等離子體表面處理ppt課件(已修改)
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【正文】 2022/2/12 1 第四節(jié) 等離子體表面處理 2022/2/12 2 離子轟擊法的歷史 離子轟擊法的歷史可追溯 1920年。德國的Franz， Skaurw開始利用惰性氣體中的輝光放電加熱金屬工件。 1930年德國的 Bernhar， Benghous和美國的 John J． Egan同時取得了氣體放電離子滲氮法的專利。 但是由于當(dāng)時的電子技術(shù)落后，只能在小電流下試用。直到第二次世界大戰(zhàn)后的 50、 60年代，才使離子轟擊滲鍍技術(shù)逐步在工業(yè)上獲得應(yīng)用。 我國自 70年代以后才大力開展這項技術(shù)的研究應(yīng)用。到 1986年，全國已有約 1000臺離子轟擊爐，數(shù)量上已居世界首位。 2022/2/12 3 1. 離子轟擊滲鍍原理 離子轟擊滲鍍是利用低真空中氣體輝光放電產(chǎn)生的離子轟擊工件表面 ， 使表面成分 、 組織結(jié)構(gòu)及性能發(fā)生改變的處理方法 。 它與傳統(tǒng)的固、液、氣態(tài)中的滲鍍原理不同，是物質(zhì)的第四態(tài) —— 等離子體在熱滲鍍領(lǐng)域的應(yīng)用。 2022/2/12 4 通過輝光放電獲得的 等離子體實際上是正離子 、 負(fù)離子 、 分子 、 中性原子 、 電子 、 光子等各種粒子的復(fù)合體 。 其中的帶電粒子在電場的作用下作定向運動 ， 具有足夠能量的粒子與中性的氣體原子或分子相撞 ， 會使其處于激發(fā)態(tài) ，成為活性原子或離子 。 這些活性原子或離子 ， 比較容易被金屬表面吸收 ， 進入金屬內(nèi)部 。 2022/2/12 5 離子轟擊滲鍍的基本方法如圖所示。 以 工件為陰極 ，容器壁為陽極 ，調(diào)節(jié)滲劑送氣和抽氣速率，使維持133～ 1333Pa的壓力，極間施以 300V以上的直流電壓，使產(chǎn)生輝光放電。 2022/2/12 6 2022/2/12 7 用離子轟擊進行滲鍍，有以下優(yōu)點： （ 1）由于離子對表面的轟擊可使表面高度活化，加之離子和隨離子一起沖擊表面的活性原子都易被表面吸收，因而滲鍍速度特快。 例如，在指定的溫度和氮化層深度時，離子滲氮比氣體滲氮的時間縮短 1倍。 2022/2/12 8 （ 2）可方便地通過調(diào)整滲劑氣成分、有關(guān)電參數(shù)和氣體參數(shù)控制滲鍍層組織，從而實現(xiàn)對滲鍍層的要求。 （ 3）由于離子的轟擊作用，可以去除氧化膜和鈍化膜，對于那些易氧化或鈍化的金屬，如不銹鋼，特別適合。 （ 4）輝光放電可均勻地覆蓋于工件表面，因此比較適合形狀復(fù)雜及多溝槽和孔隙工件的處理。 （ 5）易實現(xiàn)工藝過程的計算機控制。 2022/2/12 9 2. 氣體的放電過程 使氣體由良絕緣體變成良導(dǎo)體的現(xiàn)象稱為氣體放電 。 氣體放電的 必要條件 是 氣體中帶電粒子 的存在和一定 電場強度 的存在 。 由于宇宙射線的作用會使氣體中某些原子被電離 ， 因此氣體中總是存在著微量的電子和離子的 。 在有電場存在的情況下 ， 微量的帶電粒子會發(fā)生定向運動 。 運動中要與中性氣體原子發(fā)生碰撞從而出現(xiàn)各種現(xiàn)象 。 2022/2/12 10 (1) 電子與氣體的碰撞激發(fā)和電離 當(dāng)運動中的電子和氣體原子相撞時，會把能量傳給原子，從而使原子中的電子從正常能級躍遷到較高能級，成為不穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)的受激原子。 按碰撞能量的不同，可升高到的能級也不同，稱為一次、二次、三次激發(fā)，相應(yīng)的電位差，分別稱為第一、第二、第三激發(fā)電位。受激電子會很快返基態(tài)（ 102～ 1010s內(nèi)），把能量hυ （ h為普朗克常數(shù)， υ 為頻率）以光子形式輻射出來而產(chǎn)生輝光，輝光的顏色由頻率而定，如空氣為粉紅色、氫為淡藍(lán)色、氨為紫藍(lán)色、丙酮為藍(lán)色等等。 2022/2/12 11 隨電場強度的增加，電子的運動速度增大，當(dāng)大到一定程度時，會使所撞的原子中的某個電子飛離原子，或者說把基態(tài)電子激發(fā) n=∞ 能級上，這種現(xiàn)象稱為電離。 從氣態(tài)中性分（原）子電離出第一、第二、第三個電子所需的最低電位稱為第一、第二及第三電離電位。 2022/2/12 12 ① 當(dāng)電子的速度過大時，使氣體的激發(fā)或電離的能力不僅不會增大，反會變小，這種情況下電子的能量未
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