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。

用pIII及pVIII噬菌体展示系统展示抗原和抗原表位的免疫原性的研究

目的探索用pIII和pVIII噬菌体展示系统展示抗原和抗原表位的免疫源性以及用噬菌体展示颗粒为免疫原制备抗体的可能性。方法从人心肌组织中获得cTnI基因,突变后克隆入pMDT18载体及pFD5pIII型噬菌体展示载体。合成两条互补寡聚核苷酸单链,退火后变成编码cTnI95～108位氨基酸的双链,与PC89pVIII型噬菌体展示载体连接。含有cTnI及其抗原表位基因的重组质粒转化辅助噬菌体敏感的XL1Blue细胞,用VCSM13超感染获得展示有cTnI及其抗原表位的噬菌体颗粒,测定其表达量。并以此为免疫源免疫新西兰白兔获得抗体,用ELISA方法测定抗体滴度。结果cTnI及其抗原表位在噬菌体颗粒表面得到成功展示,展示量分别为5ng/ml和96ng/ml。免疫后得到的抗体滴度为1∶300和1∶1800。结论制备具有一定空间结构的大分子蛋白的抗体时,可用pIII噬菌体展示系统,制备小分子肽线性表位的抗体时,pVIII展示系统具有独特的优势。

PIII方法制备的TiN膜的性能

用一种新型的等离子体浸没式离子注入技术(PIII),在Cr12MoV钢基体上制备了TiN膜,经XPS分析发现,膜中的组织为TiN、TiO2和Ti2O3。对有与无TiN膜的Cr12MoV钢试样进行对比,测定了维氏硬度,耐磨性以及磨痕。结果表明:TiN膜具有高的硬度和优良的抗摩擦性能。

PIII技术在制备c-BN硬化层中的应用

采用一种新型的等离子体浸没式离子注入技术 (PIII)在渗硼后的 5 0Mn钢试样上制备出了厚度为 0 .15～ 0 .2mm的立方氮化硼 (c BN)表面硬化层。经X射线电子能谱 (XPS)和X射线衍射分析 (XRD) ,发现硬化层中的组织有立方氮化硼 (c BN)、六方氮化硼 (h BN)、B2 O3,FeB和Fe2 B。在表层 60nm的深度范围内 ,c BN的含量较高。采用球盘式无润滑滑动摩擦实验和维氏显微硬度实验分别对渗硼 +PIII复合处理以及单独渗硼的 5 0Mn钢试样的性能进行了对比实验。结果表明 :与单独渗硼的试样相比 ,经渗硼 +PIII复合处理的试样具有高得多的硬度 (高达HV0 .1N44GPa)

PIII中工作气压和占空比优化关系的数值研究

等离子体浸没离子注入中的等离子体扩散过程和鞘层演化行为分别由低压非稳态扩散流体模型与鞘层碰撞流体模型来进行描述,数值模拟研究了工作气压与占空比对离子注入剂量和能量的影响。计算结果表明,工作气压不变时,随占空比变化,一定时间内的离子注入剂量有极大值,并且极大值对应的占空比会随着工作气压降低而减小。工作气压较高时,占空比越小离子碰撞能量越高;而工作气压较低时,占空比越大离子碰撞能量越高。相同工作气压下占空比对离子注入剂量的影响要比离子碰撞能量显著。

PIII技术制备c-BN硬化层

采用一种新型的等离子体浸没式离子注入技术（PIII）在渗硼后的50Mn钢试样上制备出了厚度为0．15-0．2mm的立方氮化硼（c-BN）表面硬化层。经X光电子能谱（XPS）和X光衍射分析（XRD），发现硬化层中的组织有立方氮化硼（c-BN）、六方氮化硼（h-BN）、B2O3、FeB和Fe2B。在表层60nm的深度范围内，c-BN的含量较高。采用球盘式无润滑滑动摩擦试验和维氏显微硬度试验分别对渗硼＋PIII复合处理以及单独渗硼的50Mn钢试样的性能进行了对比试验。结果表明，与单独渗硼的试样相比，渗硼＋PIII复合处理的试样具有高得多的硬度（高达Hv0．1N44GPa）和耐磨性。该项技术在电缆压模上进行了应用试验。获得了较好的应用效果。

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.

