Anomální doutnavý výboj

Transkript

1 Anomální doutnavý výboj

2 Výboje v plynech ve vakuu

3 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 difundují do ní - růst hmoty a rozměrů katody. Difuzní děj - závisí málo na tlaku, ale je tím silnější, čím je vyšší teplota katody. Přírůstek hmoty parabolicky závisí na čase. Rovnováha mezi oběma procesy je závislá na tlaku (nižší tlak podporuje odprašování) a teplotě (vyšší teplota podporuje odprašování)

4 Změna rozměrů Beze změny

5 Atmosféry při nitridaci Při odprašování argon a vodík počáteční fáze Samotný dusík ionty N+, velmi pomalé Směs dusík vodík ionty NH+, NH2+ - urychlují proces Čpavek ve výboji se štěpí na ionty Podpora a stabilizace výboje možno přidat argon Přídavek uhlovodíku - nitrocementace

6 Kondenzace nitridů z plazmy Vrstva nitridů je nepřerušená i na povrchu kuličky grafitu v litině To nemůže být jen difuze dusíku do povrchu

7 Děje ve výboji při nitridaci

8 Katodový a anodový prostor SE. sekundární elektrony SI. sekundární ionizace R. rekombinace h. tloušťka katodového prostoru, s klesajícím tlakem roste. Katoda je celá ve výboji Na anodě jen jednotlivé skvrny

9 Efekt duté katody Průměr otvoru okolo 2*h

10 Výboj v otvorech a štěrbinách

11 Vzhled efektu duté katody Ve štěrbinách u pat zubů se koncentruje výboj Na zbytku povrchu i na hranách je výboj rovnoměrný

12 Zařízení na plasmovou nitridaci 1 vakuová nádoba 2 vývěvy 3 zdroj proudu pro výboj 4 regulátor teploty a výboje 5 plynové hospodářství První generace Ohřev doutnavým výbojem

13 Zařízení na iontovou nitridaci

14 Příklad průběhu plasmové nitridace

15 Výhody iontové nitridace Rychlejší sycení dusíkem vyšší nabídka, lepší difuze. Možnost v širokém rozsahu řídit složení povrchové vrstvy (bez nitridů, gama, epsilon) 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, malý únik tepla. Jsme schopni nitridovat i slepé otvory a dutiny vhodných rozměrů (štíhlost až 1 : 50) Možnost lehce ochránit část povrchu před nitridací pouhým zakrytím např. plechem.

16 Nevýhody iontové nitridace Nutnost velmi dobrého čištění povrchu náročnější než při nitridaci v plynu. Nedokonalé očištění povrchu silně prodlužuje první fázi procesu dočištění při odprašování. 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. Barva do fialova.

17 Řízení typů vrstev na povrchu

18 Příklady 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

19 Nitridace chromových ocelí Vysokochromové oceli nejde klasicky nitridovat Nitridace u nerezocelí snižuje jejich korozivzdornost

20 Průběhy tvrdosti po nitridaci Výsledky nitridace ve čpavku , 530 oc, 10 hod , 510 oc, 20 hod , 525 oc, 42 hod , 525 oc, 72 hod ,2 % C, 0,95 % Cr, 1,2 % Mn 15230, ,5 % Cr Vyšší teplota snižuje povrchovou tvrdost

21 Únava plasmově nitridovaných součástí

22 Porovnání rychlostí nitridace 1 nitridace v plynu 2 nitridace v soli 3 speciální dvoustupňová nitridace v plynu 4 plasmová nitridace

23 Příklad plasmové cementace (Japonská firma ULVAC)

24 Nová generace zařízení Změny k potlačení nerovnoměrností teploty a rozložení dusíkových iontů Jsou používány pouze krátké pulzy stejnosměrného proudu. Základní ohřev je prováděn odporově, výboj pouze spolupůsobí Nové názvy : Ipsen PPN (Pulse-Plasma-Nitridation) Oerlicon PPD (Pulse Plasma Diffusion)

25 Ohřev u nové generace

26 Proces u nové generace