强流金属离子束材料表面改性研究

综合评述了本课题组在金属离子注入钢强化机理、表面摩擦学、抗磨损特性、离子注入表面热化学效应、硅化物合成、表面抗氧化和抗腐蚀研究中所取得的新的实验结果．

W+C双注入H13钢抗腐蚀特性的研究

研究了Ｗ＋Ｃ双注入Ｈ１３钢在表面形成的抗腐蚀的优化表面层。电化学极化曲线测量结果表明双注入极化电流密度峰值随极化次数的增加而达到饱和，其饱和电流密度峰值比Ｈ１３钢的小１００倍以上，比纯Ｗ的小２－３倍。双注入次序对腐蚀特性也有影响，先注入Ｗ的Ｗ５Ｃ８样品比后注入Ｗ的双注入样品Ｃ５Ｗ５的极化电流密度峰值要小１倍。扫描电镜观察到样品腐蚀后的抗腐蚀结构。Ｘ射线分析表明这些结构是ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＦｅＷ、Ｆｅ２Ｗ、ＦｅＷ２Ｃ和铁的碳化物组成的。俄歇分析表明这种结构是多层结构的优化复合层，表面有一层薄碳层，在碳层下面是一层金属化合物的弥散层，紧接着又有一个铁的碳化物弥散层，这些结构具有良好的抗腐蚀特性。

Mo注入H13钢抗腐蚀结构的分析

Ｍｏ注入Ｈ１３钢明显地改善了钢表面的抗腐蚀特性，在腐蚀时间１００～２７０ｍｉｎ内，腐蚀电流密度峰值均为饱和值，极化电流密度ＪＤ是纯铁ＪＤ值的９．１％。用扫描电子显微镜观察发现，腐蚀后样品表面出现了密集的圆形和椭圆形的抗腐蚀体，其尺寸为０．５～３μｍ，这种结构具有稳定的抗腐蚀特性。随腐蚀深度的增加，这种抗腐蚀化合物暴露面积增大，因此使ＪＤ达到了饱和值。透射电子显微镜观察表明，Ｍｏ注入层中出现了Ｍｏ２Ｃ和ＦｅＭｏ弥散相，但尺寸为３～３３０ｎｍ，这比抗腐蚀体尺寸小得多，由此可见抗腐蚀体是由许多密集的ＦｅＭｏ和Ｍｏ２Ｃ结合而形成的。

稀土钇注入H13钢抗氧化模型和增强抗氧化特性的途径

用俄歇、扫描电镜和微区分析研究了Ｙ注入低铬钢（Ｈ１３）抗氧化机理。注入适当量的Ｙ到钢中是提高Ｈ１３钢抗氧化性能的关键因素．注入和氧化过程中Ｃｒ向钇注入层下面富集则起到相辅相成的作用．观察到了Ｙ，Ｃｒ和氧的相互作用，以及多层氧化物结构的氧化皮，这种结构的出现将氧原子限制在０．５μｍ范围之内．观察到易脱落的菜花状氧化物在未注入区和表面缺陷处生成，并研究了这种氧化物生成条件和防止的措施．最后给出了Ｙ注入Ｈ１３抗氧化多层结构模型．

铝合金微弧氧化陶瓷膜的形貌及相组成分析

采用Ｘ射线衍射法（ＸＲＤ）和扫描电镜（ＳＥＭ）研究了ＬＹ１２铝合金微弧氧化（ＭＡＯ）陶瓷膜的相组成及形貌特征。结果表明，铝合金微弧氧化陶瓷膜主要由α－Ａｌ２Ｏ３，α－Ａｌ２Ｏ３相组成，氧化膜具有表面层、致密层、界面层３层结构。微弧大小一般为微米数量级，微弧区Ａｌ２Ｏ３处于熔融状态。

