CN115976452B - 一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法，属于磁体表面处理技术领域。所述方法为在磁体本体外表面涂覆包括凝胶涂层、喷砂涂层和导电金属涂层的复合涂层；本体外表面采用锯齿状刮板涂抹凝胶涂层，待固化后进行喷砂涂层的制备，然后在此基础上再次涂抹凝胶涂层，将锯齿填平，凝胶涂层和喷砂涂层的厚度为2～4mm；待最外层凝胶固化后用砂纸打磨掉其尖角、毛刺，进行导电金属涂层的喷涂，导电金属涂层的厚度为80～130μm。凝胶涂层和喷砂涂层的组合可以有效降低线圈本体的放气率，缩短抽真空的时间，且达到真空密封的效果。

Description

一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法
技术领域
本发明属于磁体表面处理技术领域，具体涉及一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法。
背景技术
在一些波-粒子相互作用的研究中，如空间等离子体环境中的三维磁重联等模拟实验中，需要产生特定位形的瞬态(几十至几百毫秒)可调控磁场来对等离子体加以限制和驱动。若磁体位于真空罐外部，则会在罐体上产生涡流，而且也无法在罐体内部的特定位置形成所需磁场位形，所以就需要按照实验需求设计磁体并安装在罐体内部。
磁体是等离子体实验模拟中的必要组件，用于提供背景磁场，约束、驱动等离子体。磁体作为实验装置的核心部分，其设计和构造需要克服电气、真空和支撑等多个方面的技术问题。其中，磁体表面通常为环氧树脂材料，在等离子体环境中电介质表面在电场作用下会产生局部空间电荷的积聚，造成表面电场畸变，导致沿面闪络，在尖端电场强度的部位，发生放电的现象。磁体的这种表面放电现象不仅会污染周围环境的等离子体，对模拟实验产生消极的效果，甚至会损坏磁体本身，造成较大经济损失。
发明内容
本发明的目的是为了解决等离子体环境下磁体表面电介质内部局部电荷积聚引起的表面放电现象，提供一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法。本发明通过在磁体表面涂覆导电金属涂层，使磁体表面形成等势面，从而避免局部电荷的集中，其耐高温和耐腐蚀的特性还可以减少对周围等离子体的污染。综合考虑磁体的工作环境，本发明提出了一种磁体表面复合涂层的制备方法，使磁体能够在等离子体环境下稳定工作。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法，所述方法为在磁体本体外表面涂覆包括凝胶涂层、喷砂涂层和导电金属涂层的复合涂层；
本体外表面采用锯齿状刮板涂抹凝胶涂层，待固化后进行喷砂涂层的制备，然后在此基础上再次涂抹凝胶涂层，将锯齿填平，凝胶涂层和喷砂涂层的厚度为2～4mm；待最外层凝胶固化后用砂纸打磨掉其尖角、毛刺，进行导电金属涂层的喷涂，导电金属涂层的厚度为80～130μm。
进一步地，所述磁体本体的形状为圆环状或椭圆环状，截面形状为方形或圆形，磁体一般采用绕包玻璃丝后整体环氧浇注的工艺，外表面为环氧树脂；浇注完成后内径Ra为1200mm～2400mm，外径Rb为1500mm～3000mm。
进一步地，所述凝胶涂层的材料为常温下无需处理能够自固化的树脂类凝胶材料。磁体本体外层凝胶涂层材料应选用放气率较低的凝胶树脂材料，具体型号和成分无特殊要求。磁体表面的凝胶涂层主要是起到与起到导电作用的金属涂层良好粘结的效果。
进一步地，凝胶涂层+喷砂涂层复合结构的厚度通过多次涂抹喷涂进行控制，只要最外一层为平整的凝胶涂层即可。
进一步地，所述导电金属涂层为Ni基和Cr基硬质合金涂层。喷砂涂层外层导电金属涂层应选用溅射率低的硬质合金材料。合金涂层没有具体的种类，在该发明中，只要涂层具有一定的导电性和耐腐蚀性就可以满足要求。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
一、凝胶涂层和喷砂涂层的组合可以有效降低线圈本体的放气率，缩短抽真空的时间，且达到真空密封的效果。
二、采用锯齿状的涂层结构使得涂层之间具有良好的结合力，表面采用硬质合金金属涂层，具有表面硬度高、耐腐蚀、具有一定的塑性，不易发生剥落开裂等优点，具有良好的耐久性。
三、磁体最外层的导电金属涂层可以将磁体外表面变成一个等势体，避免局部的电场集中，解决了表面放电的问题。最外层采用溅射率低合金材料，不会污染等离子体环境。
附图说明
图1为等离子体环境下抑制磁体表面放电的复合涂层结构示意图，其中，1-磁体本体；2-凝胶涂层一；3-喷砂涂层；4-凝胶涂层二；5-金属导电涂层；
图2为磁体本体立体图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖再本发明的保护范围之中。
实施例1：
如图1所示，本实施例包括磁体本体1、凝胶涂层一2、喷砂涂层3、凝胶涂层二4和导电金属涂层5，其中凝胶涂层一2和凝胶涂层二4的材料相同。
磁体本体1通常为圆环形或椭圆环形，内部导电线圈经过玻璃丝绕包后整体浇注环氧树脂而成。首先采用锯齿状刮板在磁体表面涂抹一层厚度约为1mm的低放气率环氧树脂(MasterBondEP29LPSP)与硅微粉的混合物，待其固化后形成凝胶涂层一2，并对其进行打磨去除尖角、毛刺。采用锯齿状刮板涂抹凝胶涂层一2的目的在于可以很好的控制凝胶涂层一2的厚度，且可以避免由于环氧树脂的粘度低而发生涂层的塌陷。然后在凝胶涂层一2上进行喷砂(喷砂处理的原材料为46目白刚玉)。采用喷砂处理的目的是在凝胶涂层一2表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，提升涂层之间的结合力，延长涂层的耐久性。在喷砂涂层3的外层再次涂抹凝胶涂层二4，使表面平整，待其干燥后用砂纸打磨。然后采用等离子体的方式在凝胶涂层二4表面喷涂Inconel导电金属涂层5。具体实现过程是在等离子体喷涂设备中填装Inconel合金粉末，以Ar为载流气，H2为辅气，对磁体外层凝胶涂层二4表面进行喷涂，厚度约为80～130μm，使Inconel涂层均匀的覆盖在磁体外表面。最后将等离子体喷涂后的磁体冷却至室温，形成Inconel涂层。Inconel涂层采用等离子体喷涂的优势在于等离子体喷涂可以对高熔点材料进行喷涂；等离子体的速度高，可以形成致密和良好结合力的涂层；采用惰性气体可以防止喷涂材料的氧化。
本实施例选择的Inconel涂层具有良好的导电率，磁体表面为一等势体，可以有效避免表面放电现象。Inconel涂层具有良好的表面硬度和屈服强度，不会因为实验过程中磁体受力变形发生开裂剥落的现象，同时Inconel涂层的溅射率低，不会对周围等离子体造成污染。锯齿状的凝胶涂层+喷砂涂层结构以及Inconel涂层的等离子体喷涂工艺，使得涂层之间具有良好的结合力。

