CN115927999A - 一种螺旋波等离子体渗氮方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种螺旋波等离子体渗氮方法，通过螺旋波等离子体喷枪，将高电离率等离子体注入到1～10Pa的低气压、室温氮氩气真空室中，TC4钛合金管与真空室壁构成‑50V左右的负偏压，氮气离子N2 +和N+在负偏压加速下，以较大的通量流密度深入到TC4钛合金管内壁30～50um的深度，形成致密性氮化钛(TiN)和氮化铝钛(TiAlN)薄膜，薄膜的硬度约为1200HV，熔点约为2900℃。本发明为钛合金工件内壁提供增强的涂层保护，提高使用寿命；氮化钛和氮化铝钛薄膜，不仅具有较高的硬度和较高的熔融温度，而且致密的薄膜涂层阻断高温燃气中氢原子对钛合金的氢脆作用和燃气中氧化剂对TC4的氧化作用，从而大幅提高TC4钛合金导流管耐高温燃气的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及对金属材料的镀覆技术领域，具体涉及一种螺旋波等离子体渗氮方法。
背景技术
TC4钛合金的主要成分是Ti-6Al-4V，属于(α+β)型钛合金。TC4具有较高的抗拉强度，约为1000MPa，其熔点约为1630℃。在一些耐高温烧蚀的环境中应用，具有一定的优势。但是TC4钛合金管面对高温燃烧火焰羽流时，钛合金较容易受到燃烧火焰中H原子的深入，形成氢脆，造成管壁烧蚀损伤。而且TC4钛合金的热导率较低约为8Wm-1K-1，面对3000K的高温火焰羽流时，其内壁急剧升温，造成严重的热烧蚀。
另外，目前有常压高温渗氮工艺，在一个大气压，820℃高温下，在密闭容器内对TC4钛合金工件进行渗氮处理。但是这种表面处理的工艺需要进行较长(约20～40小时)的处理时间，导致电功率消耗较大，处理成本较高。这主要是因为密闭空间的静态渗氮工艺，使得一些低能氮分子在TC4钛合金表面被吸附，形成密度较高的氮气吸附层，阻止高能量的氮气分子向钛合金工件表面的渗透，从而需要延长渗氮的处理时间；
改进的循环常压高温氮气渗氮工艺，是将两个渗氮处理容器管串联起来，并通过高温抽气机使得高温氮气在在两个容器内循环流动，流动的氮气将钛合金表面吸附的较低能量氮气吸附层遭到破坏，因而提高较高能量的氮气分子注入钛合金表面的流量密度，缩短氮化钛和氮化铝钛镀层的形成周期约为10个小时。
但是常压高温渗氮工艺仍然存在处理时间长、能量消耗大的问题，功耗主要浪费在常压大气向容器壁的热流传递，另外，大气压下，负偏压加速的正离子能量大部分消耗在与大气粒子的碰撞上。这也决定其镀膜的时间较长。
因此，亟需一种快速高效的渗氮方法。
发明内容
本发明是为了提高渗氮方法的效率、降低能耗，提供一种螺旋波等离子体渗氮方法，通过螺旋波等离子体喷枪，将高电离率等离子体注入到1～10Pa的低气压、室温氮氩气真空室中，TC4钛合金管与真空室壁构成-50V左右的负偏压，氮气离子N2 +和N+在负偏压加速下，以较大的通量流密度深入到TC4钛合金管内壁30～50um的深度，形成致密性氮化钛(TiN)和氮化铝钛(TiAlN)薄膜，薄膜的硬度约为1200HV，熔点约为2900℃。本发明为钛合金工件内壁提供增强的涂层保护，提高使用寿命；氮化钛和氮化铝钛薄膜，不仅具有较高的硬度和较高的熔融温度，而且致密的薄膜涂层阻断高温燃气中氢原子对钛合金的氢脆作用和燃气中氧化剂对TC4的氧化作用，从而大幅提高TC4钛合金导流管耐高温燃气的使用寿命。
本发明提供一种螺旋波等离子体渗氮方法，包括以下步骤：
S1、工质气体进入螺旋波等离子体羽流放电枪，在背景磁场和电场的作用下得到螺旋波等离子体羽流；
S2、螺旋波等离子体羽流从等离子体羽流放电枪中喷出后进入真空室中，得到定向流动螺旋波等离子体，待加工工件位于定向流动螺旋波等离子体的前端；
S3、定向流动螺旋波等离子体通过高电压辉光放电方法渗入待加工部件内部并与待加工部件发生化学反应形成镀层，螺旋波等离子体渗氮完成。
