金属离子注入纳米结构和特性

材料中纳米弥散相的形成对材料强化有着非常重要的作用,离子注入技术在材料表面容易形成这种结构.透射电子显微镜观察表明,经过Ti注入的钢,表面形成了直径为10～30nm丝状的FeTi和FeTi2相,其长度为150～320nm, 当束流密度分别为25～50μA*cm-2时,弥散相的密度分别为1.2×1011和6.5×1010 cm-2,其平均直径则分别为10和18nm. 扫描电子显微镜观察C+Ti样品表明, 注入后表面形成的抗腐蚀钝化层也为丝状纳米结构, 细丝直径25～60nm,长度100～200nm,密度约2.2×109 cm-2.这种致密的结构具有很强的抗磨损特性和抗腐蚀特性.抗磨损特性提高了8倍.电化学测量结果表明,随注量的增加,腐蚀电流密度Jp明显下降,用3×1017 cm-2注量的Ti注入H13钢Jp比未经注入之值降低到0.125%～0.050%; W注入聚脂膜(PET)形成了10～20nm W的析出相,这种相的析出使PET表面硬度增加,抗磨损和抗腐蚀特性增强,并使之形成了优良的导电层.     

Ag离子注入聚合物表面形貌原子力显微镜观察及其特性研究

采用MEVVA离子注入机引出的Ag离子进行了聚酯薄膜改性研究,注入后的聚酯膜表面结构发生了很大的变化,用原子力显微镜观察了注入样品表面形貌的变化,表面粗糙度与注量密切相关。透射电子显微镜观察注入聚酯膜的横截面表明,随注量的增加,在注入层形成了纳米颗粒和富集的碳颗粒。这些颗粒增强了注入层表面强化效果。注入层表面电阻率随注量的增加而明显地下降,用纳米硬度计测量显示,Ag离子注入可明显地提高聚酯膜表面硬度和弹性模量,从而极大地增强了表面抗磨损特性。讨论了Ag离子注入聚酯膜改善特性的机理。     

C和Ti双注入H13钢抗腐蚀钝化层的形成

用多次扫描电位法研究了金属Ti与C双注入抗腐蚀和抗点蚀钝化层生成的条件,用扫描电子显微镜观察了腐蚀坑,发现注入层表面已经形成了具有一定厚度钝化层.这种钝化层既能抗酸性腐蚀,又具有优良的抗碱性点蚀特性.测量结果表明,在C注量不变时,增加Ti注量可使抗腐蚀特性增强;而在Ti注量不变时,增加C注量可使抗点蚀特性增强.     

Ti注入钢时金属间化合物形成对钢强化机理的研究

探讨了 Ti 注入 H13钢时形成 Ti 和 Fe 合金相的规律以及 Ti 注入钢的硬化机理.根据辐射损伤理论给出了离子注入引起的空位和间隙原子产生率微分方程,并导出了平衡态时方程的解.研究了注量、能量和靶温对合金形成的影响.注入后退火的样品表面硬度可提高40～50%.用 X衍射和透射电子显微镜测量了 Fe_2Ti 和 FeTi 合金相.用维氏硬度计测量了上述诸条件下注入样品的表面硬度,用针盘磨损机测量了样品抗磨损特性.分析了这些合金相对表面硬化和抗磨损影响的机制.     

Mo离子注入钢退火过程中的相变研究

着重研究了金属离子注入合成表面优化复合层的机理和纳米相镶嵌结构形成,探索了注入和退火过程中纳米结构和相变过程,讨论相变机制.实验中发现用较低束流密度的Mo离子注入钢明显地改变了钢表面的结构,可使钢表面晶粒细化,使阻止位错移动的晶界数量增多;可在钢表面形成Mo原子超饱和固溶体;随所用的束流密度的增加,注入时表面温度升高,注入的Mo原子将与钢中的铁原子和碳原子化合而形成纳米尺寸的析出相.这些弥散的析出相在钢表面形成了弥散强化.用低束流密度注入后经过退火,在钢表面也形成了纳米尺寸的析出相,从而增加了表面弥散强化的效果.随退火温度的增高,纳米析出相将会聚成大一些的纳米颗粒,颗粒之间互相连接而形成网状结构,这将会进一步增加表面强化效果.     

