Plasma Source Ion Implantation of Polyimide Film in Improving Conductivity

Current ion implantation and low temperature plasma technique have been shown to be quite effective in modifying the surface properties of materials.Plasma source ion implantation (PSII), a new innovative and cost-effective process developed for surface modification of materials, represents an excellent ion implantation in combination with low temperature plasma technology. In PSII, the target specimen to be implanted is placed directly in a plasma source and then pulse-biased to a high negative potential. A plasma sheath forms around the target and ions bombard the entire target from all sides. Generally, PSII offers a number of advantages relative to current

双放电腔微波-ECR等离子体源增强磁控溅射沉积技术

因其设备简单、沉积速率高等特点 ,磁控溅射沉积技术被广泛地用于各种薄膜制备中 .但用反应磁控溅射制备化合物薄膜如氧化物、氮化物膜时 ,为了得到化学配比的膜层 ,薄膜生长表面的反应激活基团、离子等的密度必须足够大 .为此对原有的微波 -ECR等离子体源进行了改造 .研究了双放电腔微波 -ECR等离子体源增强磁控溅射的放电特性 ,并用该方法制备了氮化碳膜 .结果表明 :该方法是一种有效的制备化合物薄膜的技术 ;用该方法制备的氮化碳膜 。

离子渗氮新技术的研究现状

为了克服传统离子渗氮的一些固有缺点,近些年来出现一些新的离子渗氮技术,如活性屏离子渗氮、等离子体源离子渗氮、离子注入离子渗氮等,本文简要介绍了这些新技术及其原理、特点,总结了这类技术的共性模型。其中,活性屏离子渗氮技术和等离子体源离子渗氮技术有着明显的设备和工艺优势,可能成为离子渗氮技术的发展方向。

奥氏体不锈钢低温低压等离子体渗氮

利用低压等离子体弧源离子渗氮技术在低压（４×１０^(－１)Ｐａ）、低温 （３５０～４００℃）条件下进行奥氏体不锈钢表面渗氮处理，可在奥氏体不锈钢表面形成硬度高、耐蚀性好，厚度１０μｍ左右的氮在奥氏体中的过饱和固溶体氨化层，最高表面氮浓度达到４５％左右。

ECR微波等离子体源离子渗氮

研究了一种新的低温渗氮方法──电子回旋共振（ＥＣＲ）微波等离子体源离子渗氮。对纯铁、４５钢和３５ＣｒＭｏ钢试样在１５０～３５０℃进行渗氮处理，测定了渗氮层的硬度和晶体结构。结果表明，纯铁在低于２００℃的温度下即可获得连续分布的表面氮化物层，３５ＣｒＭｏ钢在低于２５０℃温度处理也可获得良好的渗氮层。

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。

等离子体源离子渗氮 1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢磨损特性的试验研究

用等离子体源离子渗氮，即低能（１～３ｋｅＶ）、超大剂量（１０１９～１０２０ｉｏｎｓ／ｃｍ２量级）Ｎ＋注入－同步扩散改性技术，在２８０℃和３８０℃下处理１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢，获得了最大深度分别为１．６μｍ和１０．６μｍ，固溶Ｎ的最高原子浓度均约为２５％的Ｎ过饱和面心立方相（γＮ）改性层．销－盘磨损试验表明：在２ｍ／ｓ和较宽负荷范围（等效正应力０．２～２．８ＭＰａ）条件下，高硬度（ＨＫ０．１Ｎ２２００）的γＮ相改性层具有较高的承载能力和较长的耐磨寿命．高度过饱和Ｎ在母相奥氏体中的固溶强化作用，是使等离子体源离子渗氮奥氏体不锈钢耐磨性提高的主要原因．

真空中聚乙烯膜在纳秒脉冲电压下的沿面闪络特性

在高功率离子束二极管中,当利用阳极膜沿面闪络产生的等离子体作为离子束引出源时,其特性对产生离子束的大小和品质有着很大的影响,因此要深入研究阳极膜的沿面闪络特性。主要介绍了所研制的一套适用于沿面闪络特性研究的实验装置和测量诊断系统。对离子束二极管中使用的三种厚度聚乙烯薄膜在脉冲电压下的沿面闪络特性进行了实验研究,并对沿面闪络过程中薄膜表面的发光现象作了初步的诊断。

端部霍尔离子源工作特性及等离子体特性研究

研制了一种用于离子束辅助沉积光学薄膜的端部霍尔等离子体离子源 ,论述了该源的工作原理以及伏安特性。着重研究了用五栅网探针测试该源所发射的离子能量的原理和方法 ,并对测量结果进行了分析、比较。

