表面改性的離子束技術(shù)

xxx表面改性的離子束技術(shù)0離子注入式在加速器中以幾萬到幾十萬伏電壓作用，加速一種或幾種元素的離子束流，將所需元素注入放在真空靶室的固體材料中，使零點(diǎn)幾微米表層中添加注入的元素含量，稱為離子注入。離子注入的同時(shí)將造成輻射損傷以及原子環(huán)境和電子組態(tài)的擾動(dòng)，而導(dǎo)致材料物理性能、化學(xué)性能或力學(xué)性能變化，因而這種表面強(qiáng)化技術(shù)也稱為沖擊硬化。目錄離子束技術(shù)的發(fā)展離子注入的基本原理離子注入工藝與方法離子束技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性離子束技術(shù)固體作用的基本物理過程離子注入技術(shù)展望離子注入技術(shù)應(yīng)用離子注入技術(shù)的新進(jìn)展離子束技術(shù)的發(fā)展01離子束技術(shù)的發(fā)展離子注入的基本原理離子注入工藝與方法離子束技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性離子束技術(shù)固體作用的基本物理過程離子注入技術(shù)展望離子注入技術(shù)應(yīng)用離子注入技術(shù)的新進(jìn)展1193019501970199020102030近20年，對(duì)于離子注入的物理理論、離子注入裝置以及離子注入應(yīng)用等方面的研究，都取得了很大的發(fā)展。30年代，離子束技術(shù)被作為一種輻照的手段，用來模擬核反應(yīng)堆材料中的輻射損傷。隨后，離子束技術(shù)被作為摻雜手段來改變固體表面層的性質(zhì)。

60年代初，離子注入的核粒子探測(cè)器的研制成功，奠定了離子注入在半導(dǎo)體、金屬、磁性材料、絕緣體和超導(dǎo)材料中應(yīng)用的基礎(chǔ)。近10年來，離子注入在金屬和半導(dǎo)體材料的研究和應(yīng)用發(fā)展迅速，并且已擴(kuò)展到絕緣材料和聚合物方面。自60年代以來，英國(guó)就把離子注入材料改性的研究列為國(guó)家重點(diǎn)科研項(xiàng)目。1983年美國(guó)國(guó)防部就組織各研究部門和高校利用離子束技術(shù)改善武器裝備關(guān)鍵部件。離子束是三束（離子束、電子束、激光束）工藝中對(duì)材料表面改性最具有應(yīng)用價(jià)值的一種。美國(guó)和英國(guó)的此項(xiàng)工藝進(jìn)展最快。INDEX02離子束技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性離子束技術(shù)的發(fā)展離子注入的基本原理離子注入工藝與方法離子束技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性離子束技術(shù)固體作用的基本物理過程離子注入技術(shù)展望離子注入技術(shù)應(yīng)用離子注入技術(shù)的新進(jìn)展2離子束與傳統(tǒng)冶金法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）離子注入是一個(gè)非熱平衡過程，注入離子靠高的能量撞進(jìn)金屬晶格內(nèi)，因而不受熱力學(xué)平衡控制。因此，原則上任何元素都可以注入任何集體材料中。（2）離子注入可以在常溫或低溫真空條件下進(jìn)行，加工后的表面無形變，無氧化，能保持原有尺寸精度和表面粗糙度，特別適合于高精密部件的最后工序。（3）注入元素的種類、能量、劑量均可選擇和控制，用這種方法形成的表面合金，由于不受擴(kuò)散和溶解度的經(jīng)典熱力學(xué)參數(shù)的限制，可得到用其他方法難以獲得的新合金相。（4）離子注入層相對(duì)基體材料沒有明顯的界面，因此注入層不存在粘附破裂或剝落問題，與基體結(jié)合牢固。（5）注入離子的濃度和深度的分布可以通過注入劑量、注入能量及束流密度來精確控制。（6）離子注入可有選擇地改變基體材料的表面能量（濕潤(rùn)性），在工件表面層形成壓應(yīng)力，來減少表面裂紋。