Implantação iônica controlada para eletrodos de tochas de plasma

Resumo

O projeto "Implantação Iônica Controlada Para Eletrodos de Tochas de Plasma" visa estudar a implantação controlada de íons em superfícies metálicas, particularmente cobre, tendo características inovadoras importantes. O projeto terá como possíveis conseqüências melhorias no comportamento dos metais estudados a serem utilizados em tochas de plasma e o desenvolvimento preliminar de modelos para compreensão das alterações estruturais que ocorrem quando da implantação iônica em uma superfície metálica. Tochas de plasma de arco não transferido tem sido utilizadas em crescente número de aplicações industriais. Entretanto a vida útil dos catodos que compõem essas tochas tem limitado algumas dessas aplicações, forçando constantes interrupções de processo para a substituição desses eletrodos. Estudos anteriores de erosão em tochas de plasma de arco não transferido indicaram que as condições (em termos de composição e estrutura) das superfícies dos catodos (feitos de cobre) eram responsáveis por alterações significativas no comportamento do arco elétrico (particularmente quanto à velocidade de movimento do arco elétrico) que gera o plasma e também da erosão dos catodos. A composição da superfície dos catodos nesses estudos era alterada pela presença de contaminantes (como CO, N2, O2 e outros) no gás de plasma (normalmente argônio de alta pureza). Os íons desses contaminantes eram atraídos para o catodo, contaminando-o e alterando suas características que geravam por sua vez as alterações mencionadas. Mudanças na composição e estrutura causavam alterações entre outros na função de trabalho da superfície do catodo, o que poderia explicar as alterações no comportamento do arco elétrico observadas. Entretanto o "implante" de íons dessa forma não era controlado além do que esses estudos foram limitados para apenas alguns tipos de íons e condições de operação. Neste projeto serão implantados diferentes tipos de íons na superfície de metais (alvos) com o objetivo de se estudar de maneira controlada como esses íons alteram as características da superfície, quanto à composição, estrutura e função de trabalho da mesma. O implante de íons será realizada utilizando-se de um pequeno Van de Graaff, tandem, e de uma fonte de íons, ambos já existentes no Instituto de Física da USP; análises de superfície, incluindo Esca, SEM, difração de raios X e medições de função de trabalho serão realizadas para determinar as alterações ocorridas nas superfícies após o implante dos íons. Os resultados obtidos permitirão o desenvolvimento de materiais potencialmente melhores para uso como catodos em tochas de plasma. Os resultados obtidos nas implantações iônicas também serão utilizados para o desenvolvimento de modelos preliminares que permitam a compreensão dos fenômenos envolvidos pela implantação iônica em superfícies metálicas. (AU)