Depunerea de Carbon Amorf Dur pe Suprafețele Metalice

INTRODUCERE

Filmul de carbon amorf a fost obţinut într-o instalaţie de tip triodă, cu descărcare în curent continuu, utilizând o plasmă în benzen. Parametri plasmei depind de presiunea de lucru, rata de ionizare a benzenului creşte cu presiunea.

Una din modalităţile moderne de a îmbunătăţi performanţele unor produse constă în depunerea de straturi subţiri pe suprafaţa acestora, straturi ce conferă întregului ansamblu proprietăţile dorite. În aplicaţiile tribologice, depunerile de carbon amorf, din momentul primelor utilizări şi până în prezent, cunosc o utilizare din ce în ce mai mare. Demn de menţionat este depunerea de carbon pe capul pistoanelor de la autocamioanelor germane MAN, autocamioane recunoscute ca printre cele mai bune din lume ; prin aceste depuneri se protejează partea superioară a pistoanelor şi camerele de ardere de acţiunea temperaturilor înalte şi a calaminei.

Carbonul amorf este un material care nu poate fi obţinut în condiţii normale de presiune şi temperatură, ci numai la presiuni scăzute şi în prezenţa unui aport energetic substanţial. Cele mai multe procedee utilizează descărcarea în plasmă luminiscentă, gazul de lucru fiind o hidrocarbură.

EXPERIMENTĂRI

Pentru depunerea filmelor de carbon amorf dur a fost utilizată o instalaţie cu descărcare în plasmă, în curent continuu, tip triodă, gazul precursor fiind benzenul. În figura 1 sunt prezentate principalele fenomene ce au loc într-un sistem utilizat pentru depunerile de filme subţiri cu ajutorul plasmei. În ceea ce priveşte cazul concret al depunerilor de carbon amorf, în figura 2 sunt prezentate principalele fenomene ce au loc în reactor.

Gaze Putere electrică

Plasma

Strat dublu

Accelerarea ionilor

Adsorbţie, pulverizare,

reacţii chimice Suprafaţa

Film

Substrat

Fig. 1. Diagrama principalelor fenomene ce au loc într-un sistem de depunere

ce utilizează plasma

În principiu, fenomenele ce au loc în timpul depunerii sunt următoarele :

- prin intermediul sistemului de admisie se introduce gazul tehnologic sub ansamblul grilă – catod. Catodul este adus la incandescenţă şi emite termoelectroni, care, pentru păstrarea echilibrului electric, nu se pot deplasa de lângă catod, formând un nor electronic în jurul lui, de sarcină negativă, care este atras de catodul rămas pozitiv ca urmare a emiterii electronilor;

- prin aplicarea unor tensiuni, tensiune anodică, Ua, între grilă şi catod, norul este destrămat, iar electronii sunt atraşi de anod, formând curentul Ia ;

- electronii nu cad imediat pe grilă, deoarece aceasta este confecţionată sub forma unei site. În schimb, eie efectuează câteva oscilaţii în jurul ei, în acest fel crescând probabilitatea de ionizare pe care o are un electron în drumul lui de la catod spre anod ;

- În urma ciocnirilor ce au loc între electroni şi moleculele gazului tehnologic, acestea se pot ioniza, disocia, excita, etc. Ionii sunt atraşi de diferenţa mare de potenţial de pe substrat. Moleculele de benzen ionizate se ciocnesc cu energie mare, până la 1000 eV, substratul, rezultând fragmente de moleculă, foarte reactive. Aceşti radicali, împreună cu ionii şi neutronii ce ajung pe substrat, reacţionează formând filmul de carbon amorf. Datorită barierei de dublu strat, electronii nu ating, decât într-o mai mică măsură, substratul.

Lucrarea prezinta unele aspecte practice si teoretice in domeniul acoperirilor si protectiei corozive a metalelor, cu aplicatii in industria de varf.