فرآیندها:
1- نیتروژن دهی پلاسمایی (نیترو کربن دهی پلاسمایی، نیتروژن دهی توری فعال)
2- اکسیژن دهی پلاسمایی
3- پوشش دهی سطحی
4- پلاسمای الکترولیتی(مایع)
1- نیتروژن دهی پلاسمایی
نیتروژن دهی پلاسمایی یکی از روشهای پیشرفته مهندسی سطح می باشد که طی آن نیتروژن اتمی در محیط خلاء و از طریق هاله پلاسما درون سطح قطعه نفوذ کرده و با ایجاد فازهای نیتریدی و بین نشینی باعث بهبود خواص سطح فلز می شود.
مکانیزم تشکیل پلاسما بر اساس اختلاف پتانسیل بین دوقطب (آند وکاتد) وشتابگیری ذرات باردار به سمت قطبین مخالف شده و با برخورد به اتمهای دیگرعمل یونیزاسیون ایجاد می باشد.
در نیتروژن دهی پلاسمایی قطعات درون محفظه خلاء، روی قطب منفی (کاتد ) قرار می گیرند و گاز نیتروژن یونیزه شده به سمت قطعه با شتاب حرکت کرده و به درون سطح قطعه نفوذ می کند.
برای انجام فرآیند نیتروژن دهی پلاسمایی، گازهای خالص نیتروژن و هیدروژن با نسبت معین وارد محفظه فرآیند می شوند و با کنترل نسبت این گازها درون محفظه ، ضخامت و ساختار لایه نیتریدی تشکیل شده قابل تنظیم و کنترل می باشد
برای نیتروکربن دهی پلاسمایی علاوه بر نیتروژن و هیدروژن، گاز متان نیز با درصد مشخصی وارد محفظه فرایند می شود.
نیتروژن دهی پلاسمایی با توری فعال (Active screen)
در برخی کاربردهای نیتروژن دهی پلاسمایی مانند قطعات باریک و نوک تیز مانند سوزنهای صنایع پزشکی، در صورت اعمال روش معمول نیتروژن دهی لبه ها و نقاط تیز بسیار ترد و شکننده می شود که برای رفع این مشکل می توان از روش توری فعال استفاده کرد.
در این روش قطعات روی عایق قرار گرفته و با کاتد اتصال الکتریکی نداشته ولی بواسطه قرار گرفتن در داخل توری فعال(کاتد) در محیط پلاسما قرار می گیرند.
برخی خواص و مزایای نیتروژن دهی پلاسمایی:
- اعوجاج و شوک حرارتی بسیار ناچیز به علت دمای پایین عملیات و سرد شدن آهسته قطعات در محیط خلاء
- امکان حفظ خواص مکانیکی مغز قطعه به دلیل امکان انتخاب دمای عملیات در یک محدوده وسیع (دمای فرایند معمولا حدود 30 درجه زیر دمای تمپر فولاد انجام می شود لذا تغییر فاز درون مغز قطعه بوجود نمی آید)
- لایه همگن و یکنواخت با ضخامت قابل کنترل
- سختی سطحی بالا ( تا 1300 ویکرز )
- بهبود خواص سایشی ، خوردگی و خستگی
- کاهش اصطکاک و حذف چسبندگی
- قابلیت ایجاد لایه نیتریدی بدون لایه سفید (مناسب برای کاربردهای ضربه ای و خستگی) و همچنین امکان ایجاد لایه نیتریدی تک فاز
- قابلیت اعمال بر قطعات ماشین کاری نهایی شده بدون نیاز به پولیش کاری بعدی
- امکان نیتروژن دهی انتخابی ( به وسیله ماسک کردن قسمت هایی که نباید نیتروژن دهی شوند )
کاربرد های نیتروژن دهی پلاسمایی برای تمام قطعاتی است که مشکل اصطکاک، سایش، خوردگی و خستگی دارند مانند:
-
- قطعات شیرهای نفتی (گیت و سیت )
- انواع شیر های صنعتی
- لوله های انتقال سیالات
- قطعات نیروگاهی
- چرخ دنده ، میل بادمک، میل لنگ، میل راهنما، سیلندر، پیستون ، میل سوپاپ و …
- قالب های برشی، شکل دهی، پانچ، اکستروژن، دایکست، تزریق پلاستیک، فورجینگ
- ماندرل و ماردون
– اکسیژن دهی پلاسمایی:
فرایندی است که بلافاصله پس از نیتروژن دهی پلاسمایی انجام می شود و با تشکیل یک لایه اکسید آهن سیاه رنگ (Fe3O4) روی سطح مانع خوردگی سطح قطعات می شود.
