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铜合金离子注入层的组织结构及摩擦特性

作　者: 韩锦珠
导　师: 战再吉
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 离子注入 XPS分析 铜合金 摩擦磨损
分类号: TG115.58
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要


本文的研究目的是在不降低La2O3/Cu和C/Cu两种弥散强化铜合金电导率前提下,提高铜合金的表面强度与耐磨性。采用单独注入和气体离子金属离子复合注入的方式将N、Ag、Ni和Zr等几种离子注入到铜合金中,利用XPS光电子谱对注入层中元素的深度分布,各深度处元素的化学态进行分析,采用微载荷显微硬度计测量了硬度,使用物理性能测试系统进行了导电性测量,使用摩擦磨损试验机研究了摩擦磨损特性。研究结果表明,氮离子注入铜基体中不形成化合物,在样品近表面处造成大量的缺陷和位错,其强化机制主要为位错强化。金属离子在铜基体中呈高斯分布,注入层深由注入能量和注入离子决定。银和镍离子在铜基体中不形成化合物,以单质形式存在。但是在镍的注入层中发现,由于注入离子的反冲作用,表面的镍的氧化物在注入基体中形成一定深度的分布;锆离子注入在基体中形成了CuZr和ZrO2析出相,析出相的数量与Zr离子的浓度分布有关;金属离子注入强化机制主要为固溶强化和析出强化。氮离子注入后注入金属离子的复合注入技术,综合了两种注入技术的优点,离子注入层深度加深。不仅形成的析出相数量增加,而且形成新的析出相。离子注入提高了铜合金的硬度和耐磨性。在摩擦磨损过程中,注入离子沿位错网格运动的“通道效应”,进一步提高了铜合金材料的耐磨性。氮离子和锆离子复合注入效果最佳。氮离子、镍离子和锆离子注入铜后,对电导率影响不大,随注入剂量增加,电导率呈下降趋势;银离子注入后,电导率略有提高。综合比较La2O3/Cu和C/Cu两种材料,材料基体中的弥散添加相在注入过程中不发生任何反应,两种材料的强化机制相同,La2O3/Cu合金的离子注入效果优于C/Cu。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 离子注入  10-14
    1.2.1 离子注入的基本原理  11-12
    1.2.2 离子注入的研究概况  12-14
  1.3 铜及其合金的离子注入  14-16
    1.3.1 离子注入层的组织结构  15-16
    1.3.2 离子注入层的硬度和摩擦磨损特性  16
  1.4 离子注入存在的问题及前景  16-17
  1.5 研究内容  17-18
第2章 实验材料和试验方法  18-24
  2.1 基体材料的选择  18
  2.2 样品制备  18-21
    2.2.1 铜合金的氮离子注入  18-19
    2.2.2 铜合金的金属离子注入  19-21
    2.2.3 复合离子注入  21
  2.3 试验方法  21-24
    2.3.1 组织结构分析  21-22
    2.3.2 物理性能测试  22-23
    2.3.3 表面形貌  23-24
第3章 铜合金离子注入层的组织结构  24-46
  3.1 氮离子注入  24-25
    3.1.1 氮离子注入层浓度分布的计算机模拟  24-25
    3.1.2 氮离子注入层浓度的深度分布  25
  3.2 金属离子注入  25-40
    3.2.1 金属离子注入层浓度分布的计算机模拟  26-27
    3.2.2 银离子注入层离子浓度的深度分布  27-28
    3.2.3 镍离子注入层离子浓度的深度分布  28-34
    3.2.4 锆离子注入层离子浓度的深度分布  34-40
  3.3 复合离子注入  40-45
  3.4 本章小结  45-46
第4章 物理性能测试  46-54
  4.1 注入后样品表面的形貌  46-48
  4.2 导电测试  48-50
  4.3 硬度  50-52
    4.3.1 注入层硬度变化  50-51
    4.3.2 氮离子注入的硬度测试  51-52
    4.3.3 金属离子注入的硬度测试  52
  4.4 本章小结  52-54
第5章 摩擦磨损特性研究  54-72
  5.1 氮离子注入摩擦磨损  54-59
    5.1.1 未注入样品的摩擦摩擦系数-时间曲线  54
    5.1.2 氮离子注入摩擦系数-时间曲线  54-56
    5.1.3 氮离子注入摩擦条件、注入剂量和基体对摩擦性能的影响  56-59
  5.2 金属离子注入后的摩擦磨损  59-65
    5.2.1 磨损量  59-60
    5.2.2 摩擦系数  60-64
    5.2.3 磨损样品磨痕的表面形貌  64-65
  5.3 复合离子注入的摩擦磨损实验  65-70
    5.3.1 磨损量  66
    5.3.2 摩擦系数曲线  66-69
    5.3.3 磨损形貌  69-70
  5.4 本章小结  70-72
结论  72-73
参考文献  73-78
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  78-79
致谢  79-80
作者简介  80

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属学（物理冶金） > 金属的分析试验（金属材料试验） > 机械性能（力学性能）试验 > 摩擦及磨损试验
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