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Ti~+预注入对316L不锈钢升温N~+注入层结构及性能的影响研究

作　者: 王尉
导　师: 付志强
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 材料科学与工程
关键词: 316L不锈钢 Ti离子预注入升温N离子注入剂量
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

为了改善离子注入改性层薄的问题，本论文在研究钢表面Ti+注入及升温N+注入改性的基础上，提出利用Ti+预注入结合升温N+注入复合表面改性技术来提高离子注入合金化层的深度和硬度。本论文主要研究了Ti+预注入剂量对316L不锈钢升温N+注入改性层的影响，并考察了低能N+注入剂量对Ti+预注入+升温低能N+注入复合表面改性层的结构及性能的影响，结果发现：（1）当Ti+注入剂量的增加到1.0×1018ions/cm2时，表层硬度和耐磨性都是逐渐增加的，当Ti+注入剂量继续增加时其值反而有所降低。在Ti+注入剂量为1.0×1018ions/cm2时，注入层的表面硬度及抗磨性较基材分别提高了52%和21%。（2）Ti+预注入可以促进随后的300℃中能N+注入原子的扩散，且有利于平缓注入元素浓度随深度的分布。随着Ti+预注入剂量的增加，复合表面改性层的表层硬度和耐磨性都是随之先增加后降低的。在Ti+预注入剂量为1.0×1017ions/cm2，复合表面改性层的注N深度和表层硬度比只注N改性样品分别提高了37.5%和4.2%。在Ti+预注入剂量为1.0×1018ions/cm2时，复合表面改性层的耐磨性能最好，其耐磨性能较只注N改性样品提高了16.7%。（3）适当增加Ti+预注入剂量，可以显著改善Ti+预注入+400℃低能N注入复合表面改性层的合金化层深度、表层硬度以及耐磨性能。在预注Ti剂量为1.0×1017ions/cm2时，复合改性效果最显著，其合金化层深度、表层硬度以及抗磨性能较只注N改性样品分别提高了66.7%、29.9%和46.9%。（4）Ti+预注入+低能N+注入复合表面改性层表面硬度及抗磨损性能都比只注N改性样品有所提高；随着N注入剂量的增加，复合表面改性层和只注N改性层注N深度以及耐磨性能都是逐渐增大的；且注N剂量越大，预注Ti处理后对扩散的促进效果就越显著。在注N剂量为2.0×1019ions/cm2时，复表面合改性层注N深度比只注N改性后样品提高了68.3%。

全文目录

中文摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-27
  1.1 选题背景与项目依托  10-11
  1.2 研究现状与存在问题  11-25
    1.2.1 离子注入工艺  12-17
    1.2.2 离子复合改性技术  17-25
  1.3 研究内容  25-27
第2章实验材料与研究方法  27-37
  2.1 离子注入设备及工艺  27-34
    2.1.1 离子注入设备  27-30
    2.1.2 基体材料及预处理  30-31
    2.1.3 离子注入工艺  31-34
  2.2 离子注入层的分析检测方法  34-35
    2.2.1 表面形貌分析  34
    2.2.2 注入层的成分分析  34
    2.2.3 相结构的分析  34-35
    2.2.4 亚表层晶体缺陷分析  35
    2.2.5 力学性能分析  35
  2.3 摩擦磨损实验  35-37
第3章剂量对 316L 不锈钢 Ti~+注入改性层结构及性能的影响  37-46
  3.1 引论  37
  3.2 剂量对 316L 不锈钢 Ti~+注入改性层微观结构及性能的影响  37-45
    3.2.1 Ti~+注入层的表面形貌  37-39
    3.2.2 Ti~+注入层元素的深度分布  39-40
    3.2.3 Ti~+注入层的相结构  40-41
    3.2.4 Ti~+注入层的力学性能  41-42
    3.2.5 Ti~+注入改性后样品的耐磨性及磨损机理  42-45
  3.3 本章小结  45-46
第4章预注 Ti 剂量对中能 N~+注入改性层结构及性能的影响  46-58
  4.1 引论  46
  4.2 预注 Ti 剂量对中能 N 离子注入改性层的的影响  46-57
    4.2.1 复合注入改性层表面形貌  46-47
    4.2.2 复合注入改性层中 N 的深度分布  47-53
    4.2.3 复合注入改性层的物相  53-54
    4.2.4 复合注入改性层的力学性能  54-55
    4.2.5 复合注入改性层的磨损性能及磨损机理  55-57
  4.3 本章小结  57-58
第5章预注 Ti 剂量对低能 N~+注入改性层结构及性能的影响  58-68
  5.1 引论  58
  5.2 Ti 剂量对低能 N 离子注入改性层的影响  58-66
    5.2.1 复合注入改性层的表面形貌  58-59
    5.2.2 复合注入改性层中注入元素浓度随深度的分布  59-62
    5.2.3 复合注入改性层的相结构  62-63
    5.2.4 复合注入改性层力学性能  63-64
    5.2.5 复合注入改性层的耐磨性及磨损机理  64-66
  5.3 本章小结  66-68
第6章低能 N~+注入剂量对 Ti~+预注入改性层结构及性能的影响  68-77
  6.1 引论  68
  6.2 N 注入剂量对 Ti~+改性后样品的结构及性能的影响  68-76
    6.2.1 复合注入改性层的表面形貌  68-69
    6.2.2 复合注入改性层中注入元素浓度随深度的分布  69-70
    6.2.3 复合注入改性层的相结构  70-71
    6.2.4 复合注入改性层的力学性能  71-73
    6.2.5 复合注入改性层的耐磨性及磨损机理  73-76
  6.3 本章小结  76-77
第7章结论  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-87
个人简历  87

Ti~+预注入对316L不锈钢升温N~+注入层结构及性能的影响研究

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