[发明专利]一种金属表面离子注入强化方法

权利要求书

1.一种金属表面离子注入强化方法，其特征在于，按下述步骤进行：

①使用砂纸对金属件的待离子注入面进行打磨；

②对金属件超声清洗，保证待离子注入表面的清洁；

③将金属件置于离子注入真空系统靶盘中央位置并抽真空至工作状态；

④根据需引入的压应力层厚度，选取相应的注入离子和一组电压、束流、剂量对金属件表面进行高能离子注入处理；

⑤对离子注入处理前后的金属件进行X射线衍射检测，通过对比X射线衍射谱来确定离子注入面的应力状态；

⑥若未引入压应力，则根据X射线衍射检测结果来调整离子注入的电压和电流，继续重复上述步骤①-⑤直至在制件表面层引入压应力；

⑦若已引入压应力，从而得到离子电压、离子束流和离子种类，最后对金属件进行批量离子注入处理来提高金属的抗疲劳性能。

2.根据权利要求1所述的金属表面离子注入强化方法，其特征在于：所述步骤①中金属的离子注入处理面需达到普通镜面效果，粗糙度要求为0.01-0.06 μm。

3.根据权利要求1所述的金属表面离子注入强化方法，其特征在于：所述步骤②中超声清洗方法是丙酮超声清洗5分钟，无水乙醇超声清洗5分钟，前后反复2-3次，吹干备用。

4.根据权利要求1所述的金属表面离子注入强化方法，其特征在于：所述步骤③中离子注入真空系统的真空度需要10^-4Pa及以上。

5.根据权利要求1所述的金属表面离子注入强化方法，其特征在于：所述步骤④中引入的压应力层厚度满足函数：，其中x是单个入射离子的射程，x₀是靶材中入射离子最大富集层距离表面的距离，Δx_p为入射离子射程的高斯函数标准偏差。

6.根据权利要求1所述的金属表面离子注入强化方法，其特征在于：入射离子能量与压应力层厚度满足微分方程：，其中S(E)单个入射离子停止运动需消耗的能量。

7.根据权利要求1所述的金属表面离子注入强化方法，其特征在于：所述束流大小应保证使金属材料产生回火反应，可根据如下方程进行计算：，其中为靶体温度，为环境温度，I为束流，E为入射离子能量，A为离子注入面积。

8.根据权利要求1所述的金属表面离子注入强化方法，其特征在于：高能离子入射方向垂直于靶材表面来保证其最小的表面溅射量。

9.根据权利要求1所述的金属表面离子注入强化方法，其特征在于：所述步骤⑤中X射线衍射检测采用连续扫描法，扫描速度为7°/min，扫描范围为15~90°，离子注入后X射线衍射谱相对于注入前X射线衍射谱向右移动判定为在离子注入面引入压应力。