Studiul Asupra Obținerii Caracterizării și Modelării Straturilor Subțiri cu Proprietăți Specifice

1. INTRODUCERE

in ultimii ani, pe plan mondial s-au dezvoltat o gama de depuneri metalice care ofera solutii optime pentru diferitele probleme de uzare, coroziune, si tribocoroziune intalnite in industrie. Aceste depuneri sunt numite in unele cercetari straturi speciale.

Din grupa straturilor cu proprietati speciale fac parte si straturile cu gradienti functionali. Materialele cu gradient functional se obtin prin depunerea succesiva de straturi de acoperiri. Aceste straturi asigura o modificare treptata a proprietatilor, pornind de la suprafata de lucru spre miezul pieselor, rezolvand astfel prin aceasta cerintele contradictorii impuse materialului

Conceptul de gradient functional s-a introdus pentru a caracteriza modul in care se modifica proprietatile materialului plecand de la suprafata de lucru a pieselor spre miezul lor.

Tendinta prezenta in constructia de masini, de a asigura fiabilitatea unui utilaj, este conditionata in procesul de realizare a ei, de legatura care exista intre conceptie, materiale, tehnologii de executie si exploatarea unui produs.

Astfel, in zonele de suprafata trebuie sa existe straturi cu duritate ridicata. Este necesar ca straturile de suprafata sa aiba o aderenta scazuta fata de contrapiesa dar o puternica legatura (aderenta) fata de substrat. Cele prezentate mai sus justifica cerinta de a asigura o gradare a proprietatilor materialului pornind de la suprafata de lucru a piesei spre miezul ei si implicit introducerea notiunii de material cu gradient functional.

Un material cu gradient functional dispune, in general, de mai multe straturi (este multistrat) obtinute prin procedee tehnologice speciale care raspund la cerintele cuplei de frecare in care este utilizat.

In continuare, asa cum a fost prezentat si in rezumatul grantului propus, se va face un studiu de sinteza privind nivelul cercetarilor intreprinse pe plan national si mondial, care se va referi la:

- fenomene mecano-fizice si chimice care au loc in cuplele de frecare (tribosisteme);

- stadiul actual al metodelor de obtinere a straturilor subtiri;

- stadiul actual al metodelor de caracterizarea a straturilor subtiri;

- posibilitati de modelare cu element finit a tensiunilor remanente din straturile subtiri;

2. FENOMENE MECANO-FIZICE SI CHIMICE CARE AU LOC IN CUPLELE DE FRECARE (TRIBOSISTEME)

In general se poate aprecia ca structura unui produs cuprinde un ansamblu de tribosisteme. Tribosistemul sau cupla de frecare are de realizat mai multe functii, ca de exemplu: functia de frecare, de rezistenta la uzare, de rezistenta la deformatii plastice si functia de rezistenta la solicitari exterioare (figura 1). Rezistenta la uzare are in componenta sa mai multe tipuri de uzare: adeziunea, abraziunea eroziunea, fretajul, tribocoroziunea si oboseala straturilor superficiale (pitting).

Realizarea functiilor de catre tribosistem presupune alegerea corecta a materialelor si a tehnologiilor de tratare a suprafetelor.

Analiza modului de functionare a tribosistemlui conduce la alegerea materialului care sa prezinte anumite proprietati in volumul piesei (substrat) si altele specifice zonelor de suprafata pe care se realizeaza contactul.

1. MIHUT, Marta Dorina. Studii experimentale si modelari ale proprietatilor structurale si mecanice ale filmelor subtiri de nitruri de crom si aluminiu. Teza de doctorat. Universitatea Babes-Bolay, Cluj-Napoca, Faculatea de Fizica, 2001.

2. VERMESAN, G., et al. Introduere in ingineria suprafetelor. Ediura Dacia, Cluj-Napoca, 1999.

3. OHRING, M. The Materials Science of Thin Films. Academic Prees, Inc., San Diego, 1992.

4. VOSSEN, J.L.; KERN, W. Thin Film Processes. Academic Press, Inc., San Diego,1978.

5. LIEBERMAN, M.A.; LICHTENBERG, A.J. Priciples of Plasma Discarges and Materials Processing. Jhon & Sons, Inc., New York, 1994, p. 451-453.

6. VERMESAN, G.; IACOB, C; DAVID, L. Procedee speciale de tratamente termice. Institutul Politehnic, Cluj-Napoca, 1990.

7. CHAPMAN, B. Glow Discharges Processes. Jhon Wiley and Sons, Inc., New York, 1980.

8. ROHDE, SL. Ph. D. Dissertasion. Northwestern University.

9. ROHDE, S.L; MUNZ, W.D. Advenced Surface Coatings, edited by D.S. Rickerby and A. Matthews, Chapman and Hali, New York, 1991.

10. ENGSTOM, C. Ph. D. Dissertation. Linkoping University, Sweden, 1998.

11. BLAISE, G. "Aspects cinematiques de 1 interaction ions- surface", Interactions Plasmas Froids Meteriaux Editura Sci. Greco 57 du CNRS, 1987.

12. RICHARD, A. Plasma- Surface Interactions and Processing of Materials. Editura Auciello O, Kluwer Academic Publisher Dodrecht, 1990.

13. ROHDE, S.L.; KURUPPU, M.L.; MIHUT, D.M.; RAEHLE, B.; REBHOLZ,C; MATTHEWS, A. Monolithic and Multilayerd CrN Coatings for wear Protection on Substrates of Varying Compliance. Society of Tribologists and Lubrication Engineers, Detroit, 17-21 Mai, 1998.

14. KURUPPU, M.L.; NEGREA, G.; KIRKPATRICK, S.; MIHUT, D.; ROHDE, S.L. "Combined Control Techniques for Reactive Sputtering of Wear/ Abrasion Resistant TiN, Cr2N, CrN and A1N Films on Compliant and/or Temperature Sensitive Substrates". Published in the Society of Vacuum Coaters, Annual Technical Conference Proceedings (1998) held in Boston, MA, April,1998.

15. MIHUT, D.M. Ellipsometric and finite element modeling of chromium thin films, presented at ASM International Meeting, Lincoln, Nebraska, April 8"', 1999.

16. MIHUT, D.M.; KIRKPATRICK, S.R.; ROHDE, S.L. Ellipsometric Analysis on Cr/CrN/Cr2N. 45lh International Symposium: Vacuum, Thin Films, Surfaces/ Interfaces & Processing. Baltimore, Maryland, 2-6 November, 1998.

17. RHODE, S.L.; MIHUT, D.M.; KURUPPU, L.M.; KIRKPATRICK, S.R.; NEGREA, G.; RAEHLE, B.; MATTHEWS, A. Tribological Performance of Reactively Sputterd Single and Multi - Layer CrN Thin Films 54 th Annual Meeting of the Tribologist and Lubrification Engineers. Las Vegas, NV, May, 24-28th,1999.