Меню Рубрики

Установка плазменной очистки поверхности

Плазменная очистка

Сверхтонкой очисткой поверхностей с помощью холодной атмосферной плазмы называется процесс удаления органических и биологических загрязнений, а также прочно приставших частиц пыли. Этот процесс чрезвычайно эффективен, и в то же время бережен к обрабатываемой поверхности. При более высокой интенсивности, плазменная обработка может также удалить слабый внешний слой поверхности пластика и создать перекрестные химические связи между его полимерными молекулами, тем самым увеличивая прочность поверхности. Также плазменная обработка улучшает смачиваемость поверхности, что увеличивает прочность последующих клеевых соединений, покраски и лакировки. Плазменная функционализация поверхности проводится при атмосферном давлении с использованием в качестве рабочих газов воздуха или типичных индустриальных газов, таких как азот, формирующий газ или кислород. При этом не используются ни вакуумная техника, ни мокрая химия. Это сокращает расходы, улучшает безопасность и экологическую чистоту. Высокие скорости обработки содействуют внедрению во многие промышленные процессы.

Типичные поверхностные загрязнения

Выглядящие чисто поверхности обычно покрыты многими невидимыми слоями загрязнений. Эти загрязнения формируются естественным путем при контакте с воздухом. Они включают в себя слои оксидов, воды, органических соединений и пыли. Более того, технологические процессы покрывают поверхности слоями масел, разделительных агентов, мономеров и полимерных молекул малой длины. Загрязнители значительно ухудшают качество технологических покрытий, таких как лак, краска, клей, создавая слабый, легко отделяющийся промежуточный слой. Более того, они часто уменьшают смачиваемость поверхности, что приводит ее неэффективному покрытию этими материалами и низкой прочности покрытия.

Холодная атмосферная плазма

Плазмой называется частично ионизированный газ. Электрические разряды, такие как дуговой, диэлектрический барьерный, коронный, а также прямой пьезоэлектрический разряд ионизируют газы при атмосферном давлении создавая плазму. Заряженные частицы – электроны и ионы – ускоряются в потенциале разряда до высоких энергий. Очень малая часть молекул газа ионизируется такими разрядами; большинство молекул остаются нейтральными и холодными. В частности, в случае прямого пьезоэлектрического разряда, температура газа не превышает 50 C. А в случае наиболее горячих дуговых разрядов, температура самой дуги может достигнуть 6.000 – 12.000 C. Но после того как газ покинет область дуги, он быстро остывает до 250—450 C. При высоких скоростях обработки такие температуры не перегревают и не повреждают поверхности. В то время как плазма остается холодной, высокоэнергичные электроны и ионы многократно сталкиваются с молекулами газа, производя короткоживущие атомы и химические соединения, такие как атомы H, N и O, радикалы OH, ON, озон, азотная и азотистая кислота, а также различные другие молекулы, находящиеся в метастабильных состояниях. Все эти короткоживущие соединения делают плазму химически очень активной.

Механизмы плазменной очистки

При контакте с обрабатываемой поверхностью, химически активная холодная плазма вызывает большое количество физических и химических процессов. Главными реактивами этих процессов являются высокоактивные короткоживущие химические соединения, произведенные плазмой в больших количествах. Помимо этого, при прямом контакте электрического разряда с поверхностью, она также облучается ультрафиолетовым излучением и атакуется энергичными ионами и электронами. Несмотря на то что количество заряженных частиц несоизмеримо мало по сравнению с количеством частиц нейтральных, благодаря своей реактивной природе и высокой энергии, они значительно увеличивают эффективность плазменной очистки. Следующие процессы вносят вклад в ультратонкую очистку поверхности:

