等离子束表面处理技术及应用课件

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等离子体表面处理PPT课件

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阴极溅射的主要特点
（1）一个粒子轰击阴极表面可溅射出的原子数，称为溅射系数。
溅射系数随加速电压的增大而增大，但是当加速电压过高时，由于轰击的正离子撞入阴极材料内部的几率增大，一旦撞入内部，能量将平均散逸给大量的周围原子，不能使个别原子获得逸出的能量。
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（2）阴极电位降和轰击粒子的质量越大，阴极溅射越激烈。
当气体和阴极的种类一定时，阴极位降将随电流密度增加而增加，溅射量近似地与电流密度平方成正比，与气压和极间距离的乘积成反比。
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（3）在其它条件一定时，气压越小溅射越严重，当气压大时，由于溅出的粒子易与周围高密度的气体碰撞而返回表面，因而溅出量减少。
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离子轰击渗镀的基本方法如图所示。
以工件为阴极，容器壁为阳极，调节渗剂送气和抽气速率，使维持 133～1333Pa的压力，极间施以300V 以上的直流电压，使产生辉光放电。
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用离子轰击进行渗镀，有以下优点：
（1）由于离子对表面的轰击可使表面高度活化，加之离子和随离子一起冲击表面的活性原子都易被表面吸收，因而渗镀速度特快。
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②运动中的电子与气体碰撞几率与气体的密度或压力成正比。
设为电子连续两次碰撞的平均距离，称平均自由程，显然碰撞几率与成反比。而平均自由程又与气压成反比，即；
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③电子在低压气体电场E中的动能，可以下式表示：
可见，在场强E一定的情况下，电子的动能与气压成反比。这就是说，如果气压P太小，电子在单位距离内与气体碰撞的几率太小，或者说电子所获得

《等离子体表面处理》课件

通过接触角测量仪测定处理前后表面的润湿性，评估表面能的变化。
导电性能
通过四探针测试仪或Hall效应测试仪测量表面的导电性能，评估等离子体处理对表面电学性能的影响。
PART 05
等离子体表面处理的优势与局限性
等离子体表面处理的优势
01
02
03
04
高效性
等离子体表面处理技术能够在短时间内对大面积的表面进行
总结词
等离子体是由部分或全部原子或分子处于激发态的电离气体，其整体呈中性。
详细描述
等离子体是由气体在足够高的电场或温度下被完全或部分电离，形成由带正电的离子和带负电的电子组成的电离气体。在宏观上，这些带电粒子的净电荷为零，因此等离子体整体呈中性。
等离子体表面处理技术的原理
总结词
等离子体表面处理技术利用等离子体的物理和化学性质，对材料表面进行激活、刻蚀、沉积等处理。
通过引入智能化技术，实现等离子体表面处理的自动化和智能化。
绿色环保
未来的等离子体表面处理技术将更加注重环保和可持续发展。
新材料应用
随着新材料的不断涌现，等离子体表面处理技术将在新材料领域得到更广泛的应用。
处理，提高了生产效率。
环保性
等离子体表面处理技术不使用化学试剂，减少了环境污染。
均匀性
等离子体能够均匀地覆盖处理表面，保证了处理效果的均匀
性。
适用性广
等离子体表面处理技术适用于各种材料和表面的处理。
等离子体表面处理的局限性
设备成本高
等离子体表面处理设备成本较高，增加了生产成本。
处理厚度有限
等离子体表面处理工艺流程
预处理
清除工件表面的污垢和杂质，保证处理效果。