MEVVA源强流Ti离子注入纯铜表面层的结构与性能研究

采用金属蒸气真空弧(MEVVA)离子源技术对强流Ti离子束注入到纯铜表面的结构和性能进行了系统的研究.材料表面层的机械性能测试表明:强流Ti离子注入纯铜后材料表面的硬度和耐磨性均有提高,相对于纯铜基体,5×1017 cm-2注量注入可以使材料表面硬度提高2.3倍,使表面摩擦因数下降14%.注入层的X射线结构分析表明:金属离子注入后,在纯铜表面注入层中析出了合金相,合金相的析出是材料的表面硬度和耐磨性提高的主要因素.     

40Cr钢表面纳米化的研究

采用高能表面处理技术在40Cr钢表面制备出具有纳米晶体结构特征的表面层.利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析研究了表面纳米层的组织结构.结果表明,高能表面处理后40Cr钢表面形成纳米层的过程中,渗碳体先于铁素体纳米化.     

N+离子注入Ti-4Al-2V合金的表面分析研究

作者采用3×1017/cm2和8×1017cm2两种注量对Ti-4Al-2V合金样品进行了N+离子注入,N离子能量75keV,在注入过程中样品温度控制在200℃以下.对注入前后的样品进行了X射线衍射(XRD)以及光电子能谱(XPS)分析.由XRD衍射谱表明,离子注入后有新相TiN和TiO2生成.由XPS宽程扫描谱表明,注入后样品表面主要为Ti,C,N和O.对Ti2p和N1s的XPS窄程扫描谱也证明,离子注入后致使合金近表面形成了TiN和TiO2.     

离子束轰击硅橡胶表面键合状态的研究

本文研究了医用硅橡胶材料被离子束轰击后,其表面浸润性,白蛋白吸附性的变化,硅橡胶样品分别在40,60,80,100keV能量下注入N~+和A_r~+,注入剂量范围为2×10~(12)×10~(17)cm~(-2)。注入后的样品测量了水接触角和白蛋白吸附量。结果表明:随注入剂量的增加,表面水接触角从86°降低到59°。表面白蛋白的吸附量从16μg/cm~2增长到32μg/cm~2。用傅立叶变换衰减全反射红外光谱[FT—IR—ATR]研究了注入后表面键合状态,发现离子束打断了一些表面化学键,形成了一些新的自由基。扫描电子显微镜观察到注入前后表面形貌的变化。     

C和金属(Mo,Ti)离子双注入H13钢抗腐蚀纳米丝状结构的形成

用多次扫描电位研究了金属Mo和Ti与C离子双注入和2种元素注入的顺序对抗腐蚀特性的影响,研究了抗腐蚀纳米相生成的条件,首次观察到细丝状纳米碳化物镶嵌相的形成,以及这些相对抗腐蚀特性的作用,并对其改性机理进行了讨论,扫描电子显微镜观察表明,抗腐蚀的纳丝状纳米碳化物镶嵌相与双注入的注入次序有密切的关系,这种相仅出现在碳为最后的双注入中,特别可贵的是这种细丝状纳米碳化物镶嵌相也能有效地提高抗点蚀特性。     

对离子复合注入钛表面改性的微观分析

作者研究了改性后的钛表面结构及其化学组成。先以1×10     

钙离子注入钛表面及其微观分析

目的研究改性后钛表面的结构和化学组成.方法以1×10     

钒和碳双注入钢的纳米结构、强化机制和抗磨损特性

研究了V C双重离子注入合成纳米结构、相变和抗磨损机制．研究表明，注入后可改变钢的成分，V与Fe原子比最高可达到28％；形成了纳米相弥散强化结构和无序相强化结构．从而提高了钢表面硬度，表面硬度可提高23％～146％；抗磨损也有着明显的提高，磨损阻抗为未注入钢的2．2～3．6倍．     

