極度の熱力学的非平衡状態にある超音速反応性プラズマ流を用いた溶射法の研究

极端热力学非平衡态超音速反应等离子体流热喷涂研究

基本信息

批准号：
14655273
负责人：
田原弘一
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

非平衡状態の電磁加速プラズマジェット発生装置は通常の熱プラズマジェット装置と同様の同軸電極構造をもち、キロアンペアオーダーの放電電流とそれに伴う自己誘起磁場の相互作用によって作動ガスが電磁力学的に加速されるので、他のプラズマ熱源に比べて高速で高温・高密度の大面積プラズマを生成することができる。そのため、各種のプラズマ材料プロセシングへの応用が期待される。本研究では、セラミックス溶射用に2種類の電磁加速プラズマジェット装置を開発した。一つは陰極周りにムライトもしくはジルコニア製のカバーを備えた装置であり、もう一つはチタニウム製の陰極を備えたものである。前者ではアルゴンガスを用いた大電流アーク放電による陰極周りのセラミックスカバーの溶融によりムライトもしくはジルコニアの溶射が行われる。後者では窒素ガスを用いて、溶融された陰極のチタン粒子と窒素プラズマの化学反応により窒化チタンが生成される。2種類の装置を用いたセラミックス成膜実験の結果、緻密で、一様な硬い皮膜の製作に成功した。窒化チタンの反応性溶射では、そのプラズマ特性を明らかにするためにプラズマ診断測定と流れ場の数値計算が行われた。プラズマ発生装置から大量の窒素原子と窒素イオンが高速で噴出していることが推定された。電子温度と電子数密度は減圧プラズマ溶射のそれらに比べて基板の位置で高く維持されていた。窒素イオン、チタン原子、チタン一価イオン、チタン二価イオンを含む化学的に活性なプラズマが高品質の窒化チタン皮膜の生成に寄与していると推測された。こうして、電磁加速プラズマ発生装置がセラミックス溶射のために高い性能をもっていることがわかった。

非平衡电磁加速的等离子体喷射器具有类似于常规热等离子体喷气器件的同轴电极结构，并且通过电磁气体在电磁上加速了千层级排放电流的相互作用，而相关的磁场和相关的自动磁场的高温和高度较高的高度较高的高度较高的高度较高的高度较高的高度均高度分别。因此，预计将应用于各种浆料材料处理。在这项研究中，开发了两种类型的电磁加速等离子喷气器件用于陶瓷喷涂。一种是一个带有木石或氧化锆盖的装置，另一个是由钛制成的阴极。在前者中，通过使用氩气的大电流弧排放熔化阴极周围的陶瓷盖来喷洒mullite或锆。在后一种情况下，氮化钛是通过使用氮气在熔化的阴极钛颗粒和氮等离子体之间的化学反应产生的。由于使用两种类型的设备进行了陶瓷膜形成实验，我们成功地产生了密集，均匀，硬涂层。在氮化钛的反应性喷洒中，进行了血浆诊断测量和流场的数值计算，以阐明其血浆性能。据估计，大量的氮原子和氮离子以高速从血浆发生器弹出。与减压血浆喷涂相比，电子温度和电子密度密度保持在底物位置。据推测，含有氮离子，钛原子，钛单价离子和钛二价离子的化学活性等离子体有助于形成高质量的氮化钛涂层。因此，发现电磁加速的等离子体发生器由于陶瓷喷涂而具有高性能。