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对2Cr13不锈钢表面进行了等离子体浸没离子注入(PIII)与离子束增强沉积(IBED)复合强化处理.对强化后的试样进行了俄歇电子能谱(AES)、X光电子能谱(XPS)分析及显微硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能测试.结果表明,处理后的试样表面层中含有强化相TiN和CrN;与基体相比,被处理试样的显微硬度显著增大,最大增幅达80.4%;摩擦系数降至0.2～0.3,磨痕宽度最大减少了近4倍;腐蚀电位最大提高了5倍,腐蚀电流密度减少了26倍.磨损中粘着现象大大减轻,耐磨耐蚀性能得到了显著改善.

关键词: 全方位离子注入(PIII) , 离子束增强沉积(IBED) , 2Cr13不锈钢 , 耐磨耐蚀性能

TiC薄膜对轴承钢表面滚动接触疲劳寿命和力学性能的影响

刘洪喜 , 王浪平 , 王小峰 , 黄 , 磊 , 汤宝寅

金属学报

摘要利用等离子体浸没离子注入与沉积（PIII&D）技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了碳化钛（TiC）薄膜.测试了合成薄膜后试样表面的化学组成、摩擦磨损性能、纳米硬度、弹性模量和滚动接触疲劳寿命，观察了疲劳破坏后试样断面的光学形貌.XRD结果表明处理后试样表面形成了TiC相.光学显微镜下疲劳裂纹的萌生和扩展形貌揭示出疲劳破坏可能存在表面磨损和膜层剥离两种形式.在赫兹接触应力为5.1GPa，90%置信区间条件下的疲劳寿命延长了5.5倍；最大微观硬度和弹性模量分别增加了28.4% 和 12.1%；相同磨损条件下的摩擦系数从0.95下降到0.15.因此，PIII&D技术能有效的提高轴承钢的滚动接触疲劳寿命和改善其表面的综合机械性能.

关键词: 等离子浸没离子注入与沉积 , Titanium carbide film , Rolling contact fatigue (RCF)

钇的预注入对Ti-6Al-4V合金氮等离子体浸没离子注入行为的影响

王浪平 , 汤宝寅 , 王小峰 , 王松雁 , 刘爱国 , 田修波

中国稀土学报

为了提高氮等离子体浸没离子注入Ti-6Al-4V合金时氮原子的峰值深度, 利用钇来增加氮在基体中的注入深度和扩散深度, 先用20 kV的电压进行钇等离子体浸没离子注入处理, 然后用30 kV的电压进行氮等离子体浸没离子注入处理. 俄歇能谱测试表明氮原子的峰值深度有明显提高, 注钇时间为30 min的试件, 氮原子的峰值深度从50 nm上升到100 nm. 摩擦性能测试表明处理后试件的抗磨损能力大大提高.

关键词: 稀土 , 钇 , 钛合金 , 等离子体浸没离子注入 , 峰值深度

钛合金的等离子体浸没离子注入表面强化处理

刘洪喜 , 汤宝寅 , 王浪平 , 王小峰

稀有金属材料与工程

研究了等离子体浸没离子注入(PⅢ)技术对Ti6Al4V合金表面性能的影响.分析比较了灯丝放电PiⅢ和射频辉光放电PⅢ对基体表面进行氮离子注入后的改性效果.应用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)分析了注入层的相组成和组织结构；测试了经不同PⅢ工艺参数处理后试样的显微硬度和摩擦磨损性能.结果表明：氮离子注入使Ti6Al4V的粗大晶粒(α-β相)转变为细小致密的晶粒,表面层中形成了耐磨相TiN；处理后试样表面的显微硬度提高了80％,摩擦系数降到0.16,抗磨损性能得到了显著提高.

