等離子體源離子束混合注入對金屬表面改性的方法
2023-06-17 17:02:26 3
等離子體源離子束混合注入對金屬表面改性的方法
【專利摘要】一種等離子體源離子束混合注入對金屬表面改性的方法，包括如下步驟：1)先將試樣進行氮離子的預注入；2)在氬氣中進行鈦濺射；3)使用等離子體源離子注入進行氮離子注入；4)重複步驟1)-3)2次以上。經本發明方法處理後的金屬表面平滑，硬度和耐磨性得到了極大的提高。
【專利說明】等離子體源離子束混合注入對金屬表面改性的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金屬改性的方法，尤其涉及一種等離子體源離子束混合注入對金 屬表面改性的方法。
【背景技術】
[0002] 離子注入最先應用於半導體器件的生產。近十幾年來，隨著高科技的發展和對金 屬材料表面性能的更高要求，人們將離子注入技術應用於金屬材料的表面改性，取得了很 大進展。現有的材料的離子注入技術，已知的有離子束離子注入和等離子體源離子注入。前 者可進行氣體或金屬離子的注入，但有視線過程，只適宜於平板型材料的離子注入；等離子 體源離子注入（PSII)是新近研製出的一種可代替束線加速器的技術，可方便地對複雜形 狀的靶進行離子注入。在PSII中，欲注入的靶直接放在等離子體室中，其上相對器壁加一 脈衝負高壓。離子通過離子鞘向靶面垂直地加速，對不同形狀的構件可以進行全方位離子 注入，但只適宜於氣體離子的注入。
[0003] 所有離子注入層的深度都不大於0· 5 μ m，如United States Patane, No. 4764 ,394,Accq, 16, 1988, Cost-effective Ion Implantation,《Advaned Materia ' s& ； Processes, Vol, 136, No6, Dec, 1989. 49〇
[0004] 採用磁控濺射、空心陰極離子鍍和真空陰極電弧離子鍍等技術，雖可獲得厚度為 幾個μ m甚至更厚的鍍層，但鍍層與基板（工件）有界面，結合力差，容易剝落，如John L.Vossonetal. 《Thin Film Processes》，Academic Press,1978, S. komiya et,al. Japan, 《J.Appl.Phys.》2ptl(1974)415，United States Patant No. 3793179，United States Patant No. 3719582所公開的內容。近年來出現了離子束混合技術，即把濺射沉積與離子束 離子注入結合，可以消除界面，提高鍍層與基板的結合力，在金屬表面的改性可大有作為。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於提供一種等離子體源離子束混合注入對金屬表面改性的方法， 通過採用離子束混合技術實現。經本發明方法處理後的金屬表面平滑，硬度和耐磨性得到 了極大的提1?。
[0006] 本發明所提供的等離子體源離子束混合注入對金屬表面改性的方法，包括如下步 驟：
[0007] 1、一種等離子體源離子束混合注入對金屬表面改性的方法，包括如下步驟：
[0008] 1)先將試樣進行氮離子的預注入；
[0009] 2)在氬氣中進行鈦濺射；
[0010] 3)使用等離子體源離子注入進行氮離子注入；
[0011] 4)重複步驟1)-3)2次以上。
[0012] 作為優選技術方案，本發明所述的方法，步驟1)中所述試樣預先經表面淬火處 理。
[0013] 作為優選技術方案，本發明所述的方法，步驟1)中氮離子預注入時的電壓為 3. 5-5. OkV，脈寬為 2-4μ s，頻率為 80-95HZ。
[0014] 作為優選技術方案，本發明所述的方法，步驟2)中氬氣的氣壓為20-25Pa，例如為 21Pa、23Pa、24Pa 等。
[0015] 作為優選技術方案，本發明所述的方法，步驟2)中濺射的速率為3-5nm/min，例如 為 3. 2nm/min、3. 8nm/min、4. lnm/min、4. 4nm/min、4. 9nm/min 等。挪戈身寸的速率/J、於 3nm/min， 則無法保障表面結合強度，濺射的速率大於5nm/min則會也會影響結合強度的提高並且不 利於形成表面光滑均一的外觀。因此本發明選擇濺射的速率為3-5nm/min。
[0016] 作為優選技術方案，本發明所述的方法，步驟3)中氮離子注入時的電壓為 3. 5-5. OkV，脈寬為 2-4μ s，頻率為 80-95HZ。
[0017] 作為優選技術方案，本發明所述的方法，步驟4)中重複的次數為3-5次。
[0018] 作為優選技術方案，本發明所述的方法，包括以下步驟：
[0019] 1)先將經表面淬火處理的試樣進行氮離子的預注入；氮離子預注入時的電壓為 3. 5-5. OkV，脈寬為 2-4 μ s，頻率為 80-95ΗΖ ;