離子注入技術(shù)與等離子噴涂、化學(xué)和物理氣相沉積、電子束和激光束熱處理等表面處理工藝相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）注入的元素可以任意選取，被注基材不受限制。根據(jù)工藝要求可取各種金屬和氣體作為工作物質(zhì)，各種金屬和非金屬都可作為添加元素。（2）不受傳統(tǒng)合金化規(guī)則等物理冶金因素的約束，無需改變材料的整體特性，就可有選擇地改變材料的表面特性。（3）可以忽略橫向擴(kuò)散，特別適合于尺寸很大但只需局部改性的工件。（4）注入或添加到基體中的原子不受基體固溶度的限制，不受擴(kuò)散系數(shù)和化合結(jié)合力的影響。（5）強(qiáng)流氮和強(qiáng)流金屬離子束的束流強(qiáng)度可達(dá)5~50mA，提高了注入效率，適用于工業(yè)應(yīng)用。（6）離子注入不改變工件尺寸，不改變?cè)械耐饫叽缇群捅砻娲植诙忍貏e適合于精密機(jī)械零件的表面處理，如應(yīng)用在航空、航天等工業(yè)。（7）離子束增強(qiáng)沉積可獲得厚度大于1μm的改性層或超硬層，適于惡劣條件下的應(yīng)用，如在石油化工領(lǐng)域。（8）離子束混合、離子束輔助沉積和等離子體源離子注入等工藝的發(fā)展，可大大縮短注入時(shí)間和增加注入深度，并能解決離子注入的視線加工問題。離子束注入的局限性：（1）離子注入不能用來處理具有復(fù)雜凹腔表面的零件。（2）注入層太薄，使應(yīng)用范圍受到了限制。對(duì)于大的工件注入機(jī)必須具有大的靶室和強(qiáng)束流。因此設(shè)備昂貴，成本較高。INDEX03離子束技術(shù)固體作用的基本物理過程離子束技術(shù)的發(fā)展離子注入的基本原理離子注入工藝與方法離子束技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性離子束技術(shù)固體作用的基本物理過程離子注入技術(shù)展望離子注入技術(shù)應(yīng)用離子注入技術(shù)的新進(jìn)展3離子束注入是利用離子源引出單純的離子束，與離子鍍和濺射鍍膜相比，不僅利用離子的方式不同，所用的離子能量也有很大差別，但離子與固體材料相互作用的基本物理過程是相同的。對(duì)于離子注入的基本物理過程的描述包括三個(gè)方面：

1.注入離子在注入層的能量淀積分布和損傷分布；

2.離子碰撞和反沖核的行為；

3.注入離子在靶內(nèi)的射程分布；離子與固體材料相互作用的基本概念1.離子在固體中的慢化和能量淀積2.彈性碰撞和非彈性碰撞3.原子移位和移位闡能4.級(jí)聯(lián)碰撞1.離子在固體中的慢化和能量淀積當(dāng)快速離子注入固體靶材后，與靶中的原子和電子發(fā)生碰撞作用，逐漸把離子的動(dòng)能傳遞給反沖原子和電子，直至離子的動(dòng)能完全損失并在靶中停止下來，這一過程稱為離子在固體中的“慢化”。慢化過程就是靶內(nèi)能量傳遞和淀積的過程。入射離子與固體原子相互作用的過程稱為初級(jí)碰撞，反沖原子再與固體原子相互作用的過程稱為次級(jí)碰撞，這兩個(gè)過程中都存在離子在固體中的慢化和能量淀積現(xiàn)象，并且固體靶中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損傷與碰撞過程中淀積的能量成正比。因此，通常把淀積的能量稱為損傷能量。2.彈性碰撞和非彈性碰撞入射離子與固體靶中的原子發(fā)生碰撞后，把能量傳遞給原子，并且參與碰撞的粒子的機(jī)械能（動(dòng)能）守恒，這一過程稱為彈性碰撞。若離子把能量傳遞給電子，引起激發(fā)或電離等過程，使得參與碰撞的粒子的機(jī)械能不守恒，這種過程稱為非彈性碰撞。一般情況下，離子與固體材料相互作用時(shí)，上述兩類過程同時(shí)發(fā)生。當(dāng)離子能量較低時(shí)，彈性碰撞占主導(dǎo)地位，當(dāng)離子能量較高時(shí)，非彈性碰撞占主導(dǎo)地位。3.原子移位和移位闡能入射離子與固體中的原子碰撞時(shí)，如果晶格原子從碰撞中獲得足夠的能量，能夠越過勢(shì)壘而離開晶格位置進(jìn)入原子間隙稱為移位原子，這種現(xiàn)象稱作原子移位。