Можливо, ви бачили його на корпусі висококласного годинника, використовували на поршневих пальцях автомобільного двигуна або навіть проходили через нього на фрезі для різання алюмінієвих сплавів. Він повністю чорний, гладкий на дотик, але напрочуд твердий.
Що таке DLC? Оскільки вони обидва чорні, яка різниця між версіями з-воднем і-безводнем? Чому його коефіцієнт тертя магічним чином змінюється на зворотний, коли змінюється середовище?
Один, що таке DLC? «Шизофренія» Карбона
DLC означає Diamond-Like Carbon. Переклад простий: вуглець, як алмаз.
Чому його описують як «схожий» на діамант, а не на алмаз?
Оскільки вуглець є "-двобічним" елементом.
Коли атоми вуглецю щільно упаковані один до одного (зв’язки sp3), це алмаз, найтвердіша речовина в природі.
Коли атоми вуглецю розташовані нещільно (зв’язки sp2), це графіт, який є м’яким і слизьким.
Цікавим у DLC-покриттях є їх аморфна структура. Вони не мають фіксованої кристалічної форми; натомість вони являють собою солянку-, що містить як тверді алмазні зв’язки (sp3), так і слизькі графітові зв’язки (sp2).
Коротко: DLC примусово поєднує «твердість» алмазу зі «слизькістю» графіту. Чим вищий вміст sp3, тим він твердіший; чим вищий вміст sp2, тим менший коефіцієнт тертя.
Two, DLC Family: Скільки існує типів?
Хоча всі вони виглядають чорними, експерти розрізняють DLC на різні класи. Наразі найпоширеніша класифікація в промисловості головним чином зосереджується на тому, містять вони водень чи ні.
1. Водень-вмісний DLC (a-C:H) – класичний "-універсал"
Наразі це найпоширеніший тип DLC на ринку. Зазвичай його виготовляють за допомогою CVD (хімічного осадження з парової фази) або магнетронного розпилення вуглеводневими газами (такими як ацетилен або метан).
Характеристики: помірна твердість (1000~2500 HV), дуже низький коефіцієнт тертя та хороша міцність.
Недоліки: через наявність атомів водню має низьку термостійкість. При температурі вище 300-400 градусів атоми водню будуть виходити назовні, спричиняючи графітизацію покриття та навіть руйнування.
Застосування: автомобільні деталі, підшипники та загальні декоративні покриття.
2. Hydrogen-Free DLC (ta-C) – справжній «міцний горішок»
Це покриття, як правило, виготовляється за допомогою технології катодно-дугового зварювання з фільтром (FCVA) або HiPIMS, повністю покладаючись на вуглецеве бомбардування цілі без введення вуглеводневих газів.
Характеристики: Надзвичайно високий вміст зв'язку sp3 (навіть перевищує 80%), неймовірно висока твердість (3000-8000 HV, що наближається до природного алмазу). Надзвичайно гладка поверхня (якщо зроблена з використанням FCVA).
Недоліки: Надзвичайно висока внутрішня напруга; шар плівки схожий на туго натягнуту пружину, і якщо зробити його занадто товстим, він схильний до мимовільного розриву (відшарування). Зазвичай потрібна складна конструкція перехідного шару.
Застосування: інструменти для різання кольорових металів (наприклад, різання алюмінію, різання міді, запобігання застряганню інструменту), поршневі кільця, захисні шари жорстких дисків.
3. Metal-Doped DLC (Me-DLC) – Розумний «Blender»
Щоб зменшити внутрішню напругу або підвищити міцність, ми додаємо до DLC такі метали, як вольфрам (W) і титан (Ti).
W-DLC (карбід вольфраму): типове проти-втомне покриття. Хоча твердість зменшується, міцність і адгезія збільшуються. Він часто використовується на передачах і є одним із найтвердіших типів «м’яких покриттів», про які ми часто говоримо.
По-третє, «Екологічний парадокс» коефіцієнта тертя: сухий чи вологий?
Це найважливіший момент у цій статті, а також те, на якому багато новачків легко спотикаються.
Всім відомо, що DLC має низький коефіцієнт тертя (0,1 і навіть нижче), але механізм змащення DLC надзвичайно чутливий до вологості навколишнього середовища!
Це суперечливе явище. Будь ласка, запам’ятайте таке порівняння:
1. В атмосферному середовищі (з вологістю, наприклад у повітрі):
Водень-вмісний DLC (a-C:H): працює стабільно з низьким коефіцієнтом тертя.
Безводневий DLC (ta-C): надзвичайно добре працює. Молекули води адсорбуються на поверхні ta-C, пасивуючи звисаючі зв’язки атомів вуглецю та утворюючи дуже тонку фізично адсорбовану плівку води. У цьому випадку коефіцієнт тертя може досягати 0,05.
2. У вакуумних середовищах або надзвичайно сухих газах (таких як космічний або -захист азоту високої чистоти):
DLC,-що містить водень (a-C:H): чудово! У вакуумі атоми водню мігрують із внутрішньої частини покриття на поверхню, діючи як само-мастило, зменшуючи коефіцієнт тертя до рівня нижче 0,01 (стан -надзмащення).
Hydrogen{0}}free DLC (ta-C): катастрофа! За відсутності молекул води та кисню розірвані вуглецеві зв’язки (обвислі зв’язки) на поверхні ta-C діють як крихітні гачки, що робить їх дуже сприйнятливими до адгезивного зносу. Коефіцієнт тертя може злетіти до 0,5 або навіть вище, потенційно призводячи до повного захоплення.
Наслідки застосування
Якщо ви працюєте з компонентами вакуумного насоса чи механізмами космічного корабля, ніколи не використовуйте безводневий та-C без розбору; DLC,-що містять водень, є королем.
Якщо ви виготовляєте ріжучі інструменти в середовищі ріжучої рідини або формуєте у вологому повітрі, зносостійкість і низьке тертя безводневого-ta-C приємно вас здивують.
Четверте, Підсумок: Як вибрати правильний DLC?
DLC — це не одне покриття, а сімейство покриттів.
Consider hardness requirements: For cutting aluminum alloys and graphite electrodes, extremely high hardness and wear resistance are required ->Виберіть ta-без водню-C.
Consider temperature requirements: For operating environments exceeding 350℃ ->Використовуйте воднев{0}}місткі DLC з обережністю; розглянути серії,-леговані кремнієм або-без водню.
Consider environmental conditions: Vacuum environment -> Hydrogen-containing DLC is a must; Atmospheric environment ->Обидва прийнятні, але ta-C є більш-зносостійким.
Зверніть увагу на колір: хоча обидва вони чорні, ta-C зазвичай глянцево-чорний (через високу обробку поверхні), тоді як звичайний магнетронний водень-, що містить DLC, може бути більш сірувато-чорним або матово-чорним.
У технології PVD немає найкращого покриття, є тільки саме «правильне» покриття. Розуміння впливу навколишнього середовища на коефіцієнт тертя дасть вам краще розуміння DLC, ніж 80% ваших однолітків.
