@PhDThesis{Silva:2021:EsImIô,
author = "Silva, Carla da",
title = "Estudo da implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por imers{\~a}o em
plasma e dos fen{\^o}menos de sobreposi{\c{c}}{\~a}o da bainha
de plasma, sputtering e deposi{\c{c}}{\~a}o presentes em
tratamentos realizados no interior de tubos met{\'a}licos",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2021",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2021-04-27",
keywords = "implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por imers{\~a}o em plasma,
sputtering, deposi{\c{c}}{\~a}o, sobreposi{\c{c}}{\~a}o das
bainhas de plasma, plasma immersion ion implantation, deposition,
plasma sheath overlapping.",
abstract = "As bainhas de alta tens{\~a}o s{\~a}o formadas quando o plasma
{\'e} produzido pela aplica{\c{c}}{\~a}o de pulsos de alta
tens{\~a}o negativa a suportes ou componentes condutores, como
nos tratamentos de superf{\'{\i}}cies met{\'a}licas por
implanta{\c{c}}{\~a}o de {\'{\i}}ons por imers{\~a}o em
plasma (3IP). Para pe{\c{c}}as com formato tubular, essas bainhas
se comportam de forma bastante diferente, de acordo com a
configura{\c{c}}{\~a}o e o tamanho do tubo, bem como a
press{\~a}o de opera{\c{c}}{\~a}o e os par{\^a}metros de
pulsos do tratamento. Neste trabalho, diferentes valores de
corrente foram utilizados para produzir plasma com bainhas que se
sobrepunham ou n{\~a}o. Para estudar esse comportamento da
bainha, uma t{\'e}cnica simples de diagn{\'o}stico foi
utilizada, baseada no mapeamento bidimensional da
deposi{\c{c}}{\~a}o de materiais removidos pelo plasma e
ejetados do tubo de 1,1 cm Ø em uma l{\^a}mina de Si. Este
mapeamento mostrou claramente a condi{\c{c}}{\~a}o de fronteira
entre as bainhas sobrepostas e n{\~a}o sobrepostas no tubo de
pequeno di{\^a}metro, e permitiu estimar a densidade do plasma em
cerca de 1011 cm-3 nessa condi{\c{c}}{\~a}o. Acima dessa
condi{\c{c}}{\~a}o de fronteira, o tratamento de
Implanta{\c{c}}{\~a}o I{\^o}nica por Imers{\~a}o em Plasma de
Nitrog{\^e}nio (3IP-N) foi obtido com sucesso em um tubo de
pequeno di{\^a}metro de a{\c{c}}o inoxid{\'a}vel AISI 304,
produzindo TiN e Ti2N em amostras de Ti-6Al-4V colocadas dentro do
tubo, quando temperaturas superiores a 800\℃ foram
atingidas. Sob este tipo de configura{\c{c}}{\~a}o experimental,
agora {\'e} poss{\'{\i}}vel explorar diferentes propriedades do
catodo oco, condi{\c{c}}{\~o}es para 3IP eficientes e novas
utiliza{\c{c}}{\~o}es do plasma ejetado do tubo. Um tubo em
formato de espiral foi testado e amostras foram posicionadas
dentro e fora dele. Embora tenha havido uma alta
concentra{\c{c}}{\~a}o de nitrog{\^e}nio para as amostras
expostas ao plasma central do tubo espiral, uma menor
concentra{\c{c}}{\~a}o foi observada em amostras posicionadas na
lateral e na extremidade da espiral. A deposi{\c{c}}{\~a}o de
material proveniente do fio foi bastante reduzida, uma vez que a
{\'a}rea total do tubo foi tamb{\'e}m reduzida, em
compara{\c{c}}{\~a}o com um tubo cont{\'{\i}}nuo de
dimens{\~o}es semelhantes. As an{\'a}lises das amostras de
Ti-6Al-4V mostraram que a dureza superficial aumentou pela
forma{\c{c}}{\~a}o de fases TiN e Ti2N, especialmente nas
amostras expostas ao plasma central do tubo espiral. O tratamento
3IP-N foi ainda mais satisfat{\'o}rio quando as extremidades do
tubo espiral foram fechadas, devido {\`a} penetra{\c{c}}{\~a}o
mais eficiente do campo el{\'e}trico pulsado atrav{\'e}s das
espiras, em contraste com o resultado obtido anteriormente no tubo
cont{\'{\i}}nuo com ambas as extremidades fechadas. ABSTRACT:
High voltage sheaths are formed when plasmas are produced by
application of high negative voltage pulses to conductive supports
or components, as in treatments of metallic surfaces by Plasma
Immersion Ion Implantation (PIII). For tubular shape parts, these
sheaths behave quite differently, according to the configuration
and size of the tube, as well as the operating pressure and pulse
parameters of the treatment. In this work, different currents
values were used to produce plasma with sheaths that overlapped or
not. To study these sheath behaviors, a simple plasma diagnostic
technique was used, based on two-dimensional mapping of the
deposition of materials removed by the plasma and ejected from the
1.1 cm diameter tube on a Si wafer target. This mapping clearly
showed the boundary condition between the overlapping and
nonoverlapping sheaths in that small tube and allowed to estimate
the plasma density at about 1011 cm-3 in this condition. Above
this boundary condition, the Nitrogen Plasma Immersion Ion
Implantation (N-PIII) treatment was successfully obtained in a
small diameter tube of Stainless Steel 304, producing TiN and Ti2N
in samples of Ti-6Al-4V placed inside the tube, when temperatures
above 800\℃ have been reached. Under this type of
experimental configuration, it is now possible to explore
different hollow cathode properties, efficient PIII conditions and
new utilizations of the plasma ejected from the tube. A
spiral-shaped tube was tested, and samples were placed inside and
outside it. Although there was a high concentration of nitrogen
for the samples exposed to the core plasma of spiral tube, a lower
concentration was observed in samples placed at the side and at
the end of the spiral tube. The deposition of material from the
wire was greatly reduced, since the total area of the tube was
also reduced, compared to a continuous tube of similar dimensions.
The analysis of the Ti-6Al-4V samples showed that the surface
hardness increased by the formation of TiN and Ti2N phases,
especially in the samples exposed to the core plasma of the spiral
tube. The PIII-N treatment was even more satisfactory when the
ends of the spiral tube were closed, due to the more efficient
penetration of the pulsed electric field through the turns, in
contrast to the result obtained previously in the continuous tube
with both ends closed.",
committee = "Ueda, Mario (presidente/orientador) and Mello, Carina Barros
(orientadora) and Corat, Evaldo Jos{\'e} and Berni, Luiz
{\^A}ngelo and Souza, Gelson Biscaia de and Silva, Maria
Margareth da",
englishtitle = "Studies of plasma immersion ion implantation and phenomena plasma
sheath overlapping, sputtering and deposition present in the
treatments performed inside metallic tubes",
language = "pt",
pages = "173",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/44E8KPL",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/44E8KPL",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "06 maio 2024"
}