Curs 1 tiina Suprafeei se ocupa cu studiul fizico chimic al strilor interfaciale i al proceselor de interfaa este un domeniu interdisciplinar complex care implic Fizica,chimia alte domenii ale cunoaterii. este un domeniu al cunoaterii relativ tnr care s-a dezvoltat impetuos n ultimii 60 de ani.Procesele de suprafaa SUNT implicate practic n toate tehnologiile modernen procesarea semiconductorilor in domeniul suprafeelor tehnologic avansate, in dezvoltarea materialelor noi, n tribologie, n prevenirea coroziunii, adeziune, altele.interfaa unui corp, a unei faze materiale - mulimea punctelor sale de frontier. Substana aflat la frontiera dintre dou faze materiale n contact constitue aa numita stare de interfa.Starea interfacial se caracterizeaz prin proprieti diferite de cele ale substanei aflate n volumul fazelor continuu separate de interfa. De exemplu, energia liber, entropia, sau volumul moleculelor care formeaz un strat ntre un lichid i vaporii si saturai din atmosfera adiacent, difer de proprietile corespunztoare ale acelorai molecule aflate att n faza lichida ct i n faza gazoas pur, adiacent.Noiunea de suprafa are semnificaii diferite n funcie de scara la care este privit i de referina utilizat; astfel n tiinele teoretice, matematica, fizica i chimie, suprafaa este o zona de separaie cu grosimi cuprinse intre zero-suprafaa matematica- i civa nanometrii, n timp ce n geologie de exemplu, suprafaa pmntului, (scoara terestra) are grosimi de cteva sute de Km.Suprafata corpurilor solideProprietile fizico-chimice ale suprafeeiPropietile fizico-mecanice ale materialelor ingineresti depind, n mod fundamental, de modul n care se aranjaz atomii i moleculele, adic de structura, precum i de forele de legatur dintre atomi i molecule.Tria forelor de legtura determina starea de agregare sub care se poate afla un corp material, n sensul ca prin creterea rezultantei forelor de legtura numrul gradelor de libertate ale moleculelor scade iar starea de agregare devine mai densa. Strile de agregare ale materiei sunt: plasma, starea gazoasa, starea lichida i starea solida.Pentru materialele inginereti starea de agregare cea mai importanta este starea solida.Din punct de vedere structural solidele pot fi de doua feluri: cristaline i amorfe.Structura cristalin se caracterizeaz printr-o aranjare spaial regulat a atomilor sau moleculelor, n timp ce structura amorf este determinat de un aranjament dezordonat al atomilor i moleculelor.Structura cristalina Aranjarea spaiala ordonata a atomilor sau moleculelor intr-un solid cristalin, determina proprieti de periodicitate n sensul c, deplasndu-ne pe o dreapt care trece prin cel puin doi atomi, ntlnim mereu ali atomi (sau grupuri de atomi) situai la distane egale.Corpurile ale cror proprieti variaza cu direcia se numesc anizotrope. Anizotropia propietilor fizice (conductibilitatea electric i termic, propietile optice, modulul de elasticitate etc) observat la cristale este determinat de distribuia preferenial a atomilor i moleculelor n spaiu.In studiul structurilor cristaline se utilizeaz noiunile de reea spaial i celula primitiv sau elementarStructura polimerilor Natura directionata a legaturilor chimice covalente face ca atomii legati covalent sa formeze molecule foarte mari ce au forma de lanturi.Polimerii organici rezulta n urma reactiilor de polimerizare a unor molecule mici numite monomeri.A este monomerul iar n se numeste grad de polimerizarePolimerii sunt molecule foarte mari, n avand valori de 104-105 ; tinand seama de tetravalenta atomului de carbon i de faptul ca cei patru orbitali hibrizi sp3 sunt orientati rigid n spatiu, rezulta ca acestia nu se pot ordona liniar, ci n zig-zag, astfel incat unghiul de valenta sa fie conservat.Propietile fizice ale polimerilor depind de modul de realizare a legaturilor dintre lanturile hidrocarbonate care n general sunt legaturi slabe, de tip Van der Waals.In structura materialului polimeric macromoleculele sunt aranjate haotic intr-o structura amorfa, neexistand ordine la mare distanta. Dar, ca i n cazul sticlelor metalice, exista zone n care aranjarea macromoleculelor are o anumita ordine. Aceste zone sunt considerate cristaline, iar polimerul are un anumit procent de cristalinitate. Cu cat numarul legaturilor fizice intermoleculare ce se stabilesc intre lanturile hidrocarbonate creste, cu atat gradul de cristalinitate al polimerului este mai mare. Astfel, polietena, polimerul cu structura cea mai simpla, se poate obtine intr-un procent ce depaseste 80% grad de cristalinitate.Curs 2 NOTIUNI DE TERMODINAMICA A SUPRAFETEISuprafata ca orice sistem este stabila din punct de vedere termodinamic daca energia sa este minima pentru a obtine o suprafata perfect curata a unui monocristal metalic pot fi necesare citeva saptmni de munca, de efort care poate fi zadarnicit n citeva secunde daca suprafata se incalzeste cu citeva grade. suprafetele cu care lucram nu sunt stabile, evolueaza, mai mult sau mai putin rapid, catre o stare de echilibru termodinamic daca acest lucru nu este impiedicat prin masuri speciale structura cristalina a suprafetei evoluaza prin relaxare sau reconstructieRelaxarea presupune translatia rigida a straturilor atomice superficiale n raport cu cele din volum. Aceste translatii sunt perpendiculare pe planul suprafetei i nu modifica simetria de translatie. Relaxarea poate afecta mai multe siruri de atomiReconstructia persupune o rearanjare a atomilor n suprafata ceea ce modifica parametrul de retea i simetria de translatie. Majoritatea metalelor au tendinta sa se relaxeze deoarece legatura metalica nu este o legatura rigida, n timp ce semiconductorii i metalele nobile sunt sensibile la reconstructie.