等离子表面处理技术发展及应用

05
等离子表面处理技术的挑战与前景
技术瓶颈与解决方案
技术瓶颈
等离子表面处理技术在实际应用中面临一些技术瓶颈，如设备成本高、处理效率低、处理效果不稳定等。
解决方案
针对这些技术瓶颈，科研人员正在积极探索新的技术路线和解决方案，如优化设备结构、改进工艺参数、开发新型等离子源等，以提高处理效率、稳定性和降低成本。
市场需求与产业发展
市场需求
随着工业制造和表面处理领域的不断发展，等离子表面处理技术的市场需求持续增长，特别是在汽车、航空航天、电子、医疗器械等领域，对等离子表面处理技术的需求尤为迫切。
产业发展
为了满足市场需求，等离子表面处理技术的相关产业正在快速发展，市场规模不断扩大，技术水平和产业竞争力不断提升。
技术发展趋势与展望
技术发展趋势
等离子表面处理技术正朝着高效、环保、智能化的方向发展，如开发高效能等离子源、研究环保型等离子处理技术、实现智能化控制等。
展望
未来等离子表面处理技术有望在更多领域得到应用，如新能源、环保、生物医学等领域，同时技术的不断进步和创新将推动等离子表面处理技术的进一步发展，为工业制造和
等离子体中的高能粒子能够轰击材料表面，使其粗糙度增加，亲水性提高；而低能粒子则主要通过注入方式与表面发生化学反应，引入新的官能团或改变表面组成。
等离子体表面处理的技术特点
非接触式处理
等离子体与物质表面的相互作用是在气体环境中进行的，避免了直接接触对表面造成的损
伤。
环保性
等离子体处理过程中不使用化学试剂，减少了对环境的污染。
等离子表面处理Leabharlann 术发展及应用• 等离子表面处理技术概述 • 等离子表面处理技术的基本原理与技

等离子束表面冶金(熔覆)

等离子束能量密度高，基体表面与合金粉末同时熔化，保证了合金层与基材之间呈完全冶金结合，不脱落；
等离子熔覆层为厚度均匀的纯合金或金属陶瓷层；而堆焊层为大量铁水稀释的不均匀合金层，故其外观和内在质量不如等离子熔覆层；
操作环境大幅度改善，消除了堆焊时放出有害气体对工人的危害，劳动强度大幅度降低，且生产效率比堆焊提高10倍，能耗降低20%。
与相近技术的本质区别
1、熔覆：预涂浆料，干燥后用高能束熔化涂层，基体达到微熔，要求涂敷材料熔点 ≥基体，否则会形成熔凝珠，不能形成涂层。
2、涂敷烧结：预涂浆料，基体加热，类似钎焊或搪瓷，基体不熔，涂料熔化流平，要求涂料熔点＜基体。
3、堆焊：焊条或焊丝熔化速度大大高于基体，低碳钢制造的焊条或焊管的稀释不可避免，电弧的高频脉动导致成分组织处处不均匀，烟雾大，质量差。
DRF-5B型等离子熔覆设备 DRF-S手持等离子熔覆设备截齿等离子熔覆设备
等离子熔覆设备的主要构成
控制部分——控制各部件按照工艺参数稳定运行主电源——供给高空载电压的大功率陡降外特性直流电等离子炬——转移弧同步送粉柔性弧长寿命等离子炬送粉系统——与起灭弧无滞后同步开关送停粉宽参数炬水冷系统——恒温冷却等离子炬及电缆，有水压保护机械传动系统——按照实际工件专门设计工装——按照实际工件专门设计
维修次数减少，节约了上下井搬运费用；
减少设备更换时间，降低吨煤通风排水巷道维护等费用，增产增效。
等离子熔覆耐磨舌板
技术应用---等离子熔覆耐磨刮板输送机
一次购进，永久使用
对于煤矿购进的刮板输送机，根据工作面煤炭储量、煤炭硬度和地质条件，进行材料、熔覆厚度、熔覆密度等参数的设计，做到采完一个工作面后，仅熔覆层受到磨损，中部槽、机头机尾基体不磨损；采下个工作面时，根据熔覆层磨损情况重新进行参数设计并熔覆处理，周而复始。

等离子表面处理技术应用

等离子表面处理技术（一）等离子表面处理技术原理及应用等离子，即物质的第四态，是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气状物质。

