全元素离子束材料表面改性方法技术

全元素离子束材料表面改性技术是在具有全元素离子注入系统、离子溅射沉积系统的真空设备中实现的，可以制作和改性硬质膜，合金膜、光学膜和电导膜等功能膜层。本技术可以完成全元素离子束增强沉积、气体离子注入、金属离子注入和复合离子注入。可广泛用于宇航、石油化工、机械工程、电子工程的各种零件和器件。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料表面改性技术。在现有的材料表面改性技术中，通常包括离子注入、离子束辅助沉积、真空离子镀膜等技术。其中，离子注入技术有气体离子注入和金属离子注入技术;离子束辅助沉积局限于气体离子束(如氮气、氩气、氙气等)辅助沉积，只能形成TiN、ZrN等膜或离子束混合膜层;真空镀和离子镀具有较高的沉积效率，但膜层与基体之间过滤区窄、结合力较差。本专利技术的目的在于提供一种多功能材料表面改性技术，除完成现有离子注入技术、离子束辅助沉积技术外，还可完成气体-固体离子复合注入技术、金属离子束增强沉积膜、多层膜和沉积膜的表面改性技术。使用范围广，所以称为金元素离子束材料表面改性技术、简称AEIB技术。本专利技术的
技术实现思路
将清洗的工件(3)放在真空室(1)内的可转动水冷工件台(2)上，真空抽至10-4～10-3Pa。向全元素离子注入源(4)中通入气体，如N2、Ar、BH4、CH4等，离子化后在引出系统作用下，引出气体离子束进行气体离子注入;当接通导电固体阴极(如纯金属、石墨碳、化合物)的触发电源，形成真空弧，产生的固体蒸气离化后，在引出系统作用下，引出金属或其它离子束(如Ni、Ag、Mo、……等金属离子，C、Si、S、B等非金属元素离子)进行金属等离子注入;若触发二个以上导电固体阴极时，进行金属复合离子注入(如Ni-Ti、Al-Co、Ti-C、Mo-Al、Ag-Au-Pb等);同时触发气体和固体阴极，进行气体-金属等元素复合离子注入(如Ti-N，Ti-C，B-C，Zr-N，Mo-S等)。当离子溅射源(5)通入氩气，形成氩离子束，射到原子束溅射靶(6)上，靶材可采用一种材料或多种材料组合靶，从靶材上溅射下所需的金属等原子，沉积在工件(3)表面上。与此同时，由离子注入源(4)引出气体离子束(N、Ar、C、B等)或金属和其它离子束(Mo、Ni、Si、C、S等)或同时引出气体和金属离子束注入到工件表面，形成各种功能膜和多层复合膜，如超硬膜、光学膜、电导膜和超导膜等。本专利技术的技术特点和指标1.真空室(1)极限真空度10-4Pa。2.离子注入源(4)是脉冲全元素离子注入系统，可以进行气体离子注入、固体(金属或其它导电体)离子注入、气体-固体离子同时注入，其中固体阴极可为单种材料引出单元素离子束;也可由多种材料组合，同时触发引出多元素离子束。技术指标引出电压20～100KV，束流强度气体离子束流强0～200mA、金属离子束流强0～250mA，脉冲频率10-50HZ可调。3.离子束溅射源(5)技术指标引出电压2-20KV，束流强度400mA。4.溅射靶(6)为水冷式结构，靶材由单种金属材料或多种材料组合制成。实现本专利技术材料表面改性实施例如下1.氮离子注入材料高速钢、硬质合金表面氮离子注入，能量70KeV，触发电压150V，抑制电压2.5KV，脉冲频率20HZ，注入剂量2×1017N+/cm2时，<p>实施例13本实施例说明在钛铁矿还原后通过酸浸选择性先除去钛铁矿中的钍后除去镭。与硬硼酸钙石(3%(按重量))混合的Eneabba North钛铁矿样品(SAMPLE B)，使用加热炉型类似于工业上Becher还原窑，在1100℃的转鼓内用煤(-10+5mm)还原，以获得还原钛铁矿样品，其组成与用工业设备获得的相近。还原钛铁矿或用盐酸在9.1wt%的固体条件下于60℃浸出2小时，或在氯化铵溶液中曝气然后用硫酸在25wt%的固体条件下于60℃浸出1小时，随后用盐酸在25wt%的固体条件下于60℃浸出1小时。