3-74 不锈钢导管表面的离子注入与沉积铝技术

刘天伟 鲜晓斌 张鹏程 刘卫华

　　采用离子注入、离子束静态反冲混合(SRM)和磁控溅射镀膜技术在不锈钢导管表面制备了铝膜层。制膜时离子注入机本底真空0.8mPa，工作气压5～6mPa，样品台以5r/min自转;磁控溅射镀膜机本底真空0.5mPa，工作气压0.17mPa ，样品台也自转。

　　制备过程主要包括: （1） 预处理。预处理先用丙酮、酒精擦洗基体材料，晾干后放入真空室，注入开始前,再用低能量,大束流的离子束清洗。清洗参数，加速电压: 1.0keV，束流: 20mA,清洗时间: 20min; （2） 离子注入，注入能量依次为: 60keV® 50keV® 30keV，束流: 3mA,注入时间依次为: 65min® 20min® 25min; （3） 离子束静态反冲混合,注入能量: 20keV，束流: 20mA；溅射能量: 2.5keV，束流: 65mA，静态反冲混合时注入和溅射沉积以5min为间隔时间交替进行，共混合40min；（4） 溅射沉积,溅射能量: 2.0keV,束流: 80mA,溅射时间: 950min; （5） 磁控溅射,工作气压0.17mPa,靶功率: (–300～320)V·(4.5～6)A; 镀膜时间: 6h。

　　对所制备的薄膜进行了表面形貌、剖面形貌、俄歇电子能谱(AES)、X射线光电子能谱(XPS)等分析，同时部分样品在真空p=0.15mPa进行热处理，温度500℃，保温时间120min,目的是分析温度对扩散的影响。结果表明: 制备的薄膜晶粒密度极高，且均匀致密，薄膜与基体结合紧密，无界面孔隙; Al元素的含量及比例沿深度方向的剖析分布在浅层是均匀递减,在较深处层是均匀稳定的; Al注入不锈钢中，在基体中以Al和Al₂O₃形式存在; 膜厚达到20～30mm，满足了焊接要求；热处理有利于表面改性层的注入原子和离子向更深处扩散，形成更宽的过渡层。