1.2.3等离子体的性质

要更好的了解和运用等离子体电解加热技术，我们先看等离子体的性质[11]：

1） 等离子体在宏观上呈电中性。

2） 等离子体具有很高的电导率。整个等离子体系中含有大量的离子和电子，且浓度很高，所以具有很高的电导率。

3） 等离子体反应比化学反应更容易进行。等离子体化学反应是热力学上稳定的而激发态和离子态，这种反应活化能很低，使反应容易进行。

4） 带电粒子有三种运动形式——热运动、在电厂作用下的运动以及带电粒子浓度梯度方向的扩散运动。

5） 等离子体是一个完整的物理体。等离子体中，离子和电子之间有库伦力的作用，带电粒子与中性粒子之间有极化力的作用，各种粒子之间由于力的作用而形成个完整的物理体系。

1.2.4等离子体电解加热的现象

从打开电源到实现电解渗入结束，通过观察，我们可以发现试样和实验系统会产生不同的变化。图1.1是加压过程中电极间电压电流特性曲线图，具体的过程可以分为如下几个阶段：

第一阶段，打开电源,从零电压开始逐渐升高电压，电流也逐渐增加，此过程符合欧姆定律，试样作为电阻，试样及其周围的液体被加热，电解液温度升高，试样表面产生大量气泡。

第二阶段，继续升高电压，电流较快的增加，此时电流电压已不符合欧姆定律，这时是气液共同导电。就液体部分而言：电极两端的电压增大，电场增强，离子运动速度加快而且液体温度不断升高，致使溶液的电导率增大；就气体部分而言，是因为在热电离和电极间电场作用下,使气体分子电离所致。气体分子电离可以产生二次电子,并被加速，如同一次电子一样,它也可以使气体分子电离,其结果出现了雪崩式的电子流增大。电流雪崩式增大并伴随有气体发光的现象称为气体放电或气体的击穿。文献综述

第三阶段，在气体被击穿稳定以后，电力有个迅速减小的过程，此时样品持续放热。在此过程中由于气体放电、电子碰撞产生大量的等离子体，等离子体虽整体呈中性，但它含有相当数量的电子和离子，因此仍可以导电，但由于气体击穿后产生的稳定连续的等离子体区将工件与电解液分开，形成气液隔离层，造成只有一种气态形式导电，因此电流迅速变小。

第四阶段继续提高电压，电流只有稍微增加，增加电压的目的是为了升高和维持试样表面的温度，此时维持的电压称为工作电压。

图1.1 电极间电压电流特性曲线[12]

1.3 课题研究的内容

主要研究45钢表面的液相等离子体碳氮共渗，对液相等离子体渗透技术中的各主要工艺参数变化对处理效果的影响进行了研究和探讨。将电压、电解液浓度、处理时间设置为可控变量，研究不同情况下45钢进行碳氮共渗处理的可能性。在等离子体电解渗透过程中调整工艺参数来了解影响等离子电解渗层的规律，并且对不同处理工艺的样品分析了渗层的形貌和性能。

本次实验探索了在不同的电压、不同的处理时间、不同的电解液浓度下，对45钢进行碳氮共渗处理的可能性。在等离子体电解渗透过程中调整工艺参数来了解影响等离子电解渗层的规律，并且对不同处理工艺的样品分析了渗层的形貌和性能。沿着这总体的思路，本课题进行了如下的对比实验：来~自^751论+文.网www.751com.cn/

（1）保持溶液浓度，处理时间不变，研究不同电压对实验结果的影响，分析了渗层的表面、截面形貌以及显微硬度。 钢的液相等离子电解渗入工艺研究(3):http://www.751com.cn/cailiao/lunwen_75370.html