Исследование градиента температуры факела высокочастотной индукционной плазмы

И. Ш. Абдуллин, А. А. Хубатхузин

ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАДИЕНТА ТЕМПЕРАТУРЫ ФАКЕЛА ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ПЛАЗМЫ

Ключевые слова: плазма, модификация, вакуум, градиент температуры.

Свойства поверхностных слоев формируются во время обработки твердого тела. Установлена зависимость между входными параметрами установки и параметрами разряда. Показана возможность регулирования параметров модификации образцов.

Key words: plasma, modification, vacuum, temperature grade.

Properties of outer zone form during processing the solid body. Dependence between input parameters of apparatus and parameters of discharge was learnt. Possibility of controlling the sample modification parameters was shown.

Большое значение при практическом использовании металлов и сплавов на их основе имеют вопросы повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости поверхности металлических изделий.

Перспективным методом обработки материалов является воздействие высокочастотной (ВЧ) плазмы пониженного давления, которая позволяет варьировать как температуру обработки, так и характеристики ионного потока, поступающего из плазмы на поверхность обрабатываемого изделия.. К преимуществам воздействия высокочастотной плазмы пониженного давления можно отнести: практически неограниченный ресурс работы; простое аппаратурное оформление; малая продолжительность процессов обработки; возможность совмещения нескольких технологических операций; высокая плотность покрытий, равная плотности исходного материала и др. Однако в процессе плазменного воздействия образцы нагреваются. В связи с этим проведены исследования термического воздействия потока ВЧ плазмы пониженного давления на поверхность образцов материала.

Эксперименты проводились на ВЧ плазменной установке индукционного разряда (частота генератора 1,76 МГц). Установка позволяет регулировать потребляемую мощность в диапазоне от 0,5 до 5 кВт, рабочее давление от 13,3 Па до 133 Па, расход плазмообразующего газа до 0,12 г/с, в качестве плазмообразующего газа использовался технический аргон [1].

Образец изготавливался из стали 40Х в виде пластины с размерами 50x50 мм. И толщиной 5 мм. Пластину устанавливали перпендикулярно потоку плазмы на различных высотах от среза плазматрона 30, 60, 90, 120 мм. Для контроля температуры в центре образца с его тыльной стороны зачеканивалась хромель-алюмелевая термопара. С целью устранения влияния ВЧ наводки на показания прибора, фиксирующего ЭДС термопары, измерения температуры проводили сразу после гашения разряда и прекращения подачи плазмообразующего газа.. Таким образом, пластина при минимальном теплообмене, в условиях вакуума, сохраняла свою температуру в начальный момент времени. Результаты исследований представлены на рис. 1

Рис. 1 - Температура образца в зависимости от тока анода и высоты пластины от среза плазмотрона

Установленные зависимости между входными параметрами установки и параметрами разряда показывают на возможность эффективной и достаточно простой регулировки характеристик струи разряда. Режим обработки можно регулировать не только изменяя расход, мощность разряда, но и перемещением обрабатываемого тела вдоль струи разряда.

Литература

1. Абдуллин, И.Ш. Модификация нанослоев в высокочастотной плазме пониженного давления./ И.Ш. Абдуллин , В.С. Желтухин, И.Р. Сагбиев, М.Ф. Шаехов. - Казань: Изд-во Казан. технол. унта, 2007. - 356 с.

© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф. зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; А. А. Хубатхузин - канд. техн. наук, доц. каф. вакуумной техники электрофизических установок КГТУ, al_kstu@mail.ru.

Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 1.10.10 по 15.11.10.