[发明专利]一种大气压介质阻挡放电冷等离子体射流对金属材料表面改性的方法

说明书

本发明提供了一种大气压介质阻挡放电冷等离子体射流对金属材料表面改性的方法，属于材料表面处理技术领域。该方法通过大气压下介质阻挡放电，产生大量的活性粒子和金属材料表面相互作用，发生氧化、刻蚀、交联等物理和化学反应，对金属表面改性。其中，冷等离子体射流是由放电形式为介质阻挡放电的冷等离子体射流发生器产生的。当放电电压较低时，冷等离子体射流可对金属材料表面快速亲液性改性，且不改变表面结构；当放电电压较高时，射流可在快速改性同时，改变表面微观结构，从而使亲液性改性效果长久保持。该方法处理效率高，且无需真空设备，成本低，操作简单灵活，对环境无污染，是一种新型绿色表面改性方法。

技术领域

本发明涉及一种采用大气压介质阻挡放电产生冷等离子体射流对金属材料表面处理的方法，属于材料表面处理技术领域。

背景技术

随着制造业的快速发展，金属材料的应用领域越来越广，不同的应用领域对材料的表面性能有相应的不同要求。润湿性是金属材料的重要特性之一，根据不同应用场合，对金属材料表面的润湿性合理调控具有较重要意义。目前，对材料表面改性的方法主要有湿化学法、紫外光辐照法、低温等离子体处理法、激光处理、光刻等。其中，低温等离子体改性具有较高改性效率，且对材料表面损伤较小，具有较好的研究价值及应用前景。公开号为CN1526753A、CN1900408A、CN202318981U的发明专利均提供了采用等离子体对材料进行表面改性的装置和方法。但这些装置或方法均采用低气压等离子体，需要复杂昂贵的真空设备，且被处理材料的尺寸受真空腔的限制，导致处理效率较低，成本较高。近年来，采用无需真空、成本低的大气压等离子体对材料表面改性得到了广大科研工作者的重视，如专利CN102259364A、CN202907329U、CN102905455A、CN103194001A等。但这些装置和方法均是针对高分子等非金属材料的表面改性，未能提供一种对金属材料的改性方法。公开号为CN103789716A的发明专利提出了一种大气压裸电极冷等离子体射流对金属材料改性的方法，利用针电极和喷嘴电极之间的裸电极放电可产生等离子体并形成射流，对金属材料表面进行改性。但该方法在对材料表面改性时，无法改变表面结构，导致改性后材料表面的润湿性在短时间内即由于脱吸附及离解等反应而快速恢复。另外，该方法仅提供了对超疏水材料及疏水材料的改性方法，未能实现对超疏油材料的改性，难制备可用于有机液滴操控的微流控芯片等装置。该方法使用的气体也具有一定的局限性，只可使用氮气、氧气及空气等活性气体作为工作气体，使用非活性气体(如氦气、氩气等)等无法产生等离子体射流，导致射流处理范围较广，不便于对材料局部区域精确处理。

发明内容

本发明提供了一种对金属材料进行表面改性的方法，可以在大气压下短时间内提高金属材料的表面性能，改善材料表面的亲水性和亲油性。

一种大气压介质阻挡放电冷等离子体射流对金属材料表面改性的方法，本方法所用的装置为介质阻挡放电冷等离子体射流发生装置，包括工作气体源1、气体减压阀2、气体质量流量控制器3、冷等离子体射流发生器4、缠绕在冷等离子体射流发生器上的高压电极5和低温等离子体高压电源6；

冷等离子体射流发生器4的材质为管状绝缘介质，其上套有高压电极5；高压电极5与低温等离子体高压电源6的高压输出端相连，低温等离子体高压电源6的低压输出端与地相连；工作气体由工作气体源1经过气体减压阀2和气体质量流量控制器3通入冷等离子体射流发生器4；将冷等离子体射流发生器4固定在支架上，将待处理的金属材料8水平放置在冷等离子体射流发生器4的射流出口的正下方；打开气体减压阀2，调整气体质量流量控制器3，使工作气体以合适的流量进入冷等离子体射流发生器4中；开启高压电源6，逐渐提高输出电压，直到冷等离子体射流发生器4的出口产生稳定的介质阻挡放电冷等离子体射流7；调整冷等离子体射流发生装置4和金属材料8之间的距离，使介质阻挡放电冷等离子体射流7和金属材料8充分接触，形成表面改性射流处理区域9。

所述的工作气体源1中气体为氦气、氩气、氮气、空气、氧气中的一种或两种以上混合；