Первый этап обработки (очиски) в тлеющем разряде должен активировать поверхность деталей  путем очистки от чужеродных веществ. Обычно на поверхности твердого тела имеется система адсорбированных слоев различных веществ (газы, вода, жиры, окислы и т.д.). К наиболее трудноудаляемым загрязнениям относятся вещества органического характера и оксидные пленки.

 

При нагреве органических веществ они могут разлагаться на элементарные составляющие (крекинг, пиролиз) или соединяться в крупные молекулы (полимеризация).

Для очистки поверхностей от загрязнений необходимо разложить эти загрязнения  на газообразные составляющие (рис. 1) и удалять их откачными средствами из камеры. Наиболее интенсивно процесс разложения происходит при реакции  пиролиза, не способствует очистке процесс полимеризации.

 

Для увеличения нажмите на картинку

Рис. 2.5. Схема испарения поверхностного загрязнения при воздействии импульсного газового разряда: 1 – плазменная среда; 2 – импульсный газовый разряд; 3 – газодинамическая среда; 4 – испарившееся вещество; 5 – поверхность загрязнения; 6 – температурное поле в зоне действия импульсного газового разряда; 7 – объём твёрдого тела

 

Для протекания реакции пиролиза благоприятными условиями являются высокая температура (выше 700ºС) и  низкое давление газов. Реакция полимеризации протекает при сравнительно невысокой температуре (150-250ºС). Протекание обеих реакций зависит также от кинетических условий. Для пиролиза достаточно десятков секунд, в то время как для полимеризации требуются минуты и более.

Характерной особенностью тлеющего разряда является формирование на загрязненной поверхности большого числа катодных микропятен, быстро перемещающихся по обрабатываемой поверхности. Время жизни микропятен 10-2-10-4 с, а плотность тока в них – десятки ампер на квадратный сантиметр.

Рассмотрим термические условия в зоне воздействия катодного микро- пятна на обрабатываемую поверхность. Так как время его теплового действия мало и тепловая энергия сосредоточена в небольшой области, то в первом приближении будем рассматривать микропятно как плоский источник тепла, плотность которого постоянна во времени и равномерно распределена по радиусу.

Действие такого источника нагрева на полуограниченное тело вызывает изменение температуры в соответствии с выражением 

 

 (1)

где  q – удельный тепловой поток.

 

(2)

, а – теплофизические величины.

 

На обрабатываемой поверхности х = 0, поэтому:

 

(3)

Тогда выражение (1) принимает вид: 

 

(4)

Удельный тепловой поток записывается следующим выражением:

(5)

где j – плотность тока в катодном микропятне; Uk – падение напряжения в катодной области микропятна.

 

У разрядов, горящих в вакууме и в разреженной атмосфере, катодное напряжение, как правило, близко к падению напряжения на электродах. При обработке в водороде Uk=300 В. Предположим, плотность тока в микро- пятне j = 103 А/м2, время жизни микропятна – 10-3 с, материал катода – сталь углеродистая.

Тогда вычисление по формуле (4) даст следующее значение температуры в зоне действия катодного микропятна:

 

Таким образом, расчет показывает, что температура в катодных пятнах достаточна для реакции пиролиза. Естественно, что указанное свойство должно обеспечить интенсивное испарение органических загрязнений на обрабатываемой поверхности. Однако в режиме очистки необходимо обеспечить условия, исключающие полимеризацию, а также разрушение поверхностного слоя металла.

Для этого очистка должна проводиться при небольших плотностях тока, а средняя температура нагрева обрабатываемого изделия не должна превышать 150°С.