本发明所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，作为优选方式，步骤S1中，工质气体包括氮气；
步骤S2中，真空室的压力为1～10Pa，真空室处于室温中，螺旋波等离子体羽流放电枪和待加工工件均设置在真空室中，待加工部件为钛合金部件或镀钛合金的部件；
步骤S3中，高电压辉光放电方法为使真空室的室壁为零电压、待加工部件为负偏压；
定向流动螺旋波等离子体中包括电离的N2 +和N+，N2 +和N+在待加工工件表面的等离子体鞘层内碰撞平均自由程大于等离子体鞘层厚度，N2 +和N+在负偏压的作用下加速注入到待加工部件内部30～60um深度形成氮化钛和氮化铝钛薄膜镀层。
本发明所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，作为优选方式，步骤S3中，钛合金为Ti-6Al-4V；
本发明所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，作为优选方式，螺旋波等离子体羽流的电子密度为1019～1020m-3、电子温度20～50eV、气体温度为1～20eV。
本发明所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，作为优选方式，螺旋波等离子体羽流放电枪包括中空的绝缘层和依次设置在绝缘层外部的屏蔽层、直流电磁线圈，绝缘层一端为工质气体入口、另一端为螺旋波等离子体羽流出口；
直流电磁线圈形成背景磁场，电子在被约束在背景磁场中。
本发明所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，作为优选方式，步骤S1中，电子在背景磁场中的回旋半径为：
其中，me为电子的质量，v⊥e为电子热速度的垂直磁场分量，e为电子的电荷，B为背景磁场；
绝缘层为石英玻璃管。
本发明所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，作为优选方式，步骤S2中，真空室中设置真空机组，真空机组抽气使真空室中维持1～10Pa的压力，螺旋波等离子体羽流从等离子体羽流放电枪中喷出后得到定向流动螺旋波等离子体。
本发明所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，作为优选方式，步骤S1中，工质气体还包括氩气，氩离子不被背景磁场约束而且在绝缘层的内壁产生二次电子以活化螺旋波等离子体羽流。
本发明所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，作为优选方式，步骤S3中，定向流动螺旋波等离子体中氩离子首先消除待加工工件表面的气体吸附层，从而减小气体吸附层对注入离子的能量消耗，再撞击待加工工件表面形成钛合金晶格畸变。
本发明所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，作为优选方式，步骤S3中，真空室中背景气体温度接近室温。
本发明的待加工工件可以是TC4钛合金管，也可以是其他形状的钛合金工件或镀钛合金的金属件。
本发明采用螺旋波等离子体渗氮技术，在TC4钛合金管内壁形成50um左右厚度的氮化钛和氮化铝钛薄膜。薄膜的硬度约为1200HV，熔点约为2900℃。为TC4钛合金导流管内壁提供增强的涂层保护，提高TC4钛合金的使用寿命。氮化钛和氮化铝钛薄膜，不仅具有较高的硬度和较高的熔融温度，而且致密的薄膜涂层阻断高温燃气中氢原子对钛合金的氢脆作用和燃气中氧化剂对TC4的氧化作用。从而大幅提高TC4钛合金导流管耐高温燃气的使用寿命。
高电压辉光放电等离子体渗氮工艺，是在钛合金工件与容器壁间施加高电压。容器壁处于地电位，钛合金工件处于-2000V负高压电位，容器壁与工件间的距离约为10cm，电场强度约为2*104V/m。容器中氮气的密度约为6.7*1021m-3，气体温度约为1100K(827℃)，气体压力约为0.001个大气压(101.3Pa)。气体中的初始电子的弹性碰撞平均自由程约为