發(fā)生原子移位所必須的最小能量稱為移位閾能，用Ed表示。一般認(rèn)為，移位閾能包括兩部分：一是斷鍵能量，即等于原子鍵合能量，另一部分是克服勢(shì)壘所作的功。在離子注入技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)于一般材料，移位閾能的公認(rèn)平均值為25eV。4.級(jí)聯(lián)碰撞在離子注入實(shí)際應(yīng)用的許多場(chǎng)合，固體中被入射離子撞機(jī)的反沖原子（初級(jí)反沖原子），從初級(jí)碰撞中所獲得的反沖能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過移位閾能，因此它會(huì)離位，并以一定能量繼續(xù)與晶格原子碰撞，從而產(chǎn)生新的反沖原子（次級(jí)反沖原子），這種次級(jí)碰撞的繁衍過程稱為“級(jí)聯(lián)碰撞”。在級(jí)聯(lián)碰撞過程中，固體中由于晶格中原子被碰撞而離位，會(huì)出現(xiàn)許多“空位”，同時(shí)在別處則會(huì)出現(xiàn)間隙原子。這種空位-間隙間隙原子對(duì)就是離子轟擊造成的晶格缺陷，也稱輻射損傷。密度不大的級(jí)聯(lián)碰撞，將產(chǎn)生許多孤立的、可分開的點(diǎn)缺陷。隨著級(jí)聯(lián)碰撞的擴(kuò)展，產(chǎn)生的空位或間隙原子彼此非常接近，以致形成點(diǎn)缺陷的結(jié)團(tuán)。隨著高密度的級(jí)聯(lián)碰撞的發(fā)生，大量的點(diǎn)缺陷結(jié)團(tuán)形成移位峰?？梢?，移位碰撞越擴(kuò)展，輻射損傷程度越嚴(yán)重。3離子與固體材料相互作用的基本過程基本過程及現(xiàn)象1、入射離子與材料表面發(fā)生非彈性碰撞，發(fā)射二次電子和光子。2、材料中的電子將入射離子中和，中和后的離子通過與晶格原子的彈性碰撞而成為背散射粒子，被彈出固體。3、一個(gè)入射離子刀固體材料表面，可以經(jīng)過多次碰撞，撞出若干個(gè)離位原子，發(fā)生級(jí)聯(lián)碰撞。4、部分被撞出的原子，若方向合適，就會(huì)穿過晶格空隙，從材料表面逸出，而成為被濺射原子。表層的少數(shù)原子也可能以原子團(tuán)的形式一起被濺射出來。5、晶格中原子被碰撞離位的同時(shí)，在該處留下一個(gè)空位，在別處出現(xiàn)一個(gè)間隙原子。這種空位-間隙原子對(duì)所形成的晶格缺陷稱為輻照損傷。它與原子間混合、晶格排列有關(guān)。6、入射離子經(jīng)若干次與電子、原子碰撞后，能量幾乎耗盡，就會(huì)在靶材的一定深度停留下來，成為材料中的一種雜質(zhì)原子。7、離子轟擊后，入射離子經(jīng)過一系列碰撞最后沉積在表層中，離子能量絕大部分變成熱量釋放。同時(shí)離子轟擊也會(huì)使原先吸附在表面的原子或分子發(fā)生解吸，或重又被吸附。使注入層的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生明顯變化。INDEX04離子注入的基本原理離子束技術(shù)的發(fā)展離子注入的基本原理離子注入工藝與方法離子束技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性離子束技術(shù)固體作用的基本物理過程離子注入技術(shù)展望離子注入技術(shù)應(yīng)用離子注入技術(shù)的新進(jìn)展4離子注入原理圖離子源產(chǎn)需離子引出電極引出加速器加速質(zhì)量分析篩選聚焦和掃描靶室4RRpR⊥

離子在固體中的射程4注入元素沿深度分布濃度分布入射離子在固體中的碰撞隨機(jī)，注入離子分布在一定范圍內(nèi)。具有相同初始能量離子的投影射程按高斯函數(shù)分布。高斯曲線圍繞Rp對(duì)稱分布。Rp

和ΔRp

決定了高斯曲線的位置和形狀。注入元素在離表面x處的濃度為N（x）=NmaxX=（x-Rp）/(ΔRp

)Nmax—X=Rp處的峰值濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差—ΔRp描述各入射離子的投影射程的分散特性