表13的结果表明，用盐酸浸出还原钛铁矿可除去钍(母体232Th和子体228Th)和镭(子体228Ra)。然而，当先用硫酸接着用盐酸时，只有钍在硫酸浸出时被除去，而镭则在随后的盐酸浸出时除去。表13 ＊ SAMPLE B在1100℃加热炉内以钛铁矿∶煤(-10+5mm)＝1∶1于转鼓中用硬硼酸钙石还原。b)同时进行氮离子和碳离子束增强沉积，氮离子束参数同上，石墨碳触发电压220V，气体和固体触发脉冲起始间隔300μs。形成Ti(C.N)过渡膜层。c)停止氮离子注入系统，进行碳离子增强沉积，参数为引出电压50KV，抑制电压2.5KV，触发电压200V，脉冲频率50HZ，形成TiC膜层，硬度HK3000～3200。d)同时触发碳和铪，进行碳-铪离子增强沉积，引出电压60KV，抑制电压3KV，触发电压220V，脉冲频率50HZ，形成(Ti、Hf)C膜层，膜层硬度HK3800～4000。通过上述工艺过程，形成过度区200～300 的高结合强度的TiN/Ti(NC)/TiC/(Ti·Hf)C复合多层超硬膜。在变更上述气体及金属离子束种类、注入顺序和金属沉积原子束种类时，能够形成多层复合沉积膜，如碳化钨/碳化钛等复合膜。本专利技术技术具有气体离子注入、金属离子注入、离子复合注入、全元素离子束增强沉积等功能，适合于金属材料、光学膜、电导膜、半导体材料等表面改性。本专利技术可广泛应用于宇航、石油化工、机械工程、电子工程等领域。全元素离子束材料表面改性技术说明书附图说明如下附图是用于全元素离子束材料表面改性技术的设备图。图中(1)真空室;(2)转动水冷工作台;(3)工件;(4)全元素离子注入源，该离子源可单独产生气体离子束、金属离子束和同时产生气体-金属离子束;(5)离子溅射源;(6)原子束溅射靶。权利要求1.全元素离子束材料表面改性技术是在由真空室(1)、水冷工件台(2)、工件(3)、全元素离子束注入源(4)、离子溅射源(5)、原子溅射靶(6)组成的设备中完成的。其特征在于变更金属离子束和金属沉积原子束的种类，形成不同成分、不同组态的金属离子增强沉积膜；变更气体及金属离子束种类、注入顺序和金属沉积原子束种类，形成多层复合膜。2.根据权利要求1所述的全元素离子束材料表面改性技术其特征在于全元素离子注入系统引出电压20～100KV，气体离子束流强度0～200mA，金属离子束流强度0～250mA，脉冲频率10～50HZ可调;离子束溅射系统引出电压2-20KV，束流强度0～400mA。全文摘要全元素离子束材料表面改性技术是在具有全元素离子注入系统、离子溅射沉积系统的真空设备中实现的，可以制作和改性硬质膜，合金膜、光学膜和电导膜等功能膜层。本技术可以完成全元素离子束增强沉积、气体离子注入、金属离子注入和复合离子注入。可广泛用于宇航、石油化工、机械工程、电子工程的各种零件和器件。文档编号C23C14/22GK1084903SQ9211147公开日1994年4月6日 申请日期1992年9月28日 优先权日1992年9月28日专利技术者李国卿, 马滕才 申请人:大连理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
全元素离子束材料表面改性技术是在由真空室（１）、水冷工件台（２）、工件（３）、全元素离子束注入源（４）、离子溅射源（５）、原子溅射靶（６）组成的设备中完成的。其特征在于：变更金属离子束和金属沉积原子束的种类，形成不同成分、不同组态的金属离子增强沉积膜；变更气体及金属离子束种类、注入顺序和金属沉积原子束种类，形成多层复合膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李国卿，马滕才，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]