等离子体源离子渗氮合成硼碳氮薄膜的研究

采用等离子体源离子渗氮，即低能（1-3keV）、超大剂量（10^(19)～10^(20)ions．cm^(-2)）氮离子注入-同步热扩散技术，在300～500℃处理碳化硼薄膜，合成了硼碳氮三元薄膜．俄歇电子能谱和漫反射富氏变换红外光谱分析表明，合成的硼碳氮薄膜是碳硼比固定，氮含量可控的非晶态薄膜．300℃渗氮的薄膜由sp^2型的硼、碳、氮微区构成，而500℃渗氮的薄膜则由sp^3和sP^2型复合的微区组成．较高的渗氮工艺温度促进sP^3型结构的形成，渗氮工艺时间对薄膜结构的影响不显著．

ZrN单层、多层、梯度层及复合处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的影响

对比研究了离子镀ZrN单层、多层、梯度层及其与离子渗氮复合处理对2Cr13马氏体不锈钢抗大小攻角固体粒子冲蚀性能的影响规律,通过硬度、韧性、结合强度、动静态承载能力等特性的综合测试与分析,探讨了表面处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的作用机制.结果表明,上述4种表面改性层均显著提高了2Cr13不锈钢表面的硬度和抗微切削能力,因而有效改善了2Cr13钢抗30°小攻角固体粒子冲蚀性能.经离子渗氮层上沉积ZrN梯度层的复合处理后,其硬度由表面至基材呈梯度分布,界面应力分布连续性好,承载能力和抗塑性变形能力高,多冲疲劳性能优,能够显著提高基材抗90°大攻角固体粒子的冲蚀能力.然而,ZrN单层、多层、梯度层的抗多冲疲劳性能较差,其抗大攻角固体粒子的冲蚀能力反而不及2Cr13基材.

复合离子束制备氮化物多层膜的抗冲蚀性能

为了在TC4钛合金上获得抗冲蚀性能优良的膜层,利用金属蒸发真空多弧(Metal evaporation vacuum arc,MEVVA)离子源和阴极真空磁过滤弧复合离子束沉积技术在TC4钛合金基材表面制备Cr/Cr-N、Ti/Ti-N、Cr-Ti/Cr-Ti-N、Ti-Al/Ti-Al-N 4种体系的多层膜。采用努普显微硬度计、划痕仪、微粒喷浆冲蚀试验机、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、体式显微镜等仪器对不同体系膜层的力学性能及形貌进行测试表征,对比研究各膜层体系抗冲蚀性能的机理。结果表明:该技术制备的膜层致密、交替层结构明显;不同膜层体系的抗冲蚀性能差异较大,尤以二元金属及其氮化物交替复合多层膜具有较好的抗冲蚀性能,其中CrTi/Cr-Ti-N体系的膜层抗冲蚀性能相比基体提高10.1倍以上,其次为Ti-Al/Ti-Al-N、Ti/Ti-N、Cr/Cr-N,分别提高6.1倍、4.1倍和2.3倍。

不锈钢等离子体源离子渗氮-多弧离子镀膜复合技术

在较高真空度条件下 (10 - 1 Pa)对奥氏体不锈钢进行等离子体源离子渗氮 多弧离子镀膜复合表面改性 ,并采用X射线衍射、金相显微镜、电子探针等手段分析了薄膜的结构和成分 ,探讨了复合处理过程中的组织结构变化。结果表明 :380℃离子渗氮 3h ,表面可形成 10 μm厚的化合物层 ;复合处理后 ,试样表面硬度为 2 10 0 2 4 0 0HV。

全方位离子注入与沉积TiN薄膜的纳米压痕和纳米划擦行为

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合改性技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜。膜层的相组成及其表面形貌分别用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)表征。合成薄膜前后试样的力学性能经纳米压痕和划痕实验评价。XRD结果表明,膜层中主要存在TiN相,择优取向(200),同时含有少量TiO2和钛氮氧的化合物。AFM形貌显示出试样表面TiN呈定向排列,膜层均匀完整,结构致密。纳米压痕测试结果表明,膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,最大值分别达到22.5和330 GPa,较基体分别增长104.5%和50%。根据纳米划痕形貌和划痕深度随划痕位置的变化关系分析出,薄膜在纳米划擦过程中先后经历了弹性变形,弹塑性变形,加载开裂或卸载剥落三个阶段。划擦剥落抗力达到80mN,表明TiN薄膜具有很好的弹性恢复能力和较强的疲劳剥落抗力。