  • Плазма разрывает химические связи тяжелых органических молекул, загрязняющих поверхность. Тяжелые молекулы дробятся на более легкие молекулы, которые улетучиваются с поверхности.
  • Произведенные плазмой активные химические соединения окисляют органические молекулы формируя углекислый газ и водяной пар.
  • Эти процессы также уничтожают биологические загрязнения и стерилизуют поверхность.
  • При более высокой интенсивности обработки, плазма снимает слой поверхности толщиной порядка нанометра, который состоит из полимерных молекул малой длины.
  • В обнаженно слое плазма создает перекрестные химические связи между длинных полимерных молекул. Тем самым поверхностный слой значительно укрепляется.
  • Дуговой плазменный разряд, зажженный в атмосфере формирующего газа, состоящего из 5 % водорода и 95 % азота, создает большое количество водородо-содержащих реактивных соединений. При обработке металла, эти соединения восстанавливают оксиды, обнажая поверхность металла.
  • Дуговой разряд, горящий непосредственно на поверхности субстрата, используемого в качестве катода, разъедает эту поверхность, создавая неровности размером порядка микрометра. Впоследствии эти микроструктуры заполняются клеем, лаком или краской, что улучшает их механическое сцепление с поверхностью.
  • Реагируя с полимерными молекулами, химически-активные соединения плазмы осаждают полярные OH и ON группы на очищенную поверхность. В результате поверхность становится легко смачиваемой. Клеи, лаки и краски будут ее эффективно покрывать и заполнять микроструктуры благодаря капиллярному эффекту.

Преимущества плазменной очистки

Поскольку плазма разрушает органические загрязняющие вещества превращая их в пары газов, такая очистка не оставляет осадков и создает поверхность высокой чистоты. Также важно то что обработка осуществляется при атмосферном давлении. Ее преимущества по сравнению со стандартной химической обработкой или вакуумной плазменной обработкой включают:

  • Высокотонкая очистка поверхности, не оставляющая осадков
  • Бережная, неповреждающая обработка
  • Отсутствие мокрой химии
  • Использование в качестве рабочего газа воздуха или дешевых индустриальных газов
  • Экологическая чистота процесса
  • Отсутствие вакуумного оборудования
  • Высокие скорости обработки
  • Легкая интеграция в существующие производственные линии
  • Улучшение смачиваемости и последующей адгезии красок, лаков и клеев

Продукты для плазменной обработки фирмы Relyon Plasma GmbH

Для широкого спектра применений в промышленности, медицине и лабораторной работе, фирма Relyon Plasma GmbH разработала серию продуктов для плазменной обработки поверхностей:

  • Plasmabrush® PB3 является универсальным плазменным генератором на основе нашей технологии Пульсирующего Атмосферного Разряда (PAA. С его мощностью 1 кВатт, особенно компактными размерами и стабильным функционированием, этот генератор хорошо подходит для интеграции в производственные линии.
Читайте также:  Установка подствольного фонаря на тигр

  • Plasmacell P300 это полное решение для плазменной обработки включающее все компоненты необходимые для эффективной и безопасной плазменной обработки и отвечающие промышленным стандартам и положениям. Plasmacell P300 включает вытяжной шкаф с отсеком для электроники, генератор Plasmabrush PB3, установленный на программируемой высокоскоростной трехмерной позиционирующей системе, внешний дисплей, компрессор для воздуха и систему вытяжки газов и их фильтрации. Эта система не требует дополнительной интеграции и позволяет без задержки приступить к использованию плазменных технологий.

  • Plasmatoolявляется ручным инструментом для плазменной обработки, оптимизированным для эффективного и безопасного использования. Вместе с портативным блоком питания, включающим компрессор и сигнальную электронику, он позволяет обрабатывать большие структуры, труднодоступные области и использовать плазменную обработку везде где ее автоматизация невозможна.

  • Piezobrush® PZ2 является особенно компактным ручным генератором плазмы разработанным на основе нашей технологии Непосредственного Пьезоэлектрического Разряда (PDD). Он предназначен для ручной плазменной обработки в лабораториях. Он создает коронные или диэлектрические барьерные разряды которые применяются для высокотонкой плазменной очистки и химической функционализации поверхностей небольших компонентов.

With plasma also inorganic materials are treatable.

Surface treatment of metals is possible by using atmospheric plasma technology. You can clean, reduce and pretreat commonly used metals.

Most common plastics are suitable for surface treatment and fine cleaning.

Функционализация поверхностей посредством плазменной обработки улучшает прочность соединения красок и лаков с различными поверхностями.

При контакте с загрязненными поверхностями плазма сокращает концентрации патогенов. Плазма уничтожает бактерии, вирусы, грибки и прионы; также она уничтожает токсины и прочие органические загрязнения.

Сверхтонкой очисткой поверхностей с помощью холодной атмосферной плазмы называется процесс удаления органических и биологических загрязнений, а также прочно приставших частиц пыли.