其中σc＝1.8×10-19(m2)是电子与氮气分子碰撞的弹性碰撞截面。在电子平均自由程内受到电场加速，获得的电子动能增加约为
Δεe＝λmfpE＝8.4×10-4×2×104＝16.8(eV)
电子的动能增加，使得电子与氮气分子碰撞的能量超过氮气分子的电离能∈i＝15.56eV，造成气体的雪崩电离。电离气体的电导率增大，使得电离气体的电压降低，在被处理工件表层形成等离子体鞘层，产生工件表面的辉光放电。在鞘层内，电离的氮气离子N2 +被电场加速，注入到被处理工件内部20～50um深度，形成氮化钛和氮化铝钛薄膜镀层。辉光放电渗氮方法可以进一步降低渗氮工艺的电能量消耗，降低渗氮处理的成本。辉光放电过程中，氮气离子受到电场加速，因而注入的离子通量流密度远大于中性高温分子流密度，而且处于较高能段的离子通量流较大，离子注入钛合金表面的深度较深。
虽然高电压辉光放电能够进一步降低能耗，和提高氮化钛镀层的性能，但0.001大气压、827℃温度下(气体密度约为6.7*1021m-3)，中性气体通过容器壁面传递的热流密度依然不小，在等离子体鞘层内离子与中性气体碰撞会损失较多的能量，因此鞘层内气体的电离率较低，电子密度只有1016～1017m-3。电离率只有1％。造成高电压放电的大部分能量消耗在氮气离子与氮气的碰撞损耗上。
为了进一步降低渗氮工艺的电能量消耗和成本，本发明将采用螺旋波等离子体渗氮技术路线，充分利用螺旋波等离子体的高电离率特性，在容器内低气压1～10Pa，气体低温条件下，通过螺旋波产生的等离子体，在工件负偏压状态，高效实施渗氮操作，形成高品质的氮化钛和氮化铝钛薄膜，为钛合金管在高温燃烧羽流条件下的寿命。
本发明利用螺旋波高效形成高密度等离子体的特点，向真空室提供电离的氮氩混合等离子体。从而低功率地在真空室背景气体中形成等离子体环境；
螺旋波等离子体喷射羽流和真空机组抽气，维持真空室内的气压约为10Pa，从而形成稳定的真空室内定向流，消除钛合金表面的吸附气体层；
钛合金工件的负偏压设置，使得等离子体环境中的氮气离子和氮离子在负偏压加速下，直接以较高速度注入到钛合金材料内部形成渗氮镀层。氩离子不会与钛、铝等元素产生化学反应，只是提供钛合金晶格的畸变，为氮气离子和氮离子的深入提供较有利的渗入条件；
氮气离子和氮离子在工件表面的等离子体鞘层内的碰撞平均自由程，约为0.11m，大于等离子体鞘层的厚度，因而被加速的氮气离子和氮离子无碰撞损失地深入钛合金内部。这就是螺旋波等离子体渗氮方法耗能较小的核心机制之一；
螺旋波等离子体渗氮技术中，真空室背景气体温度在室温附近。背景气体向真空室壁的热流传递能量非常小，可以忽略不计。较高能量的氮气离子和氮离子是在工件表面附近等离子体鞘层内被负偏压加速，并且无碰撞损失地注入钛合金内部。利用螺旋波等离子体渗氮方法，不会造成钛合金工件的热形变和热相变，从而确保钛合金工件的品质不会因为渗氮而产生不良变化。
本发明具有以下优点：
本发明采用螺旋波等离子体向真空室背景气体喷射等离子体，形成渗氮加工的定向流动等离子体环境。氮气离子和氮离子渗透进钛合金内的能量是通过负偏置电压直接加速形成的，并且在真空室内氮气离子的平均自由程大于负偏压等离子体鞘层的厚度，加速后的氮气离子不会因为碰撞而损失能量。这是螺旋波等离子体真空渗氮方法效能较低的主要机制之一；螺旋波等离子体喷射束流也是高效产生高密度等离子体的方法之一，这也构成较为经济的等离子体产生方式。并且螺旋波束流和真空泵的协同工作在真空室内形成稳定的定向流环境，消除钛合金工件表面的气体吸附层，从而减小气体吸附层对注入离子的能量消耗。螺旋波等离子体真空渗氮方法中真空室背景气体的压力约为1～10Pa，气体温度约为室温附近。不会造成渗氮工件的热变形和热相变，从而确保渗氮工件的品质不变。
附图说明
图1为一种螺旋波等离子体渗氮方法流程图；
