С поверхностным слоем упрочняемого материала:

○ – атомы материала детали; _* – ионы имплантируемого вещества; ө – образующиеся вакансии; ---→ – пути движения иона; ● – атом подложки в межузельном пространстве; → – пути движения выбитых атомов из узлов решетки; – атом мишени, удаляемый распылением с поверхностей; ◊ – упорядоченная фаза; ♦ – новая фаза

До настоящего времени наибольшее распространение ИИ получила в полупроводниковой технике, микроэлектронике и атомной энергетике. Однако уже первые работы по работоспособности ре­жущего инструмента [6], пар трения и штамповой оснастки [11] показали на исключительную перспективность применения ИИ. Указывается также на возможность сущест­венного повышения циклической прочности и долговечности [7], коррозионной стойкости [14] и сопротивление высокотемпературному окислению [15] металлов и сплавов. Вместе с тем следует отметить, что для каждого конкретного вида материалов, типа деталей и условий их эксплуатации необходимо использовать строго ограниченный ряд ионов в узком диапазоне энергий и доз имплантации.

Так, например [16], имплантация образцов поликристал­лической меди ионами Al⁺, Сr⁺ и В⁺ с дозой Д = 510¹⁹ ион/см² обеспечивает неоднозначное влияние на усталость в области мно­го- и малоциклового нагружения. Положительное влияние ИИ Al⁺ и Сr⁺ , в отличии от В⁺ , обусловлено большей плотностью дислокаци­онных образований, созданием благоприятных сжимающих поверхностных напряжений и дисперсионным упрочнением. Ионы В⁺, созда­вая в поверхностном слое неблагоприятные растягивающие напряже­ния, привели к отрицательному влиянию на работоспособность меди при знакопеременном характере нагружения.

Отмеченное ранее влияние напряженного состояния поверхностного слоя на циклическую долговечность ма­териалов, имеет также определенное значение и при ИИ. Так, в [16] исследовалась живучесть образцов из стали AISI 1018 после ИИ N⁺ (E = 150 кэВ, Д = 210¹⁷ см^-2, R_а = 0,37 мкм). Установлено, что после ИИ формируются растягивающие поверхностные напряжения, снижающие, в сравнении с исходным состоянием, цикли­ческую долговечность. Атермическое (в течение 4-х месяцев) и термическое (Θ = 100^оС, τ = 6 час) старение обусловило, вследствие диффузионных процессов, увеличение модифицированного слоя, релаксацию растягивающих напряжений, образование мелкодисперсных преципитатов, что в итоге способствовало повышению циклической долговечности до 10⁹ цикл. (N_исх. = 10⁶ цикл.). Положительное влияние имплантации N⁺ и С⁺ и постимплантационного отжига на циклическую долговечность обнаружено также для конструкцион­ных сталей [17] и жаропрочных сплавов [18].

Под ионной имплантацией понимают процесс внедрения в мишень ионизованных атомов с энергией, достаточной для проникновения в ее приповерхностные области. Существующие технологии ионно-имплантационной обработки деталей, основанные либо на методах создания разности потенциалов между имплантируемыми ионами и поверхностью детали, либо – на воздействии на поверхность детали высокоэнергетическими пучками ионов, а также в зависимости от используемой энергии условно подразделяются на низко- и высокоэнергетическую ионную имплантацию. При этом принято считать энергии порядка от 30 до 40 кэВ – низкоэнергетической имплантацией, а свыше 40 кэВ – высокоэнергетической.

Успешное применение ионной имплантации определяется главным образом возможностью предсказания и управления электрическими и механическими свойствами формируемых элементов при заданных условиях имплантирования.