Функционализация поверхностей посредством плазменной обработки улучшает прочность клеевых соединений.

Функционализация поверхностей посредством плазменной обработки увеличивает прочность соединения красок с различными поверхностями и улучшает качество печати.

источник

Плазменная очистка

Для повышения качества склеивания, нанесения методом печати, окрашивания, приварки, .

На всех поверхностях присутствуют мельчайшие, не видимые глазу загрязнения. Удаление этих загрязнений почти всегда является предпосылкой для дальнейшей безупречной обработки поверхностей следующими методами:

Приклеивание | нанесение методом печати | окрашивание | приварка | нанесение покрытий | травление

Плазменная техника предлагает решения для удаления любого вида загрязнений, обработки любого субстрата и любого способа дополнительной обработки. В процессе очистки снимаются даже молекулярные следы загрязнений. Для различающихся требований в каждой отдельной ситуации доступны различные методы очистки.

Плазменная очистка обладает уникальными преимуществами перед другими методами очистки.

Очистка даже в микроскопических зазорах и просветах
Очистка всех поверхностей детали, в том числе внутренних поверхностей полостей, за одну рабочую операцию
✓ Полное удаление продуктов разложения вакуумной вытяжной системой
✓ Защита от повреждения чувствительных поверхностей химическими чистящими средствами

✓ Удаление даже молекулярных следов материалов
✓ Немедленная последующая обработка. Отсутствие необходимости в продувке и удалении растворителей
✓ Без складского хранения и утилизации опасных, вредных для окружающей среды и здоровья человека чистящих средств
Очень низкие технологические издержки

Плазменная очистка
Посмотреть видео

Как функционирует очистка плазмой?

Важным процессом в плазменной обработке поверхностей является плазменная очистка. Частицы загрязнений удаляются за счет химической реакции с ионизированными газами.

При восстановлении оксидов меди они подвергаются действию водородной плазмы – происходит химическое восстановление оксидов с выделением водяного пара.

1. Удаление углеводородов в кислородной плазме

Микроочистка – обезжиривание в кислородной плазме

Почти на всех поверхностях присутствуют углеводороды в форме следов жиров, масел и разделителей. Слои этих материалов резко снижают адгезию других материалов при последующей обработке поверхностей. По этой причине химическое удаление углеводородов в кислородной плазме является стандартным методом обработки перед окрашиванием, нанесением методом печати и приклеиванием.

Плазменные реакции в этом процессе очистки представлены в качестве примера в разделе «Малая физика плазмы».

Происходит взаимодействие ионов, радикалов и УФ-излучения. УФ-излучение высокой энергии расщепляет макромолекулы. Кислородные радикалы, ионы и отщепленные водородные радикалы занимают свободные концы полимерных цепей к H2O и CO2.

Продукты разложения углеводородов в плазме низкого давления находятся в газообразном состоянии и удаляются вытяжной системой.

На полимерных поверхностях параллельно со снятием поверхностных загрязнений запускается активация кислородными радикалами. При обработке неполярных пластмасс эта активация является обязательным условием для должной адгезии. Дополнительные сведения см. в разделе Активация материалов

Масла, смазки и разделители, содержащие добавки, не всегда удаляются без остатков в кислородной плазме. На субстрате могут формироваться прилипшие устойчивые оксиды. При необходимости они могут быть удалены в последующих дополнительных процессах очистки.

Очистка в кислородной плазме функционирует практически на всех материалах. Во многих случаях вместо кислорода может использоваться очищенный сухой воздух. Поэтому удалять углеводороды следует как в плазме низкого давления, так и в плазме атмосферного давления.

2. Механическая очистка микропескоструйной обработкой

Аргоновая плазма

Плазма инертных газов принадлежит к особо простым видам плазмы. Она состоит только из ионов, электронов и атомов инертных газов. Газ всегда имеет атомарную структуру, поэтому в плазме отсутствуют радикалы. А так как инертные газы не вступают в химическую реакцию, отсутствуют продукты реакции. Активность аргоновой плазмы обусловлена кинетической энергией тяжелых ионов.

Кинетическая энергия ударяющихся ионов ведет к отбрасыванию атомов и молекул покрытия и постепенному удалению соответствующего слоя.