[0020] 2)在氣壓為20_25Pa的氬氣中進行鈦濺射；
[0021] 3)使用等離子體源離子注入進行氮離子注入；氮離子注入時的電壓為 3. 5-5. OkV，脈寬為 2-4 μ s，頻率為 80-95HZ ;
[0022] 4)重複步驟 1) -3) 3-5 次。
[0023] 經本發明方法處理後的金屬表面平滑，外觀美觀，並且合金表面的硬度和耐磨性 也得到了極大的提高。
【具體實施方式】
[0024] 為便於理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施 例僅僅用於幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。
[0025] 實施例1
[0026] 本發明所述的方法，包括以下步驟：
[0027] 1)先將經表面淬火處理的試樣進行氮離子的預注入；氮離子預注入時的電壓為 3. 5kV，脈寬為4 μ s，頻率為80Hz ;
[0028] 2)在氣壓為20Pa的氬氣中進行鈦濺射；
[0029] 3)使用等離子體源離子注入進行氮離子注入；氮離子注入時的電壓為3. 5kV，脈 寬為2 μ s，頻率為95Hz ;
[0030] 4)重複步驟1) -3) 2次。
[0031] 實施例2
[0032] 本發明所述的方法，包括以下步驟：
[0033] 1)先將經表面淬火處理的試樣進行氮離子的預注入；氮離子預注入時的電壓為 5. OkV，脈寬為2 μ s，頻率為95Hz ;
[0034] 2)在氣壓為25Pa的氬氣中進行鈦濺射；
[0035] 3)使用等離子體源離子注入進行氮離子注入；氮離子注入時的電壓為5. OkV，脈 寬為4 μ s，頻率為80Hz ;
[0036] 4)重複步驟 1) -3) 3-5 次。
[0037] 實施例3
[0038] 本發明所述的方法，包括以下步驟：
[0039] 1)先將經表面淬火處理的試樣進行氮離子的預注入；氮離子預注入時的電壓為 4kV，脈寬為3 μ s，頻率為85Hz ;
[0040] 2)在氣壓為23Pa的氬氣中進行鈦濺射；
[0041] 3)使用等離子體源離子注入進行氮離子注入；氮離子注入時的電壓為4. 5kV，脈 寬為3. 5μ S，頻率為85Hz ;
[0042] 4)重複步驟1) -3) 4次。
[0043] 將本發明實施例1、2、3所得產品進行硬度和耐磨性能的測試。測試結果見表1。
[0044] 表 1
[0045]
【權利要求】
1. 一種等離子體源離子束混合注入對金屬表面改性的方法，包括如下步驟： 1) 先將試樣進行氮離子的預注入； 2) 在氬氣中進行鈦濺射； 3) 使用等離子體源離子注入進行氮離子注入； 4) 重複步驟1)-3)2次以上。
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟1)中所述試樣預先經表面淬火處理。
3. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟1)中氮離子預注入時的電壓為 3. 5-5. OkV，脈寬為 2-4μ s，頻率為 80-95HZ。
4. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2)中氬氣的氣壓為20-25Pa。
5. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟2)中濺射的速率為3-5nm/min。
6. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟3)中氮離子注入時的電壓為 3. 5-5. OkV，脈寬為 2-4μ s，頻率為 80-95HZ。
7. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟4)中重複的次數為3-5次。
8. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，包括以下步驟： 1) 先將經表面淬火處理的試樣進行氮離子的預注入；氮離子預注入時的電壓為 3. 5-5. OkV，脈寬為 2-4 μ s，頻率為 80-95ΗΖ ; 2) 在氣壓為20-25Pa的氬氣中進行鈦濺射； 3) 使用等離子體源離子注入進行氮離子注入；氮離子注入時的電壓為3. 5-5. OkV，脈 寬為2-4μ s，頻率為80-95HZ ; 4) 重複步驟1)-3)3-5次。
【文檔編號】C23C14/34GK104195521SQ201410472657
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】朱忠良 申請人:朱忠良