低压下直流电弧热等离子体射流电子密度的光谱法测量.docx

低压下直流电弧热等离子体射流电子密度的光谱法测量孙成琪1，2，高阳1*，杨德明1，傅迎庆1(1．大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院，辽宁大连116026;2．广东海洋大学航海学院，广东湛江524088)摘要:采用原子发射光谱仪研究低压直流电弧热喷涂等离子体射流的特性。利用Stark展宽法采集Hβ谱线，使用其Δλ1/2来计算等离子射流中的电子密度，研究了氢气流量、输入功率和探测距离对等离子体射流中电子密度的影响。使用Saha方程计算热等离子体的电离程度，研究了功率/氢气流量与等离子体电离程度的关系。结果表明:电子密度和电离程度随着电流强度的增大而增加;氢气流量增加可以明显提高等离子体射流的能量，但对电离程度影响不大。关键词:中图分类号:热喷涂等离子体;发射光谱;电离程度;电子密度文献标识码:DOI:10．3788/fgx0088TG403ASpectroscopicMethodforMeasurementofElectronNumberDensityonDCArcPlasmaJetUnderLowPressureConditionsSUNCheng-qi1，2，GAOYang1*，YANGDe-ming1，FUYing-qing1(1．CollegeofTransportationEquipmentsandOceanEngineering，DalianMaritimeUniversity，Dalian116026，China;2．NavigationCollege，GuangdongOceanUniversity，Zhanjiang524088，China)*CorrespondingAuthor，E-mail:gaoyang@dlmu．edu．cnAbstract:Thecharacteristicsofthelowpressuredirectcurrentarcthermalsprayplasmajetwereanalyzedbyusingopticalemissionspectra．Theeffectsofdifferentpowerlevels，flowratesofH2anddetectiondistanceontheelectronnumberdensityofthethermalsprayplasmajetwereinvestigated．TheelectronnumberdensityoftheplasmajetwasdeterminedusingΔλ1/2ofHβ(486．13nm)line．Atthesametime，thedegreeofionizationwasanalyzedusingSahaequation，andtheeffectsofH2flowrateandarcelectriccurrentonthedegreeofionizationwerediscussed．Theresultsshowthattheelectronnumberdensityandionizationdegreeoftheplasmaincreasewiththeincreasingoftheinputpower，andtheincreasingofH2flowratecanenhancetheenergyoftheplasmajet，buthasalittleeffectonthedegreeofionization．Keywords:thermalsprayplasma;emissionspectroscopy;degreeofionization;electronnumberdensity子喷涂的环境压力一般为2～10kPa，环境的低压使从喷枪出口的高温等离子体射流区域得到延长，提高了等离子体射流的速度，但等离子射流密度变小，喷枪外部等离子体的加热能力会降低［2-3］。尽管低压等离子喷涂的涂层已经在工业1引言近30年来，热等离子体喷涂技术得到了迅猛发展。低压等离子体喷涂因为能够克服金属基涂层沉积过程中的氧化而备受关注［1］。低压等离收稿日期:2014-10-18;修订日期:2014-11-20基金项目:国家自然科学基金;大连海事大学船机修造工程交通行业重点实验室开放课题(CJXZ201303);中央高校基本科研业务费专项资金(3132014078，3132014323)资助项目第1期孙成琪，等:低压下直流电弧热等离子体射流电子密度的光谱法测量89中得到了广泛的应用，但是低压下热等离子体射流的特性还有待进一步了解。等离子体射流中温度、速度和电子数密度直接影响着喷入粉末的加热与加速，有关低压热喷涂等离子体射流温度和速度特性前人已经进行了一些研究，但是对电子数密度的研究还非常少，