【正文】 噴嘴與電極之間必須絕緣，以便在電極和噴嘴之間產(chǎn)生非轉(zhuǎn)移型電弧。它們在基本結(jié)構(gòu)上有很多相似之處，但各自又有不同的特點(diǎn) [19]。用這種等離子束加熱工件表面能形成很大的溫度梯度，可使工件表面薄層內(nèi)迅速升溫至熔點(diǎn)或者箱變溫度以上，束柱移走后依靠工件自身的熱傳導(dǎo)，加熱區(qū)迅速冷卻，形成細(xì)密的白口或隱針馬氏體類的 高硬度組織，提高表面的硬度與耐磨性，而且處理工件變形小、效率低。此外帶電粒子在弧柱中的運(yùn)動可看成是在一束平行的導(dǎo)線內(nèi)移動，其自身的磁場所 產(chǎn)生的電磁力，是這些“導(dǎo)線”相互吸引靠近，弧柱又進(jìn)一步被壓縮，這種壓縮作用稱為“磁壓縮”。 9 4 等離子發(fā)生器 器 工作原理 等離子發(fā)生器工作時(shí)，在陰極和陽極之間加一高頻高壓電，使其間的氣體介質(zhì) Ar 氣電離形成電弧，此電弧柱在經(jīng)過細(xì)孔道的噴嘴時(shí)被強(qiáng)迫縮小，這種作用稱為“機(jī)械壓縮” [18]。另外，還 用于工模具、玻璃馬賽克軋輥、機(jī)床導(dǎo)軌等零件，均取得了良好效果。托輥無變形，表面質(zhì)量不因淬火改變，但淬火層的機(jī)械性能和使用壽命明顯提高，目前，仍在使用中。噴塑機(jī)絲杠，不僅提高硬度，還保證了強(qiáng)度。 目前在國內(nèi)，等離子具體應(yīng)用有 :內(nèi)燃機(jī)氣缸套，材料為含硼的鑄鐵，經(jīng)等離子弧淬火后可達(dá)到硬度 800～ 900HV，淬火層深為 ～ ㎜ ，顯著提高氣缸套質(zhì)量和使用壽命，處理內(nèi) 孔面的最小直徑可達(dá) 45㎜ [17]。 用空氣等離子弧掃描 70 號高碳鋼表面，進(jìn)行表面強(qiáng)化，表面硬化層寬為 4Omm，厚 ，并對處理后的機(jī)械性能進(jìn)行了研究，論證了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的變化 [15]。 用以氫為源離子的等離子發(fā)生器硬化鑄鐵部件，研究其抗磨層特性，其硬度可達(dá)52～ 60HRC[13]。前蘇聯(lián)將等離子淬火法成功地用于強(qiáng)化鑄鐵軋輥，軋輥的壽命提高了，平均工作能力提高了 倍，獲得很大經(jīng)濟(jì)效益。其中，尤以前蘇聯(lián)，美國，日本，德國等激光表面淬火技術(shù)先進(jìn)的國家在等離 子弧表面淬火技術(shù)方面也處于領(lǐng)先地位。利用等離子弧改善材料表面性能主要是等離子弧相變硬化，即通過研究等離子弧工藝參數(shù)對金屬組織相變的影響，進(jìn)而研究對其表面形貌和物理力學(xué)性能的影響，即研究硬化層的深度、硬化區(qū)的硬度分布、表面殘余應(yīng)力、表面耐磨性及表面粗糙度等。 等離子弧表面淬火加工技術(shù)，目前雖然人們研究的較多，但還沒有形成完整的加工工程體系，大多數(shù)還停留在試驗(yàn)研究和工程個(gè)別應(yīng)用方面，因?yàn)榈入x子弧的工程理論研究是一個(gè)多學(xué)科、多領(lǐng)域的交叉研究過程，它是集等離子物理、機(jī)電控制、金屬材料學(xué)、傳熱學(xué)于一體的綜合性高新技術(shù)，有從等離子弧產(chǎn)生的本身物理學(xué)系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)進(jìn)行研究的，有從金屬材料熱處理角度來進(jìn)行研究的，有從材料的使用性能來進(jìn)行研究的，有從淬火 工藝的可靠性、穩(wěn)定性來進(jìn)行研究的，有從熱加工過程分析和溫度場模型計(jì)算來進(jìn)行研究的。等離子弧焊接，等離子弧切割，等離子弧噴鍍等技術(shù)，己為人們所熟知。七十年代能源危機(jī)的出現(xiàn)，更加速了它的發(fā)展 [9]。設(shè)備投資小，生產(chǎn)運(yùn)行成本低，這也是它能在很多場合下取代激光淬火的最主要原因。 加熱過程非常迅速，高密度的熱流使工件表面能在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度，并由表及里形成淬火介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)自冷淬火；且獲得的表面硬度也高于常規(guī)熱處理。對于表面積較大的工件如導(dǎo)軌、主軸、桿等，同樣可以獲得較為理想的硬化層所以將其用于工件表面淬火有很好的應(yīng)用前景。 