【DC53模具鋼】離子束表面改性

離子束表面改性
⒈離子注入定義
離子注入技術(shù)是將從離子源中引出的低能離子束加速成具有幾萬到幾十萬電子伏特的高能離子束后注入到固體材料表面，形成特殊物理、化學(xué)或機(jī)械性能表面改性層。
⒉工藝過程
⑴離化→氣體，在高溫?zé)艚z加速電子的作用下離化。（簡(jiǎn)單）→金屬，先蒸發(fā)成原子，然后離化。（復(fù)雜）
⑵分離→磁分析器從離子源產(chǎn)生的正離子中篩選出所需的離子
⑶加速→加速器將篩選出的正離子加速到所需的能量
⑷聚焦→利用四極透鏡系統(tǒng)將離子束進(jìn)行聚焦
⑸注入→聚焦后的離子束高速注入靶面（工件表面）
⒊特點(diǎn)
⑴靶材與注入或者添加的元素不受限制，幾乎所有固體材料都可以作為靶材，所有的元素都可以作為注入元素注入到靶材之中。
⑵注入過程不受溫度限制，在高溫、低溫和室溫下進(jìn)行。
⑶注入到靶材中的原子不受靶材固溶度的限制，不受擴(kuò)散系數(shù)和化學(xué)結(jié)合力的影響，因此可以獲得許多合金相圖上并不存在的合金，為研究新材料體系提供了新途徑。
⑷可以精確控制摻雜數(shù)量、摻雜深度與位置，摻雜的位置精度可以達(dá)到亞微米級(jí)。
⑸離子注入過程橫向擴(kuò)散可以忽略，深度均勻；大面積均勻性好，摻雜雜質(zhì)純度高，因此特別適合半導(dǎo)體器件和集成電路微細(xì)加工的工藝需求。
⑹直接離子注入不改變工件尺寸，因此特別適合于精密機(jī)械零件的表面處理，如航空、航天等。
⑺主要缺點(diǎn)為設(shè)備成本比較高，一次性投資比較大；離子注入層比較淺，一般以納米為單位進(jìn)行計(jì)量，離子最大注入深度也只有數(shù)個(gè)微米。
⒋離子注入材料表面的強(qiáng)化機(jī)理
⑴固溶強(qiáng)化效應(yīng)
依據(jù)注入原子的種類及其與基材原子直徑比值大小差別，離子注入層的固溶強(qiáng)化機(jī)理有間隙固溶強(qiáng)化與替位固溶強(qiáng)化。
⑵晶粒細(xì)化效應(yīng)
離子注入層的晶粒尺寸較離子注入之前大幅度減少。因此注入層的硬度與強(qiáng)度也將大幅度提高。
⑶晶格損傷效應(yīng)
高能量離子注入金屬表面后，使晶格大量損傷，產(chǎn)生大量空位和高密度位錯(cuò)。當(dāng)注入的離子是C、N、B等輕元素時(shí)，會(huì)釘扎位錯(cuò)產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng)。