一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效率的方法，它涉及一种提高零件离子注入效率的方法。本发明专利技术的目的是要解决现有使用全方位离子注入批量处理零件时存在通过降低偏压来减小鞘层厚度受到限制，限制批量处理零件的效率的问题。方法：一、超声清洗；二、将超声清洗后的零件放入到真空室中，每两个超声清洗后的零件之间的间距为5cm～15cm，每三个超声清洗后的零件中心的连线所成的图形为等腰三角形或每四个超声清洗后的零件中心的连线为平行四边形；三、零件的全方位离子注入。本发明专利技术比常规方法提高4倍～10倍。本发明专利技术可获得一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效率的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种提高零件离子注入效率的方法。
技术介绍
全方位离子注入技术，是直接将待处理工件浸泡在等离子体中，然后在工件上施加一个脉冲偏压，在工件周围形成正离子鞘层，鞘层中离子在鞘层电场作用下从各个方向同时注入到工件表面。为了在复杂形状零件表面实现均匀的离子注入，国内外学者已经提出了“保形”或“共形”离子注入技术，即控制注入时离子鞘层的形状，使之与工件形状类似，这样工件周围的电场将与工件表面相垂直，从而使鞘层中的离子可以垂直、均匀的注入到工件表面。 与常规离子注入过程相比，全方位离子注入技术的另外一个重要特点是批量处理。根据“保形”离子注入理论，鞘层碰撞而产生的鞘层形状变化将导致注入剂量的不均匀性。因此，要实现批量处理过程中零件表面注入剂量的均匀性，必须保证批量处理过程中任意零件周围的离子鞘层不发生碰撞。 根据J.R.Conrad等人的研究结果，在典型的全方位离子注入处理参数(注入电压为20kV，等离子体密度为I X 11W3,高压脉宽为10 μ s)条件下，球形零件的鞘层厚度达到了 0.lm。要保证批量处理时相邻零件周围的离子鞘层不发生交叉重叠，要求相邻球体之间的距离大于0.2m，这样大的距离将大大限制批量处理的效率。虽然通过提高等离子体密度、窄脉冲注入等方式可以减小鞘层厚度，但是由于这些参数与鞘层厚度之间并不是成正比关系，鞘层厚度减小值有限。而且，大面积高密度等离子体、窄脉冲高重复频率脉冲高压在技术上实现起来也非常困难。此外，通过降低注入电压的方式也可以减小鞘层厚度，但是，低的注入能量将降低表面改性的效果，因此在全方位离子注入批量处理时通过降低偏压来减小鞘层厚度的方法应用也极为有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有使用全方位离子注入批量处理零件时存在通过降低偏压来减小鞘层厚度受到限制，限制批量处理零件的效率的问题，而提供。 ，具体是按以下步骤完成的: 一、超声清洗:将待处理的零件放入到纯度为99.5%的乙醇溶液中超声清洗两次，每次超声清洗时间为15min?20min,得到超声清洗后的零件； 二、将超声清洗后的零件放入到真空室中，每两个超声清洗后的零件之间的间距为5cm?15cm，每三个超声清洗后的零件中心的连线所成的图形为等腰三角形或每四个超声清洗后的零件中心的连线为平行四边形； 三、零件的全方位离子注入:通过射频辉光放电在真空室中产生氮气等离子体，然后在氮气的流量为1sccm?lOOsccm，氮气的气压在0.1Pa?0.6Pa，射频功率为0.1kW?lkW，注入电压为20kV?40kV，注入频率为50Hz?300Hz，注入脉宽为5 μ s?50 μ s和注入时间为Ih?5h的条件下对超声清洗后的零件进行全方位氮离子注入，得到全方位离子注入后的零件。 本专利技术的优点: 一、本专利技术通过分析全方位离子注入处理时鞘层中的等势线分布，发现等势线在鞘层内部并非均匀分布；0.1等势线与O等势线(即鞘层边缘)之间距离最大，超过鞘层总厚度的1/2，但是该段电场对离子运动的影响只有鞘层中总电场的1/10左右；因此，全方位离子注入批量处理过程中相邻零件形成的离子鞘层即使发生较大范围的碰撞也有可能不会对离子运动轨迹产生很大的影响；基于以上分析，因此，本专利技术提出了“控制鞘层碰撞”离子注入这一技术，即在全方位离子注入批量处理过程中通过控制相邻零件周围离子鞘层的碰撞程度，使离子运动方向不发生大的改变以保证离子注入剂量的均匀性，又能将它们之间摆放距离远小于2倍鞘层厚度，从而提高批量处理的效率；本专利技术两个超声清洗后的零件之间的间距为5cm?15cm,为2倍鞘层厚度的1/3?1/2,小于两倍离子鞘层的厚度； 二、本专利技术超声清洗后的零件的离子注入的零件数量达到每平方米50个?100个，比常规方法提高4倍?10倍。 本专利技术可获得。 【附图说明】 图1为离子注入剂量不均匀性随注入脉宽的变化规律；图1中A点为试验一得到的全方位离子注入后的零件的离子剂量不均匀性，B点为试验二得到的全方位离子注入后的零件的离子剂量不均匀性，C点为试验三得到的全方位离子注入后的零件的离子剂量不均匀性。 【具体实施方式】 【具体实施方式】一:本实施方式是具体是按以下步骤完成的: 一、超声清洗:将待处理的零件放入到纯度为99.5%的乙醇溶液中超声清洗两次，每次超声清洗时间为15min?20min,得到超声清洗后的零件； 二、将超声清洗后的零件放入到真空室中，每两个超声清洗后的零件之间的间距为5cm?15cm，每三个超声清洗后的零件中心的连线所成的图形为等腰三角形或每四个超声清洗后的零件中心的连线为平行四边形； 三、零件的全方位离子注入:通过射频辉光放电在真空室中产生氮气等离子体，然后在氮气的流量为1sccm?lOOsccm，氮气的气压在0.1Pa?0.6Pa，射频功率为0.1kW?lkW，注入电压为20kV?40kV，注入频率为50Hz?300Hz，注入脉宽为5 μ s?50 μ s和注入时间为Ih?5h的条件下对超声清洗后的零件进行全方位氮离子注入，得到全方位离子注入后的零件。 