Vybrané technologie povrchových úprav

Vybrané technologie
povrchových úprav
Anomální doutnavý výboj
© Doc. Ing. Karel Daďourek
2006
Výboje v plynech ve vakuu
Základní procesy ve výboji
Odprašování – dopadající kladné ionty vyrážejí z katody částice
tím dochází k úbytku hmoty katody a zmenšování rozměrů.
Odprašování je tím silnější čím je nižší tlak. Rychlost
odprašování nezávisí na čase.
Naprašování – dopadající kladné ionty na katodě ulpívají a
postupně do ní difundují, čímž dochází k růstu hmoty katody a
zvětšování rozměrů. Protože jde o difuzní děj, závisí relativně
málo na tlaku, ale je tím silnější, čím je vyšší teplota katody.
Přírůstek hmoty je parabolicky závislý na čase.
Rovnováha mezi oběma procesy je závislá na tlaku (nižší tlak
podporuje odprašování) a teplotě (vyšší teplota podporuje
odprašování) a je možné vybrat parametry procesu tak, že
výsledná hmota katody i její rozměry budou po nitridaci stejné
Změna rozměrů
Děje ve výboji při nitridaci
Kondenzace nitridů z plazmy
Vrstva nitridů
je nepřerušená
i na povrchu
kuličky grafitu
v litině
To nemůže být
jen difuze
dusíku
Katodový prostor
SE ….
sekundární
elektrony
SI ….
sekundární
ionizace
R ….
rekombinace
h …. tloušťka
katodového
prostoru, s
klesajícím tlakem
roste.
Efekt duté katody
Výboj v otvorech
Vzhled efektu duté katody
Ve štěrbinách u pat zubů se koncentruje výboj
Na zbytku povrchu –i na hranách – je výboj rovnoměrný
Zařízení na plasmovou nitridaci
1 – vakuová
nádoba
2 – vývěvy
3 – zdroj
proudu pro
výboj
4 – regulátor
teploty a výboje
5 – plynové
hospodářství
Zařízení na iontovou nitridaci
Příklad průběhu nitridace
Výhody iontové nitridace
- rychlejší sycení dusíkem – vyšší nabídka, lepší difuze.
-možnost v širokém rozsahu řídit složení povrchové vrstvy
-minimální změny rozměrů, vysoká kvalita povrchu
-možnost depasivace Cr ocelí – v přebytku vodíku dochází
k odprášení povrchové pasivační vrstvy
-vyšší produktivita proti klasické nitridaci
-malá spotřeba energie a plynů
-ekologický proces, bez odpadů, bez úniku tepla do okolí.
-jsme schopni nitridovat i slepé otvory a dutiny vhodných
rozměrů
-možnost lehce ochránit část povrchu před nitridací –
pouhým zakrytím např. plechem.
Nevýhody iontové nitridace
-nutnost velmi dobrého čištění povrchu – je daleko
náročnější než při klasické nitridaci. Nedokonalé
očištění povrchu silně prodlužuje první fázi procesu –
dočištění při odprašování, a tím snižuje produktivitu
procesu.
-efekt duté katody – potíže s otvory nebo štěrbinami
různých rozměrů. Předměty, v nichž je velké množství
otvorů různých průměrů se nitridují velmi nesnadno.
-značná citlivost na přítomnost kyslíku. Dochází ke
vzniku iontů obsahujících kyslík a ke vzniku oxinitridů.
Řízení typů vrstev na povrchu
Příklad různých vsázek
U dolních vsázek je v
atmosféře více
vodíku – ten barví
modrý výboj v
dusíku do růžova
Vsázky musí být
umístěny tak, aby
nedošlo ke
koncentraci výboje
Tvrdost u různých ocelí
Tyto
vysokochromové
oceli nejde
klasicky
nitridovat
Nitridace u
nerezocelí
snižuje jejich
korozivzdornost
Průběhy tvrdosti po nitridaci
Výsledky nitridace ve
čpavku
1 – 15 230, 530 oC, 10 hod
2 – 14220, 510 oC, 20 hod
3 – 14220, 525 oC, 42 hod
4 – 15330, 525 oC, 72 hod
14220 … 0,2 % C, 0,95 %
Cr, 1,2 % Mn
15230, 15330 … 2,5 % Cr
Rostoucí teplota snižuje
povrchovou tvrdost
Únava plasmově nitridovaných
součástí
Porovnání rychlostí nitridace
1 – jednoduchá
nitridace v plynu
2 – nitridace v
soli
3–
dvoustupňová
nitridace v plynu
4 – plasmová
nitridace
Příklad plasmové cementace