图2为一种螺旋波等离子体渗氮方法中螺旋波等离子体羽流放电枪结构示意图。
附图标记：
1、螺旋波等离子体羽流放电枪；11、绝缘层；12、屏蔽层；13、直流电磁线圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，一种螺旋波等离子体渗氮方法，包括以下步骤：
S1、工质气体进入螺旋波等离子体羽流放电枪1，在背景磁场和电场的作用下得到螺旋波等离子体羽流；
工质气体包括氮气、氩气；
螺旋波等离子体羽流的电子密度为1019～1020m-3、电子温度20～50eV、气体温度为1～20eV；
如图2所示，螺旋波等离子体羽流放电枪1包括中空的绝缘层11和依次设置在绝缘层11外部的屏蔽层12、直流电磁线圈13，绝缘层11一端为工质气体入口、另一端为螺旋波等离子体羽流出口；
直流电磁线圈13形成背景磁场，电子在被约束在背景磁场中；
电子在背景磁场中的回旋半径为：
其中，me为电子的质量，v⊥e为电子热速度的垂直磁场分量，e为电子的电荷，B为背景磁场；
绝缘层11为石英玻璃管；
氩离子不被背景磁场约束而且在绝缘层11的内壁产生二次电子以活化螺旋波等离子体羽流；
S2、螺旋波等离子体羽流从等离子体羽流放电枪1中喷出后进入真空室中，得到定向流动螺旋波等离子体，待加工工件位于定向流动螺旋波等离子体的前端；
真空室的压力为1～10Pa，真空室处于室温中，螺旋波等离子体羽流放电枪1和待加工工件均设置在真空室中，待加工部件为钛合金部件或镀钛合金的部件；
真空室中设置真空机组，真空机组抽气使真空室中维持1～10Pa的压力，螺旋波等离子体羽流从等离子体羽流放电枪1中喷出后得到定向流动螺旋波等离子体；
S3、定向流动螺旋波等离子体通过高电压辉光放电方法渗入待加工部件内部并与待加工部件发生化学反应形成镀层，螺旋波等离子体渗氮完成；
高电压辉光放电方法为使真空室的室壁为零电压、待加工部件为负偏压，负偏压是指相对于真空室壁的电压是负的；
定向流动螺旋波等离子体中包括电离的N2 +和N+，N2 +和N+在待加工工件表面的等离子体鞘层内碰撞平均自由程大于等离子体鞘层厚度，N2 +和N+在负偏压的作用下加速注入到待加工部件内部30～60um深度形成氮化钛和氮化铝钛薄膜镀层；
钛合金为Ti-6Al-4V；
定向流动螺旋波等离子体中氩离子首先消除待加工工件表面的气体吸附层，从而减小气体吸附层对注入离子的能量消耗，再撞击待加工工件表面形成钛合金晶格畸变；
真空室中背景气体温度接近室温。
实施例2
如图1所示，一种螺旋波等离子体渗氮方法，包括以下三个步骤：
1、螺旋波等离子体喷枪1制备螺旋波等离子体羽流；
原理如下：螺旋波(Helicon Wave)是一种在有限半径柱状磁化等离子体中激励和传播的等离子体波。螺旋波在柱状磁化等离子体中传播具有平行于背景磁场的分量k||。
目前的研究结果表明，螺旋波在等离子体中的衰减机制主要有朗道阻尼和Trevelpiece-Gloud(T-G)阻尼机制。螺旋波等离子体能够产生电子密度1019～1020m-3，电子温度约为20～50eV，离子和中性气体温度约为1～20eV。
电子在背景磁场中的回旋半径约为
其中，me是电子的质量，v⊥e是电子热速度的垂直磁场分量，e是电子的电荷，B是背景磁场。假设在本项发明中，电子的温度约为30eV，背景磁场约为500Gs，
氩气和氮气混合气体(1：1分子数)作为电离工质，氩离子和氮气离子的温度为5eV，氩离子的回旋半径
氮气离子N2 +的回旋半径
在500Gs背景磁场中，电子是被背景磁场约束的，而氩离子不能被磁场约束，能够撞击石英管壁而产生二次电子。石英管内的等离子体电子密度约为1019m-3，而氩离子、氮气离子和氮离子和中性氩气原子、氮气分子和氮原子的温度约为5eV。石英玻璃管的长度约为0.2m，其中充满等离子体。等离子体电子的平均密度约为5*1019m-3，电子温度约为30eV，离子和中性气体的温度约为5eV，离子的密度也是5*1019m-3，而中性原子(分子)的密度约为5*1019m-3，电离率约为50％。石英管出口处等离子体的定向速度约为10kms-1，石英玻璃管的截面积
