常压非平衡等离子体表面渗扩技术应用基础的研究.pdfVIP

第四届全国表面工程学术交流大会论文集 常压非平衡等离子体表面渗扩技术应用基础研究 严立，朱新河，秦艳，徐久军．杨毅 大连海事大学．辽宁大连．116026 【摘要】本文提出了常压非平衡等离子体渗扩技术的概念．说明了常压等离子体溶扩技术的原理和特点。 井设计了一套常压非平衡等离子渗扩技术的实验装置．在此基础上采用介质阻挡放电进行了理论分析和实 验研究．论文给出了理论分析和实验研究的结果． 【关键词J等离子体渗扩技术常压等离子体金属表面改性 l问题的提出 现行的等离子渗扩技术是一项比较新的金属表面强化技术．它是利用低真空稀薄气体辉光放电产生的 离子来轰击金属或台金表面．使工件(或在外加热源的作用下)加热到所需的温度．使某一种或几种元素 渗入工件的表面井向内部扩敞，同时改变工件表面材料的化学成分和组织结构，从而赋予工件表面特殊的 性能，如；耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性能等．达到延长工件寿命的～项金属表面强化技术．由于这项技 术具有渗层质量好、表面强化效果突出、被处理工件的变形小、无公害等优点，近年来已经成为一项令人 瞩目的高新技术．且在国内外得到了广泛的应用”‘。】．但由于技术上的困难，现行的等离子体溶扩技术 中采用的等离子体都是在真空条件下实现的．因而存在具有真空系统的工艺设备造价高、工艺过程复杂、 大型零件的处理受限制、不能连续生产等问题．鉴于上述原因，如何摆脱真空系统的限制，在常压下实现 等离子体表面改性，具有极大的吸引力。本文就是为了解决这～问题而提出的． 2常压非平衡等离子体渗扩技术简介 来由介质阻挡放电旋展起来的新技术． 电于培童～【柚一’ 2．2介质阻挡强电离放电获取非平衡等离子体的机理肛q 朋l车平斯等离子体运行状卷示意豳 采用介质阻挡强电离放电，可实现强电场(折合电场强度：卧p300Td．h为折合电场强度的单位 高压脉冲 翻2彳卜_质阻挡放电工作曩理圈 本研究得到教青帮博士点基盘项目(9701sl∞)和交矗靠”年。丑墙计捌。疆且C一埘一帕一∞)舯壹助 一147— 第四届全国表面工程学术交流大会论文集 1Td-101 7V’cm2)放电-由此获得强电离放电等离子体．其工作原理如图2所示． 其机理是：在阳极和阴极(工件)之间的问隙中．放置高绝缘度、高介电常数、高密度、高均匀度 的电介质薄层·阻挡介质的作用是抑制放电过程中放电电流的无限制地增大，阻挡放电间隙产生火花放 电或弧光放电·随着两扳间电压的增加，放电间隙的电场强度逐步增大，同时．放电间隙中的电子从电 场中获得能量并与周围的气体发生非弹性碰撞．电子把从电场中获得的能量传递给了放电间隙中的气体 分子·气体分子被激励后一会发生电子雪崩．雪崩中的电子得到进一步的加速．最终在放电间隙中形成 大量微细状的脉冲微放电。这些微放电呈均匀、漫散和稳定态．貌似低气压下的辉光放电，常压下氮气和 氨气中的放电现象如图3和图4所示。随着电流密度的增大．微细脉冲流光放电通道的密度增大．当两 极问的电压小于临界击穿电压时．放电就停止。放电间隙的电场强度可用式(1)表示． E2者话 … 体的介屯常数：ld一阻挡介质的厚度(m)；Il一放电间隙的大小(mm)． 从式(1)可以看出，要获得高的放电电场强度。只有增加两极问的峰值电压或减小放电间隙或减 少阻挡介质的厚度。 圈3氮气常K放l乜现象 图4氨气常艇放电现象 通常用折台电场强度(j洳)来表征电子从电场取得的平均能量值的大小，进而表征气体放电强度， 电离强度等．折合电场强度与电子平均能量的关系如图2所示． 放电电场的折合电场强度计算公式为： E，一=i詈：_；等；；：》=，．s·乓×t。．I’V·cm2=，．s·sx乓ch，c：，