專利名稱：?jiǎn)钨|(zhì)硫的硫離子復(fù)合注入技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明采用單質(zhì)硫在金屬離子注入系統(tǒng)或桶式氣體離子注入系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)硫離子注入及硫離子復(fù)合注入技術(shù)，屬于材料表面改性技術(shù)。
新型真空弧式金屬離子注入系統(tǒng)和桶式氣體離子注入系統(tǒng)，離子束斑大(200cm2)，可適合工業(yè)應(yīng)用。在金屬離子注入系統(tǒng)(如MEVVA源)中，須采用導(dǎo)電的金屬做為陰極，使其蒸發(fā)電離成金屬離子，實(shí)現(xiàn)金屬離子注入;在氣體離子注入系統(tǒng)中，僅能用于氮?dú)?、氬氣等氣體離子注入。因此，在現(xiàn)有條件下，均不能實(shí)現(xiàn)硫離子注入技術(shù)。
現(xiàn)有的硫離子注入方法是利用含硫物質(zhì)在弗利曼離子源上，經(jīng)過(guò)能量分析器，將硫離子分離、引出并注入到材料表面，這種硫離子注入技術(shù)，束斑小、工藝復(fù)雜、工業(yè)應(yīng)用性差。
本發(fā)明的目的是采用單質(zhì)硫做為產(chǎn)生硫離子的原料，在金屬離子注入系統(tǒng)和桶式氣體離子注入系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)硫離子復(fù)合注入技術(shù)。
結(jié)合


本發(fā)明的實(shí)施步驟圖1是金屬離子注入系統(tǒng)圖(1)陰極、(2)絕緣體、(3)觸發(fā)極、(4)陽(yáng)極、(5)第一電極、(6)第二電極、(7)第三電極、(8)試件、(9)真空室。將陰極(1)制成盲孔形狀陰極、在陰極盲孔底部均布小于0.3mm直徑的小孔，然后向陰極內(nèi)熔入單質(zhì)硫。
把清洗好的試件放入真空室，真空抽至10-4～10-3Pa時(shí)，在陰極(1)和觸發(fā)極(3)之間施加觸發(fā)電壓，在陰極上產(chǎn)生陰極真空弧，引起金屬蒸發(fā)，由于陽(yáng)極(4)和陰極(1)之間電場(chǎng)作用，形成金屬等離子體。此時(shí)，由于陰極濺射作用，導(dǎo)致單質(zhì)硫的蒸發(fā)和濺射并形成硫等離子體，硫離子產(chǎn)額取決于弧流電流大小，弧流越大，硫的濺射量和蒸發(fā)量越大，在電極(5)、(6)、(7)的作用下，引出硫離子束。從而在金屬離子注入系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)單質(zhì)硫的硫離子復(fù)合注入技術(shù)。
圖2是桶式氣體離子注入系統(tǒng)進(jìn)行硫離子注入的示意圖(1)硫真空加熱蒸發(fā)裝置、(2)微調(diào)閥、(3)燈絲、(4)陽(yáng)極、(5)永久磁鐵、(6)第一電極、(7)第二電極、(8)第三電極、(9)試件、(10)真空室。
首先將離子注入系統(tǒng)和硫真空加熱裝置抽真空至10-4～10-3Pa，然后將硫加熱至200～400℃，產(chǎn)生硫蒸氣，經(jīng)微調(diào)閥控制進(jìn)入離子注入系統(tǒng)，氣壓為10-3Pa量級(jí);調(diào)整燈絲電流大小和弧流大小，產(chǎn)生硫等離子體;在電極(6)、(7)、(8)電場(chǎng)的作用下，引出硫離子束注入到材料表面，從而在氣體離子注入系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)單質(zhì)硫的硫離子注入技術(shù)。
本發(fā)明的硫離子注入技術(shù)，束斑大(200cm2)、工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染。可應(yīng)用于精密零件、工模具、宇航軸承等表面改性技術(shù)，降低摩擦系數(shù)、延長(zhǎng)使用壽命。本發(fā)明技術(shù)具有工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)。
本發(fā)明實(shí)施舉例1.在金屬離子注入系統(tǒng)中進(jìn)行單質(zhì)硫的硫離子復(fù)合注入。
將直徑φ6mm的鉬陰極、鉆φ4mm盲孔，在盲孔底部均布0.1～0.2小孔，在陰極孔內(nèi)熔入單質(zhì)硫。將系統(tǒng)抽至真空10-3Pa后，設(shè)定弧流60A、脈沖頻率10HZ、加速電壓50KV、劑量1×1017ions/cm2，進(jìn)行硫離子復(fù)合注入。
圖3是離子注入純鐵試樣的俄歇分析圖硫和鉬元素注入材料表層分布如圖所示，注入深度300

左右，實(shí)現(xiàn)硫、鉬離子復(fù)合注入。
2.在氣體離子注入系統(tǒng)中進(jìn)行單質(zhì)硫的硫離子注入。
將單質(zhì)硫裝入硫真空加熱蒸發(fā)裝置后，將該裝置和氣體離子注入系統(tǒng)抽真空至5×10-4Pa，將硫加熱至350℃產(chǎn)生硫蒸氣，調(diào)整微調(diào)閥，使系統(tǒng)真空維持在5×10-3Pa～8×10-3Pa范圍內(nèi)，調(diào)整燈絲電流50A，弧流12A，引出電壓50KV，實(shí)施硫離子注入。
權(quán)利要求
1.在金屬離子注入系統(tǒng)和桶式氣體離子注入系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)硫離子復(fù)合注入技術(shù)的技術(shù)特征在于在金屬離子注入系統(tǒng)中，將單質(zhì)硫置于金屬或?qū)щ婓w的陰極載體上，由金屬弧引發(fā)硫蒸氣、產(chǎn)生硫等離子體，實(shí)現(xiàn)硫-金屬離子復(fù)合注入技術(shù)；在桶式氣體離子注入系統(tǒng)中采用硫真空加熱，加熱至200～400℃，產(chǎn)生硫蒸氣，輸入至氣體離子注入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單質(zhì)硫的硫離子注入技術(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單質(zhì)硫的硫離子復(fù)合注入技術(shù)的特征在于金屬離子注入系統(tǒng)的本底真空度10-4Pa，加速電壓20～80KV，離子束流強(qiáng)0～10mA，脈沖頻率0～20HZ，弧流0～200A，束斑面積200cm2;桶式氣體離子注入系統(tǒng)本底真空度10-4Pa，燈絲電壓0～20V，燈絲電流0～100A，引弧電壓0～100V，引弧電流0～50A，加速電壓20～100KV，束斑面積200cm2。
全文摘要
本發(fā)明技術(shù)，采用單質(zhì)硫在金屬離子注入系統(tǒng)和桶式氣體離子注入系統(tǒng)中實(shí)施硫離子注入和硫-金屬離子復(fù)合注入材料表面改性技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)具有束斑大、無(wú)污染、工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。適用于宇航工程、機(jī)械工程中的高精度部件的材料表面改性。
文檔編號(hào)C23C14/48GK1084904SQ9211130
公開日1994年4月6日 申請(qǐng)日期1992年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月29日
發(fā)明者李國(guó)卿, 聞學(xué)亞, 史維東 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)