锆等离子体浸没离子注入增强聚醚醚酮材料的细胞相容性

目的使用等离子体浸没离子注入技术(PIII)将锆离子注入到聚醚醚酮(PEEK)材料中,并初步评价该材料与人牙龈成纤维细胞(HGFs)的生物相容性。方法将经过PIII改性的PEEK试件作为改性组,未经改性的试件作为对照组,然后与HGFs在体外共培养,扫描电镜观察试件表面形貌,显微镜下对HGFs的细胞形态进行分析,CCK-8检测细胞增殖率以评价材料的生物相容性。结果PIII注入锆离子可在PEEK材料表面成功构建改性层。在培养4 h后,2组试件表面上均有HGFs铺展,且改性组试件表面细胞铺展更开,细胞形态更长,出现的伪足更多。在培养3 d、5 d、7 d后,改性组表面细胞吸光度值较对照组增高,差异有统计学差异(P<0.05)。结论锆等离子体浸没离子注入可在PEEK材料表面成功改性,材料表面的氧化锆纳米结构能够促进HGFs的黏附、增殖,有利于软组织黏附。

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。

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。

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.

等离子浸没离子注入沉积纳米TiN薄膜的机械性能研究

采用等离子体浸没离子注入沉积(PⅢ-D)在不锈钢基底上合成TiN薄膜。对沉积TiN薄膜后的不锈钢试样进行拉伸变形实验,扫描电子显微镜(SEM)原位观察表明在较大塑性变形量下氮化钛薄膜没有剥落和裂纹出现。采用划痕法测得薄膜与基体间有较强的结合力。薄膜的纳米压痕测试显示出很高的纳米硬度和弹性模量值。通过对合成TiN薄膜的TEM结构测试、AFM表面观察、AES成分结果分析,认为该合成薄膜的纳米级晶粒尺寸、致密的表面质量以及成分沿深度的分布是其具有优异的抗塑性变形性能以及高的结合强度的原因。

等离子体浸没离子注入的二维元胞粒子法计算机模拟与剂量分布研究

采用二维元胞粒子模型(PIC),模拟了一个完整脉冲时段内,等离子体浸没离子注入平板靶的过程。重点研究了等离子体鞘层的时空演化规律,以及入射离子流密度、入射离子角度与能量的分布,由此得到了注入离子剂量在靶表面的分布。模型结果表明:等离子体鞘层的扩展先快后慢,且形状由椭圆柱形向圆柱形演化,对靶的保形性逐渐变差;注入离子剂量在靶表面的分布不均匀,在边角附近出现峰值;同时,在得到的入射离子信息基础上,对注入离子在改性层中的浓度深度分布研究表明,在靶的不同位置注入的离子在改性层中的浓度深度分布有显著差别,在靶边角处,注入离子的保留剂量很低,投影射程浅,浓度深度分布展宽较窄。

等离子体浸没离子注入和沉积技术制备TiN薄膜研究

利用多功能等离子体浸没离子注入设备 ,采用等离子体浸没离子注入和沉积技术在Ti合金表面制备具有优异力学性能的TiN薄膜。研究了真空室中氮气存在状态及氮气压力对薄膜性能的影响 :当氮以中性气体存在于真空室中 ,薄膜的生长主要受热力学因素控制 ,沿着低自由能的密排面 (低指数面 )TiN(1 1 1 )择优生长 ;当氮以等离子体状态存在于真空室中 ,薄膜沿着高指数面TiN(2 2 0 )择优生长 ,具有高硬度、耐磨性好的优点 ,并且随着N分压的提高 。

等离子体浸没离子注入(PIII)过程中初始离子阵鞘层尺度内各物理量的时空演化

等离子体浸没离子注入(PIII)是用于材料表面改性的一种较新的、廉价的、非视线的技术。靶体被浸没在等离子体中,等离子体中的离子在靶体负脉冲偏压的作用下注入靶体而实现材料的表面改性。为了描述等离子体浸没离子注入过程,我们引用了一维粒子模型(PIC)对其进行了数值模拟,该模型通过求解空间电势的Poisson方程,电子的Bolzmann分布以及离子在网格中受力运动的Newton运动方程来完成。本文重点研究了一个初始离子阵鞘层内电势、离子浓度、离子注入靶体的速度和动能以及离子流密度的时空演化规律。

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。

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。

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 .