这种电离气体是由原子，分子，原子团，离子，电子组成。

其作用在物体表面可以实现物体的超洁净清洗、物体表面活化、蚀刻、精整以及等离子表面涂覆。

根据等离子体中存在微粒的不同，其具体可以实现对物体处理的原理也各不相同，加之输入气体以及控制功率的不同，都实现了对物体处理的多样化。

因低温等离子体对物体表面处理的强度小于高温等离子体，能够实现对处理物体表面的保护作用，应用中我们使用的多为低温等离子体。

并且各种粒子在对物体处理过程中所表现出来的作用也个不相同的，原子团（自由基）()主要是实现对物体表面化学反应过程中能量传递的“活化”作用；电子对物体表面作用主要包括两方面：一方面是对物体表面的撞击作用，另一方面是通过大量的电子撞击引起化学反应；离子通过溅射现象实现对物体表面的处理；紫外线通过光能使物体表面的分子键断裂分解，并且增强穿透能力。

（二）等离子表面处理技术的优势等离子表面处理技术是干式处理法，替代了传统的湿法处理技术具有以下优势：1. 环保技术：等离子体作用过程是气固相干式反应，不消耗水资源、无须添加化学药剂2. 效率高：整个工艺能在较短的时间内完成3. 成本低：装置简单，容易操作维修，少量气体代替了昂贵的清洗液，同时也无处理废液成本4. 处理更精细：能够深入微细孔眼和凹陷的内部并完成清洗任务5. 适用性广：等离子表面处理技术能够实现对大多数固态物质的处理，因此应用的领域非常广泛（三）等离子表面处理技术前景随着电子信息产业的发展，特别是通信产品、电脑及部件、半导体、液晶及光电子产品对超精密工业清洗设备和高附加值设备的比例要求逐步增大，等离子表面处理设备已经成为很多电子信息产业的基础设备。

并且随着行业技术要求的不断提高，等离子清洗技术将在国内有更加广阔的发展空间。

等离子表面处理技术发展及应用..57页PPT

END
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为.
1、合法而稳定的权力在使用得当时很少遇到抵抗。 ——塞 ·约翰逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感；权力不易确定之处始终存在着危险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金子可以拉着它的鼻子走。— —莎士比

等离子表面处理应用

等离子表面处理应用在汽车汽车配件制造流程中，随着以塑代钢趋势的不断深入，为了确保产品外观和内在质量，各种材料的表面处理技术正引起汽车制造商的广泛关注和重视。

来自国内外汽车制造商和配件厂家的信息表明，采用等离子体技术对汽车制造中的各种配件进行表面处理是最为理想的处理工艺。

烟台金鹰科技有限公司推出的等离子表面处理器，处理效果好、可在线处理、成本低、节能环保以及可监控性强，已经受到了国内外汽车制造和配件厂家甚至研究机构的重视和欢迎。

公司生产的低温常压等离子表面处理机设备目前已经广泛应用于各种橡胶封条（门框密封条、车门头道、车窗导槽、车窗侧条、前后风挡和前后盖密封条、发动机密封）、车灯、汽车内饰（空调出风装置、仪表盘、安全气囊、GPS、DVD、仪表、传感器，天线）刹车块、油封、保险杠。

提高产品的粘接度。

烟台金鹰科技有限公司所生产等离子表面处理机在汽车密封胶条材料表面处理中的应用。

密封性作为衡量汽车质量的一个重要的指标，预示着密封胶条在汽车上具有非常重要的重用。

它具有填补车体部件之间间隙和减振的作用，不但要防止外界的灰尘、潮气水份及烟雾的入侵，还要阻隔噪音的侵入或外泄，等离子表面处理在密封条植绒及喷漆之前处理，可大大提高植绒及喷涂的牢固度，可完全代替底涂工艺。

