- Ý nghĩa thực tiễn
T W nhiệt độ thành buồng làm việc tại các vị trí (1 6)
2.3 Cơ chế hình thành lớp thấm
Các cơ chế của sự hình thành lớp nitrit trong quá trình thấm nitơ plasma chưa được hiểu rõ. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu theo hướng này dựa trên hai giả thuyết.
Giả thuyết thứ nhất: Theo Simon (1995) thì cơ chế thấm nitơ plasma được dựa trên sự hấp phụ, hấp thụ và phản ứng hóa học của các loại phản ứng hình thành trong plasma với các bề mặt của mẫu. Theo giả thuyết này, nitơ (nguyên tử hay phân tử) được hấp thụ bởi các bề mặt cực âm (mẫu), nơi nó phản ứng với các ngun tử sắt để hình thành nitrit (Grmann T., 2007) [126].
Hình 2.7. FeN hình thành trên bề mặt thép trong thấm nitơ plasma theo giả thuyết Koelbel
liv
Giả thuyết thứ hai: Đề xuất của Koelbel coi bề mặt mẫu bị bắn phá bởi các nguyên tử của plasma. Theo Koelbel, các nguyên tử sắt từ phún xạ kết hợp với các nitơ, phản ứng trong plasma ngay cả trong các khu vực lân cận với bề mặt cực âm, tạo thành nitrit sắt (FeN) ngưng tụ trên bề mặt mẫu (hình 2.7). Các FeN tiếp xúc với bề mặt bên trong nghèo nitơ hơn sẽ tạo ra Fe2-3N, Fe4N. Các nguyên tử nitơ khuếch tán vào trong cấu trúc tinh thể của nền sắt tạo thành lớp nitrit. Mơ hình này được các nhà nghiên cứu sử dụng và lý giải quá trình thấm nitơ plasma (Baranowska J., 2008) [27], (Yagit K., 2010) [119], (Лaxmuн Ю.M., 1990) [123], (Balles A. C., 2004) [125], (Greßmann T., 2007) [126].
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để làm rõ các vấn đề liên quan đến sự hình thành của nitrit. Simon đã so sánh các cơng trình nghiên cứu của Edenhofer, Hudis, Michalski và Tibebbets và chứng minh rằng cả hai cơ chế độc lập và kết luận rằng sự thấm nitơ plasma là một hỗn hợp của catot bị bắn phá bởi các ion, phun cực âm, plasma phản ứng hóa học trong sự hình thành của nitrit, nitơ hấp phụ và khuếch tán. Các quá trình xảy ra liên tục, đồng thời thoát ra khỏi trạng thái cân bằng nhiệt động học (Balles A. C., 2004) [125], (Greßmann T., 2007) [126].
Theo giả thuyết Koelbel, FeN được hình thành bằng cách kết hợp các nguyên tử sắt với plasma nitơ hoạt động, ngưng tụ trên bề mặt cực âm. Các FeN tạo thành ở nhiệt độ từ 350 6000C và phân tách ra để hình thành các pha ổn định hơn (Fe2N, Fe3N, Fe4N) và nitơ nguyên tử. Một phần của nitơ nguyên tử này trở lại vào dòng plasma và một phần khuếch tán vào trong cấu trúc tinh thể của chất nền tạo thành một vùng khuếch tán. Quá trình này về cơ bản là do gradient khuếch tán do va chạm không đàn hồi theo thời gian và dùng plasma (nồng độ nitơ gradient, gradient của các khuyết tật và gradient nhiệt độ) (hình 2.8) (Balles A. C., 2004) [125], (Grmann T., 2007) [126].
lv
Hình 2.8. Cơ chế thấm nitơ plasma (mơ hình Koelbel)
Đồ thị điện áp mơ tả sự sụt giảm năng lượng gần phơi là lớn nhất vì vậy đây là nơi các ion có động năng lớn nhất và là nơi plasma sẽ phát sáng (Baranowska J., 2008) [27], (Pye D., 2003) [95], (Бучков. A. и др, 1985) [122], (Лaxmuн Ю.M., 1990) [123], (Balles A. C., 2004) [125], (Greßmann T., 2007) [126].
Một đặc điểm nữa của lớp nitrit có liên quan đến tỷ lệ phun bề mặt. Tuy nhiên, tỷ lệ phụ thuộc vào các thơng số q trình phun như thành phần của hỗn hợp khí, năng lượng và nhiệt độ trong plasma. Thay đổi một số các biến này, có thể có được cấu trúc khác nhau của các lớp nitrit, cả hai đều liên quan đến chiều dày của các hợp chất và liên quan đến các pha. Tăng tốc độ phun, sẽ có một số
lvi
lớn các phân tích liên tục và khắc phục sự cố mạng góp phần vào sự khuếch tán của nitơ. Với điều này người ta cho rằng độ sâu của vùng khuếch tán tăng lên. Mặt khác, trong điều kiện này, lớp hợp chất có xu hướng giảm hoặc trở nên nghèo hơn để cung cấp nitơ cho vùng khuếch tán. Ngồi ra, q trình phun loại bỏ nitơ dễ dàng hơn so với sắt từ bề mặt mẫu (Baranowska J., 2008) [27], (Бучков. A. и др, 1985) [122], (Лaxmuн Ю.M., 1990) [123], (Balles A. C., 2004) [125], (Greßmann T., 2007) [126].
Một lớp hợp chất có thể được hồn tồn tránh được nếu nồng độ nitơ trong hỗn hợp này được giảm xuống cịn dưới 10% (chỉ có sự hình thành của lớp khuếch tán) (Baranowska J., 2008) [27], (Бучков. A. и др, 1985) [122], (Лaxmuн Ю.M., 1990) [123], (Balles A. C., 2004) [125], (Greßmann T., 2007) [126].