结合是现代材料表面强化的一个很有效的手段。

氮、氧及金属离子注入铝合金表面改性层摩擦磨损性能研究

在不同温度下对6061铝合金分别进行了氮、氧等离子体浸没离子注入处理,氮与氢混合气体等离子体浸没离子注入处理,以及在氮气氛中的钛或铝等离子体浸没离子注入与沉积处理;采用X射线光电子能谱仪分析了注入改性层的相组成、高温下氧离子注入层的成分及注入离子浓度的深度分布;同时测定了注入改性层的显微硬度及摩擦磨损性能.结果表明:经300℃下氧离子注入处理后铝合金表面形成了较厚的硬质Al2O3层,从而使铝合金表面的耐磨寿命显著延长;经氮/氢混合注入以及氮气氛中金属离子注入和沉积处理后的铝合金表面的抗磨性能显著改善;同单一氮离子注入相比,氮/氢混合注入能更有效地改善铝合金的性能.

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。

等离子体浸没离子注入及表面强化工艺的进展

等离子体浸没离子注入 (PIII)消除了传统束线离子注入 (IBII)固有的视线限制 ,是一种更适合于处理复杂形状工件的手段 .近十年来 ,PIII及其工业应用在国内外得到了迅速发展 .然而 ,随着PIII的研究与开发的深入 ,发现仍有若干重要的物理与技术问题 ,诸如浅的注入层、离子注入不均匀性、气体 (氮 )等离子体的有限应用范围等等 ,阻碍了PIII工业应用的发展 .目前 ,这些问题已成为国内外学者关注的焦点 .我实验室近年来在注入过程鞘层动力学的计算机理论模拟、离子注入剂量不均匀性改善、圆筒内表面注入研究、新型长射程阴极弧金属等离子体源研制、气体及金属等离子体的综合性表面改性工艺研究、以及低能高温PIII新工艺研究等方面进行了研究工作 .

窄脉冲保形全方位离子注入技术

叙述了全方位离子注入过程中,由于被处理零件与其周围离子鞘层之间厚度的增加,引起零件与鞘层之间保形性变差,导致零件表面注入剂量不均匀性;文中系统分析了注入电压、等离子体密度、脉冲宽度和脉冲频率等处理工艺参数对注入剂量不均匀性的影响,用鞘层动力学计算机数值模拟方法从理论上研究了轴承内外圈处理中工艺参数对注入剂量不均匀性的影响,并用实验方法进行了测量验证,理论研究和试验测量结果的一致性,说明所提出的窄脉冲保形全方位离子注入技术完全适用于复杂形状零件表面均匀强化处理。

绝缘栅双极晶体管固体开关技术研究

采用二只1.2kV,75A的绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联,对用于加速器的IGBT固体开关技术进行了研究;通过采取动态电压和静态电压平衡措施来解决IGBT串联中的瞬态电压平衡问题。在不同工作条件下,串联IGBT开关工作性能稳定,重复性好。在纯阻性负载上得到了上升时间约300ns、下降时间约1 64μs、峰值电压1.8kV的输出。

等离子体浸没离子注入与沉积合成TiN薄膜的滚动接触疲劳寿命和机械性能

采用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)技术在AISI 52100轴承钢表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜.膜层元素分布、化学组成和表面形貌分别用XRD,XPS表征.合成薄膜前后试样的滚动接触疲劳寿命和摩擦磨损性能分别由球棒疲劳磨损试验机和球-盘磨损试验机测定;疲劳破坏后的微观形貌通过SEM观察;薄膜力学性能经纳米压痕和纳米划痕实验评价.结果表明,TiN膜中还含有少量的TiO_2和Ti,N,O的化台物.在优化条件下,TiN膜层致密均匀,与基体结合良好,纳米硬度和弹性模量分别达到25和350 GPa;最低摩擦系数由基体的0.92下降到0.2.被处理薄膜试件在90%置信区间下的最大L_(10),L_(50),L_a和(?)寿命较基体分别提高了约4.5,1.8,1.3和1.2倍,疲劳寿命的分散性得到了显著改善.

