Modificação da composição química da superfície de componentes metálicos via pulverização catódica em plasma

Autor: Hammes, Gisele
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2006
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFSCUniversidade Federal de Santa CatarinaUFSC.
Druh dokumentu: masterThesis
Popis: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
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Esta dissertação descreve o desenvolvimento de um novo reator de plasma, projetado especificamente para o uso da pulverização catódica que ocorre em descarga elétrica em regime anormal, para promover a modificação da composição química da superfície de peças (enriquecimento da camada da superfície com elementos de liga). No caso de componentes obtidos via metalurgia do pó, é possível processar o enriquecimento durante a etapa de sinterização ou, também, em um tratamento específico após a sinterização. Em um reator de plasma é gerado calor em consequência da colisão de íons e átomos neutros rápidos contra o cátodo da descarga. Quando a única fonte de geração de calor no reator é a descarga elétrica, a temperatura alcançada é função dos Parâmetros da descarga, isto é, a voltagem aplicada, a pressão do gás (ou mistura gasosa), a densidade de corrente e outros parâmetros do processo. Para possibilitar variar a temperatura independentemente dos parâmetros de condução da descaraga elétrica, o equipamento projetado e construído possui, dentro da mesma câmara, o sistema de eletrodos na geometria de ânodo-cátodo confinado para a geração do plasma e um sistema de aquecimento resistivo auxiliar. Uma vez que a voltagem aplicada às resitências elétricas é baixa (10 a 60 V), não ocorre interferência do sistema de aquecimento resisitivo na descarga elétrica gerada entre cátodo e ânodo. O trabalho compreendeu estudos teóricos sobre metalurgia do pó, plasma e metodologia de projetos, bem como a aplicação dos mesmos para a elaboração do projeto. Adotou-se uma metodologia de projetos de produtos industriais baseada nos conceitos implementados por Pahl & Beitz, que corresponde à seqüência de fases: projeto informacional, a partir do qual se obtêm informações necessárias no processo de tomada de Decisões; projeto conceitual, no qual a concepção do produto é escolhida de forma a melhor atender às necessidades requeridas; e na fase do projeto detalhado são elaborados os desenhos técnicos, com suas tolerâncias, bem como são definidas as instruções para a execução do mesmo. Foram também realizados estudos sistemáticos do processo de enriquecimento da superfície com molibdênio de amostras de ferro puro durante sinterização a plasma ou após sinterização. Foram avaliados os efeitos da energia de bombardeamento dos íons, da temperatura de tratamento, da configuração do potencial de plasma na deposição de Mo. Os resultados demonstram que o equipamento desenvolvido é adequado para o uso da pulverização catódica de descarga elétrica anormal para produzir modificação da composição química da superfície de peças, quando os parâmetros do processo são variados de forma controlada. This dissertation describes the development of a new plasma reactor, specifically projected for cathodic sputtering using abnormal glow discharge in order to promote the chemical composition modification on the surface of components (outer layer enrichment with alloying elements). In the case of components produced by powder metallurgy, it is possible achieve the enrichment during the sintering step or else, in a specific treatment after sintering. In a plasma reactor, the cathode is heated by the bombardment of ions and fast neutral atoms. When the only source of heat in the reactor is the electrical discharge, the reached temperature is function of the discharge parameters, i.e., the applied voltage, the gas pressure (or gaseous mixture), the current density and other plasma parameters. In order to vary the temperature independently from plasma discharge parameters, the projected and constructed equipment has, in the same reactor chamber, the electrode system in the anode-cathode confined geometry to generate the plasma and an auxiliary electrical resistive heating system. Since the voltage applied to the resistive heating elements is low (10 the 60 V), there is no interference of the resistive heating system in electrical discharge generated between cathode and anode. The work involved theoretical studies on powder metallurgy, plasma and project methodology, as well as the application of the same ones for the elaboration of the project. A project methodology of industrial products based in the concepts implemented for Pahl & Beitz was adopted. Such a methodology corresponds to the sequence: informational project, essential to taking decisions; conceptual project, in which the product concept is chosen with the aim of attending the required necessities; in the detailed project the drawings are elaborated, with its tolerances, and instructions for the execution of project are defined. Also, systematic studies of the surface molybdenum enrichment process of iron samples had been carried out during plasma sintering or after sintering. The effect of ion bombardment energy, treatment temperature and plasma potential configuration in the Mo deposition had been evaluated. The results demonstrate that the developed equipment is appropriate for cathodic sputtering in abnormal electric discharge to produce modification of the surface chemical composition of parts, controlling the process parameters.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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