低氣壓直流弧斑等離子體除磷及其放電特性研究.pdf

1、除鱗即把鋼鐵表面氧化層除去的工藝在冶金工業(yè)中是一道關(guān)鍵技術(shù)，會(huì)直接影響到鋼材產(chǎn)品的質(zhì)量。傳統(tǒng)除鱗方法如機(jī)械除鱗以及化學(xué)除鱗帶來一系列的環(huán)境污染:水污染、噪聲污染等。低氣壓電弧除鱗是利用陰極弧斑產(chǎn)生的局部高溫使位于其下方鋼鐵表面的氧化層由于蒸發(fā)、爆裂而幾乎被瞬間除去。由于在密閉的空間中進(jìn)行，幾乎不產(chǎn)生噪聲;也不會(huì)帶來水污染;除鱗中蒸發(fā)的氧化物等材料可以被回收再利用，所以電弧除鱗是一種環(huán)境友好型的新技術(shù)。
　　本文針對(duì)低氣壓直流電弧在

2、除鱗中應(yīng)用開展了弧斑等離子體放電技術(shù)、等離子體放電特性和除鱗工藝研究，為實(shí)現(xiàn)弧斑等離子體除鱗技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　首先建立了一套低氣壓陰極弧斑等離子體除鱗裝置，進(jìn)行了柱狀銅電極、球狀銅電極、石墨電極等多種電極的除鱗實(shí)驗(yàn);開展了樣品與電極間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)除鱗研究;實(shí)現(xiàn)了不同尺寸板材樣品以及管狀樣品的除鱗。
　　對(duì)除鱗過程中的陰極弧斑等離子體放電特性以及等離子體特性進(jìn)行了研究。除鱗的速率受氣壓、電極間距以及電流的影響。

3、除鱗過程中電壓以及電壓波動(dòng)由于陰極表面性質(zhì)的不同，氣壓、電極間距以及電流的變化而發(fā)生變化。電壓波動(dòng)與陰極弧斑自身固有的非靜態(tài)爆裂特性相聯(lián)系。高速相機(jī)捕捉到的陰極弧斑在不同條件下或傾向聚集或易分散，大小和明暗也會(huì)發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)除鱗的電壓波動(dòng)越小，對(duì)應(yīng)的除鱗速率就越大。利用ecton爆裂模型從理論上預(yù)測了除鱗速率與放電電流成正比，與我們得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。
　　利用鐵原子的譜線進(jìn)行玻爾茲曼擬合求電子溫度。弧斑在氧化層表面形

4、成時(shí)，不同條件下的正柱區(qū)電子溫度約在4000-5100K;在鐵表面形成時(shí)電子溫度約4000-6000K。正柱區(qū)不同位置電子溫度的變化主要受陰極、陽極鞘層以及電子擴(kuò)散復(fù)合的影響。而電子溫度隨電流、氣壓等放電參數(shù)的變化，則主要與饋入到等離子體中的功率以及電子的碰撞復(fù)合等因素相關(guān)。
　　即使同一次放電過程中，電子溫度也會(huì)發(fā)生較明顯的波動(dòng)。這種波動(dòng)不是由于放電條件的改變或者是測量誤差導(dǎo)致的，而是由于陰極弧斑等離子本身的非靜態(tài)過程決定的。相

5、同條件下，鐵表面弧斑等離子體的電子激發(fā)溫度標(biāo)準(zhǔn)差均大于氧化層陰極的。這說明了電弧在鐵陰極表面比在氧化層陰極表面的不穩(wěn)定性更強(qiáng)。
　　我們觀察到除鱗的過程不是一次性將樣品表面氧化層完全除去，而是一個(gè)兩步掃描的過程。陰極弧斑首先在整個(gè)樣品表面掃描，除去樣品最外層較厚的氧化層;而第二次掃描是一個(gè)更快速的掃描，并除去下面較薄的一層氧化層。經(jīng)過兩次掃描后金屬表面的氧化層被完全除去并露出金屬基體。兩次掃描現(xiàn)象是和氧化層本身的分層特性相聯(lián)系的。

6、不同氧化層以及氧化層與金屬基體之間的電子逸出功是不同的，導(dǎo)致了弧斑在除鱗中的自適應(yīng)性，從而最終引起了兩次掃描現(xiàn)象。
　　實(shí)現(xiàn)了毫秒級(jí)陰極弧斑等離子體放電，并研究了其弧電壓的有色隨機(jī)噪聲(CRN)功率譜。電弧在樣品表面燃燒時(shí)，放電電壓會(huì)發(fā)生波動(dòng)，又稱電壓噪聲。波動(dòng)的頻率、振幅會(huì)隨樣品表面性質(zhì)以及放電參數(shù)的不同而變化。我們對(duì)電壓波形進(jìn)行快速傅立葉變換，得到噪聲功率譜。噪聲功率譜符合冪定律。冪指數(shù)α大小的變化與不同材料表面的弧斑及其亞結(jié)