PDF《用掩蔽注入法研究钛注入 ！＂# 钢的耐磨性 ！》

用掩蔽注入法研究钛注入 ! # 钢的耐磨性! 杨建华!) ) # 张通和 ) !) (南通工学院物理部,南通 $%%&

) ) (北京师范大学射线束和材料工程教育部重点实验室,北京 !%%'

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月 * 日收到;

%%* 年)月(日收到修改稿) 采用由金属蒸汽真空弧离子源引出的强束流钛、 碳离子对 +!) 钢进行表面改性研究, 钛和碳离子注入剂量分 别为 ) - !%!&

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/0 , 引出电压分别为 *'

和)%12, 平均束流密度分别为 *&

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3 ・./0 , 为了保持相同的 摩擦磨损实验条件, 注入过程中采用掩蔽注入技术,摩擦磨损实验结果表明, 钛离子注入 +!) 钢提高了其耐磨性, 并大幅度降低其摩擦系数,利用卢瑟福背散射谱测量了离子注入表面的成分, 并采用逐层递推法得出了钛在 +!) 钢中的浓度深度分布, 借助掠面

4 射线衍射考察了注入表面的相结构, 关键词:钛离子注入,金属蒸汽真空弧,卢瑟福背散射,掠面

4 射线衍射 5,'

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!!(7 ! 国家自然科学基金 (批准号: (8$&

!%(!) 、 江苏省教育厅自然科学基金 (批准号: % 9:;

*8%%%!) 及南通工学院基金 (批准号: %%)*&

) 资助的 课题, # ?@: A>

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BCDE!$), .F/ !G 引言+!) 钢是制造铝热挤压模具的首选材料, 但是 +!) 钢在预热阶段会发生氧化而引起点腐蚀并使模 具表面疏松, 导致承载表面过早和突然破损, 因此, 热挤压模具钢的润滑和磨损一直是困扰铝材工业的 难题,基于金属蒸汽真空弧 (/HI>

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L. , 简称 N.1 O.>

IIHL?BC, 简称 SWP) 是测量表面 元素浓度深度分布的常用方法 ['

―!%] , 3A. 注入时, 还采用热电偶 监测样品表面的温度 注入样品的表面成分采用 !B$,. 加速器测量 C1D 分析采用的离子是!B&

!%,A. 的氦离子, 入射角为 &

E, 散射角为 $9)E, 束 流积分为 $&

! 3, 采用逐层递推法分离钛、 铁C1D 谱 样品的表面结构用 25'

FGHC1 型G射线衍射仪测定 G 射线衍射仪的衍射条件是 3I 靶加石墨单色器, 样 品与 G 射线束的夹角为 )E 图$掩蔽注入顺序示意图 如前所述, 磨损实验对照区域共有 = 个, 即未注 入、 钛注入、 碳注入和钛

4 碳双注入区域 这=个区 域的磨损实验是同时在针盘式磨损机上进行的, 载 荷为 $&

J, 划圈直径为 $&

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, 转速为 =&

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LM 为仿 照铝的热挤压条件, 磨损实验过程中无任何润滑 利 用扫描电子显微镜 (D-,) 和光学干涉显微镜测量磨 沟的宽度 !、 最大深度 及#(N (!5!) , 用#来衡量各区域的耐磨性, # 越大, 耐磨性越差, 反之亦 然 用DCO 摩擦磨损机测量 = 个对照区域的干摩擦 系数, 其摩擦副均为 P3K$) 钢球, 摩擦圈数为 $&

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% 实验结果与讨论 ! # 磨损和摩擦实验 图!给出未注入、 钛注入、 碳注入和钛

4 碳双注 入区域 D-, 照片 根据各磨损区域的 D-, 照片和相 应的光学干涉显微照片, 经过磨损实验后, 钛注入区 域和双注入区域表面的干涉条纹弯曲较小, 双注入 区域的磨沟最浅 (最大深度约为 &

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) , 碳注入区 = ! ;

% 物理学报)% 卷 域表面与未注入区域表面均发生了严重的形变, 其 干涉条纹弯曲较大! 根据各区域干涉条纹的弯曲情 况, 可以测量出未注入、 钛注入、 碳注入、 钛 碳双注 入区域的 ! 值分别为 , , #! % $ %&