低溫等離子表面處理直流輝光等離子體的邊緣效應
低溫等離子表面處理等離子體在材料處理方面應用非常廣泛,現有處理技術有等離子清洗、輝光滲氮、磁控濺射、多弧離子鍍、等離子體刻蝕、離子注人等,相關的放電形式分有直流輝光放電、射頻等離子體放電、高壓脈沖直流放電等。

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但是由于處理的工件材料形狀各異,不少都有明顯的邊角,從而出現了“邊緣效應”,對材料性能產生了不同程度的影響,特別是均勻性、厚度、力學性能等方面。輝光滲氮又稱離子滲氮,它利用輝光放電產生等離子體,在低溫等離子表面處理等離子體強電場作用下,高速的氮、氫正離子對工件表面進行轟擊,氮將滲人工件表面。滲人材料中的氮可以形成氦化物,其具有很高的硬度、熱穩(wěn)定性、彌散度,因而材料的力學性能將得到較大提高。
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它是一種高性能滲氮方法,滲氮周期短、滲氮層脆性小、滲層厚度和組織可以控制,并具有凈化表面的作用。低溫等離子體工藝的中心問題是等離子體和基片之間存在鞘層,離子經過鞘層被加速,從而對材料產生轟擊、濺射及注人等作用,實現改性。
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滲氮屬于直流輝光放電,設在尺寸一定的真空腔中進行低氣壓、無磁場的直流輝光放電,并產生等離子體。由于整個等離子體處于電中性狀態(tài),所以等離子體邊界處電勢相同,同時被加工的工件視為等勢體,兩者間電勢差為鞘層電勢差。
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如果工件邊角沒有功能性或形狀要求,可對邊角進行弧面化處理,由于不存在異常的電場分布,鞘層電壓、厚度一定,作用的離子密度也一樣,所以滲氮層硬度均勻。在離低溫等離子表面處理直流輝光邊緣處范圍內,離邊角處越近,電場強度、離子密度值越大,鞘層厚度值越小。邊角弧面化處理后,由于不存在邊角,未出現邊緣效應;可降低主等離子體密度,邊緣效應都得到了抑制,且滲氮效果較好。
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標簽:等離子體