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常压介质阻挡放电离子渗扩研究

杨毅  
【摘要】: 在常压条件下,采用介质阻挡放电方式形成非平衡等离子体,在有机物表面改性、臭氧合成等方面处理。不同于以往的放电形式,是由于电介质的存在而抑制放电电流的无限制增大,从而阻止放电间隙产生火花放电或弧光放电,并且电场中高能态的电子数量多。因此,这种技术应用于金属材料的表面改性是一种较新的技术。本文在常压条件下,采用介质阻挡方式形成非平衡等离子体,研究了渗氮工艺参数,如放电电压、极间距、渗氮时间、温度等对渗层性能的影响;采用正交设计对渗氮工艺进行了优化;采用等离子光谱诊断技术,分析了常压非平衡等离子体渗氮机理。得出的主要结论如下: 1.通过对常压介质阻挡放电形成的等离子体对38CrMoAl的渗氮改性研究,表明该技术不但避免了以往渗氮工艺的不足,而且具有渗速快,渗层深、白亮层厚等优点。 2.试验表明,电场内的活性粒子浓度高有利于渗扩,而电场外主要依靠气体热分解产生的活性粒子进行渗氮。减小放电间距,增大放电电压及适当增加试验温度和延长渗扩时间都会有助于提高渗后试样的表面硬度和渗层深度。 3.使用正交设计对试验进行优化设计,得到的较优工艺参数为:电压11.25kV、电极间距1mm、试验温度500℃、渗扩时间4小时。对正交设计后的试验数据,通过回归分析方法得到试验中各因素与渗层深度的经验公式,为以后进一步深入研究打下了基础。 4.利用正交设计所得的较优工艺对42CrMo进行常压介质阻挡放电离子渗氮,结果发现其耐磨性优于辉光离子处理后的试样。 5.借助发射光谱诊断方法,对N_2、NH_3在介质阻挡放电中所形成的等离子体状态进行的研究表明,常压介质阻挡放电能形成能量足够高的电子,使得NH_3发生电离与分解,从而产生的等离子体中包含的粒子除了N_2与电子,还有NH分子、N原子、N_2~+分子离子、H原子、H~+离子等存在,正是由于这些粒子的存在,才使常压渗氮工艺得以实现。


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