Vakum ortamında plazma kaplama ve plazma parametrelerinin incelenmesi

Abstract

Son yıllarda yüzey modifikasyonu işlemlerinde plazma teknolojisi önemli bir alternatif haline gelmektedir. Sürtünmenin söz konusu olduğu metalik malzemelerde ortaya çıkan aşınma problemi ile meydana gelen ekonomik kayıpların en aza indirgenmesi doğrultusunda malzemelere çeşitli yüzey işlemleri uygulanmaktadır. Bu işlemlerden biri de düşük basınç plazma yöntemidir.Bu çalışmada ısıl işlem görmüş AISI 1050 paslanmaz çelik üzerine radyo frekans (13,56 MHz) kapasitif vakum plazma sisteminde farklı plazma parametrelerinde (farklı işlem süresi, güç, basınç) yüzey modifikasyon işlemi yapıldı. İlk olarak Vakum ortamında 13,56 MHz frekansta Argon plazması ile farklı deşarj gücünde (100 W, 180 W), farklı sürelerde (7,5 dk, 15 dk) ve farklı basınçlarda (50 mtorr, 100 mtorr) çelik yüzeyler üzerine Politetrafluoroetilen (PTFE) uygulanarak kaplama işlemi gerçekleştirildi. Hegzafloropropen (C3F6) monomeri ile yapılan diğer işlemde 50-100 W deşarj gücü, 15-30 dk işlem süresi ve 100-300 mtorr basınç parametreleri kullanılmıştır. İşlem sonrası çelik numune yüzey morfolojisindeki değişimler taramalı elektron mikroskopu (SEM), Enerji Dağılımlı X-Işınları Mikroanaliz Spektrometresi (EDS), atomik güç mikroskopu (AFM) kullanılarak analiz edildi. Numuneler aşınma testinden geçirildi. Aşındırma analizi sonuçlarına göre PTFE kaplanan yüzeylerin C3F6 kaplanan yüzeylerden dayanıklı olduğu belirlendi. Plazma işlemi sonucu kaplama malzemesi yapısındaki değişiklikler İnfrared spektrumu (IR) ile plazma karakteristiği ise akım-voltaj (I-V) ölçümleriyle belirlendi.

In recent years, plasma technology becomes an important alternative on surface modifications. Surface modifications can provide enhanced wear resistance of metallic materials used under frictional conditions, and also prevent economic loses because of the abrasion. Low pressure plasma treatment is one of the surface modification processes on this area.In this study, the surface of heat-treated stainless steel (AISI 1050) was modified using vacuum capacitively coupled RF (13,56 MHz) plasma under different parameters (different treatment time, RF power, pressure in the chamber) by two methods: First, Polytetrafluoroethylene (PTFE) prepolymer was sprayed on surfaces of different stainless steels and cross-linked by 13,56 MHz RF Ar-plasma under various discharge powers (100W, 180W) and various pressures (50 mtorr, 100 mtorr); Another process was using direct deposition of Teflon-like layers from Hexafluoropropene (C3F6) plasma under 50-100W discharge power and 100-300 mtorr pressure for 15-30min. Differences on surface morphologies of stainless steel specimens were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM), energy dispersive x-ray microanalyze spectroscopy (EDS) and Atomic Force Microscopy (AFM). The experimental friction wear results show that the PTFE cross-linked coated surfaces exhibited significantly more wear resistance than C3F6 on stainless steel samples. Chemical structures of deposited layers have been investigated by Infrared Spectroscopy (IR). Plasma characteristics were determined by Current-Voltage measurements.