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.

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。

空间用9Cr18钢PⅢ复合离子注入表面改性工艺研究

采用等离子体浸没离子注人(PⅢ)技术对9Cr18轴承钢表面进行了双注入及共注入Ti+N工艺处理。测试了处理前后试样的显微硬度及真空摩擦因数,并表征分析了表面磨损形貌。结果表明:处理后试样的显微硬度都有大幅提高,最大增幅达68.7%;表面真空摩擦因数由0.15下降到0.08;磨斑尺寸及粗糙度分别减少了54.4%和37.4%。双注入与共注入方式在相同参数下,双注入处理后的试样表面综合性能更加优异。

铀表面全方位离子注入渗氮处理研究

利用全方位离子注入技术在金属铀表面进行渗氮处理。结果表明,离子注入温度和脉宽是关键工艺参数;提高基体温度,明显增加氮离子在铀中的注入深度。利用俄歇电子能谱(AES)分析注入工艺参数与渗氮层深度间的关系,增加注入脉宽能明显提升含氮层深度。在其它工艺参数不变的情况下,采用60μs脉宽的渗氮层深度比40μs有显著增加,而80μs注入脉宽的渗氮层深度比低温氮离子注入深度提高一个数量级。脉冲负高压对渗氮层深度影响并不明显,但会提高氮的保持剂量。

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.

空间飞轮轴承滚道氮离子注入改性工艺研究

针对空间飞轮轴承工作特性,为改善轴承摩擦磨损性能,采用等离子体浸没离子注入(PIII)技术,对轴承内外滚道进行氮离子注入改性处理。对比改性前后轴承主要几何尺寸和形位公差,精度变化量在(1～2)μm;改性前后陪试件表面粗糙度量级相同,Ra值均小于0.04μm;装配后轴承旋转精度为2μm,基本无变化。摩擦学性能对比测试表明:改性后陪试件的摩擦系数为基体的1/5;空间飞轮轴承组件精密装配后,反映其摩擦性能的跑合电流由改性前的196mA降为162mA。

离子注入与沉积TiN膜层中的残余应力

利用掠入射X射线衍射(GIAXRD)研究了GCr15轴承钢表面等离子体浸没离子注入与沉积(PIII&D)氮化钛(TiN)薄膜后膜层表面的应力状态。用X射线衍射(XRD)分析了处理后膜层的化学组成。探讨了薄膜厚度和掠入射角对表面膜层中应力变化规律的影响。结果表明,表面膜层中主要存在TiN相,同时含有少量的TiO2和钛氮氧的化合物。不同工艺下,TiN/GCr15轴承钢试样表面膜层中存在的应力均为压应力;且应力值随着掠入射角度的增大而减小,随着薄膜厚度的增加而降低。

雷达回波预测极端暴雨概率方法构建原理与应用研究

基于局地雷达回波基数据强度与雷达体扫面内相应地区强降水量之间的统计关系,并通过LucasKanade局部光流法分析下一小时可能影响该地区的回波区域,将这些区域定义为强降水影响系统的动态回波上游。同时分析雷达各层体扫回波情况,即考虑强降水系统的空间伸展程度。通过分析这些动态回波区域在当前时刻内(每10 min多层体扫信息)的时空变化特征,建立回波强度特征与局地降水的相关,进一步与改善的降水极值概率预测方法相结合,构建对下一小时局地暴雨重现期极值预测预警指标,为应急保障方案和及时应对决策提供技术支持与专业参考信息。整体方案以2006-2011年6-8月盐城多普勒天气雷达回波强度的基数据资料和同时段盐城雷达体扫范围内建湖气象站的小时雨量序列为基础,采用Lucas-Kanade局部光流法确定回波强度反映的降水系统时空动态上游,并利用皮尔逊III型方法和广义帕累托方法建立回波类别与建湖局地白天与夜间降水序列的统计概率关系,计算回波类别对应的局地极端降雨极值以及极值重现概率特征,构建降水系统的雷达回波动态综合特征与下一小时局地强降水极值概率间的统计关系指标,指标的相关性检验达到70%。该方法具有强降水多等级重现期极值预测能力,为下一小时临近极端暴雨预测预警提供了雷达监测动力统计优化方法。