Defectele de suprafata se clasificaDefecte de ordinul unu: sunt defecte de paralelism, de circularitate, de rectangularitate, de planeitate, sfericitate provocate de o stare proasta sau / i de o utilizare proasta a utilajelor;Defecte de ordinul doi ondularea suprafetei; sunt defecte generate de procedeele de prelucrare avansul ciclic la frezare, fatetare pe piese rectificate. Apar sub forma ondulatiiloe care se situeaza intre 0,50 i 2,5 mm sunt vizibile cu ochiul liber.Defete de ordinul trei. Striatii mai mult sau mai putin periodice care corespund avansului sculei de decupare sau vibratiilor de inalta frecventa a masinii sau sculei nu sunt vizibile cu ochiul liberDefecte de ordinul patru. Defecte de heterogenitate a materialului, de diverse accidente, apar sub forma de fante.Scazind din ce n ce mai mult scara de masura se pot defini i defecte de ordinul cinci la nivelul grauntilor metalici,STRATURIDefiniie Prin acoperire sau STRAT, se nelege stratul de material, format natural sau sintetic sau depus artificial pe suprafaa unui obiect confecionat din alt material in scopul obinerii anumitor proprieti tehnologice sau decorative. Substratul, sau obiectul acoperit, sau mai exact stratul sau superficial, constitue o faza a sistemului, iar acoperirea o alta faza. Intre acoperire si substrat exista o interfa sub forma unui strat cu volum dat si proprieti intermediare care asigura aderenta acoperirii la substrat. In anumite situaii acest strat poate fi identificat si poarta denumirea de strat intermediar, dar in alte situaii este dificil sa se evidenieze un strat difuzional intre substrat si acoperire