关键词: 等离子浸没离子注入 , Ti6Al4V , 显微硬度 , 摩擦磨损性能

9Cr18轴承钢表面不同等离子体浸没离子注入强化处理技术研究

刘洪喜 , 汤宝寅 , 王小峰 , 王浪平 , 于永澔 , 孙韬

材料科学与工程学报 doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2005.02.004

采用不同的等离子体浸没离子注入(PⅢ)工艺在9Cr18轴承钢表面进行了气体、金属、金属加气体的离子注入和碳化钛(TiC)、类金刚石(DLC)薄膜的等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢD).对处理后的试样进行了X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)和拉曼光谱(Raman)分析;测试了处理前后试样的显微硬度、磨痕宽度和摩擦系数.结果表明:处理后试样表面均形成了不同的改性层,且改性层中化学组成和各元素的浓度-深度分布随处理工艺的不同而变化;处理后试样的显微硬度都有较大提高,最大增幅达77.7%;表面摩擦系数由0.8下降到0.16;磨痕宽度减少了23倍;与PⅢ工艺相比,相同参数下,PⅢD处理后的试样表面综合性能更加优异.

关键词: 等离子体浸没离子注入(PⅢ) , 等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢD) , 9Cr18轴承钢 , 摩擦磨损性能

等离子体浸没离子注入改善45钢的摩擦学性能

刘洪喜 , 汤宝寅 , 王浪平 , 王小峰 , 于永澔 , 孙韬

材料热处理学报 doi:10.3969/j.issn.1009-6264.2004.06.020

采用灯丝放电和射频(RF)辉光放电等离子体浸没离子注入(PⅢ)工艺对45钢表面进行了氮离子注入强化处理.通过X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度、针-盘磨损和电化学腐蚀试验等测试手段,分析比较了经灯丝放电PⅢ和RF辉光放电PⅢ改性后试样表面元素的浓度分布、显微硬度、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能.结果表明:不同条件下的氮离子注入均能提高45钢表面的显微硬度、耐磨性和抗腐蚀性能;且RF辉光放电PⅢ处理后试样的显微硬度提高了76.8%,摩擦系数下降到0.3,与灯丝放电PⅢ处理后的试样相比,其表面强化效果更加明显.

关键词: 等离子体浸没离子注入(PIII) , 45钢 , 摩擦磨损性能 , 耐腐蚀性

TiC薄膜对轴承钢表面滚动接触疲劳寿命和力学性能的影响

刘洪喜 , 王浪平 , 王小峰 , 黄磊 , 汤宝寅

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2006.11.015

利用等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢ&D)技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了Ti-C薄膜.测试了合成薄膜后试样表面的化学组成、摩擦磨损性能、纳米硬度、弹性模量和滚动接触疲劳寿命,观察了疲劳破坏后试样断面的光学形貌.XRD结果表明处理后试样表面形成了TiC相.光学显微镜下疲劳裂纹的萌生和扩展形貌揭示出疲劳破坏可能存在表面点蚀和膜层剥离两种形式.在Hertz接触应力为5.1 GPa,90%置信区间条件下的疲劳寿命延长了5.5倍;最大微观硬度和弹性模量分别增加了28.4%和12.1%;相同磨损条件下的摩擦系数从0.95下降到0.15.

关键词: 轴承钢 , 离子注入 , TiC薄膜 , 疲劳寿命 , 摩擦磨损性能

氟离子注入纯Ti表面改性对成骨细胞I型胶原形成和表达的影响

刘慧颖 , 王学金 , 王浪平 , 王小峰 , 艾红军

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2008.12.014

应用等离子体浸没离子注入装置对纯Ti表面进行氟离子注入,通过SEM和XPS分析研究材料的表面形貌和化学组成.将MG-63成骨细胞接种于氟离子注入前、后的Ti样品表面,采用激光共聚焦显微镜观察材料表面对成骨样细胞MG-63I型胶原形成的影响;逆转录聚合酶链反应检测I型胶原mRNA的表达;蛋白印迹法检测I型胶原蛋白的表达.结果表明,氟离子注入后Ti样品表面新出现TiF3;且MG-63细胞在其表面分别培养6,24和48 h后,I型胶原的形成和表达均明显高于纯Ti表面.含氟表面改性层可提高Ti材料的生物相容性.

关键词: 等离子体浸没离子注入 , Ti , 氟离子 , 成骨细胞 , I型胶原