3- پوشش دهی سطحی
- رسوب نشانی شیمایی از بخار به کمک پلاسما (PACVD)
فرآیندی است که طی آن مواد حاصل از واکنش شیمیایی برخی مواد در فاز بخار و در محیط پلاسما روی سطح قطعات و ابزار آلات فولادی رسوب داده می شوند که با توجه سختی، استحکام و مقاومت به سایش فوق العاده بالایی که دارند باعث افزایش چشمگیر عمر و کارآیی ابزار آلات و قطعات می شوند.
وجود پلاسما در این فرآیند باعث می شود دمای عملیات که در روش معمولی (CVD) بالای 900 درجه سانتیگراد هست را به کمتر از 500 درجه سانتیگراد کاهش داده و بدین ترتیب گستره وسیعی از فولاد ها را مورد پوشش دهی قرار داد.
برخی خواص پوشش های ایجاد شده به روش PACVD (مانند: TiN, TiC, TiCN)
- سختی بالای 2000 ویکرز
- چسبندگی و استحکام فوق العاده بالا
- ضریب اصطکاک کم و مقاوت به سایش بالا
- پایداری پوشش تا دماهای 400 الی 700 در جه سانتیگراد (بسته به نوع پوشش)
رسوب نشانی فیزیکی از بخار (PVD)
- در رسوب نشانی فیزیکی از بخار یا PVD، پوشش ها روی سطوح جامد از طریق چگالش عنصرها و ترکیبها از فاز گازی تولید میشوند. تبخیر در خلاء، عمومی ترین روش تهیه لایه های بسیار خالص و تحت شرایط نسبتا کنترل شده است. اصول این روش عموما بر اساس اثرهای کاملا فیزیکی پایه ریزی می شود، اما PVD ممکن است در بعضی موارد با واکنشهای شیمیایی نیز همراه باشد
- رسوب فیزیکی از بخار شامل مراحل ذیل است:
- الف) تبدیل ماده تبخیری به حالت گازی از طریق تبخیر یا تصعید و یا کندوپاش کاتدی
- ب) انتقال اتمها (مولکولها) از چشمه تبخیر به زیرلایه، در فشار کاهش یافته
- ج) رسوب این ذره ها روی زیرلایه
- د) بازآرایی پیوند اتمها روی سطح زیرلایه.
- در حالت کلی تر مکانیزیم های اصلی در فرایند PVD، عبارتنداز جداکردن اتم از سطح به طریقی (اشعه، باریکه الکترونی، حرارت و غیره) و یا اینکه یونی به سطح برخورد کرده و سبب پرتاب اتم از ماده هدف میشود.
- در نگاه کلی روش رسوب نشانی فیزیکی ازبخار شامل چندین روش متفاوت است که دارای مکانیزیم های نسبتا مشابهی هستند:
- فرایندهای تبخیری که شامل؛ تبخیز با فیلامان حرارتی، تبخیز با اشعه الکترونی، تبخیر با استفاده از انرژی لیزر ، رسوب گذاری با بهره گیری از پرتوی یونی و غیره می باشد
4 – پلاسمای الکترولیتی
پلاسمای الکترولیت از روشهای نوین مهندسی سطح می باشد که طی چند سال اخیر در کشورهای صنعتی مورد توجه قرار گرفته است. در این روش با ایجاد محیط پلاسما در الکترولیت مایع می توان انواع پوششها را بر روی فلزات آهنی و غیر آهنی ایجاد نمود. در این روش سطح فلزاتی مانند آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم و زیرکونیوم اکسید می گردد که لایه اکسیدی حاصله دارای خواص مطلوب از نظر سایش، خوردگی و .. می باشد. همچنین با این روش میتوان فرایندهای نیتروژن دهی و کربن دهی را روی سطح فولاد انجام داد. دستگاه نیمه صنعتی پلاسمای الکترولیت برای اولین بار در این واحد صنعتی ساخته شده است و آماده ارائه خدمات می باشد.