Acoperirea monostrat este depusa pe un substrat pregtit corespunztor format dintr-un singur strat de material, in structura se evideniaz dou zone: zona intermediar i zona stratului propriu-zis. Monostratul poate avea insa o compoziie chimica diversa, poate fi monocomponent - format dintr-un singur material de exemplu nichel sau multicomponent format dintr-un amestec de materiale, de exemplu un aliaj de nichel sau material compozit NiCSi.Acoperirea multistrat este formata din cel puin doua materiale ce pot fi diferite sau acelai material aplicat in straturi separate insa intre ele printr-un substrat. Utilizarea acoperirilor multistrat are ca scop principal intensificarea unei anumite proprieti a stratului. Astfel de straturi se utilizeaz pe scar larg n acoperirile anticorozive, pentru creterea rezistenei la coroziune, de exemplu se obin ntotdeauna straturi Cu/Ni/Cr. De fapt industrial pe scara larga se utilizeaz tehnica multistraturilor mai mult dect cea a monostratuluiClasificarea acoperirilor dup natura materialului acopeririiAcoperiri anorganice Metale Acoperiri metalice zinc, nichel, crom ,staniu, cadmiu, cupru, plumb, argint, aur, cobalt, indiu, ruteniu, rodiu, paladiu, platina. aliaje metalice otelurile aliate, alamele si bronzurile precum si aliaje diferitelor metale Pb-Sn-Cu, Sn-Ni, W-Co, Ni-Fe, Co-Mo, Zn-Al, Zn-Fe, Zn-Ni, Zn-Mn, Zn-Sn, Al-Si, Ni-Cr, Co-Cr, Ni-Al, Ni-B-Si, Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-C, Co-Mo-Cr-Si. materiale compozite cu matrice metalica, cel mai adesea depuse pe suport metalicStraturi nemetaliceStraturile de conversie se formeaza prin reactia suprafetei ce urmeaza sa fie protejata cu o solutie acida; deci aceste straturi nu se depun ci se formeaza prin reactia metalului de protejat Exemple: eloxarea, cromatarea, fosfatarea, brunarea Straturi ceramice se depun pe suprafata corpului solid prin tehnologii variate. Constau in straturi pe baza de silicati (sticle), carburi, carbonitruri, boruri, diamant etc2.Acoperiri organiceAcest tip de acoperiri sunt extrem de variate si numeroase si au la baza materiale organice, de origine naturala si sintetica. Cele mai utilizate materiale de acoperire care fac parte din aceasta categorie sunt:Vopsele materiale de acoperire formate din suspensii ale unor pigmeni organici sau anorganici intr-un liant, de regula o substan peliculogena, preparate sub forma de lichid sau pudra. Cei mai utilizai pigmeni anorganici sunt: oxidul de zinc (alb), oxidul de titan (alb), oxidul de crom (galben), miniu de plumb (rou), grafitul (negru). Pigmenii organici sunt de origine naturala sau sintetica.Lacurile produse lichide sau sub forma de pulberi sub forma unor soluii coloidale sau substane filmogene obinute din uleiuri sicative, rini naturale sau sintetice, bitumuri sau esteri de celuloza in solveni organici. Adesea conin pigmeni, plastifiani si sicativani. Agenii de uscare utilizai mai frecvent sunt naftenai, oleatul de mangan, cobalt sau calciu

