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等離子體清洗具有易于控制、無污染操作和無廢物輸出等優點。該技術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,實現徹底清潔并提高表面純度。在清洗過程中,等離子體中的高能粒子與表面污染物發生化學反應。這些反應將有機和無機污染物轉化為氣體或其他揮發性物質。此外,等離子體中的高能電子和離子與表面污染物進行直接的物理碰撞,產生沖擊力,有效去除附著在材料表面的污染物。

等離子清洗不銹鋼

大氣等離子清洗機如圖1（a）所示。該裝置由等離子體發生器、高頻高壓電源、供氣裝置和可移動平臺組成。產生的等離子體如圖1(b)所示,通過更換噴頭可以將等離子體直徑調節至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定為20mm。在實驗之前,使用濃度為99%的酒精對樣品進行初步清洗,然后使用等離子體噴嘴進行清洗。在清洗過程中,將樣品放置在可移動平臺上,以1.25cm/s的速度前后移動12.5cm的距離。在保持其他實驗條件不變的情況下,通過分析等離子體清洗前后不銹鋼電極表面的潤濕性，研究了等離子體清洗時間對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律

圖2為未經處理的不銹鋼電極表面水接觸角測量結果,水接觸角為73.28°,圖3為不同清洗時間下不銹鋼電極表面的水接觸角變化趨勢。從圖10中可以觀察到,在550W放電功率下,經過等離子清洗后,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時達到最小值,隨后逐漸增大至55.45°。這表明在550W放電功率下,不銹鋼表面上達到最小水接觸角所需的等離子體清洗時間為1min。隨著清洗時間的延長,不銹鋼電極表面上的水接觸角呈現出先減小后增大的變化趨勢,表明不銹鋼電極表面的潤濕性先增強后減弱。

圖2 未經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

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)等親水官能團的影響。

等離子清洗對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離子、自由基、激發態分子等多種活性離子,通過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,而且會產生刻蝕效應,在不銹鋼表面形成細小的凹坑,增大了試樣的比表面積,提高試樣表面的潤濕性能,同時多種活性離子的撞擊會使試樣表面的原有的化學鍵產生斷裂,而等離子體中的一些極性官能團與不銹鋼表面的元素形成新的化學鍵,不銹鋼的表面自由能提高對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影響不銹鋼電極的表面性能,特別是其潤濕性。當污染物覆蓋不銹鋼電極表面時,會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的暴露或生成,從而降低了水接觸角。