Obróbka próżniowa plazmą przynosi poprawę właściwości adhezyjnych

Efekty plazmowej obróbki powierzchni są widoczne w życiu codziennym, nawet jeśli nie jesteśmy tego świadomi.

Przykładem może być klawiatura komputera – jest wielce prawdopodobne, że została poddana obróbce plazmowej przed naklejeniem na nią liter i cyfr. 

Ma to związek z tym, że obróbka plazmowa zapewnia lepsze właściwości adhezyjne powierzchni, przez co litery i cyfry nie odklejają się ani nie ścierają podczas normalnego użytkowania.

Jednak obróbce poddaje się nie tylko klawiatury. Ten sam proces ma zastosowanie w przypadku kluczyków do samochodu, każdego urządzenia kuchennego, na którym znajdują się napisy, np. piekarnika i kuchenki, a nawet butelek z wodą i długopisów. W takich przypadkach obróbka plazmowa zapewnia nie tylko lepszą przyczepność, ale także możliwość naniesienia logo, które jest doskonale wyraźne i widoczne.

Jest to mniej istotne w przypadku przedmiotów codziennego użytku, z którymi – mówiąc szczerze – poradzilibyśmy sobie, nawet gdyby zniknęły z nich oznaczenia. Właściwości adhezyjne powierzchni są o wiele ważniejsze na przykład w przypadku endoprotez czy strzykawek.

O ile z uwagi na niewielki rozmiar przeprowadzenie długopisu lub strzykawki przez urządzenie do obróbki plazmowej jest dość proste, o tyle więcej trudności nastręczają rozmiary i geometria paneli wewnętrznych do samochodów. Rozwiązaniem problemu okazała się obróbka próżniowa plazmą.

Co to jest obróbka próżniowa plazmą

Obróbka próżniowa plazmą to, mówiąc najprościej, obróbka plazmowa w próżni. Zacznijmy jednak od ustalenia, czym jest plazma i obróbka plazmą.

Plazma jest czwartym stanem skupienia – obok stałego, ciekłego i gazowego. Stan ten jest mniej znany – pewnie dlatego, że nie występuje na Ziemi naturalnie tak często, jak pozostałe trzy. Przykładami naturalnie występującej plazmy są wyładowania atmosferyczne oraz zorza polarna. Poza tymi przypadkami plazma występuje głównie w kosmosie.

Dwie powierzchnie z tworzywa sztucznego – jedna poddana i jedna niepoddana obróbce.

Czwarty stan skupienia – plazma – występuje w sytuacji, gdy materia zostanie podgrzana powyżej stanu gazowego, a więc do momentu, w którym poszczególne atomy oddzielają się od cząsteczek i poruszają się całkowicie swobodnie. Proces ten zachodzi w temperaturze około 2727°C, ale nowsze technologie umożliwiły wytwarzanie plazmy w znacznie niższych temperaturach, w ramach kontrolowanego procesu i na skalę przemysłową przy użyciu wyładowań elektrycznych wysokiego napięcia.

Obróbka próżniowa plazmą w produkcji

W procesach produkcyjnych obróbka plazmowa służy do oczyszczania powierzchni elementu na poziomie nano. Wcześniej zasięg procesu był ograniczony do miejsca, w którym wyładowanie plazmowe trafiało w powierzchnię. Jednak umieszczenie elementu w komorze próżniowej pozwala na obróbkę nawet bardzo dużych elementów oraz uzyskanie równomiernego wykończenia.

Plazma w próżni może być rozwiązaniem w przypadku, gdy dotychczas wyładowanie nie docierało do wszystkich zakamarków elementu – na przykład w przypadku paneli samochodowych.

Wewnątrz komory próżniowej znajdziemy jedną elektrodę na górze i jedną na dole. Po usunięciu powietrza z komory następuje wyładowanie wysokiego napięcia, które powoduje powstanie pióropusza plazmy między elektrodami. Pióropusz zawiera dużą ilość skupionej energii, która otacza cały element. Element może pozostawać nieruchomy, ponieważ obecność próżni powoduje, że pióropusz plazmy otacza go ze wszystkich stron.

Dlaczego obróbka próżniowa plazmą jest tak skuteczna?

Jak wyjaśniono, obróbka plazmowa znacząco poprawia przyczepność powierzchni. Przynosi ona zmianę energii powierzchniowej i poprawę zwilżalności powierzchni. 

Zwilżalność to zdolność wody do przywierania do powierzchni. Gdy zwilżalność jest niska, powierzchnia jest hydrofobowa. Oznacza to, że woda lub inne ciecze będą gromadzić się w postaci kropli, które nie będą przywierać do powierzchni. Jeśli jednak powierzchnia zostanie poddana obróbce plazmowej, stanie się ona hydrofilowa, a woda będzie się na niej swobodnie rozprzestrzeniać. 

Oznacza to, że do pokrycia powierzchni potrzeba mniej cieczy. W przypadku wspomnianego wcześniej sprzętu medycznego, który również poddawany jest tego rodzaju obróbce, korzyścią z punktu widzenia próbek kultur tkankowych jest fakt, że zwiększona zwilżalność oznacza również szybszy i zlewający się wzrost komórek. 

Czy obróbka próżniowa plazmą powoduje zmianę wyglądu produktu?

Krótka odpowiedź brzmi: nie. Niezależnie od tego, jakich właściwości oczekujemy w wyniku obróbki plazmą (czy to poprawy przyczepności, czy zwilżalności), obróbka plazmą nie powoduje widocznych zmian wyglądu elementu.

Ponieważ obróbka wywołuje zmiany w powierzchni na poziomie nano, będą one widoczne pod silnym mikroskopem lub podczas prób zwilżalności w oparciu o pomiar kąta zwilżania lub zastosowanie roztworu barwiącego. Jednak dla gołego oka element będzie wyglądać dokładnie tak, jak przed obróbką.

Innymi słowy: obróbka plazmowa podnosi wartość elementów bez zmiany ich wyglądu. Oznacza to, że obróbka plazmą nie wpłynie negatywnie na późniejsze procesy produkcyjne. Pozytywne efekty obróbki plazmą będą jednak bardzo widoczne dzięki poprawie zwilżalności oraz właściwości adhezyjnych, co przekłada się na zdolność do wytwarzania jeszcze lepszych produktów

Wideo: VacuTEC | Urządzenie do próżniowej obróbki plazmowej