Читайте также:  Установка каретки на велосипед аист

Обработка действует почти на всех поверхностях, то есть эффективна при любом типе загрязнения. Микропескоструйная обработка позволяет удалять практически любые загрязнения, противостоящие химическому воздействию.

Положительно заряженные ионы ускоряются на отрицательно заряженный электрод, поэтому плазменное возбуждение происходит в реакторе с параллельными пластинами.

Структурирование — физическое травление

Энергонасыщенные ионы выбивают фрагменты не только из поверхностного слоя, но и из материала субстрата. За счет этого в молекулярном масштабе происходит все большее структурирование поверхности и придание ей шероховатости. Аналогично с пескоструйной обработкой и пришлифовкой это ведет к увеличению площади поверхности – возможно, также к поднутрению – которое повышает адгезию наносимых позже покрытий.

В отличие от химических эффектов травления в плазме низкого давления микропескоструйная обработка действует не изотропно, то есть равномерно на все поверхности детали, а преимущественно в направлении электрического поля, в котором и ускоряются ионы.

3. Восстановление оксидных слоев

Оксидные слои присутствуют на многих поверхностях. Лишь некоторые металлы не склонны к образованию оксидов при длительном хранении. На многих металлах оксидные слои формируются именно при очистке в кислородной плазме. Эти слои являются фактором помех на всех этапах последующей обработки:

  • Адгезия электрических контактов при приварке и пайке
  • Ухудшение электрического контакта
  • Нарушение адгезии при приклеивании и окрашивании

На многих неметаллах часто могут присутствовать твердые оксидированные отложения, в некоторых случаях возникающие в процессе очистки в кислородной плазме. Оксидные слои зачастую выдерживают любое воздействие традиционными растворяющими средствами. Из-за их высокой твердости даже механические средства обработки могут не привести к успеху. Оксидные слои удаляются в процессе восстановления в водородной плазме.

В кислородной или воздушной плазме также осуществляется целенаправленное окисление слоев металла толщиной лишь в несколько слоев атомов. Эти невидимые слои упрочняют металл и защищают его от химических и механических воздействий, а также последующего окисления. Они придают долговременный блеск металлической поверхности.

Окисление поверхностей часто осуществляется в плазме атмосферного давления.

Поскольку с поверхности зачастую требуется удалить самые разнообразные загрязнения, последовательно применяются несколько процессов очистки, а именно:

1. Удаление разделителей (углеводородов) в кислородной плазме
2. Микромеханическая особо тонкая очистка микропескоструйной обработкой в аргоновой плазме

1. Обезжиривание в кислородной плазме
2. Восстановление оксидных слоев в водородной плазме

С другой стороны, непосредственно после кислородной очистки выполняется активация неполярных поверхностей кислородными радикалами. Для этого процесс продолжают еще в течение определенного времени после очистки. Дополнительную информацию см. в разделе Активация материалов, а в случае еще более длительного воздействия – последующий процесс Травление материалов.

Проверка отсутствия субстанций, препятствующих смачиванию краской
Посмотреть видео

Каким способом можно обеспечить отсутствие субстанций, препятствующих смачиванию краской?

Субстанции, препятствующие смачиванию краской, способствуют появлению на конечном продукте явно видимых дефектов из-за того, что не обеспечивается равномерное смачивание окрашиваемой поверхности. Возникают воронкообразные дефекты и кратеры в слое лакокрасочного покрытия. Такими субстанциями могут быть силиконы, фторсодержащие (PTFE) материалы, определенные масла и смазки.

Плазменная обработка позволяет окончательно удалить с поверхности и из самого эластомера все субстанции, препятствующие смачиванию краской.

Очистке поддаются детали из самых разнообразных материалов – PVC-U, PVC-C, PP, PE, ABS и PVDF, а также металлические поверхности.

В зависимости от степени загрязнения детали после очистки обрабатываются плазмой в течение до одного часа. Для подтверждения эффективности обработки, т.е. отсутствия субстанций, препятствующих смачиванию краской, после обработки плазмой проводится соответствующий тест, основанный на инструкции Volkswagen PV 3.10.7. Он заключается в быстром обнаружении следов силикона на поверхностях.