密封胶条的分类：1.1. 密封胶条以安装部位来分类：主要有前后档风玻璃密封条、车门框密封条、侧窗密封条、天窗密封条、发动机舱盖密封条、行李箱密封条等，其中与车主接触最多的是车门框密封条，上车下车都可能接触到它。

1.2．密封胶条以特点来分类：有一般密封胶条和天侯密封胶条之分。

一般密封胶条以实芯为主，常用于前后档风玻璃、侧窗等地方。

天候密封胶条是带有空心的海绵胶管，富有弹性并有保持温湿度的功能，常用于车门框、行李箱等地方。

1.3．密封胶条按截面形状来分类：可分为实芯形（圆形、方形、扁平形及多边等截面形状）、中空形及金属橡胶复合形等类型。

密封胶条的安装部位与截面形状有很大关系，形状各异，比较复杂。

等离子束表面处理技术及应用培训课件

3 等离子表面强化方式
（3）等离子束熔覆强化
熔覆材料：钴基合金粉末：熔覆层具有优良的高温性能，较好的热强性、热蚀性、韧性以及冷热疲劳性能。
一般用于较重要的耐高温磨蚀零件的强化和修复。如高温高压阀门板和阀座，各种发动机的排气阀密封面以及用于热腐蚀条件下的飞机发动机部件等。
4 等离子束表面强化机理
2 等离子表面强化原理
等离子表面强化的基本原理是利用用氩气或氮气等气体放电形成压缩电弧的高密度能量束（等离子束），其能量密度达数百kW/cm2，弧柱中心温度可达10000℃，加热速度非常快。当利用等离子束扫描材料表面时，其表面温度在瞬间可迅速升至相变温度以上或至熔点，由于加热时间短，加热层很浅，靠工件自身以很大冷却速度快速冷却，形成细密的白口组织、隐晶马氏体、高硬度化合物等高硬度组织，从而实现表面强化之目的。
熔覆材料：铁基合金粉末：熔覆层具有优良的耐磨性，但脆性较大铁铬硅硼合金粉末：50HRC以上，适用于铁路钢轨的修补, 以及石油钻探、农机部件、建筑和矿山机械等抗磨损零件的强化和修复。
3 等离子表面强化方式
（3）等离子束熔覆强化
熔覆材料：镍基合金粉末：熔覆层耐磨、耐蚀、抗氧化镍铬硼硅合金粉末：25~65HRC，综合性能优良，用途广泛，可用于强化和修复承受金属摩擦磨损的工件，各种低应力磨料磨损的零件，耐蚀件和工作温度不超过700 ℃的零件，以及铸铁、钢件缺陷的修补。
等离子束表面处理技术简介
断裂
磨损
腐蚀
机械零部件失效
为满足表面耐磨性能和耐腐蚀性能
表面改性处理
等离子束表面处理技术简介
传统表面改性技术
喷涂层渗层镀层
激光束、电子束、离子束等为代表的高能束表面改性新技术，具有广阔的工业应用前景

