[发明专利]等离子体源离子束混合注入对金属表面改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属改性的方法，尤其涉及一种等离子体源离子束混合注入对金属表面改性的方法。

背景技术

离子注入最先应用于半导体器件的生产。近十几年来,随着高科技的发展和对金属材料表面性能的更高要求，人们将离子注入技术应用于金属材料的表面改性，取得了很大进展。现有的材料的离子注入技术，已知的有离子束离子注入和等离子体源离子注入。前者可进行气体或金属离子的注入，但有视线过程，只适宜于平板型材料的离子注入；等离子体源离子注入(PSII)是新近研制出的一种可代替束线加速器的技术，可方便地对复杂形状的靶进行离子注入。在PSII中，欲注入的靶直接放在等离子体室中，其上相对器壁加一脉冲负高压。离子通过离子鞘向靶面垂直地加速，对不同形状的构件可以进行全方位离子注入，但只适宜于气体离子的注入。

所有离子注入层的深度都不大于0.5μm，如United States Patane,No.4764,394,Accq,16,1988,Cost-effective Ion Implantation，《Advaned Materia′s&amp；Processes，Vol，136，No6，Dec，1989.49。

采用磁控溅射、空心阴极离子镀和真空阴极电弧离子镀等技术，虽可获得厚度为几个μm甚至更厚的镀层，但镀层与基板(工件)有界面，结合力差，容易剥落，如John L.Vossonetal.《Thin Film Processes》，Academic Press，1978，S.komiya et，al.Japan，《J.Appl.Phys.》2ptl(1974)415，United States Patant No.3793179，United States Patant No.3719582所公开的内容。近年来出现了离子束混合技术，即把溅射沉积与离子束离子注入结合，可以消除界面，提高镀层与基板的结合力，在金属表面的改性可大有作为。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体源离子束混合注入对金属表面改性的方法，通过采用离子束混合技术实现。经本发明方法处理后的金属表面平滑，硬度和耐磨性得到了极大的提高。

本发明所提供的等离子体源离子束混合注入对金属表面改性的方法，包括如下步骤：

1、一种等离子体源离子束混合注入对金属表面改性的方法，包括如下步骤：

1)先将试样进行氮离子的预注入；

2)在氩气中进行钛溅射；

3)使用等离子体源离子注入进行氮离子注入；

4)重复步骤1)-3)2次以上。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，步骤1)中所述试样预先经表面淬火处理。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，步骤1)中氮离子预注入时的电压为3.5-5.0kV，脉宽为2-4μs，频率为80-95Hz。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，步骤2)中氩气的气压为20-25Pa，例如为21Pa、23Pa、24Pa等。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，步骤2)中溅射的速率为3-5nm/min，例如为3.2nm/min、3.8nm/min、4.1nm/min、4.4nm/min、4.9nm/min等。溅射的速率小于3nm/min，则无法保障表面结合强度，溅射的速率大于5nm/min则会也会影响结合强度的提高并且不利于形成表面光滑均一的外观。因此本发明选择溅射的速率为3-5nm/min。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，步骤3)中氮离子注入时的电压为3.5-5.0kV，脉宽为2-4μs，频率为80-95Hz。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，步骤4)中重复的次数为3-5次。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，包括以下步骤：

1)先将经表面淬火处理的试样进行氮离子的预注入；氮离子预注入时的电压为3.5-5.0kV，脉宽为2-4μs，频率为80-95Hz；

2)在气压为20-25Pa的氩气中进行钛溅射；

3)使用等离子体源离子注入进行氮离子注入；氮离子注入时的电压为3.5-5.0kV，脉宽为2-4μs，频率为80-95Hz；

4)重复步骤1)-3)3-5次。

经本发明方法处理后的金属表面平滑，外观美观，并且合金表面的硬度和耐磨性也得到了极大的提高。

具体实施方式