除鳞即把钢铁表面氧化层除去的工艺在冶金工业中是一道关键技术,会直接影响到钢材产品的质量。传统除鳞方法如机械除鳞以及化学除鳞带来一系列的环境污染：水污染、噪声污染等。低气压电弧除鳞是利用阴极弧斑产生的局部高温使位于其下方钢铁表面的氧化层由于蒸发、爆裂而几乎被瞬间除去。由于在密闭的空间中进行,几乎不产生噪声；也不会带来水污染；除鳞中蒸发的氧化物等材料可以被回收再利用,所以电弧除鳞是一种环境友好型的新技术。本文针对低气压直流电弧在除鳞中应用开展了弧斑等离子体放电技术、等离子体放电特性和除鳞工艺研究,为实现弧斑等离子体除鳞技术在工业中的应用奠定基础。首先建立了一套低气压阴极弧斑等离子体除鳞装置,进行了柱状铜电极、球状铜电极、石墨电极等多种电极的除鳞实验；开展了样品与电极间的静态和动态除鳞研究；实现了不同尺寸板材样品以及管状样品的除鳞。对除鳞过程中的阴极弧斑等离子体放电特性以及等离子体特性进行了研究。除鳞的速率受气压、电极间距以及电流的影响。除鳞过程中电压以及电压波动由于阴极表面性质的不同,气压、电极间距以及电流的变化而发生变化。电压波动与阴极弧斑自身固有的非静态爆裂特性相联系。高速相机捕捉到的阴极弧斑在不同条件下或倾向聚集或易分散,大小和明暗也会发生变化。实验过程中发现除鳞的电压波动越小,对应的除鳞速率就越大。利用ecton爆裂模型从理论上预测了除鳞速率与放电电流成正比,与我们得到的实验结果相符合。利用铁原子的谱线进行玻尔兹曼拟合求电子温度。弧斑在氧化层表面形成时,不同条件下的正柱区电子温度约在4000-5100K；在铁表面形成时电子温度约4000-6000K。正柱区不同位置电子温度的变化主要受阴极、阳极鞘层以及电子扩散复合的影响。而电子温度随电流、气压等放电参数的变化,则主要与馈入到等离子体中的功率以及电子的碰撞复合等因素相关。即使同一次放电过程中,电子温度也会发生较明显的波动。这种波动不是由于放电条件的改变或者是测量误差导致的,而是由于阴极弧斑等离子本身的非静态过程决定的。相同条件下,铁表面弧斑等离子体的电子激发温度标准差均大于氧化层阴极的。这说明了电弧在铁阴极表面比在氧化层阴极表面的不稳定性更强。我们观察到除鳞的过程不是一次性将样品表面氧化层完全除去,而是一个两步扫描的过程。阴极弧斑首先在整个样品表面扫描,除去样品最外层较厚的氧化层；而第二次扫描是一个更快速的扫描,并除去下面较薄的一层氧化层。经过两次扫描后金属表面的氧化层被完全除去并露出金属基体。两次扫描现象是和氧化层本身的分层特性相联系的。不同氧化层以及氧化层与金属基体之间的电子逸出功是不同的,导致了弧斑在除鳞中的自适应性,从而最终引起了两次扫描现象。实现了毫秒级阴极弧斑等离子体放电,并研究了其弧电压的有色随机噪声(CRN)功率谱。电弧在样品表面燃烧时,放电电压会发生波动,又称电压噪声。波动的频率、振幅会随样品表面性质以及放电参数的不同而变化。我们对电压波形进行快速傅立叶变换,得到噪声功率谱。噪声功率谱符合幂定律。幂指数α大小的变化与不同材料表面的弧斑及其亚结构的运动相联系。弧斑和其亚结构的运动分别对应波形中的低频分量与高频分量。二者的能量在波形中所占的比重,决定了幂指数α的大小。功率谱振幅的变化,与弧斑的运动速度以及寿命相联系。不同材料的界面特性会影响弧斑的寿命以及运动,从而影响噪声的幅度。