低温等离子体是指在直流电弧放电、辉光放电、微波放电、电晕放电、射频放电等条件下所产生的部分电离气体,其中由于电子的质量远小于离子的质量,故电子温度可以在几万摄氏度到几十万摄氏度之间,远高于离子温度(离子温度甚至可与室温相当),是一种非平衡等离子体,在低温等离子体中包含有多种粒子,除了电离所产生的电子和离子以外,还有大量的中性粒子如原子、分子和自由基等。故粒子间的相互作用非常复杂,有电子电子、电子中性粒子、电子离子、离子离子、离子中性分子、中性分子中性分子等,在这样一个复杂的物理体系中,由于电子、离子、激发原子、自由基的存在且相互作用,因此常可以完成在普通情况下难以完成的事。从20世纪七八十年代以来,等离子体表面改性开始了蓬勃的发展,目前已形成一一个独立的研究方向,主要针对金属、聚合物,生物功能材料等方面。
近十几年来,低温等离子体在金属材料表面改性中得到了广泛的应用。它改变了金属材料的表面力学特性,即材料的磨损、硬度、摩擦、疲劳、耐腐蚀等性能。主要体现在:
(1)为提高金属表面抗腐蚀能力,通过对铁和钢合金进行离子束渗氮来提高其摩擦和耐腐蚀特性。目前采用等离子源离子注人的方法,它区别于单能量的氮离子注入法,样品浸没在等离子体中并加上高负电压脉冲。在电场中,这些离子被加速而注人到样品中;在注人过程中,与常规束线离子注入相似,用高能离子在材料表面近距离区域注人。与其不同的是,离子从四面八方同时注人到样品上而没有视线限制,因此可以处理形状较复杂的样品,且注入粒子的能量范围宽。
(2)提高金属的硬度和磨损特性离子注人金属表面可以形成金属固溶体和沉积物,故可提高金属材料的硬度用氮等离子源离子注人法对奥氏体不绣钢进行渗氮,结果与未渗氮的样品相比...