Claims (5)

1.一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法，其特征在于：所述方法为在磁体本体外表面涂覆包括凝胶涂层、喷砂涂层和导电金属涂层的复合涂层；
本体外表面采用锯齿状刮板涂抹凝胶涂层，待固化后进行喷砂涂层的制备，然后在此基础上再次涂抹凝胶涂层，将锯齿填平，凝胶涂层和喷砂涂层的厚度为2～4mm；待最外层凝胶固化后用砂纸打磨掉其尖角、毛刺，进行导电金属涂层的喷涂，导电金属涂层的厚度为80～130μm。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法，其特征在于：所述磁体本体的形状为圆环状或椭圆环状，截面形状为方形或圆形，采用的是绕包玻璃丝后整体环氧浇注工艺，磁体本体外表面为环氧树脂；浇注完成后内径Ra为1200mm～2400mm，外径Rb为1500mm～3000mm。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法，其特征在于：所述凝胶涂层的材料为常温下无需处理能够自固化的树脂类凝胶材料。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法，其特征在于：凝胶涂层+喷砂涂层复合结构的厚度通过多次涂抹喷涂进行控制，只要最外一层为平整的凝胶涂层即可。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体环境下抑制磁体表面放电的处理方法，其特征在于：所述导电金属涂层为Ni基和Cr基硬质合金涂层。
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