【DC53模具钢】离子束表面改性

离子束表面改性
⒈离子注入定义
离子注入技术是将从离子源中引出的低能离子束加速成具有几万到几十万电子伏特的高能离子束后注入到固体材料表面，形成特殊物理、化学或机械性能表面改性层。
⒉工艺过程
⑴离化→气体，在高温灯丝加速电子的作用下离化。（简单）→金属，先蒸发成原子，然后离化。（复杂）
⑵分离→磁分析器从离子源产生的正离子中筛选出所需的离子
⑶加速→加速器将筛选出的正离子加速到所需的能量
⑷聚焦→利用四极透镜系统将离子束进行聚焦
⑸注入→聚焦后的离子束高速注入靶面（工件表面）
⒊特点
⑴靶材与注入或者添加的元素不受限制，几乎所有固体材料都可以作为靶材，所有的元素都可以作为注入元素注入到靶材之中。
⑵注入过程不受温度限制，在高温、低温和室温下进行。
⑶注入到靶材中的原子不受靶材固溶度的限制，不受扩散系数和化学结合力的影响，因此可以获得许多合金相图上并不存在的合金，为研究新材料体系提供了新途径。
⑷可以精确控制掺杂数量、掺杂深度与位置，掺杂的位置精度可以达到亚微米级。
⑸离子注入过程横向扩散可以忽略，深度均匀；大面积均匀性好，掺杂杂质纯度高，因此特别适合半导体器件和集成电路微细加工的工艺需求。
⑹直接离子注入不改变工件尺寸，因此特别适合于精密机械零件的表面处理，如航空、航天等。
⑺主要缺点为设备成本比较高，一次性投资比较大；离子注入层比较浅，一般以纳米为单位进行计量，离子最大注入深度也只有数个微米。
⒋离子注入材料表面的强化机理
⑴固溶强化效应
依据注入原子的种类及其与基材原子直径比值大小差别，离子注入层的固溶强化机理有间隙固溶强化与替位固溶强化。
⑵晶粒细化效应
离子注入层的晶粒尺寸较离子注入之前大幅度减少。因此注入层的硬度与强度也将大幅度提高。
⑶晶格损伤效应
高能量离子注入金属表面后，使晶格大量损伤，产生大量空位和高密度位错。当注入的离子是C、N、B等轻元素时，会钉扎位错产生强化效应。