Implantacja jonów

Proces Implantec firmy Bodycote jest z powodzeniem wykorzystywany do poprawy współczynnika tarcia, zużycia adhezyjnego i podniesienia twardości powierzchniowej metali przez bombardowanie powierzchni wysokoenergetyczną wiązką jonową.

Korzyści

Implantacja jonów ma wiele zalet, a w tym:

• Utwardzenie powierzchni materiału, dzięki czemu staje się on bardzo odporny na zużycie, a zwłaszcza zużycie adhezyjne;
• Zmniejszenie tarcia, co redukuje zatarcia;
• Zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej nawet o 30%;
• Możliwość prowadzenia procesu w temperaturach niskich (zwykle poniżej 200 oC)
• Brak zmian geometrycznych;
• Zachowanie stanu powierzchni (np. powierzchnia dogładzona) i jej charakterystyk mechanicznych (np. stal odpuszczana w niskiej temperaturze);
• Brak rozwarstwień (nie jest to powłoka);
• Znacznie zwiększona odporność na korozję.

Proces jest przeprowadzany lokalnie i na częściach, które zostały już w całości obrobione skrawaniem, oraz może być stosowany do metali, półprzewodników, polimerów lub elastomerów.

Aplikacje i materiały

Dużą wartość dodaną technologia implantacji jonów znalazła w:

• Urządzenia medyczne: pierścienie
• Protezy medyczne: sztuczne chrząstki, kolana, ramiona, implanty dentystyczne,
• Części mechaniczne: pierścienie, części cierne
• Narzędzia do obróbki plastycznej (nożyce, ciągadła), narzędzia skrawające (narzynki, wiertła, frezy)
• Metale: stopy tytanu, stopy aluminium, stale, metale szlachetne, takie jak złoto, itd.

Dane procesowe

Implantacja jonów to proces bombardowania powierzchni obrabianej silnie skupiona wiązką jonów o dużej energii. Zwykle proces przebiega w komorze próżniowej ( <10-4 mbar) a energia bombardujących jonów mieści się w zakresie od 50 do 200 KeV. Jony gwałtownie penetrują powierzchnię materiału, a następnie zatrzymują się i tracą swoją energię po całej kaskadzie kolizji z atomami materiału implantowanego. Głębokość wnikania jonów zależy od rodzaju ciała, energii oraz masy jonów i może osiągać wartości rzędu 1μm.

Przeprowadzana w niskiej temperaturze (< 100°C) w komorze próżniowej obróbka wspomagana zimną plazmą modyfikuje strukturę materiału na głębokość ułamków mikrona bez nabudowania warstwy dodatkowej (nie jest to proces powlekania).

Firma Bodycote dysponuje dwoma typami urządzeń do implantacji jonów:

• Bezpośrednie: azot, argon i ogólnie zjonizowany gaz
• Wielo-jonowe: wszystkie typy jonów (metale, mieszanina)