全方位离子注入及增强沉积工业机和应用

报道了等离子体源离子注入 (PSII)或等离子体浸没离子注入 (PIII)及增强沉积工业机的实验结果及应用。该机真空室直径 90 0mm ,高 10 5 0mm ,立式放置 ,抽气系统由分子泵及机械泵构成并且实现了PLC控制 ,本底真空小于 4× 10 - 4Pa。等离子体由热阴极放电或三个高效磁过滤式金属等离子体源产生 ,因此可实现全方位离子注入或增强沉积成膜。该机的负高压脉冲最高幅值为 80kV ,最大脉冲电流为 6 0A ,重复频率为 5 0— 5 0 0Hz ,脉冲上升沿小于 2 μs,并且可根据需要产生脉冲串。其等离子体密度约为 10 8— 10 10 ·cm- 3,膜沉积速率为 0 .1— 0 .5nm/s。

类金刚石薄膜在模拟体液中的电化学阻抗

利用双放电腔微波等离子体源全方位离子注入设备,分别采用等离子体增强化学气相沉积技术、等离子体源离子注入和等离子体增强化学气相沉积复合技术两种工艺对医用316L不锈钢进行类金刚石薄膜表面改性。利用电化学阻抗谱法考察了两种工艺制备的类金刚石薄膜在模拟体液中的抗腐蚀性能。结果表明:与采用等离子体增强化学气相沉积技术制备的类金刚石薄膜相比,在72 h的浸泡时间内,采用等离子体源离子注入和等离子体增强化学气相沉积复合技术制备的类金刚石薄膜防腐蚀性能明显增高,腐蚀阻抗较高,碳注入层可有效抑制溶液渗入薄膜和基体之间的界面,起到了腐蚀防护层的作用。动电位极化测试表明:采用复合技术制备的类金刚石薄膜在模拟体液中的腐蚀倾向性更低,钝态稳定性更好。

等离子体源渗氮AISI 304不锈钢在3.5%NaCl溶液中钝化膜的稳定性

采用等离子体源渗氮技术对AISI 304奥氏体不锈钢进行表面渗氮处理.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针显微分析(EPMA)技术,并结合电化学交流阻抗(EIS)测试技术和Zsimp Win软件拟合技术研究改性前后AISI 304奥氏体不锈钢的表面组成结构及在3.5%NaCl溶液中钝化膜的稳定性.研究结果表明,等离子体源渗氮AISI 304奥氏体不锈钢表面形成了氮浓度峰值为23.0%、厚度约为17μm的相改性层.改性前后AISI 304不锈钢在3.5%NaCl溶液中浸泡不同时间形成的钝化膜电极过程的等效电路为R(QR);浸泡时间为10 h时,与AISI 304不锈钢相比,γN改性层的钝化膜电阻R_p从3.615×10~4Ω·cm^2增加至3.765×105Ω·cm^2,增大了1个数量级,具有更好的耐点蚀性能.随着浸泡时间增加至48 h,γN相改性层的钝化膜电阻始终高于AISI 304不锈钢1个数量级,保持在105Ω量级,具有良好的稳定性.

奥氏体不锈钢表面改性层耐蚀性实验研究 Ⅱ.3%NaCl溶液中E-pH图

等离子体源离子渗氮1Cr18Ni9Ti不锈钢获得的峰值氮含量为32％，深度为13μm的单相高氮面心相（γN）表面改性层，与原始不锈钢相比较，在3％NaCl溶液中的E-pH图具有扩大的热力学稳定区、完全钝化区，以及缩小的不完全钝化区、孔蚀区．在pH＜0．4时，γN相改性层发生与原始不锈钢相同的均匀腐蚀；在pH＝0．4—3时，γN相改性层孔蚀击穿电位增高，耐孔蚀性能改善；在pH=4─11时，γN相改性层完全不发生扎蚀，耐孔蚀性能显著优于原始不锈钢；在pH＞11时，γN相改性层与原始不锈钢相同，均不发生孔蚀．

渗硼注氮复合处理表面硬化层研究

采用渗硼工艺和新型的等离子体源氮离子注入技术对Cr12MoV钢进行复合处理 ,获得了高硬度的表面硬化层。用XPS对硬化层进行相分析和性能试验 ,结果表明 :硬化层主要由立方氮化硼 (C BN)和FeB组成 。

多弧离子镀膜机(буиат-6)性能分析和工艺参数研究

分析研究了多弧离子镀膜机буиат—６的主要性能。在不同工艺参数条件下，于高速钢基体上制备了Ｔｉ膜和ＴｉＮ膜，用扫描电镜观察Ｔｉ膜表面形貌；用能谱仪对Ｔｉ膜上小液滴颗粒成份进行测试分析；用超微负荷硬度计测量了ＴｉＮ膜的显微硬度；用表面刻划仪测试了ＴｉＮ膜与基体的附着力。实验结果表明：选择适当的工艺条件，包括弧流大小，电磁场强度，镀膜时间以及冷阴极离子源辅助沉积，可获得性能优良的ＴｉＮ膜，其显微硬度可达Ｈｖ２５００，附着力为６５Ｎ。