Mo离子注入硅和快速退火硅化钼的形成

用大束流密度的钼金属离子注入硅，由于原子间激烈碰撞和硅片的温升而得到了性能良好的硅化钼，实验中发现，当注量均为５×１０１７ｃｍ－２时，随束流密度的增加，硅化钼生长，其电阻率明显下降，当束流密度为０．５０Ａ·ｍ－２时，方块电阻Ｒ□最小，其值为９０Ω。Ｘ衍射分析表明，当束流密度为０．２５Ａ·ｍ－２注入时，硅化钼衍射峰很小，难于辨认。当用０．５０Ａ·ｍ－２注入时，３种结构的硅化钼明显出现。对０．２５Ａ·ｍ－２注入的样品退火实验表明，随退火温度的升高Ｒ□逐渐下降，经８００℃退火，Ｒ□突然下降至９．０Ω，最小值可达到４Ω。背散射分析表明，随束流密度的增大，注入到硅中的钼的总量增加，且钼硅原子比深度分布加宽。对于增加退火温度和增大束流密度所注入样品来说，Ｘ射线衍射测量结果有差别，这表明２种注入情况下硅化钼形成规律也存在某些差别．最后讨论形成这种差异的原因。

脉冲Ti＋C双重离子注入抗磨损优化结构的研究

大剂量Ｔｉ＋、Ｃ＋和Ｔｉ＋＋Ｃ＋注入Ｈ１３钢可使注入层硬度和抗磨损寿命明显增加，尤以Ｔｉ＋＋Ｃ＋双注入效果最佳．实验结果表明注入的Ｔｉ和Ｃ原子浓度可分别达到２２％和４５％；超饱和Ｔｉ和Ｃ浓度形成了固溶强化；注入层中已形成弥散的硬化相，如Ｆｅ２Ｔｉ、ＴｉＣ、Ｆｅ２Ｃ和Ｆｅ５Ｃ２等，出现了弥散强化效果．注入层表面形成了一层２０ｎｍ厚的薄碳层，使之呈现出自滑润特性。

难熔金属离子注入纯铝的相对浓度分布

报导大束流密度条下Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｖ，Ｗ等难熔金属离子注入纯Ａｌ中的原子相对浓度分布和有关数据。简单讨论了束流加热及缺陷相关效应（增强扩散、原子偏析）和化学反应对相对浓度分布形状的影响。

Ti注入硅合成硅化物层精细结构分析

Ｔｉ离子注入硅化物已能得到特性优良的硅化物薄层，采用了深度分辨率高的掠角背散射和沟道技术发现注入层是３层结构：表面～１２０ｎｍ为合成的连续硅化钛多晶薄层，在该层中晶格无序程度达到４０％～５０％，中间层厚度约为２００ｎｍ的高密度的晶格损伤区，晶格损伤率在硅与硅化钛界面处最高，其值可达到７７％，并且随深度的增加而下降；第３层则是低密度晶格损伤层，束流密度的变化对晶格损伤率有一定的影响。

用V+C双重离子注入H13钢合成表面优化层的研究

给出了Ｃ、Ｖ离子和Ｖ＋Ｃ双重离子注入Ｈ１３钢合成表面优化层机理的研究结果，包括表面薄碳膜和弥散硬化层的形成。用电镜观察到离子注入时晶粒细化和新相的析出，使晶界强化和位错强化效果增强。俄歇分析表明Ｃ、Ｖ离子注入浓度将分别达到５０％和３０％的原子比例，即形成固溶强化。Ｘ射线衍射分析表明，注入层中出现了弥散的Ｆｅ２Ｃ、Ｆｅ５Ｃ２、ＦｅＶ和Ｖ２Ｃ相．注入样品退火，这些相的衍射峰增强，说明这些相在生长．由于这些弥散相的存在使注入层硬度和抗磨损效果均有明显的提高，尤其是Ｖ２Ｃ的出现更增强了这种效果．用电镜还观察到了无序层的出现．

La离子注入H13钢氧化层结构分析

研究了La离子注入H13钢的抗氧化特性．运用扫描电子显微镜（SEM）、背散射能谱（RBS）和俄歇电子能谱（AES）对离子注入生成的表面优化层的结构进行了分析，探讨了抗氧化机理．实验结果说明La注入H13钢能够得到表面改性的良好效果．

离子注入种胚前后生物超弱发光研究

应用生物超弱发光的原理和液问仪测试了离子注入水稻种胚前后种胚的生物超弱发光值，并根据种子在不同时期这种超弱发光值的变化情况探讨了离子注入对种胚生长规律的影响．