提高工具使用寿命的离子注入工艺技术论文及外文文献
1 离子注入法的由来
离子注入工艺原来是用于制造半导体器件以提高材料的耐磨性及抗腐蚀性的。现在这一工艺正应用导电动工具及其其他钢件上来，据称工件的使用寿命可提高三倍。用于硬质合金模具等也取得了很好的效果。
英国“原子能研究所”（AERE，设在Harwell）的科学家们声称发展了一种工艺，可使许多工程材料的耐磨性和抗蚀性大大提高，该工艺原用于制造半导体器件的。此工艺为离子注入法。事实表明，对于处理相轴承、模具、刀具和侧刀等这样一些钢制工件，结果可使表面性能提高三倍。
现已发现，工件在未淬硬状态时经过离子注入处理后的使用寿命要比经过热处理的同样工件高三倍。淬硬后经过离子注入处理的工件，证明也可提高使用寿命。这种工艺并部局限于一般的淬火钢件，对各种奥氏体钢同样也取得很好的效果。可以充分证明离子注入法是一种可站住脚的、替换渗碳、氮化和镀铬的工艺——采用的是价值约为5万英镑的设备，不久即可购买到。
2 离子注入法的具体操作
离子注入处理是在真空条件下进行的，这种工艺与电子束焊接法具有某些基本相似之处。某种选定元素的离子是在高能束内被投射到待加工工件的表面上去。这种具有离子注入作用的高能束与电子束焊接法不同，它在距离能源远时会扩散，从而原子的粒子可在较大的表面面积上注入工件。
注入的原始深度较小，其变化范围为10～100层原子，但这种工艺方法有一种奇怪而又未得到圆满解释的特点，即经过一段时间后，这些粒子会向内层移动。当工件的表面磨损和发生错位时，据认为会出现这种粒子移动现象，于是所注入的原子会在内部移动而连接到一起。这种现象和应变时效过程中所发生的情况相似，从而在表层材料被磨损掉以后的长时间内仍具有持续的耐磨性和抗腐蚀性。因此，较浅的离子原始注入层能在相当深的范围内长时期地控制着工件表面地特点和性能。
3 离子注入法的优越性
在Harwell的离子注原文请找腾讯752018766辣,文-论'文"网http://www.751com.cn 为被注入元素的原子浓度一般不会超过15％。因此，在出入层及其分界面之间没有十分清晰的边界，且无剥落或分界面腐蚀的危险。
正如Harwell所描述的情况一样，工程材料在低温进行注入处理时可避免变形和回火软化现象。这种工艺干净，且不需使用有毒的化学药品，从而工件可保持其表面光泽，不必对工件再进行清理或切削加工。因这种工艺是在受到控制的环境条件下进行的，所以可利用离子所带的电流很方便地对其进行控制。因此，易于实现自动化。
当采用离子注入法来提高金属表面的耐磨性时，其目的是要引进碳或氮这类原子，使其与原材料的原子间形成紧密结合或使表面错位而结合。这些都具有使材料表面硬化的作用。这种轰击效应与冷作加工或喷丸处理所产生的撞击作用没有什么不同，但最后不会使材料表面的形状发生变化。为了容纳注入的原子而引起的尺寸变化始终都未超出正常的技术公差。
离子注入工艺使硬质合金所提高的耐磨性甚至比钢所提高的耐磨性更大。这里，用于加工紫铜或钢的某些拉丝和金属成形加工用硬质合金模具的寿命已提高了5～100倍。斯太立特合金也有同样的提高，且两种材料的磨损大为减少。正如加工钢时一样，硬质合金模具在磨损到比原来注入深度深很多倍以后的很长时间内都显示出了离子注入法的优越性。
对硬质合金的这种作用，再次被认为是由于一些移入的元素在晶界上可能形成结合力很大的键所致。使硬质合金模具的使用寿命提高的好处远远超过了注入工艺的费用。
离子注入法又是一种提高耐腐性的有效工具。可以注入诸如铬、铝和硅这样的一些元素。虽然这些元素可形成十分稳定和粘着性好的氧化物而有效地保护金属，但这些元素部容易移入。这样，这种工艺就失去了其主要优点，因为如果非常薄地注入层被磨损掉地话，不会得到自然补偿。
然而，其他元素却具有所要求地这种性能。尤其是注入一些稀土元素已得到证明，可使例如含铬地不锈钢在850℃地二氧化碳气体中曝露了8个月后，其高温氧化速度降低。据认为，这些元素是沿着引起腐蚀作用地氧所通常采取的相同线路而优先移入的。因此，这些元素正好是在这条线路上形成阻止氧通过的障碍物。在耐腐蚀性较重要的场合下，采用合金钢这样的一些合金材料时，因其可加工性、强度、成本或热特性等可能较差而不太合用，故离子注入法可为这类材料提供一种可供选择的理想工艺。1792