e-12x24離子注入機(jī)的主要結(jié)構(gòu)四大部分：1.離子源2.加速器3.質(zhì)量分析器4.聚焦和掃描系統(tǒng)1.離子源離子源的基本結(jié)構(gòu)式由產(chǎn)生高密度等離子體的腔體和引出系統(tǒng)組成。其作用是產(chǎn)生所需的離子束。對(duì)于金屬的表面改性，往往需要用N+、C+、B+、…等非離子及多種金屬離子，因此離子源要求有多種元素的離子束。適用不同注入條件的離子注入機(jī)的離子源有二三十種，其中使用較多的有：高頻離子源，雙等離子體離子源，潘寧離子源，考夫曼離子源，金屬蒸發(fā)真空弧源以及尼爾遜源等。離子源分類：氣體離子源和金屬離子源。氣體離子源是靠離子源腔體中的氣體放電形成等離子體而引出正離子，其正常工作的關(guān)鍵是使氣體放電并能持續(xù)進(jìn)行；金屬離子源是將金屬氣化電離，同樣也要形成氣體放電并持續(xù)進(jìn)行。引出系統(tǒng)包括直接引出和間接引出兩種，直接引出系統(tǒng)有兩個(gè)帶圓孔（孔徑為納米級(jí)）的金屬電極組成，分別作為陽極和引出極（吸極），中間加一電壓，陽極和等離子體同電勢(shì)。因此，在引出極和等離子體邊界之間形成電場(chǎng)，是等離子體附近離子加速，通過引出極中央圓孔引出離子束。間接引出系統(tǒng)是在陽極和引出極之間插入另一陽極，在兩陽極間形成一個(gè)離子體密度較低的等離子體，即雙等離子體。2.加速器加速器的任務(wù)是形成電場(chǎng)，使離子在電場(chǎng)的作用下，受到加速而獲得較高的能量。靜電加速器屬于直流高壓型加速器，通過使帶電粒子（離子）通過高壓電場(chǎng)來獲得能量。直線加速器是使帶電粒子連續(xù)多次的通過電壓不很高的加速電場(chǎng)來獲得能量，是一種諧振式加速器。直線加速器的工作原理3.質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器常采用磁分析器和正交電磁場(chǎng)分析器。它是將所需要的離子從離子束中分選出來，將靶不需要的離子偏離掉。磁分析器原理圖4.離子束聚焦和掃描系統(tǒng)在離子束從離子源到靶室的過程中，離子由于空間電場(chǎng)力的作用而相互排斥，并且離子在傳輸中也可能與系統(tǒng)中剩余氣體分子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生散射，能量損失，因此離子束的直徑逐漸變大。經(jīng)過聚焦掃描系統(tǒng)后，將離子聚焦掃描，有控制地注入工件表面。通常采用四級(jí)透鏡和單透鏡聚焦，掃描系統(tǒng)主要有電掃描和機(jī)械掃描。靜電四季透鏡的電場(chǎng)分布和離子受理方向掃描系統(tǒng)4注意事項(xiàng)：一般來說，只在注入劑量較低時(shí)注入深度分布遵循高斯型分布。表面改性所用注入劑量較高，一般為1017離子cm2量級(jí)，比半導(dǎo)體注入常用的劑量約高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著注入劑量的增加，濃度峰值移向表面。主要原因是在離子轟擊時(shí)，金屬表面發(fā)生濺射現(xiàn)象。離子與表面原子的直接碰撞作用和級(jí)聯(lián)碰撞產(chǎn)生濺射。材料的濺射性能用濺射系數(shù)S表征，表示每個(gè)入射粒子濺射出靶原子的數(shù)目，一般S=2~20。離子注入靶材后，本身也會(huì)被后來注入的離子所濺射，所以注入的濃度不能無限增加，且有一極限值（摩爾比約5%~30%）。4離子束金屬表面材料表面強(qiáng)化機(jī)理注入離子與基體原子相互作用，通過產(chǎn)生點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)和析出相使金屬材料得到強(qiáng)化。此外，在激烈的碰撞過程中，金屬材料中產(chǎn)生了超飽和固溶體、密集位錯(cuò)網(wǎng)、激烈的增強(qiáng)擴(kuò)散、晶粒細(xì)化、新的析出相和無序相等。