[发明专利]一种氮元素注入方法及其改性刀具、模具

说明书

本发明公开了一种氮元素注入方法及其改性刀具、模具。该氮元素注入方法包括将金属样品放在试样架上，以及将预设金属靶材安装在金属离子源上；将真空室抽真空至第一预设真空度；预热金属离子源；向真空室通入氮气以调节真空室的真空度至第二预设真空度；设置金属离子注入参数并启动离子注入设备以借助金属离子源产生的金属离子将氮气中的氮元素携带共注入至金属样品。该氮元素注入方法具有注入成本低、操作简单等优点。

技术领域

本发明涉及离子注入技术领域，尤其涉及一种氮元素注入方法及其改性刀具、模具。

背景技术

离子注入技术是一种将某种元素的原子进行电离形成正离子，并使其在高压电场中加速，在获得较高的速度后射入固体材料表面的物理过程，主要应用于提高材料性能等方面。比如在金属样品中注入氮元素，而在现有的做法中，需要将氮气通过氮离子注入机的离子源电离成氮离子后再注入至金属样品中，或让施加脉冲负高压的金属样品吸引被电弧电离氮气中的氮离子。这二种氮元素注入方法不仅注入成本很高，若涉及氮离子与金属离子的双离子注入时，还需要在金属离子注入机、氮离子注入机上进行交替注入，或让金属样品施加脉冲负高压的同时让氮气处于电弧电离状态，这样的注入操作也更加复杂。

发明内容

本发明的实施例提供了一种氮元素注入方法及其改性刀具、模具，旨在降低氮元素注入成本，简化氮元素注入过程。

第一方面，本发明实施例提供一种氮元素注入方法，应用于离子注入设备，所述离子注入设备包括金属离子源、真空室和位于所述真空室内的试样架，其包括：

将金属样品放在所述试样架上，以及将预设金属靶材安装在所述金属离子源上；

将所述真空室抽真空至第一预设真空度；

预热所述金属离子源；

向所述真空室通入氮气以调节所述真空室的真空度至第二预设真空度；

设置金属离子注入参数并启动所述离子注入设备以借助所述金属离子源产生的金属离子将所述氮气中的氮元素携带共注入至所述金属样品。

在本发明实施例提供的氮元素注入方法中，在所述将金属样品放在所述试样架上之前，还包括：

使用无水乙醇对所述金属样品进行超声清洗，并将清洗后的金属样品吹干处理。

在本发明实施例提供的氮元素注入方法中，在所述设置金属离子注入参数并启动所述离子注入设备以借助所述金属离子源产生的金属离子将所述氮气中的氮元素携带共注入至所述金属样品之后，还包括：

将所述真空室抽真空至第三预设真空度；

待所述真空室的温度降至室温时，向所述真空室通入空气以使得所述真空室的真空度为标准大气压。

在本发明实施例提供的氮元素注入方法中，所述金属样品包括黑色金属、有色金属和硬质合金。

在本发明实施例提供的氮元素注入方法中，所述硬质合金包括碳化钨基硬质合金、碳化钛基硬质合金、涂层硬质合金或钢基硬质合金。

在本发明实施例提供的氮元素注入方法中，所述第一预设真空度为1.0×10^-2Pa至2.0×10^-2Pa，所述第二预设真空度为1×10^-1Pa。

在本发明实施例提供的氮元素注入方法中，所述金属离子注入参数包括引出电压、抑制电压、电弧电压和引出束流；所述引出电压、抑制电压、电弧电压和引出束流分别为42kv、2.1kv、65v和5.5mA。

在本发明实施例提供的氮元素注入方法中，所述预设金属靶材包括钛金属靶材、铬金属靶材、钇金属靶材或钽金属靶材。