离子注入和扩散涂层：原理和应用

1.离子注入

离子注入就是将某种元素的原子电离，在高压电场中使其加速获得高速度，以此注入固体材料表面，以改变材料表面的物理化学性能。离子注入可使金属材料表面陶瓷化、金刚石化，由于离子是依靠高速硬挤到金属内部中，它和金属原子掺和在一起，没有明显的界面，所以不容易剥落。

离子注入是将某一表面暴露在一束离子化的颗粒中，离子被嵌入并在基体的间隙位置被中和形成固溶体，材料的整体性能未被改变。目前该技术在镁方面的应用信息很少，然而针对AZ91注入N₂⁺的腐蚀保护研究表明，采用一定剂量的离子可以抑制镁的腐蚀。

2.浸入金属等离子体中的离子注入与沉积(www.xing528.com)

在金属等离子体中的离子注入与沉积（MPIID）工艺中，基体被浸入一种金属等离子体中并在样品上施加脉冲负高压，从等离子体提取离子，然后加速到基体并注入。在脉冲暂停期间，低能金属离子在表面沉积。金属等离子体通常是由阴极弧光放电产生的。MPIID在金属沉积之前，通过去除其表面氧化物和产生一层离子注入的混合层。该技术在镁上沉积铬，膜层厚度为200～300nm，这些膜层的腐蚀行为受到所形成的相互混合层的强烈影响，当颗粒含量降低时，腐蚀电位变得更加不活泼，说明样品的钝化增加，这归因于膜层缺陷数量。该技术的主要限制是其遮蔽效应性质，这使得难以加工复杂形状的零件。

3.扩散涂层

通过加热在惰性气氛中与粉末涂层材料接触的待处理零件即可获得扩散涂层，该工艺通过涂层材料在高温下向基体材料内部扩散而生成合金涂层。最近，该技术已被用于AZ91D镁合金上制备铝扩散涂层。扩散涂层是在450℃下，在某一种惰性气氛中将镁在铝粉中热处理1h而形成，在表面形成一层厚750μm的Mg-Al金属间化合物，所形成的金属间化合物层具有表面裂纹，但是在反应层与镁合金基体界面附近却未观察到裂纹和孔隙，所生成的表面层主要由α-Mg和β-Mg₁₇Al₁₂组成。