Потребуются лишь чистая стеклянная пластина, ацетон и обычная аэрозольная краска, не содержащая силиконы. Наиболее подходящим для проверки считается белый цвет. Проверяемый материал укладывают на стеклянную пластину и обрызгивают ацетоном. После испарения ацетона на стеклянную пластину наносят крест-накрест аэрозольную краску. После высыхания краски можно однозначно определить, присутствуют ли следы силикона на поверхности. В таких местах поверхность не смачивается краской, и возникают так называемые кратеры.

Плазменная очистка может в комплексе особых процессов применяться для обработки силиконовых материалов. Даже при работе с силоксановым каучуком можно добиться отсутствия субстанций, препятствующих смачиванию краской.

Использование инновационной и экологичной технологии плазмы низкого давления для удаления с поверхностей деталей субстанций, препятствующих смачиванию краской, позволяет решить существенную проблему, возникающую при нанесении покрытий. Включение плазменной очистки в производственный процесс связано, кроме прочего, со следующими преимуществами:

  • Сокращение объемов дополнительной обработки
  • Снижение процента брака
  • Предотвращение рекламаций
  • Повышение надежности производства

Diener electronic предлагает услуги по контрактной обработке этим методом. Работы выполняются на нескольких плазменных установках квалифицированным и опытным персоналом. Мы гарантируем оптимальное качество поверхностей деталей и компонентов после обработки.

Часто задаваемые вопросы

Как функционирует плазменная очистка металлов?

Многие обрабатываемые изделия покрыты смазками, маслами, парафинами, силиконом (присутствуют субстанции, препятствующие смачиванию краской) и другими органическими и неорганическими загрязнениями (в том числе оксидными пленками).

Определенные методы обработки требуют абсолютно чистых поверхностей без оксидных пленок, например:

  • Ионное напыление
  • Окрашивание
  • Приклеивание
  • Нанесение методом печати
  • Нанесение покрытий методами PVD и CVD
  • Особые случаи применения в медицинской технике
  • Изготовление аналитических датчиков
  • Приварка
  • Пайка печатных плат
  • Изготовление выключателей и т.д.

При этом плазма оказывает два разных действия:

1. Удаляет органические покрытия

  • Они подвергаются химическому воздействию, например, кислородом и воздухом.
  • Под действием разрежения и поверхностного нагрева при использовании плазмы низкого давления часть загрязнений испаряется. В случае с плазмой атмосферного давления загрязнения сдуваются с поверхности под действием избыточного давления.
  • Энергонасыщенные частицы в плазме преобразовывают загрязнения в небольшие стабильные молекулы, удаляемые вытяжной системой либо другим способом.
  • УФ-излучение тоже способно разрушать загрязнения и отсоединять их от поверхности.
Читайте также:  Установка deb без джейлбрейка

Толщина загрязнений не должна превышать нескольких микрометров, т.к. плазма в состоянии снимать слои лишь со скоростью несколько нанометров в секунду.

В состав жиров входят, например, соединения лития. Здесь возможно удаление только органических составляющих. То же самое касается отпечатков пальцев, поэтому на время работ рекомендуется надевать перчатки.

2. Восстановление оксидов

  • Оксид металла вступает в химическую реакцию с технологическим газом. В качестве технологического газа используется чистый водород либо смесь с аргоном или водородом.

В случае с плазмой низкого давления процессы можно выполнять в два этапа. Например, первые 5 минут изделия окисляются кислородом; затем в течение 5 минут осуществляется их восстановление смесью аргона и водорода (напр., 90 % аргона и 10 % водорода).

Как функционирует плазменная очистка пластмасс?

Плазменная очистка пластмасс обычно взаимосвязана с процессом активации пластмассы. Если же пластмассу действительно требуется лишь очистить, но не активировать, значения технологических параметров необходимо просто уменьшать до достижения желаемого эффекта. При этом следует обдумать,достаточно ли только очистить заготовку, чтобы подготовить ее к последующим процессам.

В качестве технологического газа обычно используется технический кислород, но зачастую подходит и обычный воздух помещения. В технологиях плазмы атмосферного давления преимущественно используется сухой и очищенный от масла сжатый воздух. Плазменную обработку можно выполнять повторно, в этом процессе не возникают ядовитые отработавшие газы.

Принцип действия аналогичен плазменной очистке металлов.

Как функционирует плазменная очистка стекла и керамики?

