Πραγματοποίηση και βελτιστοποίηση ενός αντιδραστήρα ψυχρού πλάσματος παραγόμενου σε ηλεκτρική εκκένωση διηλεκτρικού φράγματος σε ατμοσφαιρική πίεση: εφαρμογή στην επεξεργασία επιφανειών

Abstract

This work deals with an atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma in Nitrogen in a double goal: To give insight into the physicochemical mechanisms that dominate in such a discharge and to apply such a discharge in the surface treatment of metal-alloy samples. This thesis investigates the aforementioned topic via two complementary approaches: Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Numerical Modeling and Simulation - Experimental Study The cold plasma generated by an atmospheric pressure electrical discharge holds a significant technological advantage: it breaks the vacuum technology barrier which is the cornerstone of traditional low pressure plasma techniques. Thus, the atmospheric pressure cold plasma appears interesting for industrial surface treatment applications and especially in the case of low added value materials. In this thesis, the surface treatment application takes place in spatial afterglow conditions: the dielectric barrier discharge’s effluents are guided, based on the dedicated reactor design and the elevated gas flow values here used out, of the inter-electrode space. These experimental features permit the surface treatment of large samples or even the treatment of pieces of arbitrary geometries (eg. concave, …). Such a set-up also makes possible a continuous industrial process under the production line standards. The materials that were investigated in the framework of this thesis are the metallic alloys Αl-2024 and TiA6V4, on the basis of Aluminum and Titanium respectively. They are used frequently in aerospace and aeronautical design and engineering which represent an important part of the industrial activity in the South – West part of France and especially in the region of Pau. The purpose of their surface treatment by the atmospheric pressure DBD plasma spatial afterglow was to render them compatible with the industrial processes related to adhesion and painting.

Το έργο αφορά στη μελέτη ενός πλάσματος Αζώτου εκκένωσης διηλεκτρικού φράγματος σε ατμοσφαιρική πίεση με διπλό στόχο: Πρώτον, την καλύτερη κατανόηση των φυσικοχημικών μηχανισμών που διέπουν αυτές τις εκκενώσεις, και στη συνέχεια την εφαρμογή αυτών στην επεξεργασία της επιφάνειας μεταλλικών υλικών. Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Μοντελοποίηση και Αριθμητική Εξομοίωση - Πειραματική Μελέτη. Το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρέχει μια σημαντική τεχνολογική καινοτομία: σπάει το φράγμα της τεχνολογίας κενού στην οποία βασίζονται οι τεχνικές πλάσματος χαμηλής πίεσης. Έτσι το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρουσιάζει σημαντικό βιομηχανικό ενδιαφέρον στο πλαίσιο της επεξεργασίας υλικών χαμηλής προστιθέμενης αξίας. Σε αυτή τη μελέτη, η επεξεργασία λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες χωρικής μετα-εκκένωσης. Έτσι τα προϊόντα της εκκένωσης (και ιδιαίτερα τα ενεργά σωμάτια) αποστέλλονται, με βάση τη γεωμετρία του αντιδραστήρα και τη ροή του αερίου, εκτός του χώρου μεταξύ των ηλεκτροδίων.Μια τέτοια διάταξη επιτρέπει την επεξεργασία τμημάτων μεγάλων διαστάσεων ή ακόμα και τμημάτων που παρουσιάζουν καμπυλότητες. Επιτρέπει επίσης μια συνεχή βιομηχανική διεργασία κατά τα πρότυπα μιας γραμμής παραγωγής. Τα υλικά που μελετήθηκαν είναι κράματα μετάλλων Αl-2024 και TiA6V4, με βάση το αλουμίνιο και το τιτάνιο αντίστοχα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία της αεροναυπηγικής που αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό μέρος της οικονομικής δραστηριότητας στη Νοτιοδυτική Γαλλία και ειδικά στην περιοχή του Pau. ο σκοπός της επεξεργασίας είναι να καταστεί συμβατή η επιφάνειa με τις βιομηχανικές διεργασίες κολλήσεων και βαφών.