這些現(xiàn)象顯著提高了材料表面的硬度、耐磨性、耐疲勞性、抗腐蝕性和抗氧化性，其改性機(jī)理主要有以下幾種：1、輻照損傷強(qiáng)化：具有高能量的離子注入金屬表面引起輻照損傷，造成大量的點(diǎn)缺陷，形成秘籍的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)、位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷產(chǎn)生交互作用，同時(shí)注入離子釘扎位錯(cuò)或被捕獲，使注入所形成的位錯(cuò)固定不動(dòng)，祈禱輻射損傷強(qiáng)化作用。2、固溶強(qiáng)化：形成過飽和固溶體3、彌散強(qiáng)化：注入元素和基體元素形成高硬度的合金彌散相4、晶粒細(xì)化強(qiáng)化：碰撞細(xì)化晶粒5、噴丸強(qiáng)化：噴丸強(qiáng)化的冷加工硬化6、非晶強(qiáng)化：離子注入形成非晶態(tài)合金，提高了抗磨損性、抗氧化和抗腐蝕性。7、優(yōu)先濺射強(qiáng)化：合金中不同合金元素具有不同的結(jié)合能，濺射系數(shù)與結(jié)合能成反比，因此在注入過程中結(jié)合能較弱的合金首先容易被濺射出來，而結(jié)合能高得合金具有更好的強(qiáng)化特性，因此注入的濺射效應(yīng)可使注入層表面得到強(qiáng)化。8、表面壓縮作用：離子注入技術(shù)把20%~50%的材料加入近表面區(qū)，使表面成為壓縮狀態(tài)。這種壓縮應(yīng)力能夠使材料表面裂紋填實(shí)，防止微粒從表面剝落，提高抗磨損能力。INDEX05離子注入工藝與方法離子束技術(shù)的發(fā)展離子注入的基本原理離子注入工藝與方法離子束技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性離子束技術(shù)固體作用的基本物理過程離子注入技術(shù)展望離子注入技術(shù)應(yīng)用離子注入技術(shù)的新進(jìn)展5離子注入工藝較簡(jiǎn)單，其順序?yàn)椋洪_動(dòng)注入機(jī)，調(diào)節(jié)參數(shù)，使所需種類和價(jià)態(tài)、穩(wěn)定的離子束流，具有足夠的流強(qiáng)；將試樣固定在靶室內(nèi)；靶室抽真空至10-4以上的真空度；打開注入機(jī)與靶室之間的閥門，使所需的離子束均勻的射到試樣表面。在注入處理過程中，需要對(duì)以下幾種參數(shù)進(jìn)行控制：靶室真空度；離子的種類和價(jià)態(tài)；束流強(qiáng)度；注入機(jī)所加的電壓，即離子的能量；注入時(shí)間，由流強(qiáng)和時(shí)間算出的注入劑量；注入時(shí)試樣溫度獲得良好離子注入層質(zhì)量所具備的條件：試樣表面要經(jīng)過精細(xì)磨光、拋光和清洗；離子注入過程中工件表面極薄的氧化膜、油污、濕氣凝膜或手跡都是有害的；靶室真空度應(yīng)盡可能高；試樣表面盡可能與離子束保持垂直；試樣應(yīng)盡可能與靶室保持良好的熱、電接觸，必要時(shí)，靶室內(nèi)裝專用冷卻或加熱裝置以控制試樣溫度。5工藝影響因素主要包括注入離子的能量、劑量、離子束流強(qiáng)度和離子束流均勻性等:離子能量決定注入基體達(dá)到的深度，能量越高，注入越深。一般情況，離子或基體原子越輕，注入深度越大。離子注入能量常用20~400kev。離子劑量主要決定注入層離子濃度。離子的束流強(qiáng)度對(duì)注入強(qiáng)化效果有影響，同時(shí)也影響離子注入生產(chǎn)效率。離子注入所需的時(shí)間由下式?jīng)Q定：t=qDS/I其中，q:一個(gè)離子所帶的電荷量（1.6×10-19）;D:注入劑量/(離子/cm2);S:注入面積/cm2;I:離子束電流強(qiáng)度/A;t:時(shí)間/s.離子束的均勻性，也影響注入層的質(zhì)量?？刹捎脺y(cè)量注入基體板上不同點(diǎn)的薄層電阻的偏差表示。式中N：測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目；Ri：測(cè)量點(diǎn)的薄層電阻；：平均薄層電阻在注入金屬離子時(shí)，不僅需要專門的離子源，且因離子束流一般都較小，需要更長(zhǎng)的注入時(shí)間。