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➢ 等离子弧
压缩电弧：与一般的电弧相比温度高、能量集中。等离子发生器工作时，在阴极和阳极之间加一高频高压电，使其间的气体介质Ar气电离形成电弧，此电弧柱在经过细孔道的喷嘴时被强迫缩小，这种作用称为“机械压缩”。同时通过的高压气体介质均匀地包围在电弧周围，使弧柱受到强烈的冷却，迫使带电粒子流向弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩，这种作用称为“热压缩”。此外带电粒子在弧柱中的运动可看成是在一束平行的 “导线”内移动，其自身的磁场所产生的电磁力，使这些“导线”互相吸引靠近，弧柱又进一步被压缩,这种压缩作用称为“磁压缩” 。在上述三种压缩作用下，弧柱被缩小到很细的范围内，并且由柔性变为刚性，能量密度高度集中，心部温度可达104℃，称为等离子束。
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3 等离子表面强化方式（3）等离子束熔覆强化
熔覆材料：铁基合金粉末、镍基合金粉末、钴基合金粉末需要时加入：WC、TiC、SiC、Al2O3等陶瓷相提高硬度
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➢ 等离子弧焊
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等离子熔覆基本原理图等离子熔覆示意图
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3 等离子表面强化方式
（2）表面熔凝硬化
等离子束流快速扫描工件
表面形成熔池
依靠工件自身冷却和向空气散热快速凝固
硬化效果显著，但硬化层的形成过程中，发生了液态到固态的转变，产生铸造缺陷的可能性增加。此外，熔凝硬化层因凝固反应而突起，采用该种硬化方式处理的工件，一般需经过珩磨后方可使用，增加了制造工序和成本。（适于铸铁和高合金钢）
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3 等离子表面强化方式
（3）等离子束熔覆强化
表面预涂敷合金粉末或同步送粉
等离子束流快速扫描工件，合金元素熔入等离子束扫描形成的微熔池中，反应形成新相
依靠工件自身快冷和向空气散热快速凝固
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等离子熔覆示意图
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1 等离子表面处理的优点
等离子束能量密度高、温度高、加热速度快、时间短,处理工件变形小或无变形,工作效率高
等离子束表面改性技术，一次性投资只有激光的1/3-/1/2，运行成本只有激光处理的1/3，且硬化效果与激光相当，是非常有前途的表面工程技术。
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高能束熔覆示意图
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等离子熔覆示意图
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等离子束表面处理技术及应用
材料科学与工程教研室 2013-01-15
等离子束表面处理技术简介
断裂
磨损
腐蚀
机械零部件失效
为满足表面耐磨性能和耐腐蚀性能
表面改性处理
等离子束表面处理技术简介
传统表面改性技术
喷涂层渗层镀层
激光束、电束、离子束等为代表的高能束表面改性新技术，具有广阔的工业应用前景
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等离子束表面处理技术简介
1 等离子束表面处理的优点 2 等离子束表面强化原理 3 等离子束表面强化方式 4 等离子束表面强化机理 5 近年来开展的工作
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2 等离子表面强化原理
等离子表面强化的基本原理是利用用氩气或氮气等气体放电形成压缩电弧的高密度能量束（等离子束），其能量密度达数百kW/cm2，弧柱中心温度可达10000℃，加热速度非常快。当利用等离子束扫描材料表面时，其表面温度在瞬间可迅速升至相变温度以上或至熔点，由于加热时间短，加热层很浅，靠工件自身以很大冷却速度快速冷却，形成细密的白口组织、隐晶马氏体、高硬度化合物等高硬度组织，从而实现表面强化之目的。
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3 等离子表面强化方式
（1）固态相变硬化
等离子束流快速扫描工件
工件被加热到固态相变温度以上
依靠工件自身快速冷却发生淬火
淬硬层组织细小，硬度比常规淬火工艺高出20%以上，耐磨性可提高2～3倍，工件几乎无变形，处理后的材料表面形貌无改变，可直接使用。
等离子束表面处理技术简介
在热喷涂、堆焊、激光熔覆等基础上发展起来的。
热喷涂：技术成熟，应用广泛，但涂层与基体的结合力差，不能承受冲击载荷；
堆焊：设备简单，操作灵活，但电弧不稳定，组织成分极不均匀，易出现夹杂、过烧、烧不透、稀释率高等缺陷，生产效率低，合金元素浪费大等；
激光熔覆：涂层与基体呈冶金结合，涂层外观好、硬度高、耐磨性好、抗冲击等，但生产效率低，能量利用率低，设备投资大、维护费用高、使用成本高。
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3 等离子表面强化方式（3）等离子束熔覆强化
基体材料：碳钢：Q235、20、45、16Mn 合金钢：40Cr、Cr12MoV、H13、304、316L、1Cr18Ni9Ti、
2Cr13 ；铸铁：HT200、QT600、合金铸铁；有色金属合金：Al合金、Ti 合金