材料表面改性是指不改变材料整体特性，仅改变材料表面及近表面层物理与化学特性的表面处理手段。材料表面改性的主要目的是以最经济、最有效的方法改变材料表面及近表面层的形态、化学成分和组织结构，使材料表面获得新的复合性能，以新型的功能满足新的工程应用要求。材料表面改性技术的种类很多，如表面涂层技术、化学气相沉积、物理气相沉积、表面形变与相变强化、高能束处理（包括离子束、激光束与电子束）等等。虽然不同的材料表面改性技术其主要应用对象不完全相同，但是它们或能提高材料表面抗磨损、腐蚀、及疲劳能力；或能改善材料表面润滑能力、降低表面摩擦系数；或能改变材料表面电、磁及光学性能等等。不同的材料表面改性技术在它们各自应用范围内均显示出了很大的优势，在多种领域内得到了广泛应用和发展。目前，材料表面改性技术已形成了一个巨大的产业，可以说，它已成为支撑当今技术革新与技术革命，促进高新技术发展的一个重要因素[1，2]。
航天航空器精密机械零部件（尤其是它们的众多摩擦副）大多在重载荷、强摩擦磨损、高温差和强辐射等恶劣环境下工作，有效地延长它们的使用寿命一直被学者们看作一个非常重要的研究课题。提高这些机械零件表面抗磨损与抗腐蚀能力的最简单方法是在零件表面涂敷一层保护膜，由此概念出发，出现了一系列的基于物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）与化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）的镀膜技术。这些传统的镀膜技术显著地提高了零件表面的硬度、抗磨损能力，特别是抗腐蚀能力。但是，由于膜层与基体之间结合力较差，在较强的磨损应用环境下膜层易剥落，膜层剥落后将导致零件表面加速磨损。
1．1 离子注入技术
为了解决膜层剥落的问题，离子注入技术被用于表面强化处理。离子注入技术可分为两大类：一类是束线离子注入，即传统的离子束离子注入（Ion BeamIon Implantation，ⅠBⅡ），它已有五十多年的发展历史；另一类是等离子体浸泡式离子注入（Plasma Immersion Ion Implantation，PⅢ），它是近二十年来发展的新型离子注入技术。这两类离子注入技术虽然在产生高能离子的技术与方式上有很大的不同，但是在材料表面改性物理机理上是类同的，都是高能离子轰击材料表面，入射的高能粒子与材料近表面层内晶格粒子相互碰撞、逐次损失能量，入射粒子与晶格粒子相互作用、相互结合，在表面及近表面层内形成新的化合物相，最终使材料表面及近表面层形态、形貌、成分、相结构等发生变化，从而使材料表面及近表面层的机械、化学、物理（电、磁、热、光及热学）等特性发生显著变化。
1．1．1离子注入技术的发展
在离子注入技术发展过程中，LSS（Lindhard，Scharff及Schiott）模型的提出与成功应用对离子注入技术发展具有里程碑的意义，起到非常关键的作用。随着数值分析技术、Monte Carlo法模拟技术的发展，Ziegler、Biersack和Littmark三人在LSS模型基础上经过不断改进与完善，提出了ZBL模型，由此逐步形成了注入离子的基本理论：注入离子射程分布理论、照射期间离子能量损失理论、照射产生的辐射损伤分布理论以及在菲晶态与晶体内不同离子穿透特性（隧道效应）理论。在这些基本理论指导下离子注入技术获得了飞速发展。自20世纪60年代束线离子注入机成功地用于半导体材料处理和集成电路制作以来，束线离子注入（ⅠBⅡ）技术在半导体材料领域内的应用获得了巨大成功，形成了独特的离子注入微细加工技术，有力地推动了整个电子工业的迅速发展；70年代初，用于半导体材料处理的离子注入机成功地用于金属材料表面改性，显著地提高了材料表面硬度、耐磨损与抗腐蚀能力，大大促进了IBH技术在非半导体材料表面改性方面的发展，IBII技术也迅速走向非半导体材料领域内的商业应用。80年代，多种型号的离子注入机投向了非半导体材料表面改性的商业应用，其最大离子流达10mA，真空处理室直径达60cm，长可达120cm[3-5]。
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