细长金属管内产生的直流辉光放电等离子体及其初步应用研究

论文摘要

提高金属管内表面的硬度、耐磨性、抗蚀性等性能有着重要的工业应用价值。我们针对内径小于10 mm的金属管开发了一种利用直流辉光等离子体的金属管内表面改性技术。在金属管的中心轴上设置金属芯线与金属管构成同轴电极，在电极之间加恒定直流电压使管内气体激发电离，从而在正极芯线周围形成圆筒状等离子体。利用恒定直流高电压加速将离子渗注到金属管内表面。本研究主要分以下三个部分：（1）等离子体的产生方法利用同轴电极结构，在细长金属管内形成稳定的等离子体。管内等离子体的长度随放电电流的增大呈线性伸长。通过对管内等离子体伏安特性的测定确认管内产生的是直流辉光等离子体。（2）等离子体发射光谱研究利用发射光谱法对金属管内形成的稳定氩氮和氩氨直流辉光等离子体进行了研究。系统地测定了各种气体配比下的等离子体发射光谱，通过对谱线的同定确定了等离子体中的活性粒子成分，研究了活性粒子的谱线强度随压强和气体配比的变化特征。根据发射光谱计算了等离子体中的电子激发温度和分子振动温度，研究了电子激发温度和分子振动温度随压强和气体配比的变化特征。（3） 304不锈钢管内表面渗氮初步研究利用管内Ar／N2等离子体对304不锈钢管内表面进行了渗氮改性研究。利用X射线仪、俄歇电子能谱仪和超微载荷显微硬度仪对不锈钢样品进行测试。测试结果表明我们提出的利用同轴电极结构的直流辉光等离子体方法对于内径10mm、长100mm的不锈钢管内表面改性是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 细长金属管内表面改性研究进展
• 1.1.1 离子束注入
• 1.1.2 等离子体源离子注入（PSII）法
• 1.1.3 强电流蒸发电离法（线爆法）
• 1.1.4 ECR等离子体源离子注入法
• 1.1.5 栅极增强等离子体离子注入法
• 1.2 直流辉光放电等离子体简介
• 1.2.1 阴极区
• 1.2.2 负辉区
• 1.2.3 法拉第暗区
• 1.2.4 正柱区
• 1.2.5 阳极区
• 1.3 等离子体发射光谱诊断
• 1.3.1 发射光谱法原理
• 1.3.2 根据谱线的相对强度计算激发温度
• 1.3.3 根据谱线的半峰宽（FWHM）计算电子密度或离子温度
• 1.4 本研究的目的和研究内容
• 2 细长金属管内产生的低气压下直流辉光等离子体特性
• 2.1 直流辉光等离子体的伏安特性
• 2.1.1 装置及实验概况
• 2.1.2 伏安特性以及等离子体长度与放电电流的关系
• 2.2 细长金属管内直流辉光放电等离子体发射光谱研究
• 2.2.1 光谱的测量方法
• 2.2.2 管内直流辉光等离子体的活性粒子谱线
• 2.2.2 谱线强度随压强及配比的变化
• 2.2.3 电子温度随压强及配比的变化
• 2.2.4 分子振动温度随压强及配比的变化
• 3 细长金属管内表面渗氮初步研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验装置与实验过程
• 3.3 试验结果与讨论
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