离子注入新法，能将钢的性能提高百倍_风闻

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编译／雷鑫宇  审稿／三水  责编／唐林芳

科学家们利用高密度离子束增强了辐射诱导扩散，将合金材料的离子掺杂层厚度提高至数百微米。该成果有望将合金材料的性能提升上百倍。

研究人员发现的离子注入法，可以将合金掺杂表层的厚度提高到数百纳米。

eurekalert.org网站9月4日报道，俄罗斯托木斯克理工大学的科学家们改进了合金制造工艺，不仅提高了合金材料的耐磨性，还能赋予其满足高科技需求的新品质。

研究人员将相关成果发布于《表面与涂层技术》杂志，并在近期于托木斯克举行的2019年离子束修饰材料表面（SMMIB）会议中作了汇报。

传统的合金化方法似乎已经耗尽了技术潜力。为了获取更加先进的合金材料，工程师们开始将目光移向带电粒子束、等离子体流和激光辐射等领域。

离子注入（离子掺杂）可以改变合金材料表层的元素组成、微观结构与形貌，是一种能够改变合金材料耐磨性和耐腐蚀性的工艺。托木斯克理工大学的科学家们开发的离子注入新方法，有望极大促进该方法在工业上的应用。

据高强度离子注入实验室负责人Alexander Ryabchikov介绍，实验室条件下，新工艺可将不锈钢的耐磨性提高上百倍。

此外，该技术还可使制造有特定表面性能的合金产品具备可能性。例如，锆与钛离子掺杂形成的屏蔽层，可以防止氧渗透，有利于延长核燃料电池的使用寿命并提高其安全性。

目前，离子掺杂技术的应用主要受到掺杂层厚度不足的限制。如果采用增加离子通量动能的方式解决问题，需要制造更强大的加速器，这对成本控制非常不利。

Ryabchikov介绍说：“我们采用高密度离子束增强了辐射诱导扩散，从而提高了离子对材料的穿透能力。我们使用的高密度离子束强度是传统离子注入强度的2~3个数量级。”

Ryabchikov总结说，在实验室条件下，他们证实制造数百微米厚度的掺杂表层已具有可行性，而其它离子掺杂方法只能达到几十或几百纳米。

Ryabchikov等强调，低能量离子的高强度注入技术或将彻底改变合金材料性能，进一步的研究将有助于降低技术的应用成本、提高产品质量。

期刊来源：《表面和涂层技术》

期刊编号：0257-8972

原文链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-09/tpu-sih090419.php

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