在等离子体清洗的应用中,放电参数对等离子体射流的特性以及清洗效果都有着至关重要的作用。功率直接决定了等离子体的电子温度和能量密度,进而影响到等离子体中电子的激发和离子化过程。功率的增加导致电子温度升高,激发态粒子浓度增加,从而提高等离子体的活性和反应性。此外,等离子清洗时间作为另一个关键参数,决定了等离子体与被清洗表面之间的相互作用时间。因此,本文主要针对功率、清洗时间对旋转等离子体清洗效果的影响进行研究。

实验前,先用浓度99%的工业酒精初步清洁样本表面,再使用大气等离子清洗机进行清洗，如图1.1所示。清洗时,将20个样品依次放在可移动平台上,前后移动距离为12.5cm,移动速度为1.25cm/s。本文实验中设置的放电功率分别为550W和750W,清洗时间分别为0.5min、1.0min、1.5min、2.0min、2.5min、3.0min。通过水接触角测试仪器测量等离子体清洗前后不锈钢电极表面的水接触角。

图1 不锈钢材料等离子清洗

图2.1所示为不同清洗参数下,空气等离子体清洗不锈钢电极表面前后水接触角的变化情况。图2.1(a)为未清洗时的初始状态,图4.1(b)~(g)分别为550W清洗功率下,清洗时间从0.5min逐步增加至3.0min时,不锈钢表面水接触角的变化趋势。图2.1(h)~(m)为清洗功率750W时,电极表面水接触角的变化趋势。为了更直观的分析水接触角的变化趋势,将图2.1中的具体数据绘制成了折线图,如图2.2所示。为了更准确的确定最佳清洗时间,放电功率为750W时额外测量了0.25min的数据。结果表明,当放电功率为550W时,清洗1.0min时电极表面水接触角从70.76°降低至最小值29.31°。超过1.0min后,水接触角随清洗时间逐渐上升至55.19°。当放电功率为750W时,清洗0.5min时水接触角达到最小值34.12°,超过0.5min后水接触角迅速增加。1.5min时水接触角达45.98°,2.5min后趋于稳定。

图2.1 空气等离子体清洗前后不锈钢电极表面的水接触角:  (a)未清洗;(b)~(g)放电功率550W;(h)~(m)放电功率750W 

图2.2  空气等离子体清洗前后不锈钢电极表面的水接触角变化:(a)550W;(b)750W 

总的来说,随着等离子体清洗时间的延长,不锈钢材料表面的水接触角先减小后增大,这也反映出电极表面的亲水性先增强后衰减。当放电功率为550W和750W时,电极表面水接触角达到最小值所需的等离子体清洗时间分别为1min和0.5min。增加功率提高了等离子体的电子温度和能量密度,从而加速了清洗过程。