此外，因受濺射效應(yīng)的限制，注入元素的最大濃度不能很高。離子注入的這些缺點(diǎn)給它在工業(yè)中的應(yīng)用帶來了局限性。5離子注入的方法近年來發(fā)展的一些離子注入方法，在不同程度上改進(jìn)了直接注入的缺點(diǎn)。1.離子注入在經(jīng)典離子注入機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的束線離子注入，對(duì)于改進(jìn)材料表面的磨損、腐蝕、疲勞和摩擦特性是十分有效的，氮離子注入金屬已步入工業(yè)生產(chǎn)階段，一些鋼鐵材料經(jīng)離子注入后耐磨性可提高100倍以上。不過由于氮離子注入鋼材時(shí)所形成的固溶強(qiáng)化的熱穩(wěn)定性較差，當(dāng)工件在400~500℃高溫下使用時(shí)，氮離子會(huì)很快擴(kuò)散從而失去強(qiáng)化效果，從而限制了其應(yīng)用范圍。2.反沖注入反沖注入的過程是先在潔凈的基體材料表面用真空鍍膜法（蒸發(fā)或?yàn)R射鍍膜）鍍上一層所需添加的元素薄膜（厚度為幾百埃），然后用幾百kev的惰性氣體離子（Ar+或Kr+等）轟擊。如圖。薄膜--基體界面在離子轟擊下發(fā)生混合，相互滲透，形成新的表面合金。注入的惰性氣體離子僅起“攪拌”作用，離子轟擊可以在不同溫度下進(jìn)行。反沖注入可以得到高濃度的表面合金（或混合鍍層），而所用的注入劑量比離子注入低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。3.離子束轟擊擴(kuò)散鍍膜技術(shù)（BDC）這是一種在較高溫度下進(jìn)行的反沖注入，常用較輕的離子（如N+）代替Ar+、Kr+。由于溫度和輻照增強(qiáng)擴(kuò)散作用給元素的擴(kuò)散造成了良好的條件，所以得到的表面合金層較厚。優(yōu)點(diǎn)：Ⅰ，采用N+轟擊，離子穿透深度比Ar+、Xe+大Ⅱ，輕離子濺射低，薄膜材料的濺射損失較?、?，活性元素N+與基體材料和薄膜材料原子相互作用，使表面層性能得到改善Ⅳ，剩余注入離子還能定扎在錯(cuò)位周圍起到強(qiáng)化作用e.g.在Ti6A14V表面蒸鍍一層700埃的Sn膜，然后在450~500℃下，用N+注入達(dá)4*1017/cm2，Sn的擴(kuò)散深度可達(dá)3~5μm。4.離子輔助鍍層IAC（IonAssistedCoating）這種方法是把鍍膜與注入工序放在一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行，連續(xù)進(jìn)行鍍膜。目前常用的鍍膜材料是B、Ti、Cr、Zr等，注入離子用N+。因?yàn)镮AC法能制備多種化合物膜（如BN），鍍層加工溫度低（<400℃），成分與厚度靈活可調(diào)，附著力好，在耐腐蝕方面有較寬廣的應(yīng)用前景。5.離子束混合離子束混合是真空濺射制模過程中輔以離子束轟擊過程。這種方法主要用來研究離子束作用下的合金生成規(guī)律。

這種方法首先在不參與作用的基體材料（如單晶氧化鋁、氧化硅）表面上，交替鍍上多層A、B兩種金屬的薄膜（每層膜厚<150埃），然后用約300kev的Xe+（或Ar+、Kr+）轟擊，襯底上沉積的膜經(jīng)離子轟擊后出現(xiàn)注入原子與膜原子和襯底原子的混合，形成新的化合物和合金相。6.動(dòng)態(tài)反沖混合其是將真空鍍膜和離子注入同時(shí)進(jìn)行的一種表面處理方法。這種方法是靠濺射或蒸發(fā)直接獲得所需的金屬添加元素，注入時(shí)先進(jìn)行表面清洗，然后再蒸鍍，注入的離子痛沉積的原子相碰撞，致使沉積的原子團(tuán)分解，并使沉積原子具有一定的能量而均勻地沉積到基體表面，使得沉積層均勻致密，無針孔，而且與基體結(jié)合牢固。1-濺射離子源；2-注入離子源；3-濺射靶；4-試樣與離子注入相比，方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可得較厚、較濃的表面層，且濃度和厚度都可以靈活掌握。7.