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.
- 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
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.
Плазма
Углеродный полимер
Водород
Кислород
Кислород
Водород
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.
Очистка
Кинетическая энергия ударяющихся ионов ведет к отбрасыванию атомов и молекул покрытия и постепенному удалению соответствующего слоя.
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.
Окисление
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
Или:
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.
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 обеспечиваетсяравномерное 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 разнообразныхматериалов – 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 обнаруженииследов 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.
FAQ Часто задаваемые вопросы
Какие загрязнения можно удалить?
С помощью плазменных установок компании Diener electronic можно удалить все органические и пленочные загрязнения размером до примерно 1 микрометра.
Какие основные преимущества дает нам лечение с использованием плазмы атмосферного давления?
Технология PlasmaBeam применима для поточных процессов, например, для плазменной очистки бесконечных металлических профилей и труб перед нанесением оболочки, склеиванием, соединением или окраской.
Данная технология совместима с робототехникой, т. е. с помощью роботов можно сканировать двух- или трехмерные поверхности плазменным лучом.
PlasmaBeam позволяет проводить локальную очистку поверхности без маскирования остальной части, например, очистку контактных площадок из Al, Au и Cu перед проволочным соединением (wire-bonding) без воздействия на остальную поверхность.
Можно ли в целом рекомендовать использование атмосферной плазмы для очистки поверхностей?
Да, но в очень ограниченной степени. Низконапорная плазма обеспечивает значительно большую гибкость процессов в том, что касается очистки.
Можно ли очистить детали от металлической стружки или пыли?
К сожалению, очистить поверхности от металлической стружки или пыли невозможно.
Что лучше: плазма низкого давления или плазма атмосферного давления?
В компании «Diener electronic» не существует понятия «лучше или хуже» при обработке поверхностей, а есть только «подходящее или неподходящее для конкретного применения».