等離子弧是一種能量密度僅次于激光和電子束的熱源，可以利用它產(chǎn)生的高溫進(jìn)行表面強(qiáng)化處理 。感應(yīng)加熱表面淬火是靠外加電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流進(jìn) 行加熱，這種加熱效果往往受工件形狀的限制，且局部溫度控制也比較困難。火焰加熱表面淬火是利用燃?xì)?— 氧氣火焰對工件進(jìn)行局部加熱，然后靠工件自冷或強(qiáng)制冷卻來實(shí)現(xiàn)淬火。它以等離子弧作為熱源對工件表面進(jìn)行加熱，使被加熱部位的溫度在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到相變溫度以上，然后靠工件自身冷卻和相變獲得所需的組織，從而獲得良好的表面耐磨性和耐腐蝕性。對于存在溝、槽的工件，比較適合使用聯(lián)合弧 [8]。 (3)聯(lián)合型等離子弧，聯(lián)合弧在工作過程中，轉(zhuǎn)移型與非轉(zhuǎn)移型同時(shí)存在。但在產(chǎn)生轉(zhuǎn)移弧之前，需要用小電流的非轉(zhuǎn)移弧作為導(dǎo)體引起轉(zhuǎn)移弧，當(dāng)轉(zhuǎn)移弧電路接通后切斷非轉(zhuǎn)移弧電路。 (2)轉(zhuǎn)移型等離子弧，轉(zhuǎn)移弧工作時(shí)，工件是導(dǎo)體并作為陽極，噴嘴用來約束電弧。它的特點(diǎn)是以噴嘴約束電弧直徑，同時(shí)噴嘴作為電弧的陽極，工件不接入電路。用這種等離子弧加熱工件表面能形成很大的溫度梯度，可使工件表面薄層內(nèi)迅速升溫至熔點(diǎn)或者相變溫度以上，弧柱移走后依靠工件自身的熱傳導(dǎo)，加熱區(qū)迅速 6 冷卻，形成細(xì)密的白口或隱針馬氏體類的高硬度組織，提高表面的硬度與耐磨性，而且處理工件變形小、效率高 [7]。此 外帶電粒子在弧柱中的運(yùn)動可看成是在一束平行的“導(dǎo)線”內(nèi)移動，其自身地磁場所產(chǎn)生的電磁力，使這些“導(dǎo)線”互相吸引靠近，弧柱又進(jìn)一步被壓縮，這種壓縮作用稱為“磁壓縮”。當(dāng)工作時(shí)，在陰極和陽極之間加一高頻高壓電，使其間的氣體介質(zhì)電離形成電弧，此電弧柱在經(jīng)過細(xì)孔道的噴嘴時(shí)被強(qiáng)迫縮小，這種作用稱為“機(jī)械壓縮”。適應(yīng)一般氣體定律，但與一般氣體有很大差別，通常氣體中的離子作雜亂無章的熱運(yùn)動，而等離子除熱運(yùn)動外，還會產(chǎn)生等離子震蕩，在外場中產(chǎn)生輻射等。 3 等離子體 表面 淬火技術(shù) 完全電離或部分電離的氣體，是由帶電粒子 (自由電子、正負(fù)離子 )、中性粒子 (中性分子或原子 )和由于碰撞產(chǎn)生的分子碎片組成的。等離子弧表面淬火控制參數(shù)眾多，對實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的淬火工藝增加了難度。 5)由于激光設(shè)備的原因，激光淬火在內(nèi)孔表面等部位的淬火長度受到限制，等離子弧 表面淬火通過采用合適的工裝，可以實(shí)現(xiàn)對深孔表面強(qiáng)化。 3)由于技術(shù)和設(shè)備的原因，目前激光器的工業(yè)效率 (即電光能量轉(zhuǎn)換效率 )很低，不超過 15%，而等離子弧表面淬火設(shè)備的熱效率要高出許多。而目前國內(nèi)只能生產(chǎn)功率較低的激光表面淬火設(shè)備，限制了激光表面淬火技術(shù)的應(yīng)用范圍。 所以隨著高密度能源的 普及，像火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火那樣的低密度能源表面熱處理將逐漸被等離子表面淬火和激光表面淬火所取代。應(yīng)此處理環(huán)境清潔，無污染。 2)進(jìn)行處理的面積可根據(jù)需要任意選擇，并且能量的作用被集中在一定的范圍和深度，應(yīng)此，加熱作用僅發(fā)生在表面和一個(gè)深度不大的表面層，故能量的利用率高，很好的節(jié)能效果。所謂高能量密度熱源表面熱處理，是對工件表面施加非常高的能量密度，在很短的時(shí)間內(nèi)，將工件表層加熱到相變溫度以上，熔融狀態(tài)以下，然后靠工件自身冷卻，實(shí)現(xiàn)表面硬化，以提高表面耐磨性和耐腐蝕性 [6]。對于表面積很大的工