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等離子體清洗具有易于控制、無(wú)污染操作和無(wú)廢物輸出等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)能夠有效去除不銹鋼金屬表面的氧化物、油脂和灰塵等污染物,實(shí)現(xiàn)徹底清潔并提高表面純度。在清洗過(guò)程中,等離子體中的高能粒子與表面污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)將有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為氣體或其他揮發(fā)性物質(zhì)。此外,等離子體中的高能電子和離子與表面污染物進(jìn)行直接的物理碰撞,產(chǎn)生沖擊力,有效去除附著在材料表面的污染物。

等離子清洗不銹鋼

大氣等離子清洗機(jī)如圖1（a）所示。該裝置由等離子體發(fā)生器、高頻高壓電源、供氣裝置和可移動(dòng)平臺(tái)組成。產(chǎn)生的等離子體如圖1(b)所示,通過(guò)更換噴頭可以將等離子體直徑調(diào)節(jié)至30~110mm之間。清洗樣品材料是304不銹鋼,直徑為30mm,厚度為3mm,表面粗糙度為3.2μm。等離子體噴嘴與電極表面之間的距離設(shè)定為20mm。在實(shí)驗(yàn)之前,使用濃度為99%的酒精對(duì)樣品進(jìn)行初步清洗,然后使用等離子體噴嘴進(jìn)行清洗。在清洗過(guò)程中,將樣品放置在可移動(dòng)平臺(tái)上,以1.25cm/s的速度前后移動(dòng)12.5cm的距離。在保持其他實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下,通過(guò)分析等離子體清洗前后不銹鋼電極表面的潤(rùn)濕性，研究了等離子體清洗時(shí)間對(duì)電極表面親水性能影響。

圖1 大氣等離子清洗裝置和等離子體清洗不銹鋼圖片

等離子體清洗前后不銹鋼表面水接觸角變化規(guī)律

圖2為未經(jīng)處理的不銹鋼電極表面水接觸角測(cè)量結(jié)果,水接觸角為73.28°,圖3為不同清洗時(shí)間下不銹鋼電極表面的水接觸角變化趨勢(shì)。從圖10中可以觀察到,在550W放電功率下,經(jīng)過(guò)等離子清洗后,不銹鋼表面的水接觸角顯著減小,從73.28°降至29.31°,在清洗1min時(shí)達(dá)到最小值,隨后逐漸增大至55.45°。這表明在550W放電功率下,不銹鋼表面上達(dá)到最小水接觸角所需的等離子體清洗時(shí)間為1min。隨著清洗時(shí)間的延長(zhǎng),不銹鋼電極表面上的水接觸角呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢(shì),表明不銹鋼電極表面的潤(rùn)濕性先增強(qiáng)后減弱。

圖2 未經(jīng)等離子清洗的不銹鋼電極表面的水接觸角

圖3 等離子體清洗前后不銹鋼電極表面水接觸角的變化趨勢(shì)

等離子清洗提高不銹鋼電極親水性原理分析

已有研究表明金屬表面潤(rùn)濕性能的變化主要是受到羥基(-OH)和羰基(O-C=O)等親水官能團(tuán)的影響。

等離子清洗對(duì)不銹鋼電極表面親水性有顯著的提高和改善,其原因主要是:等離子體中具有大量的正負(fù)離子、自由基、激發(fā)態(tài)分子等多種活性離子,通過(guò)撞擊將不銹鋼極板表面的原子或附著材料表面的原子打掉,清除表面原有的污染物和雜質(zhì),而且會(huì)產(chǎn)生刻蝕效應(yīng),在不銹鋼表面形成細(xì)小的凹坑,增大了試樣的比表面積,提高試樣表面的潤(rùn)濕性能,同時(shí)多種活性離子的撞擊會(huì)使試樣表面的原有的化學(xué)鍵產(chǎn)生斷裂,而等離子體中的一些極性官能團(tuán)與不銹鋼表面的元素形成新的化學(xué)鍵,不銹鋼的表面自由能提高對(duì)不銹鋼表面起到改性和活化的作用，從而顯著提高了不銹鋼電極表面的親水性。

等離子體射流中的活性粒子會(huì)影響不銹鋼電極的表面性能,特別是其潤(rùn)濕性。當(dāng)污染物覆蓋不銹鋼電極表面時(shí),會(huì)形成顯著的能量屏障,阻礙液體滲透。等離子體清洗有效地去除了這些污染物,從而提升了不銹鋼電極表面的潤(rùn)濕性。等離子體中的高能粒子與不銹鋼電極表面的污染物(如油脂、灰塵、氧化物等)相互作用,促使表面親水性官能團(tuán)的暴露或生成,從而降低了水接觸角。