等離子表面處理工藝是一種以等離子體反應為基礎的表面加工技術，它可以有效地改善材料的表面性能和功能。該技術已經(jīng)被廣泛應用于制造業(yè)、航空航天、生物醫(yī)學等領域。
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或多個電子，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，還具有較強的化學反應活性。因此，在等離子體環(huán)境下，可以進行很多難以實現(xiàn)的化學反應。
2.等離子表面處理的基本原理
等離子表面處理工藝本質上是在材料表面產(chǎn)生氣體等離子體，并將等離子體與材料表面發(fā)生作用，從而實現(xiàn)表面的改性和功能化。等離子體通過用高頻電場或射頻電場電離氣體形成，然后將其推入靶材濺射工件表面或離子束撞擊，當?shù)入x子體與工件表面相互作用時，會引起表面反應，例如增加表面能量，延長表面壽命等。
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處理、干燥、清潔和處理。首先，需要對工件進行預處理，通常采用化學法或物理法去除表面油污和雜質。其次，需要將工件送入真空室，通過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，同時加上外加電場，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反應，從而實現(xiàn)表面改性。處理完成后，工件還需要進行后處理，以保證表面質量和手感。
4.等離子表面處理的優(yōu)勢
等離子表面處理作為一種高技術表面處理方式，在材料表面改性和功能化方面具有非常明顯的優(yōu)勢，包括：
(1) 處理速度快：等離子體在超高溫下能產(chǎn)生完整的反應所需時間，處理速度遠遠快于傳統(tǒng)的表面處理方法。
(2) 可精準控制：等離子表面處理可通過調(diào)整電場、氣體注入、壓力等參數(shù)對工作件進行合理控制。
(3) 對特殊材料處理效果高：傳統(tǒng)表面加工技術往往無法在硬度、耐磨性和強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題。
(4) 低溫且無污染：等離子表面處理過程中溫度較低，能有效降低處理時工件的溫度。此外，當它們變成粒子或表面原子后不會因為治愈而形成環(huán)境污染。
5.等離子表面處理的應用
由于等離子表面處理加工技術具有的多種優(yōu)勢，所以在各個領域都有廣泛的應用。例如，飛機零部件、晶體的裂紋快速修復、單晶切割技術、汽車制造等。 近年來，在醫(yī)療行業(yè)，等離子表面處理也被廣泛應用于植入物的制造和修理中。等離子噴涂的基礎發(fā)展了新的技術
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)進行噴涂的技術。
因為工作氣體等離子化后，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，而且非常適合于對氧化高度敏感的材料。
2.水穩(wěn)等離子噴涂
前面說的等離子噴涂的工作介質都是氣體，而這種方法的工作介質不是氣而是水，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，在槍體后部的陰極和槍體前部的旋轉陽極間產(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（等離子弧發(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（陽極）分別接整流電源的正、負極，向噴槍供給工作氣體（Ar、N2等），通過高頻火花引燃電弧。電弧將氣體加熱到很高的溫度，使氣體電離，在熱收縮效應、自磁收縮效應和機械效應的作用下，電弧被壓縮，產(chǎn)生非轉移性等離子弧。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。送分氣流推動粉末進入等離子射流后，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)預處理的基材表面，形成涂層。大氣等離子噴涂用氬氣、氮氣、氫氣作為等離子氣。等離子處理技術廣泛用于材料的表面處理，是一種有效、環(huán)保、節(jié)能的處理方法。等離子體是由高溫電離氣體產(chǎn)生的一種充滿電荷的狀態(tài)，可以通過幾乎任何非金屬的表面進行化學修飾和物理改性，實現(xiàn)對表面性質的調(diào)控。等離子處理后，多久有效與樣品性質、處理條件以及后續(xù)環(huán)境等因素有關。
樣品性質
不同的材料具有不同的表面化學反應活性、內(nèi)部結構以及物理性質，其對等離子處理的響應也會有區(qū)別。例如，聚合物、陶瓷、玻璃、金屬等材料對等離子處理的敏感度和穩(wěn)定性不同。而且，即使是同一種材料，在不同的材料加工工藝、生產(chǎn)方式或者來自不同來源的供應商可能都會影響到處理后樣品的有效性。
處理條件
等離子處理的成本較高，尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)領域中，處理時間和處理氣體種類、濃度等因素都會對處理效果造成影響。比如說，在相同處理下，使用不同的氣體和功率密度處理相同材料的結果可能會不一樣。 在優(yōu)化等離子處理工藝時，需要考慮維持較長時間的穩(wěn)定操作條件，并防止過量電離和表面氧化。
后續(xù)環(huán)境
材料的使用環(huán)境對其性能具有重要影響。在實際應用中，光、潮濕、高溫、低溫或化學介質等都可能導致等離子處理效果的退化或失效。例如，等離子處理的特殊表面活性可能會因為自然環(huán)境暴露而漸漸減弱。 因此，在等離子處理后多久有效這個問題上，還要看考慮使用的時間和條件。
總之，等離子處理的效果受到眾多因素的影響，沒有明確的答案。因此，在實踐中，需要進行多次實驗，在合適的控制下觀測等離子體處理后的材料的性質變化是否達到預期。而且等離子處理技術目前依然處于發(fā)展初期，需要開展更深入的研究和商業(yè)應用，以提有效率和穩(wěn)定性，為其在各種領域應用打下基礎。