等離子體浸沒離子注入（PIII）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高在PIII過程中，工件直接被外部等離子體源產(chǎn)生的等離子體所浸沒包圍，在對(duì)工件加上負(fù)高壓脈沖時(shí)，工件周圍的電子會(huì)立即被排斥開，隨后鞘層中的正離子在鞘層位降的作用下得到加速，從各個(gè)方向同時(shí)注入工件。PIII克服了IBII固有的視線限制，適用于處理體積較大、形狀復(fù)雜的工件，同時(shí)因?yàn)殡x子注入過程包含高壓脈沖間隔，工件表面與等離子體之間鞘層電位形成的低能離子沉積和負(fù)高壓脈沖持續(xù)期間高能離子注入過程的混合，對(duì)某些材料的改性具有IBII處理達(dá)不到的效果。1-靶；2-RF電源耦合板；3-金屬濺射板；4-紅外輻射儀；5-金屬蒸汽真空電弧等離子體源；6-放電電源；7-多燈絲裝置；8-燈絲電源；9-供氣系統(tǒng)；10-真空室；11-抽氣口；12-靶臺(tái)；13-脈沖調(diào)制器；14-直流高壓電源；15-電離規(guī)；16-朗繆爾探針電源；17-朗繆爾探針；18-永久磁體INDEX06離子注入技術(shù)應(yīng)用離子束技術(shù)的發(fā)展離子注入的基本原理離子注入工藝與方法離子束技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性離子束技術(shù)固體作用的基本物理過程離子注入技術(shù)展望離子注入技術(shù)應(yīng)用離子注入技術(shù)的新進(jìn)展6提高表面硬度1.離子注入的硬度與注入元素種類有關(guān)。2.硬度值隨著注入劑量增多而增加，而且硬度值按B、N、Ar的原子量順序增加。硬度與注入劑量的關(guān)系硬度最大值不在表面而距表面有一定距離GCr15（5210Δ）鋼注入層的硬度分布曲線6提高耐磨性N+注入9Cr18鋼使磨損率降低，而且隨著劑量的增加降低得更大。N+注入與未注入磨損曲線形式有變化；未注入呈直線；而注入的則是經(jīng)一段直線階段后，急劇上升：直線階段的世紀(jì)隨注入劑量增加而延長(zhǎng)，由于注入層逐漸被磨損所致。N+注入量增加到1017N+

/cm2后磨損速度急劇減少，隨后磨損速度變化不大。隨著載荷增加其磨損速度增加很快N、C、B、Ne注入對(duì)于鋼磨損的影響4種元素都使磨損率下降一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，其中B、N、C影響大，Ne影響小，這于注入的B、N、C在鋼中形成化合物，注入的Ne僅產(chǎn)生輻照損傷有關(guān)。應(yīng)用實(shí)例6應(yīng)用實(shí)例6提高疲勞性能離子注入在工件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，對(duì)提高疲勞性能有利。6提高抗腐蝕性離子注入提高金屬表面抗腐蝕性的三種情況：1、在表面形成穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)合金2、非金屬注入可在金屬表面形成化合物3、通過注入B、S等元素在金屬表面形成無序態(tài)，從而改變禁網(wǎng)疏闊的耐腐蝕性能。應(yīng)用實(shí)例INDEX07離子注入技術(shù)的新進(jìn)展離子束技術(shù)的發(fā)展離子注入的基本原理離子注入工藝與方法離子束技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性離子束技術(shù)固體作用的基本物理過程離子注入技術(shù)展望離子注入技術(shù)應(yīng)用離子注入技術(shù)的新進(jìn)展7離子注入的技術(shù)的新進(jìn)展1、氮注入機(jī)的發(fā)展。許多研究表明，僅僅注入氣體氮元素，僅僅通過幾種不同的機(jī)理就可改善多種金屬的磨損行為。2、多功能強(qiáng)束流離子注入機(jī)的發(fā)展，可以對(duì)模具進(jìn)行包括氣體離子和金屬離子在內(nèi)的各種離子的注入。3、等離子源離子注入技術(shù)（PSII）的發(fā)展，可對(duì)復(fù)雜形狀的工