Straturi compozitemateriale compaundate suplimentar pentru mbuntirea anumitor proprieti si anume duritatea, rezistena mecanic i rezistena la aciunea apei.compozite cu matrice polimerica iar drept material de remforsare se utilizeaz compui minerali (metale, oxizi, sruri) foarte fin dispersai pn la nivel de nanoparticule. compozite cu matrice metalica iar drept material de remforsare se utilizeaz compui minerali (oxizi, sruri) sau polimeri organici foarte fin dispersai pn la nivel de nanoparticule Clasificarea acoperirilor dupa scopul urmaritScopul principal-Proprietati superioare, sau noi, fata de cele ale suportului Straturi depuse n scop funcional-Straturi pentru protectia impotriva coroziunii Straturi pentru reducerea frecrii Straturi pentru modificarea unor proprieti superficialeStraturi dureStraturi izolatoare electricStraturi izolatoare termicStraturi cu proprieti megnetice specialeStraturi optocromiceStraturi depuse n scop decorativClasificarea dupa tehnologia de obtinere a stratului1.Straturi obtinute prin metode fiziceStraturi metalice obtinute prin imersie in metal topitStraturi obtinute prin pulverizareStraturi obtinute prin difuzieStraturi obtinute prin depunere fizica in faza de vaporiStraturi depuse in cimp laser2.Straturi obtinute prin metode chimiceStraturi obtinute prin metode chimice pe suport metalicStraturi obtinute prin metode chimice pe suport nemetalicStraturi obtinute prin depunere chimica in faza de vapori3.Straturi obtinute prin metode electrochimiceStraturi metalice obtinute prin reducere catodicaStraturi obtinute prin electrovopsireProprietatile unui strat de calitate: ADERENTA LA SUPORTAderenta este un fenomen care se opune alunecarii mecanice a doua suprafete. ,COMPACTITATE,CONTINUITATEAdeziunea, Teoriile adeziunii

reprezinta ansamblul fenomenelor fizico chimice care se produc la interfata dintre doua materiale. nu exista o teorie unica asupra adeziunii ci un ansamblu de modele complementare si uneori contradictorii. Adeziunea intervine in multe domenii in fiecare dind nastere unei teorii specificeTeoria mecanica(acrosaj reciproc al celor doua faze.), Teoria electrica(suprafetele acoperite cu oxizi), Teoria difuziei(Se aplica materialelor polimerice compatibile ), Teoria termodinamica(teoria udabilitatii), Teoria straturilor cu slaba coeziune(in anumite situatii fortele de adeziune sunt mai puternice), Teoria chimic(asigur ansamblului o rezisten la rupere important i o durabilitate mult mai mare ).

Curs 3 TEHNOLOGIE CADRU DE OBTINERE A STRATURILOR DE PROTECTIEPREGATIREA SUPORTULUI-NATURA SUPORTULUI -TIPUL CONTAMINANTILOR CARE SE GASESC PE SUPRAFATA -SCOPUL STRATULUIAPLICAREA STRATULUIPREGATIREA SUPORTULUI METALIC-TIPURILE GENERALE DE IMPURITI SI PROCEDEE DE CURATARE RECOMANDATE Compui pigmentai folosit la procedeele de prelucrare prin tragere; curirea cu emulsii i curirea alcalin. Uleiuri i grsimi nepigmentate; curirea cu emulsii, curirea alcalin sau curirea cu solveni. Fluide folosite n procesul de prelucrare prin achiere; se cur uor fie cu ap cald, fie cu soluii alcaline sau n bi de solveni n emulsie Compui de polisare; lichizi si semisolizi,se cur cu soluii alcaline la care se adaug i surfactani atunci cnd utilizarea lor este justificat economic solizi se ndeprteaz prin rzuirea i curire alcalin sub form de emulsie (jet puternic) sau splare alcalin electroliticRugin i under; se ndeprteaz prin: curire abraziv (sablare); decapare n acizi; decapare n alcooli;curire n bi de sruri topite Diveri contaminai (ageni de lepuire, etc.).TEHNOLOGIE CADRU DE REALIZARE A STRATURILOR FUNCTIONAL DECORATIVE PE SUPORT METALIC