2Cr13钢的全方位离子注入与离子束增强沉积复合表面强化处理

对2Cr13不锈钢表面进行了等离子体浸没离子注入(PIII)与离子束增强沉积(IBED)复合强化处理.对强化后的试样进行了俄歇电子能谱(AES)、X光电子能谱(XPS)分析及显微硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能测试.结果表明,处理后的试样表面层中含有强化相TiN和CrN;与基体相比,被处理试样的显微硬度显著增大,最大增幅达80.4%;摩擦系数降至0.2～0.3,磨痕宽度最大减少了近4倍;腐蚀电位最大提高了5倍,腐蚀电流密度减少了26倍.磨损中粘着现象大大减轻,耐磨耐蚀性能得到了显著改善.

TiC薄膜对轴承钢表面滚动接触疲劳寿命和力学性能的影响

利用等离子体浸没离子注入与沉积(PIII＆D)技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了Ti-C薄膜.测试了合成薄膜后试样表面的化学组成、摩擦磨损性能、纳米硬度、弹性模量和滚动接触疲劳寿命,观察了疲劳破坏后试样断面的光学形貌．XRD结果表明处理后试样表面形成了TiC相．光学显微镜下疲劳裂纹的萌生和扩展形貌揭示出疲劳破坏可能存在表面点蚀和膜层剥离两种形式．在Hertz接触应力为5．1 GPa,90％置信区间条件下的疲劳寿命延长了5．5倍;最大微观硬度和弹性模量分别增加了28．4％和12．1％;相同磨损条件下的摩擦系数从0．95下降到0．15．

钛合金的等离子体浸没离子注入表面强化处理

研究了等离子体浸没离子注入(PIII)技术对Ti6Al4V合金表面性能的影响。分析比较了灯丝放电PIII和射频辉光放电PIII对基体表面进行氮离子注入后的改性效果。应用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)分析了注入层的相组成和组织结构;测试了经不同PIII工艺参数处理后试样的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:氮离子注入使Ti6Al4V的粗大晶粒(α-β相)转变为细小致密的晶粒,表面层中形成了耐磨相TiN;处理后试样表面的显微硬度提高了80%,摩擦系数降到0.16,抗磨损性能得到了显著提高。

TC4合金表面全方位离子注入Ag的耐摩擦磨损和抗腐蚀性能

为改善TC4合金表面的耐磨性能和抗腐蚀性能,用等离子体浸没离子注入(PIII)技术在合金表面注入不同剂量的金属银。采用XRD、XPS、AES等方法分析改性层的元素浓度分布和化学组成,研究Ag离子注入后试样表面的耐摩擦磨损性能、抗腐蚀性能、纳米硬度和弹性模量。结果表明,表面改性层中主要存在Ag相,同时含有少量的TiAg;处理后注入剂量为1×1017ions/cm2试样的纳米硬度和弹性模量分别提高62.5%和54.5%;磨损面积减小57.6%;摩擦系数由基体合金的0.78下降到0.2。在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位升高,腐蚀电流密度明显减小,耐蚀性得到了显著改善。

10kV绝缘栅双极型晶体管固体开关的研制

采用8只IXLF19N250A绝缘栅双极型晶体管串联研制成功了10kV固体开关。试验表明:该固体开关最高输出电压为14kV,最高输出脉冲电流为20A、输出脉冲宽度可在2112μs之间以1μs步长变化,脉冲重复频率范围为1Hz4kHz,短时间可以工作到8.6kHz。

LY12CZ铝合金表面等离子浸没离子注入氮层的摩擦磨损性能研究

对LY12CZ(2024)铝合金进行了氮等离子体浸没离子注入(PIII)处理,分析比较了不同工艺参数下离子注入前后试样的化学组成、各元素的化学价态及其摩擦磨损性能.结果表明:铝合金表面改性层中形成了弥散强化的氮化铝(A lN)相;与基体相比,铝合金试样在不同条件下处理后的表面显微硬度均有所提高,最大增幅达1.4倍;铝合金的磨损质量损失减少了75%,摩擦系数显著降低,表面综合性能得到了显著改善.

