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《《论文_双层辉光等离子体放电光谱诊断(定稿)》》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、双层辉光等离子体放电光谱诊断边心超，张跃飞，陈强（北京卬刷学院等离子体材料与物理研究室北京大兴102600）摘要：等离子体电子激发温度是等离子体重要参数之一，其研究对材料表面改性过程中的实时监控具有非常重要的意义。本实验以氮气为工作气体，利用发射光谱法对双层辉光放电等离子体参数进行了诊断。气体放电中的光谱发射谱线是与等离子体的电子激发温度有关的，本实验选择了65（T800nm范围Ai•原子谱线，以玻尔兹曼方程为依据，采用多线一一斜率法对等离子体电子激发温度进行了估算。实验中研究了工件电压、源极电压、工作气压等工艺参数对电子激发温度的影响。实验结果表明，对于等离子体参数诊断来说
2、，发射光谱法是一种实时、在线、原位、对体系没有扰动的良好的诊断手段。关键词：电子激发温度；等离子体发射光谱法；双层辉光放电：多线——斜率法I前吕双层辉光离子渗金属技术，又称为双层辉光等离子表而合金化技术，是在离子氮化技术基础上发展起来的等离子表血冶金技术［1,2］。双层辉光渗金展技术不仅具有渗速快、无污染、节约能源等优点，而且在合金元素的种类、渗层厚度、成分等方而可控，变动范围大，属于绿色环保技术［3,4］。该技术已成功应用于手用锯条、机用锯条、钢板、化工阀门等。近年來乂在胶体磨、轴承、轧辘等产品上得到应用［5］。刈于双层辉光离子渗金属技术來说，渗层厚度和表面成分梯度是离子渗
3、金属的两个重要的性能参数，他们不仅受许多实验（宏观）条件的彩响，而H与放电等离子体中微观参数（如：电子激发温度）有关［6］。为了探讨离子渗金属技术渗入机理，控制等离子体工艺过程,对离子渗金属过程中的等离子体参数诊断是十分必耍的。电子激发温度是表征等离子体的一个重要参数，随着等离子体与物质相互作用研究的深入及等离子体在材料处理和制备方面应川的口趋广泛，电子激发温度的诊断显得非常重要。利用光谱诊断技术对等离子体电子激发温度进行分析是目前较为理想的诊断方法，其原理是通过光谱仪得到等离子体的发射光谱，根据光谱辐射强度与等离子体的电子激发温度之间的关系来反映等离子体内部的物理状态及其过
4、程。与其他现有的诊断方法相比，光谱诊断技术具有灵敏度高、无干扰性、光谱信息丰富等优点［7］。木实验以氮气为工作气体，利川发射光谱法对双层辉光放电等离子体电子激发温度进行了诊断。气体放电中的光谱发射谱线是与等离子体的电子激发温度有关的，本实验选择了650^800nm范围内的肛原子谱线，以玻尔兹曼方程为依据，采川多线一一斜率法对等离子体电子激发温度述行了估算，并讨论了电子激发温度与工件电压、源极电压和工作气压之间的关系。II实验部分2.1实验装置实验放电装置和实验系统装置图如图1所示。左图为双层辉光放电离子渗金属的实验装置。阴极盒内悬挂有工件和源极两个电极，产生不等电位空心阴极放
5、电；右图为光谱测量装置图。其中，1.真空室底盘,2.真空室,3.阳极,4.阴极盒（长90mmX宽60mmX高60mm）,5.源极（W-Mo合金）,6.工件（碳钢）距源极为15mm7.Andor光谱仪8.EMCCD9.光纤10.计算机图1放电装置和实验系统示意图等离子体光谱诊断系统由光谱仪、EMCCD、光纤和计算机组成。光谱仪釆用美国Andor公司500is-sm型三光栅（600g/500nm,1200g/300nm,3600g/uv-vis）光谱仪，可测波长范围190〜1000nm,分辨率0.lnm,图像分辨率为1600X400像素,单位像素尺寸为16X16umo2.2实验原
6、理原子在两个能级之间跃迁发射光子的谱线强度为［8］,b=NA』g其中血表示激发能级为刀的原子密度,仏表示从能级门跃迁到能级刃的自发跃迁概率，力为普朗克常量，丫为光的频率.在局部热平衡条件下，放电等离子体中电子动能分布应近似满足玻尔兹曼分布规律［9］,NaE-E亠=^exp
7、・〃出］（2）心gmkTe其屮&八从、龙、&分别表示上下能级的统计权重和激发能量，r为等离子体温度.联立式(1),(2)可得：鱼込exp卜垃」］(3)hV乩kTe式(3)中：下标1,2分别指第一与第二条谱线；入是波反，对(3)式取对数得到：In粽奔-占(盼EJ+D鶏人加尹kT°以ln&^-±为纵处标，0为横
8、朋标画出波尔兹曼曲线，然后对曲线进行线性拟合，拟合直线的斜率就是■丄，山此可求得电子激发温度％。©m结果与讨论图2为在木底气压为5Pa,工作气压为40Pa,工件电压为800v,源极电压为400v条件下，测得的Ar元素在650^800nm范围内的谱线。{papauooogJSEnoo18000-■16000-10000-■8000-6000-4000-■2000-■0-■-?ono■—亠LI.1LIJ丄±1II4640660680700720740760780800Wiavelength(nm)图2.65