等离子体羽流的定向原子(分子)流
60秒钟需要9.42*1020个氩原子，标准大气压下的气体体积约为
进气量约为175sccm(每分钟175毫升标准气体)。
螺旋波等离子体放电管的结构如图1所示：石英玻璃管11的长度约为300mm，直径10mm。
背景磁场约束螺旋波等离子体电子，阻止电子的径向热流传递。因此电子向石英玻璃管壁的热流密度降低较大，而氩原子和氩离子、氮气离子和氮气分子、氮原子和氮离子传递的热流密度受到背景磁场的限制，也不足以熔融石英玻璃。螺旋波等离子体喷射进10Pa气压的真空室中，螺旋波羽流喷射出石英玻璃管流动到磁场较弱的地方(忽略磁压力)，羽流的径向压力为：
Pt＝Poi+Pe＝noikToi+nekTe
其中noi是羽流中所有离子、原子和分子的密度总和，因此noi＝1020(m-3)，这里忽略氮气分子解离成氮原子的过程。ne＝5×1019(m-3)，kTe＝30eV，kToi＝5eV，因此未膨胀的羽流径向压力约为
Pt＝noikToi+nekTe＝(1020×5+5×1019×30)×1.6×10-19
＝320(Pa)
因此，螺旋波羽流喷射进10Pa气压的真空室气体中，羽流在低磁场区迅速膨胀到与真空室环境气压相近的密度。由于螺旋波羽流在10-4秒时间内喷射进真空室的原子和分子数只有7.85×1015，远远小于羽流膨胀后在直径0.2m直径圆柱内的低温(400K)，低气压(10Pa)氮氩混合气体分子数。真空室内氮氩混合气体的密度约为
其中Do＝0.2(m)是螺旋波羽流膨胀后在真空室内的直径，L＝1(m)是螺旋波羽流在真空室内的长度。因此
膨胀后羽流喷射的高温离子和原子(分子)数约为7.85*1015，远远小于在膨胀羽流中低温气体原子(分子)数，约为1.8*1019。羽流粒子与真空室气体原子碰撞，也不会将真空室气体温度升高多少，并且真空室气体通过真空室壁也向外传递热量。因此真空室内低温气体基本保持400K的温度，真空室外壁的温度仍然在室温附近(约30℃)。
2、负偏压钛合金工件渗氮
在真空室中，氮气离子
与背景气体原子(分子)碰撞的截面约为σc+＝5×10-19(m2)，真空室背景气体粒子密度约为1.8*1019m-3，氮气离子的弹性碰撞平均自由程约为
在负偏压的渗氮工件附近的等离子体鞘层厚度，小于氮气离子碰撞的平均自由程，因而氮气离子在鞘层内因碰撞而损失的能量可以忽略不计。氮气离子受到-20V偏置电压加速后，基本上以20eV的动能注入钛合金材料中。能够形成深度30～60um的渗氮层。由于是在背景气体粒子密度约为2*1019m-3，螺旋波等离子体高效产生的氮气离子，在负偏压工件等离子体鞘层内几乎不损失动能，因而其渗氮的能量利用率高于其他一些渗氮方法，如，常压高温静置氮气渗氮方法、常压高温循环氮气渗氮方法、低气压辉光放电渗氮方法。
3、钛合金渗氮表面涂层性能
TC4钛合金的主要成分为Ti-6Al-4V，通过螺旋波等离子体真空渗氮可以在钛合金表面形成厚度约为50um，结构致密的的氮化钛(TiN)和氮化铝钛(TiAlN)镀层。氮化钛(TiN)和氮化铝钛(TiAlN)镀层的表面硬度约为HV1200，熔点约为2900℃。这都大幅提高TC4钛合金的材料的表面硬度和熔点(TC4钛合金的硬度约为HV330，熔点约为1660℃)。特别是由于致密性的氮化钛和氮化铝钛镀层形成，阻止高温(2700℃)燃烧气体(主要成分为CO2、H2O、NOx、O2、H等)中一些原子、分子对钛合金的氧化、氢脆级高温烧蚀作用。TC4钛合金导流管的内部硬度约为HV330，通过螺旋波等离子体渗氮处理后，表面渗氮层的硬度梯度变化平缓，从而将TC4钛合金高温燃气导流管的使用寿命提高约100倍。涂层与基底材料的结合力远远大于物理附着的结合力，可以达到350MPa。物理附着的结合力大约在40MPa左右。