金属等离子体浸没离子注入与沉积技术合成类金刚石薄膜研究

采用金属等离子体浸没离子注入与沉积技术在 9Cr18轴承钢基体表面合成了类金刚石薄膜。研究了注入脉宽和工作气压对合成薄膜性能及化学组成的影响 ;通过激光Raman光谱、维氏硬度、针盘试验和电化学腐蚀等测试手段分别表征了合成薄膜后试样表面的化学组成和微观结构、显微硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能。结果表明 :合成薄膜后 ,试样的显微硬度增大了 88 7% ,摩擦磨损和抗腐蚀性能也明显改善。

类金刚石薄膜对轴承钢表面机械性能和滚动接触疲劳寿命的影响

使用等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢ&D)技术在轴承钢基体表面合成类金刚石(DLC)薄膜,研究了薄膜的结构和性能.结果表明,所制备的DLC薄膜主要是由金刚石键(sp^3)和石墨键(sp^2)组成的混合无定形碳,且sp^3键含量大于10%.DLC膜层致密均匀,与基体结合良好.DLC膜具有很高的硬度和杨氏模量,分别达到40 GPa和430 GPa;其最低摩擦系数由基体的0.87下降到0.2.被处理薄膜试件在90%置信区间下的L_(10)、L_(50)、L_a和平均寿命L较基体分别延长了10.1倍、4.2倍、3.5倍和3.4倍.PⅢ&D轴承钢滚动接触疲劳寿命的分散性得到了显著改善.

表面凹陷对等离子体浸没离子注入均匀性的影响

利用二维流体模型和数值计算方法模拟了等离子体浸没离子注入 (PⅢ )中 ,具有圆弧凹槽的平面靶周围的鞘层扩展情况 ,计算了鞘层扩展过程中的电势分布、离子速度和离子密度变化 ,获得了沿靶表面的离子入射角度和注入剂量的分布情况 ,为等离子体浸没离子注入处理复杂形状靶提供了理论基础。

奥氏体不锈钢高频高压低温等离子体渗氮

利用浸没式高频高压等离子体渗氮（ＩＨＨＰＮ）技术对ＳＳ３０４奥氏体不锈钢进行了低温渗氮处理。在３００℃×２５ｈ处理条件下获得了０３μｍ厚的高氮层。表面显微硬度较未处理的样品明显提高。ＸＲＤ分析表明，改性层内形成了膨胀奥氏体。

GCr15轴承钢表面PIIID处理膜层膜基结合力的研究

采用等离子体浸没离子注入沉积 (PIIID)技术在GCr1 5轴承钢表面形成TiN薄膜 ,并采用划痕法对不同参数条件下膜层的膜基结合力进行了测量。结果发现 :适当的氩离子溅射清洗和加入合适的过渡层可以提高膜基结合力 。

9Cr18轴承钢表面不同等离子体浸没离子注入强化处理技术研究

采用不同的等离子体浸没离子注入 (PIII)工艺在 9Cr18轴承钢表面进行了气体、金属、金属加气体的离子注入和碳化钛 (TiC)、类金刚石 (DLC)薄膜的等离子体浸没离子注入与沉积 (PIIID)。对处理后的试样进行了X射线光电子能谱 (XPS)、X射线衍射 (XRD)、俄歇电子能谱 (AES)和拉曼光谱 (Raman)分析 ;测试了处理前后试样的显微硬度、磨痕宽度和摩擦系数。结果表明 :处理后试样表面均形成了不同的改性层 ,且改性层中化学组成和各元素的浓度 深度分布随处理工艺的不同而变化 ;处理后试样的显微硬度都有较大提高 ,最大增幅达 77.7% ;表面摩擦系数由 0 .8下降到0 .16 ;磨痕宽度减少了 2 3倍 ;与PIII工艺相比 ,相同参数下 ,PIIID处理后的试样表面综合性能更加优异。

全方位离子注入与沉积类金刚石碳膜的结构与性能

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合强化新技术在AISI440C不锈钢表面制备了类金刚石(DLC)碳膜。膜层表面的原子力显微镜(AFM)形貌显示出DLC膜结构致密均匀。Raman光谱分析结果表明,制备的DLC主要是由金刚石键(sp3)和石墨键(sp2)组成的混合无定形碳膜,且sp3键含量大于10%。以纯石墨棒做阴极,C2H2为工作气体条件下合成的DLC薄膜中,sp3键含量总体上较单纯用石墨作阴极而无工作气体条件下合成的DLC薄膜中sp3键含量高。与基体相比,薄膜试样的显微硬度和摩擦磨损性能均得到了较大改善,最大硬度提高88.7%,磨损寿命延长超过4倍。