PREGATIRE MECANICA-FINISAREA MECANICA A SUPRAFETEI, REALIZAREA RUGOZITATII IMPUSA IN DOCUMENTATIA TEHNICAINDEPARTAREA MECANICA A IMPURITATILORMetode de indepartare-sablarea este procesul de trecere forat a unui jet uscat sau umed de particule abrazive peste suprafaa metalic n vederea: ndeprtare rugin, nisip, vopsea ndeprtarea bavurilormrirea rugozitii.Slefuire-slefuire umeda slefuire uscata se poate face cu masina de slefuit su cu banda de slefuit prin frecarea suprafetei cu material abraziv de anumita granulometrie, cu o anumita forta, realizarea rugozitatii impuse, perii metalice sau materiale ceramice granulate sub form de discuri sau benzi. Cele mai utilizate materiale sunt carburile metalice, oxizii sau pulberi diamantate.Degresarea chimic-Prin curire chimic se pot obine suprafee metalice cu un nalt grad de puritate (adic suprafee lipsite aproape total de impuriti). Curirea este realizat cu ajutorul unui mediu lichid care se numete baie de curire sau baie de degresare (dac impuritile sunt grsimi); Curirea se realizeaz ca urmare aciunii de emulsionare, saponificare, dizolvare i dispersie a bii. De subliniat c o curire chimic se bazeaz n principal pe aciunea forelor interfaciale dintre substrat (materialul ce se cur), impuritate (murdrie) i baie. Aceste fore opereaz pentru a slbi legtura dintre substrat i impuritate facilitnd astfel ndeprtarea impuritilor de pe suprafa.

Curs 4 OBTINEREA ELECTROCHIMICA A STRATURILOR METALICE SI NEMETALICEStraturi metalice depuse electrochimic pe suport metalic, Se obin prin electroliza unei soluii apoase care conine ionii metalului ce se depuneElectroliza reprezint un proces fizico-chimic complex provocat de cmpul electric dintre doi electrozi introdui in soluia sau topitura unui electrolit i legai la bornele unei surse de curent continuu. anodul este electrodul la care are loc reactia de oxidare-la electroliza se vor oxida ionii negativi numiti anioni si de aceea acest electrod este polarizat pozitiv. catodul este electrodul la care are loc reacia de reducere a cationilor si este polarizat negativ.

Proprietile stratului depusStructura- mrimea grunilor poate fi fina sau grosiera in functie de raportul dintre viteza de nucleere si de crestere a germenilor.Textura. Orientarea grunilor Din punct de vedere al orientarii grauntilor exista trei tipuri de texturi:cristalele se depun total dezordonat pe suprafata suportului, depozitul este total netexturat , foarte aproape de izotropia proprietatilor;cristalele se depun cu o fata paralela cu suprafata suportului iar celelalte fete dezordonat; este o textura incompleta;cristalele se depun ordonat Viteza cea mai mare de crestere este cea perpendiculara pe suprafata suportului si minima cea paralela cu aceasta.Proprietati mecanice Cele mai importante proprietati mecanice sunt : tensiunile interne, duritatea si fragilizareaProprietile bilor (soluiilor) de depunere, Prin putere de ptrundere se intelege proprietatea solutiei de electrolii de a realiza depuneri de grosime egalpe toata suprafaa catodului.Capacitatea nivelanta si de luciu a electrolitilor, suprafata reala a unui solid policristalin obtinuta prin procedee mecanice sau metalurgice nu este perfect plana, ea prezinta o anumita rugozitate, caracterizata de existenta unor microproeminenete si a unor microadincituri.straturi depuse electroforetic, Electroforeza este fenomenul de deplasare a particulelor mari formate prin legturi chimice covalente ce se afl n suspensie ntr-o soluie, sub aciunea unui cmp electric continuu. Deplasarea particulelor n suspensie se produce deoarece ele se ncarc electric prin procese de adsorbie.Curs 5 STRATURI ORGANICEMateriale polimerice organice Substantele organice care au moleculele alctuite dintr-un numar foarte mare de atomi si a cror mas molecular depete 103g se numesc compui macromoleculari.Compuii macromoleculari se obtin prin doua tipuri de reacii chimice:reacii de polimerizare si reacii de policondensare

