[发明专利]基于强流脉冲离子束技术降低超硬多层薄膜残余应力的方法

摘要

一种基于强流脉冲离子束技术降低硬质薄膜残余应力的方法，属于材料表面工程技术领域。该方法利用强流脉冲离子束发生装置产生不同能量密度和束流密度的C/H混合离子束，对多层薄膜进行不同次数的辐照处理，比较辐照前后薄膜残余应力的变化，对不同种类的薄膜确定最优辐照参数。该方法适用于不同种类的均质和非均质超硬多层薄膜，能量转换效率高，具有很好的能量沉积深度分布。设备结构紧凑，辐照作用面积大，影响深度深，在一个脉冲内，可处理的面积达100cm2以上，并且由于动量反冲作用，其辐照影响区域远大于离子射程。由于辐照作用是全方位的，非常适合异型工件，可靠性高，重复性好，高效节能，成本低，应用前景广。

主权项

一种基于强流脉冲离子束技术降低超硬多层薄膜残余应力的方法，其特征在于包括如下步骤，(1)产生强流脉冲离子束：采用聚合物阳极的单极脉冲模式外磁绝缘离子二极管产生C/H离子束：30％Cn+和70H+，根据不同薄膜采取加速电压为300～350kV，脉冲宽度为70ns，不同的束流密度和辐照次数；(2)切割薄膜样品，利用X射线衍射技术测量薄膜样品的相结构；(3)将样品放入辐照室，抽真空至10‑3Pa；(4)采用不同的束流密度对薄膜进行辐照处理；利用X射线衍射技术测量每次辐照前后薄膜样品的相结构；根据衍射峰的偏移量，计算薄膜样品的应力变化；HIPIB辐照前薄膜中存在的应力为： F 1 = E 2 γ · ϵ 1 = E 2 γ · d 0 - d 1 d 1 HIPIB辐照后薄膜中存在的应力为： F 2 = E 2 γ · ϵ 2 = E 2 γ · d 0 - d 2 d 2 辐照前后薄膜应力的变化： ΔF = F 2 - F 1 = E · d 0 γ · ( 1 d 2 - 1 d 1 ) ΔF = F 2 - F 1 = E · d 0 γ · ( 1 sin θ 2 - 1 sin θ 1 ) E‑涂层材料的弹性模量γ‑涂层材料的泊松比d0‑涂层材料的标准晶面间距ε‑涂层的应变根据以上计算结果，确定最优的辐照参数。