Xe^＋离子注入聚合物Q膜的拉曼光谱研究

分析了Xe~+离子注入聚合物Q膜的拉曼光谱,对原始Q膜的拉曼谱线进行了指定.实验结果表明,随离子注入量的增加,其分子结构的特征谱线逐渐消失,当注入剂量达1×10~(17)Xe~+/cm~2时,注入层中原始膜的全部谱线消失,只在～1550cm~(-1)处出现宽的拉曼峰,说明注入层的分子结构遭到破坏,出现类似非晶碳的结构,注入层的电导率增加与其结构变化密切相关.     

等离子体浸没离子注入豌豆种子对过氧化物酶同工酶的影响

用等离子体浸没离子注入设备对豌豆种子进行N~+注入.用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对豌豆胚芽中的过氧化物酶同工酶进行分离,用联苯胺染色法进行显色.发现过氧化物酶同工酶的活性和数量随离子注入剂量的变化而呈明显变化.酶谱分析可知,注入离子影响了过氧化物酶同工酶酶谱和迁移率.说明离子注入对生物体的影响可在同工酶水平上得到反映.从一个侧面证实了注入离子与生物酶分子之间存在质量沉积和电荷交换效应.     

离子注入材料表面改性及其在摩擦学中的应用

对离子注入材料表面改性及其在摩擦学中的应用进行了综述.大量文献资料表明,离子注入是改善材料摩擦学性能的一种有效方法,许多金属离子或非金属离子均可注入到金属、陶瓷、高分子等材料的表面以改善其摩擦学性能.离子注入对材料表面耐磨性能改善的效果取决于注入离子的种类、注入剂量、注入能量和注入温度.讨论了为使该技术更加广泛地应用于实际摩擦学体系还须研究的一些问题.     

离子辐照形成空心银纳米颗粒

离子辐照是控制金属纳米颗粒分布和结构的有效方法。将能量为200 keV、剂量为5×10^16ions/cm2的Ag＋注入到非晶SiO2中,形成Ag纳米颗粒层,再用能量为200和500 ke V的Ar＋辐照Ag纳米颗粒。Ar＋辐照后,在部分较大的Ag纳米颗粒中出现空洞,空洞的平均尺寸随着Ar＋辐照剂量的增加而变大。辐照前,Ag纳米颗粒在非晶SiO2中沿纵向呈近似高斯分布;辐照后,投影射程附近的较大的Ag纳米颗粒平均尺寸变大,而投影射程下面的小颗粒逐渐消失。结合Trim程序模拟分析结果可知,Ar＋辐照时的核能量损失和电子能量损失是影响Ag纳米颗粒尺寸分布和结构的重要因素。     

He离子辐照碳化钨样品的实验研究

采用能量为100 keV的He离子辐照多晶碳化钨样品,He离子的辐照剂量为1.0×10¹⁷ ions·cm^-2,辐照温度从室温变化到600 ℃。通过SRIM软件模拟了离子的注入深度,利用导电式原子力显微镜(CAFM)分析了多晶碳化钨样品在He离子辐照条件下微观结构的演化。结果表明,He离子辐照会导致多晶碳化钨样品形成He泡,从而使样品表面发生肿胀。     

金属等离子体浸没Ta+和Ti+离子注入

采用由阴极真空孤等离子体源、负脉冲高压靶台和磁过滤系统组成的金属等离子体浸没注入系统,实现Ｔａ＾＋和Ｔｉ＾＋浸没注入,并对离子注入层予以表征。结果表明,等离子体浸没离子注入钽和钛的ＲＢＳ分析射程,低于按设定加速电压的注入能量计算的ＴＲＩＭ射程。