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图片致谢:vchal / shutterstock.com 模具制造商一直寻找最完美的解决方案,包括一个困难和艰苦的表面容易产生可行的但耐磨材料。为此,离子注入,包括使用一个中等温度过程显著改善工具组成的低碳钢材的表面特征,展示了不错的效果。 离子注入的发展离子注入了芯片制造工艺在1970年代通过允许控制水平的特定金属元素引入到地表和近地表的半导体层通过使用可控的硬真空离子束。从那时起,这种技术被用于各种各样的方式,尤其是在半导体行业作为掺杂材料的一种方法。亚博网站下载然而,冶金学家和工程师最重要的发展涉及到使用这种技术引入精确控制地表和近地表属性材料以相对较低的加工温度低于200°C。亚博网站下载结果,研究人员已经开发出低碳钢,例如,表现出较高的表面硬度,以及延长寿命的切割,切割和冲压工具20个或更多的因素。此外,这一技术也被用于近地表属性的改变铝、钛、陶瓷和其他绝缘材料。亚博网站下载 最初UKAEA哈维尔的开发实验室,离子束注入现在可以作为工业规模过程,允许工具来增加硬度、疲劳寿命、耐蚀性和准确性的形式产品。通过减少不必要的磨损和摩擦,离子束注入过程已经证明了他们的能力显著延长工具寿命。 这个过程使用的主要技术引入外来元素变成固体,离子注入内进行真空室。从本质上说,这种技术涉及加速离子的速度大约103理科硕士1通过电场,通常约100 kv,统一和控制的方式。高速离子的光束集中在工件,穿透表面,根据离子的类型,将产生机械和化学变化。这些变化可以精确控制不同的离子束的强度。虽然过程不需要直接加热的工件,大多数离子束过程将操作温度范围内的150°C到200°C,这取决于离子通量的水平。 表面硬化过程的重要性处理的表面磨损时,原子被困的间质金属结构成为表面脱落,可能分散深入。随着这一过程的继续,原子继续关闭微裂隙。这阻碍了裂纹扩展的工件,导致更好的耐磨性。它还可以防止氧气和其他潜在的进入腐蚀性化合物。 离子注入的累积效应产生显著的好处。这些好处已被证明特别有用的工具用于挤出聚合物。填充材料,通常是硅或玻亚博网站下载璃纤维材料,悬浮在液体塑料引起广泛的穿在模具和邻门地区。虽然这穿本身就是一个问题,它变得非常关键,变形模具用于生产成品塑料组件上的特殊表面效果。少量的穿可以产生光滑和闪亮的地区成型,最终使无用的工具。逆转这些影响,昂贵和耗时re-texturing过程通常是必需的。的频率可以驻扎re-texturing氮离子注入。 氮植入氮是最常见的离子用于冶金应用程序。离子穿透工件的表面时,部分离子将挂钩微裂隙,而其他人将填满格子空间晶体结构或发生化学反应形成化合物;无论通道离子,重新晶格属性将出现。总的来说,氮离子注入不断证明它能够显著提高硬度和耐磨性能。事实上,超过90%的非电的离子注入的应用利用氮离子。 高碳钢模具钢通常是由高碳与低温钢宽容。这些材料由高亚博网站下载温热处理造成不利影响,因为这些材料往往会遭受重大扭曲或损失的硬度在温度高于200°C。离子注入可以改善原始表面的性质与微不足道的失真或氧化效果,同时也生产表面硬度在1100年和2000年之间高压。这个结果在工具寿命大幅度提高,可达10倍在某些情况下,镀铬工具表面。注射和挤出熔融塑料螺丝用于泵还可以极大受益。这里,离子注入生产低摩擦、耐磨表面上的螺钉和盟军组件。 生产能力
哈维尔离子注入过程被发明以来工业-金属加工技术,规模的大小可用植物稳步增长来满足商业市场的需求。此外,大量的商业运作已经许可的过程。企业,如剑桥Tecvac Wallwork集团的一员,提供合同离子注入服务,以及制造业资本植物满足专业需要重大工程和研究企业。典型的离子离子注入机由一个大硬真空室和一个旋转表移动组件下鞍场离子源。鞍场源,它最初是由哈维尔实验室,由一个直径70毫米(mm)的石墨管150毫米槽提供的离子束150 x 150毫米300毫米的距离。这给了一个氮离子束离子强度3 x 1017厘米2人力资源1。 工件的最高温度取决于离子通量。这是由计算机控制系统,用于控制气体流量目前提供指定的离子束剂量的工件,以及维护系统预设的温度范围内。 商用离子注入设备与标准的一半或一米立方真空室可以使用扩展app亚博体育管容纳大型工件到两米长,如图2所示。Tecvac设计可以包括一个额外的离子源双处理速率,以及替代真空系统,可用于提供低温泵。电子束蒸发枪或磁控管源也可以允许ion-assisted涂料或ion-assisted溅射,增加这两个机器的通用性。 离子注入的优点超过其他涂层程序使用离子注入有关的一个重要优势是处理工件表面是不可或缺的一部分,不受到任何可能的可能是由于涂料的附着力问题。此外,适度加热与几乎消除了任何失真的风险或氧化过程的影响。离子注入产生任何工件尺寸变化。 未来的发展该技术在冶金领域继续发展。元素可以使用其他比氮;例如,稀土元素钇等可用于生产高润滑性、耐腐蚀表面。这些和其他离子注入的发展将继续扩展选项工具必须使用中等温度处理方法同时实现所需的表面硬度工具寿命长。 最近的进步一些最近的研究调查了使用等离子体浸没离子注入来改善表面阻力性能的材料。亚博网站下载例如,使用的材料在海洋石油亚博网站下载开采过程中,这常常导致supermartensitic不锈钢的表面(短信)被沙子颗粒侵蚀。yabo214通过氮化短信表面等离子体浸没离子注入在大约10 kV高电压,研究人员发现,表面硬度盛行,弹性恢复紧张表面改进和铬损耗水平显著降低。这些属性的改进是归因于离子浸技术的能力产生分层,紧凑的短信和硬层。 如前所述,冶金学的研究越来越感兴趣的可能性扩大用于离子注入离子的类型。为此,最近的一项研究发现,与光六角氮化硼离子的注入了表层组成的纳米颗粒。yabo214表面出现从这项研究发现展览micro-indentation后显著提高硬度的特点。这项研究还发现,任何狮子离子,除了霓虹灯的行为似乎有所不同,可以产生这些硬度的提高。 源和进一步阅读
本文是在15更新th2019年3月。
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