MXPA02006527A - Recubrimiento de carbon adiamantado sobre un articulo no metalico, para anadir dureza y resistencia a la abrasion. - Google Patents

Abstract

La presente invencion es un articulo no metalico que ha sido recubierto con un recubrimiento de carbon adiamantado (DLC). Un articulo recubierto de la presente invencion tiene dureza incrementada, resistencia a la abrasion incrementada, y un coeficiente de friccion reducido en comparacion con las mismas propiedades del articulo antes de ser recubierto. Los recubrimientos de DLC de la presente invencion se aplican en una camara llena con plasma hidrocarbonado y con aplicacion de impulsos electricos.

Description

UN ARTICULO LA ABRASJON Campo de la Invención Esta invención concierne a artículos de superficie dura que son recubiertos para incrementar la dureza y la resistencia a la abrasión. Esta invención concierne particularmente a recubrimientos que incrementan la dureza y la resistencia a la abrasión, sobre materiales de superficies duras inicialmente, tales como vidrio y cerámica. Descripción del Arte Previo Pueden ser deseables, recubrimientos protectores sobre superficies, que se ponen en contacto con otros objetos, en aplicaciones en donde la superficie puede ser desgarrada o abradida por dicho contacto, y en donde tal uso sobre la superficie es indeseable. Además, recubrimientos protectores duros que también tienen un ba o coeficiente de fricción, pueden ser deseables en aplicaciones en donde sea necesaria O deseable buena resistencia al uso. Se ha llevado a cabo la aplicación de recubrimientos de DLC a superficies metálicas duras, utilizando la técnica de implantación iónica de una fuente de plasma (PSII),. en donde se aplica un potencial a un artículo que va a ser recubierto, a fin de atraer los iones plasmáticos a la superficie del artículo. La Patente REF 138557 -fSA^Ño. 4,764,394 describe la técnica de PSII, y cómo puede ser útil para implantar iones debajo de la superfície de varios materiales. El método de PSII, utiliza alto volta e, * típicamente de más de 20 kilovoltios para conducir iones plasmáticos debajo de la superficie de un material ob3etivo. Puede ser deseable aplicar un recubrimiento duro a un objeto a fin de incrementar la dureza de la superficie, incrementar la resistencia a la abrasión, y/o para abatir el coeficiente de fricción sobre la superficie del artículo. SUMARIO DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la presente invención es un artículo que comprende un recubrimiento de carbón adiamantado (DLC) , sobre una superficie dura no-metálica. En un aspecto, la presente invención es un artículo que comprende un recubrimiento de carbón adiamantado (DLC) sobre una superficie dura no-metálica, en donde la superficie no metálica es vidrio. En otro aspecto, la presente invención es un artículo jue comprende un recubrimiento de DLC sobre una superficie dura no metálica, en donde la superficie no metálica es fc-ßcubierta en un proceso que comprende la etapa de aplicar i . impulso eléctrico de alto voltaje a la superficie mientras que la superficie está sumergida en un plasma hidrocarbonado . En otro aspecto, la presente invención es un artículo ¥ que comprende un recubrimiento de DLC sobre una superfície dura no metálica, en donde la superficie no metálica es ^ecubíerta en un proceso que comprende la etapa de aplicar un impulso eléctrico de alto voltaje a la superficie mientras que la superficie es sumergida en un plasma hidrocarbonado, y en donde la superficie no metálica es vidrio. En aún otro aspecto, la presente invención es un proceso de elaborar un artículo no metálico recubierto de DLC, el proceso comprende las etapas de: colocar un artículo Substrato sobre un portador metálico de tal manera que una porción de la superficie del substrato pueda ser expuesta a tin plasma; sumergir el artículo en un plasma; y aplicar una corriente eléctrica al portador metálico de manera que las partículas de plasma sean depositadas sobre la superficie expuesta del substrato. DESCRIPCIÓN DETALLADA En una modalidad, la presente invención es un artículo no metálico que tiene una superficie dura, que ha sido recubíerta con un recubrimiento de carbón adiamantado. Los artículos recubiertos en la práctica de la presente invención son artículos no metálicos que tienen una «uperíicie dura tal como, el vidrio, cerámicas, o artículos laminados. Un artículo recubierto de DLC de la presente invención tiene dureza incrementada, resistencia a la o rasgadura incrementada, y un coeficiente de r " T" fricción más bajo sobre la superfície del artículo xecubierto que el del artículo no recubierto. Ün artículo recubierto de DLC de la presente invención 5 puede obtenerse aplicando un potencial de alto voltaje a un artículo mientras que el artículo es sumergido en plasma. El plasma puede consistir de cualquier gas hidrocarburo o mezcla de gases, tales como, por ejemplo, metano, etano, alguno o todos los isómeros de propano, alguno o todos los 10 isómeros de butano, eteno, alguno o todos los isómeros de propeno, acetileno, propino, 1-butino, 2-butino, compuestos similares, y mezclas de cualquiera de éstos. Preferiblemente el plasma incluye acetileno. En la práctica de la presente invención, un potencial 15 de alto voltaje puede aplicarse a un artículo sumergido en plasma por períodos de duración más corta o más larga, dependiendo del espesor del recubrimiento de DLC deseado. Los recubrimientos de DLC más gruesos requieren períodos más largos de exposición al plasma, mientras que recubrimientos 20 de DLC más delgados no requieren un período de tiempo tan largo de exposición cuando se aplica un potencial. Se obtienen los recubrimientos desde aproximadamente 0.001 hasta _ aproximadamente 5. micrones, en la práctica de la presente invención. Preferiblemente se obtienen 25 recubrimientos desde aproximadamente 0.005 hast .