等离子体浸没离子注入豌豆种子的表面形态研究

用等离子体浸没离子注入设备对食荚青豌种子进行了氩离子注入。卢瑟福背散射方法证实了经这种离子注入后,的确有一定数量的氩离子进入了食荚青豌种子,并发现注入种子的氩离子的相对浓度与注入的时间有关。用扫描电子显微镜对经过注入和未经注入离子的食荚青豌种子的表面形态进行了研究,发现等离子体浸没氩离子注入对种子有刻蚀作用。本文还探讨了这种注入方式引起种子细胞损伤的机制。

空间飞轮轴承等离子体浸没离子注入氮层性能研究

研究了氮等离子体浸没离子注入(PIII)技术处理后空间飞轮轴承内圈的摩擦学性能。通过原子力显微镜分析改性前后试样表面形貌,利用X射线电子能谱分析试样表面成分及结构,通过显微硬度计测量改性前后及不同注入时间下试样表面硬度,考察改性前后试样摩擦系数变化情况。结果表明,空间飞轮轴承内圈进行表面注氮后,表面形成Cr-N化合物,形成第二相及固溶强化使得试样表面硬度显著增加,摩擦系数明显减小,耐磨性增加,轴承组件工作电流明显减小。

等离子体浸没离子注入与沉积技术的发展及前沿问题

等离子体浸没离子注入与沉积技术可实现复杂形状零件表面垂直、均匀地离子注入与沉积处理,在材料表面改性领域具有广泛的应用前景。在技术发明后的20年间,该技术得到了快速的发展,但是也遇到了如何提高离子注入效率和注入均匀性、内表面注入、大面积注入等一系列问题。若上述问题得到解决,将极大的推进等离子体浸没离子注入与沉积技术的工业应用进程。

等离子体浸没离子注入技术与设备研究

基于传统束线离子注入在制造器件源漏超浅结时面临的挑战,介绍了一种新的超浅结的制造方法——等离子体浸没离子注入技术,总结了该技术在制造超浅结时的优点,阐述了放电方式、线圈结构、偏压电源等系统核心部件的设计,自行设计并搭建了等离子体浸没离子注入系统。采用ESPion高级朗缪尔探针测试和计算流体力学模拟方法对比研究了等离子体的特性,结果显示,在一定功率范围内等离子体密度随放电功率增加类似线性地增加;采用二次离子质谱仪对B和P的注入样片进行深度剖析,给出了偏压为-500V时B和P的注入深度分布曲线,表明注入时间既影响注入剂量,又影响峰值的位置和注入深度。

铀表面等离子体浸没离子注入沉积制备氮化层+Ti/TiN多层膜的结构与性能

为了改善金属铀的摩擦磨损和抗腐蚀性能,采用等离子体浸没离子注入沉积(PIII&D)技术在铀表面氮化,再沉积Ti/TiN多层膜。利用扫描电镜和X射线衍射分析了薄膜的形貌和组织结构;对薄膜的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能进行了测试。结果表明:薄膜表面致密,界面晶粒柱状生长方式被阻断,晶粒细化;薄膜为Ti和TiN的双相结构,衍射谱中出现了UO2和U2N3的衍射峰;薄膜大大提高了铀基体的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能,调制周期对薄膜性能的影响较大。

等离子浸没离子注入合成TiN/Ti-O梯度薄膜的成分与力学性能

用等离子浸没离子注入和沉积(PⅢ-D)的方法,采用三种工艺分别在Si、Ti6Al4V和热解碳(LTIC)表面合成了TiN／Ti-O梯度薄膜。用可编程逻辑控制器(PLC)为核心的一套控制系统控制金属源阴极的推进和气体成分的改变。使用纳米压痕仪、针盘式摩擦磨损试验机和结合力测试仪分析了梯度薄膜的力学性能,梯度薄膜硬度最高可达19.5 GPa,薄膜结合力可达到68 N左右。采用X射线衍射(XRD)分析表明,表层的薄膜为具有金红石结构的氧化钛,二次离子质谱(SIMS)对薄膜进行了定性分析,证实薄膜具有梯度特性。采用X射线光电子能谱(XPS)对梯度薄膜进行近表面成分分析,结果表明合成的TiN／Ti-O薄膜是非化学计量的,其成分组成为TiO2、Ti2O3和TiO。使用扫描电镜(SEM)观察了薄膜磨痕、结合力划痕,结果表明,控制合成的TiN／Ti-O梯度薄膜具有良好的力学性能。

等离子体浸没离子注入豌豆种子的细胞学效应

用等离子体浸没离子注入设备对食荚青豌种子进行了氩离子注入。以卢瑟福背散射（RBS）方法测定了处理前后的食荚青豌种子的RBS谱,发现等离子体浸没氩离子注入过的种子在Ar^+处出现Bragg峰。对食荚青豌根尖染色体核型进行了分析,发现所进行的离子注人能延迟染色体着丝粒的复制。

离子成分比对等离子体浸没离子注入圆柱形介质管内表面鞘层演化特性的影响

采用一维和双离子自洽流体模型研究了等离子体浸没离子注入圆柱形聚对苯=甲酸乙=醇酯介质内表面的离子鞘层动力学。在模型中,考虑工作气体为氮气时离子成分为氮原子离子N+和分子离子N2+。计算结果表明,不同的离子成分比具有不同的鞘层演化特性,氮原子离子含量高会导致严重的充电效应。在实际工艺中,可通过调整相关参数以降低原子离子N+的成分以抑制充电效应。