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Beyond Surfaces #9 - Opportunity

Erros não são permitidos: Marc Hervé corre com um nicho muito rápido …; Materials for Giants: Computational material development in mining; Spot on materiais: Plasma; Turbo-charged innovation with suspension plasma spray; Spot on aplicação; Hidden champions of mobility.

Beyond Surfaces #9 - Opportunity

The year 2020 has brought a great deal of change. In this edition of BEYOND SURFACES we include a “special”, giving you a unique insight into how our employees around the world have taken on the challenge of the initial months of the Covid-19 pandemic with commitment and creativity. We are also taking the magazine title quite literally and are looking “beyond surfaces” into the second pillar of the Oerlikon Group, our synthetic-fiber business.

With this edition, we are celebrating a small but important anniversary: The first issue of BEYOND SURFACES was published five years ago. Two years earlier, Metco had joined the Oerlikon Group, and this magazine was created to introduce our customers to the solutions offered by the two brands, Oerlikon Balzers and Oerlikon Metco.

Since then, the Oerlikon Group has undergone significant changes. Today, it is a “Powerhouse of Materials and Surface Solutions.” Our newest business unit, Additive Manufacturing, which focuses on the industrialization of additive manufacturing methods, represents an important augmentation of the Oerlikon Balzers and Oerlikon Metco portfolio.

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Plasma: a entidade que possibilita a inovação em soluções de superfície

Em nossa série de materiais Spot on, apresentamos até agora materiais sólidos e tangíveis, como níquel ou titânio. Desta vez, nos concentramos em uma “entidade” (grego antigo: plasma) sem a qual as soluções de superfície modernas seriam inconcebíveis.

Como o plasma é formado?

Como o plasma é formado?

O plasma é o “quarto estado da matéria” depois de sólido, líquido e gasoso. Ocorre quando um gás é fornecido com energia adicional na forma de calor. As altas temperaturas fazem com que os elétrons se desprendam da estrutura atômica, o que cria uma mistura de partículas livres - íons carregados positivamente e elétrons carregados negativamente. Quanto mais destes presentes no plasma, mais “ionizado” ele fica. O grau de ionização do plasma pode variar de 1 a 100%.

Onde é encontrado plasma?

Na vida cotidiana, raramente observamos plasmas, mas esse estado da matéria é muito comum em todo o universo. Nosso sol, que está a milhões de graus de calor em seu núcleo, consiste em plasma, como a maioria das estrelas. As nebulosas gasosas e o espaço interestelar também são amplamente constituídos por essa entidade. O plasma ocorre naturalmente na Terra - e quando ocorre, é espetacular! Por exemplo, as luzes do norte e os raios do relâmpago são feitos de plasma: com temperaturas de até 30.000 ° C, o relâmpago pode aquecer localmente a atmosfera da Terra a tal ponto que os átomos se dividem, e vemos o plasma resultante como um flash brilhante de luz.

Como os outros estados da matéria, o plasma e seu poder foram aproveitados pela humanidade para uma série de usos técnicos. Mas, para ser usado para esses fins, o plasma deve ser gerado artificialmente. A energia necessária para isso é normalmente fornecida por um gás eletricamente carregado ou por fortes feixes de laser.

Para que é usado o plasma?

Os plasmas têm naturezas muito diferentes, mas têm isto em comum: eles são eletricamente condutores e podem ser influenciados magneticamente. Com suas características diferentes, eles podem ser usados para muitos desenvolvimentos e processos - inclusive em lâmpadas fluorescentes de baixo consumo, em displays de plasma, para desinfecção de instrumentos médicos e até mesmo para fusão nuclear em reatores.

Oerlikon Balzers e Oerlikon Metco usam plasma para revestimento de superfície. “Cientificamente falando, estamos lidando com a mesma coisa - pesquisa de plasma. Mas, quando se trata de aplicações, estamos trabalhando nas duas pontas do espectro do plasma ”, concordam os cientistas de materiais Alessandro Zedda (Oerlikon Balzers) e Alexander Barth (Oerlikon Metco).

Pulverização de plasma atmosférico: alta pressão e alta densidade

Na maioria dos processos de pulverização térmica, o trabalho é realizado sob pressão atmosférica normal. A matéria-prima de revestimento, na forma de partículas de pó, está geralmente na faixa de tamanho de 10 a 100 micrômetros. Este é derretido em um jato de plasma estreito (6 a 10 mm de diâmetro) e pulverizado sobre a superfície a ser revestida. A temperatura do plasma pode chegar a 20.000 ° C, o que equivale à temperatura da superfície do nosso sol! Isso torna possível derreter qualquer material. Ao equilibrar com precisão as propriedades do plasma e do material, as partículas são levadas à temperatura e velocidade ideais para obter um resultado de revestimento ideal.

O gerador de plasma consiste em um bico estreito, ou ânodo, através do qual o gás flui continuamente, e um eletrodo ou cátodo que está concentricamente localizado dentro do bico. O bico com carga positiva e o eletrodo com carga negativa formam um par elétrico, ionizando assim o gás em fluxo e convertendo-o em plasma. O material de alimentação do revestimento é então injetado no plasma, onde se funde e é impelido para a superfície a ser revestida.

“O plasma é muito eficiente na geração desse alto calor porque toda a energia elétrica é convertida em calor. Cooperamos com parceiros e universidades na pesquisa de revestimento de plasma, e as descobertas são incorporadas a novos produtos da Oerlikon Metco continuamente ”, explica Alexander Barth.

Pulverização de plasma atmosférico: alta pressão e alta densidade

Revestimentos PVD: baixa pressão e baixa densidade

Para revestimentos PVD ultrafinos de alta qualidade, o plasma é gerado evaporando átomos do alvo metálico. Os íons são formados separando os elétrons dos átomos. Esses íons são atraídos para o substrato a ser revestido (pode ser um componente ou uma ferramenta) pela aplicação de uma tensão elétrica. Eles atingem o substrato com alta energia, se difundem em sua superfície e se combinam para formar um revestimento fino e denso. Para evitar que colidam com as moléculas de ar durante sua “jornada”, um alto vácuo é criado.

A geração de plasma requer uma grande quantidade de energia - na forma de alta voltagem de várias centenas de volts. A qualidade do revestimento depende não apenas da escolha do material alvo, mas também da voltagem e da energia do plasma. “O projeto das fontes de plasma é muito importante para a qualidade dos revestimentos resultantes. É por isso que na Oerlikon Balzers estamos engajados em pesquisas constantes para melhorar as fontes de plasma e os revestimentos resultantes ”, explica Alessandro Zedda.

Contato

Petra Ammann

Petra Ammann

Head of Communications Oerlikon Balzers
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