等离子体浸没离子注入改善45钢的摩擦学性能

采用灯丝放电和射频 (RF)辉光放电等离子体浸没离子注入 (PIII)工艺对 4 5钢表面进行了氮离子注入强化处理。通过X射线光电子能谱 (XPS)、扫描电子显微镜 (SEM)、显微硬度、针 -盘磨损和电化学腐蚀试验等测试手段 ,分析比较了经灯丝放电PIII和RF辉光放电PIII改性后试样表面元素的浓度分布、显微硬度、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。结果表明 :不同条件下的氮离子注入均能提高 4 5钢表面的显微硬度、耐磨性和抗腐蚀性能 ;且RF辉光放电PIII处理后试样的显微硬度提高了 76 8% ,摩擦系数下降到 0 3,与灯丝放电PIII处理后的试样相比 ,其表面强化效果更加明显。

离子注入对Cr4Mo4V轴承钢摩擦学性能的影响

在Cr4Mo4V轴承钢表面等离子体浸没注入(PIII)了氮离子(N+)、类金刚石(DLC)、碳化钛(TiC),测量了处理前后试样表面的显微硬度,在干摩擦条件下进行了与Si3N4陶瓷球对磨的摩擦学实验,通过光学显微镜观察了磨损表面形貌,分析了磨损机理。结果表明:离子注入后显微硬度明显增大,注入TiC的试样增幅最大,达到54.7%;注入TiC的试样摩擦系数下降到约0.2,最小磨痕宽度减小了50%;未处理和注入N+试样的磨损机理主要以粘着磨损为主,但注入N+试样磨损程度有所减轻;注入DLC和TiC的试样主要磨损机理以疲劳磨损为主;离子注入TiC表面改性的表面综合性能最好,其次为注入DLC、注入N+。

氮等离子体浸没离子注入技术改善轴承钢滚动接触疲劳寿命和机械性能的研究

研究了氮等离子体浸没离子注入(N-PIII)技术处理后GCr15轴承钢表面的滚动接触疲劳特征和机械性能。测试了改性前后试样的滚动接触疲劳寿命和磨痕光学形貌、摩擦磨损行为及纳米压痕硬度。结果表明,处理后试样的最大显微硬度较基体增大近一倍,摩擦系数从0.95下降到0.15。在赫兹接触应力为5.1 GPa,90%置信区间下的L10和L50寿命分别增加了99.6%和236.3%。分析不同处理参数下的Weibull分布曲线和光学显微形貌可知,脉冲偏压、材料内部缺陷、基体表面粗糙度、注入时间和N离子注入剂量对疲劳寿命均有很大影响。疲劳寿命和相关机械性能的改善主要源于N-PIII处理所导致的氮化物强化相和残余压应力的共同作用。

等离子体浸没式离子注入-离子束增强沉积TiN膜研究

本文采用一种新型的等离子体浸没式离子注入 离子束增强沉积的技术(PIII IBAD),在Cr12MoV钢基体上制备出了TiN膜,对沉积膜的组织进行了光电子能谱分析,并对沉积膜进行了硬度检测、摩擦试验及磨痕形貌分析。试验结果表明,沉积膜中的组织为TiN、TiO2和Ti2O3,TiN膜具有高达Hv3200的高硬度和极其优良的摩擦性能。