本实施方式的优点: 一、本实施方式通过分析全方位离子注入处理时鞘层中的等势线分布，发现等势线在鞘层内部并非均匀分布；0.1等势线与O等势线(即鞘层边缘)之间距离最大，超过鞘层总厚度的1/2，但是该段电场对离子运动的影响只有鞘层中总电场的1/10左右；因此，全方位离子注入批量处理过程中相邻零件形成的离子鞘层即使发生较大范围的碰撞也有可能不会对离子运动轨迹产生很大的影响；基于以上分析，因此，本实施方式提出了“控制鞘层碰撞”离子注入这一技术，即在全方位离子注入批量处理过程中通过控制相邻零件周围离子鞘层的碰撞程度，使离子运动方向不发生大的改变以保证离子注入剂量的均匀性，又能将它们之间摆放距离远小于2倍鞘层厚度，从而提高批量处理的效率；本实施方式两个超声清洗后的零件之间的间距为5cm?15cm，为2倍鞘层厚度的1/3?1/2，小于两倍离子鞘层的厚度； 二、本实施方式超声清洗后的零件的离子注入的零件数量达到每平方米50个?100个，比常规方法提高4倍?10倍。 本实施方式可获得。 【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同点是:步骤二中每两个超声清洗后的零件之间的间距为5cm?8cm。其他步骤与【具体实施方式】一相同。 【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同点是:步骤二中每两个超声清洗后的零件之间的间距为6cm?10cm。其他步骤与【具体实施方式】一或二相同。 【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同点是:步骤二中每两个超声清洗后的零件之间的间距为8cm?12cm。其他步骤与【具体实施方式】一至三相同。 【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同点是:步骤二中每两个超声清洗后的零件之间的间距为1cm?15cm。其他步骤与【具体实施方式】一至四相同。 【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同点是:步骤三中通过射频辉光放电在真空室中产生氮气等离子体，然后在氮气的流量为1sccm?30sccm,氮气的气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效率的方法，其特征在于一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效率的方法具体是按以下步骤完成的：一、超声清洗：将待处理的零件放入到纯度为99.5％的乙醇溶液中超声清洗两次，每次超声清洗时间为15min～20min，得到超声清洗后的零件；二、将超声清洗后的零件放入到真空室中，每两个超声清洗后的零件之间的间距为5cm～15cm，每三个超声清洗后的零件中心的连线所成的图形为等腰三角形或每四个超声清洗后的零件中心的连线为平行四边形；三、零件的全方位离子注入：通过射频辉光放电在真空室中产生氮气等离子体，然后在氮气的流量为10sccm～100sccm，氮气的气压在0.1Pa～0.6Pa，射频功率为0.1kW～1kW，注入电压为20kV～40kV，注入频率为50Hz～300Hz，注入脉宽为5μs～50μs和注入时间为1h～5h的条件下对超声清洗后的零件进行全方位氮离子注入，得到全方位离子注入后的零件。
【技术特征摘要】
1.一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效率的方法，其特征在于一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效率的方法具体是按以下步骤完成的: 一、超声清洗:将待处理的零件放入到纯度为99.5%的乙醇溶液中超声清洗两次，每次超声清洗时间为15min?20min，得到超声清洗后的零件； 二、将超声清洗后的零件放入到真空室中，每两个超声清洗后的零件之间的间距为5cm?15cm，每三个超声清洗后的零件中心的连线所成的图形为等腰三角形或每四个超声清洗后的零件中心的连线为平行四边形； 三、零件的全方位离子注入:通过射频辉光放电在真空室中产生氮气等离子体，然后在氮气的流量为1sccm?lOOsccm，氮气的气压在0.1Pa?0.6Pa，射频功率为0.1kW?lkW，注入电压为20kV?40kV，注入频率为50Hz?300Hz，注入脉宽为5 μ s?50 μ s和注入时间为Ih?5h的条件下对超声清洗后的零件进行全方位氮离子注入，得到全方位离子注入后的零件。2.根据权利要求1所述的一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效率的方法，其特征在于步骤二中每两个超声清洗后的零件之间的间距为5cm?8cm。3.根据权利要求1所述的一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效率的方法，其特征在于步骤二中每两个超声清洗后的零件之间的间距为6cm?10cm。4.根据权利要求1所述的一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效率的方法，其特征在于步骤二中每两个超声清洗后的零件之间的间距为8cm?12cm。5.根据权利要求1所述的一种通过控制鞘层碰撞提高零件离子注入效...
【专利技术属性】
技术研发人员：王浪平，王小峰，陆洋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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