冷弧空气等离子体射流表面处理技术介绍.doc

冷弧空气等离子体射流表面处理技术介绍冷弧空气等离子体射流表面处理的必要性传统的表面处理用湿法采用化学溶剂浸泡擦洗。湿法不具有普适性处理速度慢特别是化学溶剂会造成二次污染使得人们必须寻找新的表面处理技术。低温等离子体具有极强的化学活性在室温下可以引起多种化学反应或物理刻蚀而基质材料的本体性能不受影响。通过低温等离子体表面处理材料表面发生多种的物理化学变化或产生刻蚀而粗糙或形成致密的交联层或引入含氧极性基团使材料表面清洁、活化改善材料表面的亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能。它的这种特殊性能可以对塑料、橡胶、金属、半导体、陶瓷和玻璃、复合物、纺织品、泡沫等进行表面改性以及金属和非金属的粘接表面处理因此可以广泛应用于汽车、航空、家用电器、包装材料、医疗器械、电子、机械、建筑、纺织和生物医学工程等领域。在一般情况下低温等离子体表面处理可以采用低气压等离子体技术但由于要使用真空系统常常具有很大的局限性也使得花费过大。常压等离子体技术使表面处理变得简单而便宜。常压等离子体产生的方法有：一是电晕放电等离子体二是冷弧放电等离子体三是射频放电等离子体（包括同轴型和平板多孔型）四是介质阻挡放电等离子体。其中射频放电须用氦气工作无法广泛应用；电晕和介质阻挡放电会产生大量臭氧污染使用环境。因此冷弧空气等离子体射流表面处理是最便宜、最实用的技术。它用于表面处理有很大的优势它的优点在于属于干式工艺省能源无公害满足节能和环保的需要；使用空气无臭氧污染价格很便宜时间短效率高；对所处理的材料无严格要求具有普遍适应性；可处理形状复杂的材料材料表面处理的均匀性好；反应环境温度低；对材料表面的作用仅涉及几到几百纳米材料表面性能改善的同时基体性能不受影响。这种技术经过十几年的发展已经逐步成熟在国外已经有一些髙技术公司在大力推广和使用这类技术。国内也有一些实验室开始着手推广这类技术。我们在已有的技术基础上不失时机的进行了冷弧空气等离子体射流技术的研发和应用取得了长足的进展。冷弧空气等离子体射流技术的特点图1冷弧等离子体射流。几十年来等离子体炬（plasmatorch）的个工业应用已经众所周知例如氩弧焊、空气等离子体切割机和等离子体喷涂等。这些设备中的核心部件通常称为等离子体炬其等离子体中心温度达数千度是“热”等离子体。近年来人们为了进行有机材料例如橡胶表面进行处理以改善表面附着力将等离子体炬的技术低温化和小型化将“热弧”变为“冷弧”研制成冷弧空气等离子体射流（参见图1）表面处理设备喷枪出口温度仅数百度甚至更低并且已经开始向家用电器和汽车工业推广应用。有些高技术公司例如德国plasmatreatinc.将这种技术产品化可以用于高速在线处理并已经进入国际市场。图2常压等离子体表面处理原理。冷弧空气等离子体射流表面处理的原理流经冷弧等离子体射流枪的空气气流可以产生包括大量的氧原子在内的氧基活性物质氧基等离子体照射基板可以使附着于基板上的有机污染物“C”元素的分子分离并变成二氧化碳后被清除；同时可以提高接触性能从而可以提高接合强度和可靠性。参见图2。冷弧空气等离子体射流表面处理的工业应用不锈钢薄板对焊处的焊前处理不锈钢薄板对焊在工业中应用很普遍例如太阳能热水器的内桶就是用0.4mm的不锈钢薄板卷成圆筒对焊制成。为了达到焊接要求必须对焊接处进行必要的清洗。目前的清洗方法是湿法－人工用化学清洗剂擦洗清洗成本高有污染很难实现自动化。等离子体射流清洗技术是干法运用于薄板对焊的前处理可代替传统的人工用化学清洗剂擦拭降低了清洗成本可提高焊接质量减少对环境的污染可实现焊接区清洗的自动化。试验现场参见图3试验结果参见图4。图3实验现场照片。不锈钢薄板两边相对被压紧在焊接床上。左侧为清洗枪在前；右侧为焊接枪在后。图4对比试验照片。上两样品是用等离子射流清洗的；下两样品是人工用清洗剂擦洗的。图3是液晶玻璃经等离子体清洗后的有关数据。图中显示出液晶玻璃经常压等离塑料板的表面处理塑料类例如木塑是可以代用木材的新型材料但表面油漆相当不易这就大大限制了应用范围。如果用化学方法处理价格高污染大。为此我们研究用空气等离子体射流处理。经等离子体射流照射后会发生明显的变化：颜色略有变浅反光度降低呈亚光性；用手触摸可以感觉到表面略有粗糙；特别是使喷漆的附着性能大大增强。为此我们进行了经等离子体处理前后的附着力测试。测试方法：用划刀在待测部件表面划出垂直井字结构划痕用软毛刷轻刷划线表面去掉碎沫。用透明胶带贴于划线上胶带与样品间应无气泡保持1～2分钟；以约60度角度恒定速度将胶带撕起。观察划线及正方形的完整度以判断附着力的大小。图4是测试结果。A未用等离子体射流处理木塑板材B用胶带粘贴并撕下后的照片。喷漆后划线照片。C：用等离子体射流处理木塑