Классификация и сущность плазменного напыления пористопорошковых материалов и покрытий

Этапы технологичесткого процесса

Технологический процесс нанесения покрытия на детали и узлы различных изделий, как правило, состоит из ряда этапов. На первом этапе производится тщательная очистка поверхности, предназначенной для напыления различного рода покрытий, и соответственно её активация. Учитывая всю сложность и многообразие электрофизикохимической, механической и газотермической очистки и обработки подложки перед напылением, универсального метода подготовки (активации) поверхности твердого тела (детали) под напыление до настоящего времени не разработано. В качестве примера на рис. 1.1 приведены фотографии морфологии поверхности подложки после некоторых видов обработки.

При напылении любых покрытий необходимым требованием к ним является получение высоких адгезионно-когезионных свойств. Основой этого является создание условий, при которых происходит химическое взаимодействие в контакте соприкосновения напыляемых частиц с подложкой. В целом формирование адгезионнопрочных электро-плазменных пористо-порошковых покрытий определяется рядом сложных взаимодействий напыляемых частиц с поверхностью подложки:

− механическое зацепление (анкерно-якорный эффект);

− адсорбционно-десорбционные процессы  на поверхности;

− растворение и диффузия компонентов покрытия в основу;

− оплавление и химическое взаимодействие;

− формирование связи за счет Ван-дер-Ваальсовых электрофизических сил молекулярного притяжения, которые возникают при сближении частиц с поверхностью основы на расстояния, близкие к параметрам кристаллической решетки.

Второй этап процесса состоит в формировании покрытия при плазменном напылении. Механизм формирования покрытия определяется типом рабочего вещества и физико-химическими условиями на подложке.

Основными физико-химическими и газодинамическими механизмами электроплазменных способов обработки деталей являются катодное распыление, химические и плазмохимические реакции, адсорбционно-десорбционные и диффузионные процессы на подложке и в объеме покрытии в случае напыления (рис.1.2)

 

Рис. 1.1. Морфология поверхности подложки после её подготовки
к напылению покрытия

 

Рис. 1.2. Схема физико-химических механизмов электроплазменной обработки:

 

+  - ионы; –  - электроны; О - нейтральные частицы

 

Известно, что поверхность твердого тела представляет собой область со специфическими свойствами, отличными от объемных свойств. Атомы и ионы, расположенные на поверхности, подвержены действию сил со стороны других атомов или ионов твердого тела, существенно отличающихся от сил, действующих в объеме. На поверхности атом (ион) имеет меньшее, чем в объеме, число ближайших соседей.

Для компенсации нарушенной симметрии поверхностные атомы адсорбируют чужеродные атомы из окружающей среды. Массы, атомные размеры и другие ионные и электронные свойства адсорбируемых атомов могут отличаться от соответствующих свойств атомов поверхности. Поэтому на поверхности наряду с адсорбционными явлениями происходят сложные физико-химические процессы. Результатом процесса адсорбции, абсорбции и химических реакций на поверхности является так называемая «реальная поверхность».

С другой стороны «реальной поверхности» находится объем твердого тела, который также оказывает влияние на поверхность посредством различных физико-химических явлений. Если граничащие поверхности раздела представляют два вещества различной химической природы, то на поверхности раздела имеют место скачок концентраций каждого из веществ и скачок химического потенциала. Такая система является неравновесной. Поэтому на границе раздела двух фаз, имеющих различную химическую природу, возможен процесс диффузии.

В основе химических процессов на поверхности твердого тела лежат гетерогенные химические реакции, происходящие на границе двух фаз ­твердой и газообразной.

Химические реакции на поверхности твердого тела происходят между частицами газовой среды, которые  взаимодействуют с активными центрами поверхности твердого тела, представляющими собой атомы со свободными валентностями.