11.5. Другий етап при плазмовому напиленні (гтн) – хімічна взаємодія

Механізми (канали) активації процесу напилення покриттів

Ще раз відзначимо, що процес взаємодії покриття з основою при плазмовому напиленні протікає у два етапи – встановлення фізичного і хімічного контакту. Умови в процесі удару, про що детально викладено у підрозділі (11.5), забезпечують реалізацію першого етапу по всій сформованій площі фізичного контакту F_Ф (ур.11.10), (ур.11.12) в результаті пластичної деформації.

Механізм впливу швидкості полягає в зниженні енергетичного бар'єра, відповідального за схоплювання, за рахунок дії високого тиску при одночасному пластичному деформуванні границі контакту, а також у збільшенні контактної температури при переході кінетичної енергії в теплову.

Температура, що встановилася в зоні контакту при взаємодії частинок з поверхнею твердого тіла, разом зі швидкістю частинок є одним з основних факторів, що активують фізико-хімічні процеси в міжфазної зоні. Контактна температура встановлюється за рахунок передачі тепла частинками, що вдаряються об поверхню підложки, а також тепла, переданого потоком газу. Висока температура в контакті між напилюємими частинками й основою паралельно з деформаційними процесами при ударі дозволяє активувати атоми поверхонь, утворити хімічні зв'язки й у такий спосіб створити хімічну площу контакту F_Х. В цих умовах більша група збуджених атомів частинки, рівною мірою підготовлена до хімічної взаємодії, входить у зіткнення з атомами підложки, при передачі яким певної енергії активації наступає хімічна взаємодія з атомами частинки. Кінетика цього процесу експериментально вивчена при поступовому збільшенні температури підігріву підложки, тобто при підвищенні рівня енергії системи. Вивчення приварювання частинок до основи в процесі нагрівання послідовно до усе більше високої температури показало, що одночасно протікають два процеси: розширення діаметра плями, на якому частинка приварюється, і збільшення міцності в самій плямі за рахунок збільшення кількості осередків схоплювання в ньому.

Утворення фізичного контакту при формуванні покриття забезпечується завжди, але основний вплив на міцність зчеплення робить адгезійна або хімічна взаємодія - активація. Хімічна взаємодія матеріалів відбувається не на всій площі фізичного контакту, що зазнала пластичної деформації, а на активних центрах, у ролі яких виступають примісні атоми, вакансії, сходи дислокацій. Міцне зчеплення покриття з підложкою можливо тільки в тому випадку, коли створені умови для утворення загальних зв'язків через границю. Активація взаємодіючих поверхонь виражається в утворенні на них атомів металу з ненасиченими зв'язками. При ГТН активація поверхні рідкої фази забезпечується її рухливістю й відсутністю далекого порядку в розташуванні атомів. Активація поверхні твердого тіла повинна виражатися в розриві міжатомних зв'язків метал основи - метал покриття.

Утворення хімічних зв'язків у процесі змочування в рамках термодинаміки умовно можна описати наступним рівнянням реакції:

(Me^’ – O) + Me^” = (Me ^’ – Me^”) + O (11.41)

де Me^’ – метал підложки; Me^” – метал частинки.

Для утворення міжатомних зв'язків (Me^’ – Me^”) необхідно, щоб пройшов розрив (дисоціація) міжатомних зв'язків у системі (Me ^’– O). Для встановлення міцних хімічних зв'язків необхідний акт (процес) активації, що реалізується відповідно до різних механізмів (каналам активації)

Проаналізуємо які канали активації можуть приводити до розриву міжатомних зв'язків у системі (Me'–О) при різноманітних способах напилення.