Polimerizarea este procesul chimic prin care un numr mare de molecule ale unor compui nesaturai reacioneaz ntre ele formnd o macromolecula, conform reaciei Obtinerea compusilor macromoleculari de policondensare se bazeaza pe reacia dintre molecule di- sau polifunctionale din care rezulta compusi macromoleculari si un produs secundar cu masa moleculara mica: H2O, HCl, NH3.Proprietatile polimerilor organici A.Comportarea la incalzire* polimeri termoplasti care prin incalzire se inmoaie iar la racire redevin rigizi. Polimerii termoplasti se pot suda, se lipesc si se reproceseaza. Polimerii termoplasti sunt macromolecule liniare de polimerizare sau policondensare.*polimeri termorigizi care prin incalzire se intaresc, iar dupa racire raman rigizi. Polimerii termorigizi nu se pot lipiB.Proprietatile fizice, Densitatea, Rezistenta electrica, Conductivitatea termica , Dilatarea, Proprietati optice, Solubilitatea, Flexibilitatea, Greutatea specifica,C. Proprietati mecanice rezistenta la tractiune, Comportarea la tractiune, Curs 8 VERIFICAREA CALITATII STRATURILORPentru obinetea unui strat de calitate materialele utilzate trebuie s ndeplineasc anumite condiii calitative care se verifica utiliznd metode spcifice.Principalele proprieti ale sistemelor utilizate n finiarea cu straturi materiale organice sunt:culoare, densitate, fluiditate, putere de acoperire,grosime de strat, flexibilitate, aderena, luminozitate; stabilitate la intemperii; rezisten la zgriere i foc; hidrofobicitate; rezistena la atacul unor ageni chimci; uor de curat ("efect nufr").Determinarea culorii peliculelor se realizeaz vizal prin comparare cu un etalon de culoare Din lucrarile de laboratorPROTECTII ANTICOROZIVE ALE SUPRAFETEI OXIDAREA ANODICA A ALUMINIULUI- Aluminiul si aliajele sale se utilizeaz din ce in ce mai mult in industria constructoare de maini, electrotehnica, electronica, aerospatial etc.Att aluminiul cat si aliajele sale sunt rezistente in anumite medii chimice datorita formarii unei pelicule protectoare de oxid, pe suprafaa, avnd grosimi de 0.02 0.1 m. Prin tratamente chimice, grosimea peliculei poate sa ating valori de 3-5m, iar printr-o prelucrare electrochimica poate sa ajung pana la sute de microni. Pe msura ce se formeaz, stratul de oxid este atacat de acidul sulfuric formndu-se sulfat de aluminiu. In urma acestei reacii ce se desfoara n anumite puncte ale statului de oxid de aluminiu, acesta devine poros.

OBTINEREA STRATURILOR METALICE PRIN DEPUNERI ELECTROCHIMICE SUCCESIVE- Scopul depunerilor galvanice de straturi metalice pot fi diverse: cresterea rezistentei la coroziune, imbunatatirea aspectului, marirea duritatii si rezistentei la uzura, obtinerea copiilor metalice.Piesele de otel se acopera cu nichel atit in scop decorativ protector, datorita aspectului placut cit si pentru cresterea rezistentei la coroziune. Lucrarea are ca scop nichelarea unei probe de otel pe un strat intermediar de cupru si verificarea influentei densitatii de curent asupra randamentului catodic si al calitatii stratului protector-decorativ de tipul nichel-cupru-nichel.

PROTECTII ANTICOROZIVE ALE SUPRAFETEI. ZINCAREA ELECTROCHIMICA ALCALINA, ECOLOGICA- Zincul este un metal cu potential electrochimic standard egal cu 0,762 mV/enh, situat in seria tensiunelor electrochimice inaintea ferului. Prin urmare, el are tendinta de a se oxida intr-un microelement galvanic in scurt circuit cu otelul, conferindu-i acestuia protectie catodica.Zincul este un metal amfoter, reactioneaza atat cu acizii cat si cu bazele. Cu acestea din urma formeaza saruri complexe numite zincati Na2ZnO4 sau Na2 Zn(OH)4. Scopul lucrarii consta in evidentierea influentei densitatii de curent asupra randamentului catodic al depunerii electrochimice de zinc din bai alcaline necianurice. Realizarea mai multor tratamente postoperatorii pentru ridicarea rezistentei la coroziune a stratului: pasivare galbena; neagra; oliv.