Очистка стекла и керамики осуществляется таким же образом, что и очистка металлов. В качестве технологического газа очистки тоже рекомендуется использовать аргон или кислород либо сжатый воздух при обработке плазмой атмосферного давления.

В целом можно сказать, что очистка в большинстве случаев выполняется кислородной плазмой.

Прочие параметры (давление, мощность генератора, поток газа, длительность обработки) зависят от чувствительности обрабатываемых заготовок.

Можно ли измерить потерю веса? (Плазма низкого давления)

Да. Путем проверки однородности можно, например, определить скорость травления на основании потери веса.

Для этого объектодержатели оклеивают полиэтиленовой лентой и взвешивают до и после обработки плазмой. Полученная разница дает представление о скорости травления.

Ввиду очень малой потери веса необходимо выполнять взвешивание на аналитических весах.

Является ли беспотенциальным луч плазмы/активного газа? (Плазма атмосферного давления)

Да. Луч активного газа установки PlasmaBeam не обладает электрическим потенциалом либо этот потенциал очень мал. Благодаря этому установки PlasmaBeamчасто используются для очистки электронных компонентов.

Установки Plasma APC500 разрешается использовать для обработки непроводящих материалов. Луч плазмы установки Plasma APC500 обладает потенциалом.

Какие отходящие газы могут возникать во время плазменной очистки? (Плазма атмосферного давления)

Возникают оксиды азота NO и NO2. Возможно также выделение незначительного количества углеродосодержащих отходящих газов (CO2, CO).

Какова ширина обработки установкой PlasmaBeam? (Плазма атмосферного давления)

Ширина обработки одним соплом составляет 8-12 мм. При этом ширину очистки необходимо предварительно проверять для каждого случая применения (напр., путем измерения контактного угла).

При использовании чистого кислорода (O2) или азота (N2) ширина обработки несколько увеличивается.

Какой скорости обработки можно достичь? (Плазма атмосферного давления)

В сравнении с процессами активации скорость очисткисоставляет лишь несколько см в секунду. Эффективная очистка требует повышения температуры на поверхности, чего можно достичь только снижением скорости.

Какую температуру имеет луч? (Плазма атмосферного давления)

Средняя температура луча плазмы составляет около 200 – 250 °C. В случае правильной настройки расстояния и скорости достигается температура поверхности в диапазоне 70 – 80 °C. Таким образом, эту технологию можно применять для обработки всех распространенных материалов (металлы, керамика, стекло, пластмассы, эластомеры).

Как долго сохраняется результат очистки атмосферной плазмой? (Плазма атмосферного давления)

К сожалению, по этому вопросу невозможно указать общедействующие гарантированные сроки. Сохранность результатов зависит от условий складского хранения, параметров обработки и степени загрязнения.

Примеры:

  1. Влажная атмосфера и повышенная температура (выше 20 °C) значительно сокращают срок сохранности результатов обработки плазмой.
  2. Многократная обработка увеличивает срок сохранности результатов.
  3. В целом в отношении металлов, стеклянных и керамических поверхностей действует следующая рекомендация: чтобы обеспечить оптимальное качество производства, операции склеивания, нанесения методом печати и окрашивания должны осуществляться в течение одного часа после плазменной обработки.
  4. Для пластмасс действует следующий срок сохранности результатов плазменной обработки:
  • PA (с усилением и без усиления стекловолокном): 1 — 2 недели
  • PP, PE: последующую обработку рекомендуется выполнить в течение 1 — 2 дней
  • PC: 2 — 5 дней
  • ABS, PC/ABS: 2 — 5 дней

Следует помнить, что указанные значения являются ориентировочными. Использование производителями различных присадок и разделителей может привести к значительным отклонениям в этих сроках.

Каковы основные преимущества обработки плазмой атмосферного давления? (Плазма атмосферного давления)

Оборудование PlasmaBeam применимо к внутренним процессам, а именно: плазменная очистка бесконечных металлических профилей, труб перед накладыванием оболочки, приклеивание, приварка и окрашивание.

В этой технологии могут использоваться роботы, т.е. 2- и 3-мерные поверхности можно обрабатывать лучом плазмы с помощью робота.

PlasmaBeam обеспечивает локальную очистку поверхности без обработки прилегающих участков. Например, алюминиевые, серебряные и медные контактные площадки перед приваркой контактных выводов очищаются без нарушения состояния других поверхностей.

источник