本实施例处理时间大概1小时，功耗5kW左右。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、工质气体进入螺旋波等离子体羽流放电枪(1)，在背景磁场和电场的作用下得到螺旋波等离子体羽流；
S2、所述螺旋波等离子体羽流从所述等离子体羽流放电枪(1)中喷出后进入真空室中，得到定向流动螺旋波等离子体，待加工工件位于所述定向流动螺旋波等离子体的前端；
S3、所述定向流动螺旋波等离子体通过高电压辉光放电方法渗入所述待加工部件内部并与所述待加工部件发生化学反应形成镀层，螺旋波等离子体渗氮完成。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：步骤S1中，所述工质气体包括氮气；
步骤S2中，所述真空室的压力为1～10Pa，所述真空室处于室温中，所述螺旋波等离子体羽流放电枪(1)和所述待加工工件均设置在所述真空室中，所述待加工部件为钛合金部件或镀钛合金的部件；
步骤S3中，所述高电压辉光放电方法为使所述真空室的室壁为零电压、所述待加工部件为负偏压；
所述定向流动螺旋波等离子体中包括电离的N2 +和N+，N2 +和N+在所述待加工工件表面的等离子体鞘层内碰撞平均自由程大于等离子体鞘层厚度，N2 +和N+在负偏压的作用下加速注入到所述待加工部件内部30～60um深度形成氮化钛和氮化铝钛薄膜镀层。
3.根据权利要求2所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：步骤S3中，钛合金为Ti-6Al-4V；
4.根据权利要求1所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：所述螺旋波等离子体羽流的电子密度为1019～1020m-3、电子温度20～50eV、气体温度为1～20eV。
5.根据权利要求1所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：所述螺旋波等离子体羽流放电枪(1)包括中空的绝缘层(11)和依次设置在所述绝缘层(11)外部的屏蔽层(12)、直流电磁线圈(13)，所述绝缘层(11)一端为工质气体入口、另一端为螺旋波等离子体羽流出口；
所述直流电磁线圈(13)形成所述背景磁场，电子在被约束在所述背景磁场中。
6.根据权利要求5所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：步骤S1中，电子在背景磁场中的回旋半径为：
其中，me为电子的质量，v⊥e为电子热速度的垂直磁场分量，e为电子的电荷，B为背景磁场；
所述绝缘层(11)为石英玻璃管。
7.根据权利要求1所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：步骤S2中，所述真空室中设置真空机组，所述真空机组抽气使所述真空室中维持1～10Pa的压力，所述螺旋波等离子体羽流从所述等离子体羽流放电枪(1)中喷出后得到所述定向流动螺旋波等离子体。
8.根据权利要求2所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：步骤S1中，所述工质气体还包括氩气，氩离子不被所述背景磁场约束而且在绝缘层(11)的内壁产生二次电子以活化所述螺旋波等离子体羽流。
9.根据权利要求8所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：步骤S3中，所述定向流动螺旋波等离子体中氩离子首先消除所述待加工工件表面的气体吸附层，从而减小气体吸附层对注入离子的能量消耗，再撞击所述待加工工件表面形成钛合金晶格畸变。
10.根据权利要求1所述的一种螺旋波等离子体渗氮方法，其特征在于：步骤S3中，所述真空室中背景气体温度接近室温。
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