Research on Low-Temperature Material Processings Using Supersonic Plasma Jets

超音速等离子射流低温材料加工研究

• 批准号: 23656543
• 负责人: TAHARA Hirokazu
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Osaka Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-23656543/
• 关键词: プラズマジェット; 超音速; 熱力学的非平衡; 材料加工; 表面処理; 低温処理; 溶射; 超音速流

In low-pressure plasma spraying, a plasma jet generator with a supersonic expansion nozzle is useful for spraycoating hard and large-area films adhering strongly to substrates. In the expansion nozzle, the pressure and the electron density drastically decrease downstream, and therefore the plasma is in thermodynamical nonequilibrium state. In this study, titanium nitride reactive spraying was carried out under a low-pressure environment using a DC arc plasma jet generator. Titanium powders were injected using a hollow cathode with argon gas, and the plasma gas was nitrogen or nitrogen and hydrogen mixture. Microstructure and properties of the coatings were examined using SEM and XRD. A dense and high-quality TiN coating with a Vickers hardness of 2000 was formed at a low substrate temperature of 700 oC with a low input power of 5.3 kW. All results showed that the supersonic plasma jet in thermodynamical and chemical nonequilibrium state had high potentials for reactive spraying.

在低压等离子体喷涂中，具有超音速膨胀喷嘴的等离子体喷射器可用于喷涂强烈粘附在底物上的硬涂层和大型面积膜。在膨胀喷嘴中，压力和电子密度大大降低了下游，因此血浆处于热力学非平衡状态。在这项研究中，使用直流电弧等离子体喷射器在低压环境下进行氮化钛反应性喷涂。使用带有氩气的空心阴极注入钛粉，血浆气体是氮，氮和氢混合物。使用SEM和XRD检查了涂层的微观结构和特性。在低输入功率为5.3 kW的低底物温度下形成了具有2000年维克硬度的高质量锡涂层。所有结果表明，热力学和化学非平衡状态中的超音速等离子体射流具有反应性喷涂的高潜力。

项目成果

低電力直流アークジェットスラスタにおけるHAN系及び水推進剤の実用化

HAN系统及水推进剂在小功率直流电弧喷射推进器中的实际应用

• 发表时间: 2013
• 作者: 岩階 章;松本和真;井上史博;田原弘一;長田泰一;増田井出夫;野川雄一郎
• 通讯作者: 野川雄一郎

Performance Characteristics of Direct-Current Arcjet Thrusters Using Clean Propellant "Hydroxyl Ammonium Nitrate"

使用清洁推进剂“硝酸羟铵”的直流电弧喷射推进器的性能特点

• 发表时间: 2012
• 期刊: Frontier of Applied Plasma Technology
• 作者: Tomoyuki Ikeda;Hirokazu Tahara and Yosuke Watanabe
• 通讯作者: Hirokazu Tahara and Yosuke Watanabe

低毒性推進剤を用いたアークジェットスラスタの基礎作動実験

低毒推进剂电弧喷射推进器基本运行实验

• 发表时间: 2012
• 期刊: プラズマ応用科学
• 作者: 池田知行;藤田雄也;松本和真;杉村勇也;田原弘一;渡辺陽介
• 通讯作者: 渡辺陽介

宇宙推進工学研究室

空间推进工程实验室

低毒性推薬分解ガスを用いた低電力直流アークジェットスラスタの性能評価

使用低毒推进剂分解气体的小功率直流电弧喷射推进器性能评估

• 发表时间: 2012
• 作者: 藤田雄也;松本和真;杉村勇也;田原弘一;長田泰一;増田井出夫
• 通讯作者: 増田井出夫