离子注入技术改善表面性能的机理解析

高剂量的离子注入在金属材料表面引起辐射损伤，产生大量缺陷，如空位、空位团等，这些缺陷积聚在材料表面形成稠密的位错网络。由于位错和点缺陷的交互作用，注入的离子钉扎位错或被捕获，使注入所形成的位错固定不动。因此，注入离子本身对注入所引起的无序起着结点稳定作用，可获得非晶层。

当荷能粒子注入基体引起级联碰撞时，在级联碰撞区域最后一次离位碰撞，引起周围数十个阵点正离子剧烈震动，局部温升可达1000K以上，这时该区域的全部原子都处于运动状态，像热熔的液体一样，故称之为“热峰”。由于级联碰撞过程在10^-12s左右的瞬间完成，随后该加热区又迅速冷却，类似于急冷，从而可使无序状态固定下来形成非晶结构。

通过对等离子体基离子注入层形成的微观机制的深入研究，可以将钢基体中离子注入氮提高表面层性能的机理归纳如下：

1）离子注入的轰击作用会引起辐照损伤形成空位、间隙原子、高密度位错网络等，引起点阵畸变。

2）高浓度离子的注入可促进高硬度化合物相形成，产生弥散强化。(www.xing528.com)

3）形成的非晶态基本上是各向同性的，因而不易出现由缺陷诱发的各种形变，提高材料表面的强度和硬度。

4）离子注入可以使晶粒细化，而晶粒细化不仅可提高屈服强度，而且有益于提高韧性。

5）注入表层的离子还可以轰击碎化表面脆性相的网络结构，提高改性层韧性。

6）注入离子挤入表面区域，在材料中产生残余压应力。