¡A 4.5 micrones. Más preferiblemente, se obtienen recubrimientos desde aproximadamente 0.010 hasta aproximadamente 4.0 micrones, y más preferiblemente recubrimientos desde aproximadamente 0.100 hasta aproximadamente 3.5 ícrones. Alto voltaje, como se usa en la presente, significa un potencial de al menos aproximadamente 0.5 kilovoltios (kV) , preferiblemente al menos aproximadamente 1.0 kV, . más preferiblemente al menos aproximadamente 1.5 kV, y más preferiblemente al menos aproximadamente 2 kV. En la práctica de la presente invención, puede aplicarse un potencial de alto voltaje a un segundo artículo que está en contacto con el artículo a ser recubierto. Preferiblemente, el segundo artículo es conductor y está en contacto con al menos aproximadamente 30 % del área superficial del artículo. Preferiblemente 100 % del área superficial a ser recubierta es expuesta al plasma. Un artículo recubierto de DLC de la presente invención puede obtenerse por medio de un proceso que comprende las etapas de: limpiar la superficie del artículo a ser recubierto; colocar el artículo en contacto con un material conductor; colocar el artículo en una cámara de PSII {implantación iónica de una fuente plasmática) ; remover aire y humedad de las muestras por medio de la evacuación de la cámara; limpiar adicionalmente las superficies por íáción de la superfície con un gas inerte, por ejemplo, argón, plasma; introducir un vapor hídrocarbonado a* rla cámara; y aplicar un impulso eléctrico de voltaje en el intervalo de menos de aproximadamente 10 kV, preferiblemente menos de aproximadamente 5 kV, más preferiblemente menos de aproximadamente 4 kV, y más preferiblemente menos de aproximadamente 3 kV a la cámara y sus contenidos, para obtener un artículo recubierto de DLC. Puede aplicarse un impulso eléctrico al objeto objetivo 0 a ser recubierto por un tiempo suficiente para obtener recubrimientos de varios espesores. El impulso puede ser aplicado múltiples veces a fin de obtener el recubrimiento deseado. Por ejemplo, espesores en el intervalo de aproximadamente 0.01 hasta aproximadamente 5 micrones pueden 5 ser obtenidos sometiendo el artículo al plasma por hasta aproximadamente 24 horas. La dureza de un artículo recubierto con un fecubrimiento de DLC es incrementada en comparación con la dureza del artículo no recubierto. La profundidad de 0 penetración de una carga que choca, disminuye para un artículo recubierto en comparación al de un artículo no recubierto. El coeficiente de fricción de un artículo recubierto de DLC de la presente invención disminuye en comparación con el del artículo no recubierto. pueden tener buenas propiedades ópticas, tales como menos opacidad y alta claridad. Las propiedades Ópticas pueden ser dependientes del espesor del recubrimiento de DLC sobre el artículo. Los valores de opacidad de los artículos recubiertos de DLC de la presente invención pueden ser menos de 3.0 %, preferiblemente menos de 2.5 %, más preferiblemente menos de 1 % , y más preferiblemente menos de 0.5 %. La claridad de un artículo recubierto de DLC de la presente invención puede ser mayor 10 de 92 %, preferiblemente mayor de 95 % , más preferiblemente mayor de 97 I, y más preferiblemente mayor de 98 % . Los artículos recubiertos de DLC de la presente invención pueden ser útiles como, por ejemplo, encristalados arquitectónicos, ventanillas laterales de automóviles, 15 protectores móviles para automóviles, pernos guía, etc. EJEMPLOS Los siguientes ejemplos se presentan para ilustrar la invención descrita en la presente, pero no a manera de medio para limitar el alcance de la misma. 20 Ejemplo 1 Dos tableros de 10.16 X 10.16 X 0.2286 cms (4 X 4 X 0.090 pulgadas) de vidrio flotado son limpiados a fondo, luego., se colocaron en una posición horizontal con un tablero que tenga el lado superior de estaño (expuesto a la 25 .atmósfera) y el otro tablero que tenga un lado superior no i^í í •.;, fe & i ,. Los tableros son puestos en una placa de aluminio colocada horizontalmente enfriada con agua, en una cámara * e*. ifSlI. La placa de aluminio está conectada eléctricamente -al ?~ generador de la fuente de energía potencial impulsada. l>& cámara es evacuada vía una bomba de vacío por una hora hasta remover el aire y el exceso de humedad de las muestras. Después de una hora, las muestras son pulverizadas usando un plasma creado con 10 mili-torr de argón por 10 minutos . hasta limpiar las superficies. Se introdujo acetileno a una* presión de 5 mili-torr y se comenzó con el plasma y se corrió por 4 horas para obtener un artículo recubierto de DLC recubierto uniformemente. El recubrimiento de DLC es de 1.36 micrones de espesor, como se determinó por uso de ambos un instrumento para medir el espesor de película, RUDOLPH FTM y un perfilómetro. El recubrimiento fue probado usando la prueba de dureza de lápiz (ASTM D3363-74, reaprobada en 1989), y no fue rasgado igualando el plomo más duro (6H). También se corrió la prueba de abrasión de Taber (ANSI-Z- 26.1 Standard No. 34), y el DLC tuvo 0 % de incremento de opacidad, mostrando así resistencia a la abrasión muy superior. Ejemplos 2 y 3 —Se corrieron dos pruebas adicionales con el aparato de PSII en donde muestras de vidrio fueron sometidas al plasma acetilénico por 9 y 17 horas para dar recubrimientos de DLC • # '=qué midieron 1.8 y 3.2 micrones de espesor, respectivamente. Estas n?e#tras fueron evaluadas para dureza, Módulos de foufig, coeficiente de fricción y profundidad de penetración B 20 nM. Los resultados se dan en la Tabla 1 siguiente: Tabla 1 STRA DUREZA MOD. DE COEF. DE PROFUNDIDAD (Gpa) YOUNG FRICCIÓN PENETRACIÓN (Gpa) A 20 nM Vidrio 8 72 0.71 1, 100 nm DL S 1,8 micrones 15 105 0.35 500 nm DLC@ 3.2 mi- crbnes 15 115 0.33 450 nm Tres muestras adicionales de vidrio de 90 mil fueron recubiertas de conformidad con los procedimientos anteriores, y se midió la opacidad conforme al método ASTM D 1003 que utiliza un modelo de Medidor de Opacidad Gardner BHaze-gard Plus" . El mismo instrumento se usó también para medir la claridad de cada muestra. La claridad es una medida de la calidad vista a través de, y describe cómo muy finos detalles son resueltos a través del espécimen. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 Muestra Espesor del Opacidad Clarid recubrimiento (%> (%) de DLC (micrones) Control 0 0.2 100.0 DLC1 0.2 0.2 99.8 DLC2 1.36 0.7 98.7 DLC3 1.8 2.3 98.5 10 El recubrimiento de DLC añade muy poca opacidad y tiene un efecto mínimo de claridad mostrando así, ser un recubrimiento viable para aplicaciones sensibles ópticamente tales como cristales de vidrio templado. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor 15 método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura ,de los objetos o productos a que la misma se refiere. 20

