等離子表面處理工藝是一種以等離子體反應(yīng)為基礎(chǔ)的表面加工技術(shù)，它可以有效地改善材料的表面性能和功能。該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
1.等離子體介紹
在等離子態(tài)下，原子或分子失去或獲得一個(gè)或多個(gè)電子，形成了正電離子和自由電子。這些帶電的粒子不僅具有高速度和高溫度，還具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性。因此，在等離子體環(huán)境下，可以進(jìn)行很多難以實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)。
2.等離子表面處理的基本原理
等離子表面處理工藝本質(zhì)上是在材料表面產(chǎn)生氣體等離子體，并將等離子體與材料表面發(fā)生作用，從而實(shí)現(xiàn)表面的改性和功能化。等離子體通過(guò)用高頻電場(chǎng)或射頻電場(chǎng)電離氣體形成，然后將其推入靶材濺射工件表面或離子束撞擊，當(dāng)?shù)入x子體與工件表面相互作用時(shí)，會(huì)引起表面反應(yīng)，例如增加表面能量，延長(zhǎng)表面壽命等。
3.等離子表面處理的工藝流程
等離子表面處理的工藝流程主要包括預(yù)處理、干燥、清潔和處理。首先，需要對(duì)工件進(jìn)行預(yù)處理，通常采用化學(xué)法或物理法去除表面油污和雜質(zhì)。其次，需要將工件送入真空室，通過(guò)真空排氣抽取其中的空氣和水分，這可以減小氣體阻力以提高工作效率；然后將氣體注入，同時(shí)加上外加電場(chǎng)，使得氣體產(chǎn)生等離子，從而在被處理材料表面形成較大的束。較大的束可以提供更好的剪切和軋制特性，重新分布自由電子和化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)表面改性。處理完成后，工件還需要進(jìn)行后處理，以保證表面質(zhì)量和手感。
4.等離子表面處理的優(yōu)勢(shì)
等離子表面處理作為一種高技術(shù)表面處理方式，在材料表面改性和功能化方面具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，包括：
(1) 處理速度快：等離子體在超高溫下能產(chǎn)生完整的反應(yīng)所需時(shí)間，處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的表面處理方法。
(2) 可精準(zhǔn)控制：等離子表面處理可通過(guò)調(diào)整電場(chǎng)、氣體注入、壓力等參數(shù)對(duì)工作件進(jìn)行合理控制。
(3) 對(duì)特殊材料處理效果高：傳統(tǒng)表面加工技術(shù)往往無(wú)法在硬度、耐磨性和強(qiáng)韌度等特殊材料上產(chǎn)生足夠的效果，而等離子表面處理可以很好地解決這些問(wèn)題。
(4) 低溫且無(wú)污染：等離子表面處理過(guò)程中溫度較低，能有效降低處理時(shí)工件的溫度。此外，當(dāng)它們變成粒子或表面原子后不會(huì)因?yàn)橹斡纬森h(huán)境污染。
5.等離子表面處理的應(yīng)用
由于等離子表面處理加工技術(shù)具有的多種優(yōu)勢(shì)，所以在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。例如，飛機(jī)零部件、晶體的裂紋快速修復(fù)、單晶切割技術(shù)、汽車(chē)制造等。 近年來(lái)，在醫(yī)療行業(yè)，等離子表面處理也被廣泛應(yīng)用于植入物的制造和修理中。大氣等離子處理機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)：
1. 均勻度高。大氣等離子是輝光式的等離子幕，直接作用于材料表面，實(shí)驗(yàn)證明，同一材料不同位置的處理均勻性很高，這一特性對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的貼合、邦定、涂布、印刷等制程十分重要。
2. 效果可控。大氣等離子有三種效果模式可選。一是選用 氬氣/氧氣 組合，主要面向非金屬材料并且要求較高的表面親水效果時(shí)采用，比如玻璃，PET Film等。 二是選用 氬氣/氮?dú)?組合，主要面向各種金屬材料，如金線、銅線等。因氧氣的氧化作用，替換為此方案中的氮?dú)夂?，該?wèn)題可以得到有效控制。三是只采用氬氣的情況，只采用氬氣也可以實(shí)現(xiàn)表面改性，但是效果相對(duì)較弱。此為特殊情況，是少數(shù)工業(yè)客戶需要有限而均勻的表面改性時(shí)采用的方案。
3. 安全易用。大氣式等離子，也是低溫等離子，不會(huì)對(duì)材料表面造成損傷，例如對(duì)方阻值敏感的ITO Film材質(zhì)亦可處理。無(wú)電弧，無(wú)需真空腔體，也無(wú)需廢氣排放系統(tǒng)，長(zhǎng)時(shí)間使用并不會(huì)對(duì)操作人員造成身體損害。
4. 面積寬大。大氣等離子大可以處理2m寬的材料，可以滿足現(xiàn)有多數(shù)工業(yè)企業(yè)的需求。
5. 成本低廉。大氣等離子設(shè)備功耗低，運(yùn)行成本以氣體為主。以主要消耗氣體氬氣為例，同corona等離子氣體消耗量相比不足其1/20.等離子噴涂的基礎(chǔ)發(fā)展了新的技術(shù)
1.真空等離子噴涂（又叫低壓等離子噴涂）
真空等離子噴涂是在氣氛可控的，4～40Kpa的密封室內(nèi)進(jìn)行噴涂的技術(shù)。
因?yàn)楣ぷ鳉怏w等離子化后，是在低壓氣氛中邊膨脹體積邊噴出的，所以噴流速度是超音速的，而且非常適合于對(duì)氧化高度敏感的材料。
2.水穩(wěn)等離子噴涂
前面說(shuō)的等離子噴涂的工作介質(zhì)都是氣體，而這種方法的工作介質(zhì)不是氣而是水，它是一種高功率或高速等離子噴涂的方法，其工作原理是：
噴槍內(nèi)通入高壓水流，并在槍筒內(nèi)壁形成渦流，這時(shí)，在槍體后部的陰極和槍體前部的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極間產(chǎn)生直流電弧，使槍筒內(nèi)壁表面的一部分蒸發(fā)、分解，變成等離子態(tài)，產(chǎn)生連續(xù)的等離子弧。由于旋轉(zhuǎn)渦流水的聚束作用，其能量密度提高，燃燒穩(wěn)定，因此，可噴涂高熔點(diǎn)材料，特別是氧化物陶瓷，噴涂效率非常高
3.氣穩(wěn)等離子噴涂
氣穩(wěn)等離子噴涂的原理是由等離子噴槍?zhuān)ǖ入x子弧發(fā)生器）產(chǎn)生等離子射流（電弧焰流）。噴槍的電極（陰極）和噴嘴（陽(yáng)極）分別接整流電源的正、負(fù)極，向噴槍供給工作氣體（Ar、N2等），通過(guò)高頻火花引燃電弧。電弧將氣體加熱到很高的溫度，使氣體電離，在熱收縮效應(yīng)、自磁收縮效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)的作用下，電弧被壓縮，產(chǎn)生非轉(zhuǎn)移性等離子弧。高溫等離子氣體從噴嘴噴出后，體積迅速膨脹，形成高溫高速等離子射流。送分氣流推動(dòng)粉末進(jìn)入等離子射流后，被迅速加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并將等離子射流加速，形成飛翔基材的噴涂離子束，陸續(xù)撞擊到經(jīng)預(yù)處理的基材表面，形成涂層。大氣等離子噴涂用氬氣、氮?dú)?、氫氣作為等離子氣。
