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文檔簡介

離子束表面強化離子束注入，是指把所需要元素的原子電離成離子，并使其在幾十至幾百千伏的電壓下進行加速，進而轟擊零部件表面，使離子注入表層一定深度的真空處理工藝技術。１.離子注入的基本過程首先，以氣態形式存在的原子或分子被電離成離子，離子在幾萬伏至幾十萬伏電壓的加速系統中獲得高能量。具有高能量的離子束轟擊零部件表面，離子注入表面后，與零部件內部的原子和電子發生各種碰撞：注入離子與基體原子的原子核發生彈性碰撞，使基體產生離子大角度散射或受到輻射損傷，此過程稱為核碰撞。注入離子與基體內的電子發生非彈性再碰撞，使原子失去或獲得電子而發生電離或產生X射線，此過程稱為電子碰撞。注入離子在上述多次碰撞后，耗盡自身能量而停止運動，保留在基體表層中。２.提高材料機械性能的基本原理（１）損傷強化：在離子注入過程中，高能量的離子與基體的原子核發生彈性碰撞，從而使晶格受到畸變而得到強化。當碰撞傳遞給晶格原子的能量大于晶格原子的結合能時，將使其發生移位而形成空位。大量空位集結在位錯周圍，對位錯產生釘扎作用，從而得到進一步的強化。（２）間隙固溶強化：一些非金屬元素如N、C、B注入金屬表層，在金屬的晶格中處于間隙位置，使晶格產生畸變，阻礙位錯運動，提高表面層的強度與硬度。（３）偏聚強化：若基體中存在位錯，則在位錯附近能量較高，若注入原子半徑較小的原子（如C、N原子），這些原子往往偏聚在位錯附近，降低位錯能量狀態，這樣在外力的施加過程中位錯不易起動，從而提高屈服強度。（４）沉淀強化：當注入元素的含量超過其固溶度時，注入元素與基體中的某些元素以化合物的形式在基體中彌散沉淀析出，化合物尺寸較小，形成彈性應力場，從而提高表面硬度。（５）殘余壓應力：零部件表面注入離子后，由于表層的體積增大而形成殘余壓應力，使其在疲勞載荷的作用下，裂紋不容易在表面產生與擴展，從而提高疲勞強度。３.改變材料表面化學性能的原理（１）表面鈍化層：在鋼基體表面注入易產生鈍化元素，如Cr、Al、Si、Ta等元素，使表層的化學成分接近于耐腐蝕鋼的化學成分，從而在腐蝕過程中形成鈍化膜而提高耐腐蝕性。（２）表面惰性層：注入惰性元素，如Cu、Ni等，形成抗腐蝕性強的惰性表層，提高表層的化學穩定性，改善耐腐蝕性能。（３）單相結構表層：由于高能量離子束的注入作用，可獲得冶金方法得不到的單相固溶體。表層的單相組織結構避免了不同相之間的電極電位差，從而提高耐腐蝕性能。（４）表面層非晶化：采用重離子，以較大的能量進行注入，使基體表層的原子周期性排列結構被打亂，形成非晶態。在非晶相中不存在晶界、位錯等缺陷，降低表層的微電池數目，提高耐腐蝕性

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