Claims (1)

1. i "t . i | 4 ; J " : RE I VOXO ÜCACIONES Habié?Kia?e descrito la invención como antecede, áe rtepiaína como propiedad lo contenido en las sigui** iíes peiVifxtiit;ac?ones: , 1. Un artículo que comprende un recubrimiento de carbón adiamantado (DLC) sobre un material no metálico, caracterizado porque el recubrimiento de DLC es desde 0.11 hasta aproximadamente 5 micrones de espesor, porque la superficie no metálica es recubierta en un proceso que 0 comprende la etapa de: aplicar un impulso eléctrico de alto voltaje a la superficie mientras que la superficie es sumergida en una cámara llena con un plasma hidrocarbonado insaturado, y porque la cámara no incluye gas hidrógeno. 2. El artículo de la reivindicación 1, caracterizado 5 porque el material no metálico es vidrio. 3. El artículo de la reivindicación 2, caracterizado porque el recubrimiento de DLC, es desde aproximadamente 0.15 micrones hasta aproximadamente 4.5 micrones de espesor. 4. El artículo de la reivindicación 3, caracterizado 0 porque el recubirmiento de DLC es desde aproximadamente 0.20 micrones hasta aproximadamente 4.0 micrones de espesor. 5. El artículo de la reivindicación 4, caracterizado porque, el recubrimiento de DLC es desde aproximadamente 0.50 micrones hasta aproximadamente 3.5 micrones de espesor. 5 6. El artículo de la reivindicación 5, caracterizado el voltaje del impulso eléctrico es desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 10 kV. 7. El artículo de la reivindicación 6, caracterizado t orque el voltaje del impulso eléctrico es desde aproximadamente 1.0 hasta aproximadamente 5 kV. 8.El artículo de la reivindicación 7, caracterizado porque el voltaje del impulso eléctrico es desde aproximadamente 1.5 hasta aproximadamente 4 kV. 9. El artículo de la reivindicación 8, caracterizado 10 porque el voltaje del impulso eléctrico es desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 3 kV. 15