Du kanske har sett den på en hög-klocka, använd på kolvstift i en bilmotor, eller till och med passerat genom den på din fräs för att skära aluminiumlegeringar. Den är helt svart, har en mjuk känsla, men är ändå förvånansvärt hård.
Vad är DLC egentligen? Eftersom de båda är svarta, vad är skillnaden mellan väte-innehållande och vätefria-versioner? Varför vänder dess friktionskoefficient magiskt när miljön förändras?
Ett, vad är DLC? Kolets "schizofreni".
DLC står för Diamond-Like Carbon. Översättningen är enkel: kol som är som en diamant.
Varför beskrivs det som "som" en diamant, snarare än en diamant?
Eftersom kol är ett "två-sidigt" element.
När kolatomer är tätt packade (sp3-bindningar) är det diamant, det hårdaste ämnet i naturen.
När kolatomer är löst staplade (sp2-bindningar) är det grafit, som är mjukt och halt.
Det som är intressant med DLC-beläggningar är deras amorfa struktur. De har inte en fast kristallin form; istället är de en hopslinga-som innehåller både hårda diamantbindningar (sp3) och hala grafitbindningar (sp2).
Kort sagt: DLC kombinerar med tvång diamantens "hårdhet" med grafitens "hala". Ju högre sp3-innehåll, desto svårare är det; ju högre sp2-halt, desto lägre friktionskoefficient.
Two,DLC Family: Hur många typer finns det?
Även om de alla verkar svarta, differentierar experter DLC:er i olika kvaliteter. För närvarande fokuserar den vanligaste klassificeringen i branschen främst på om de innehåller väte eller inte.
1. Väte-innehållande DLC(a-C:H) – En klassisk "all-allrounder"
Detta är för närvarande den vanligaste typen av DLC på marknaden. Det produceras vanligtvis med CVD (Chemical Vapor Deposition) eller magnetronförstoftning med kolvätegaser (som acetylen eller metan).
Egenskaper: Måttlig hårdhet (1000~2500 HV), mycket låg friktionskoefficient och god seghet.
Nackdelar: På grund av närvaron av väteatomer har den dålig temperaturbeständighet. Över 300 grader -400 grader kommer väteatomerna att fly, vilket gör att beläggningen grafitiseras och till och med misslyckas.
Applikationer: Bildelar, lager och allmänna dekorativa beläggningar.
2. Hydrogen-Free DLC (ta-C) – The Real "Hard Nut to Crack"
Denna beläggning är typiskt förberedd med hjälp av filtrerad katodbågsvetsning (FCVA) eller HiPIMS-teknik, helt beroende av målbombardement utan införande av kolvätegaser.
Egenskaper: Extremt hög sp3 bindningshalt (även över 80%), otroligt hög hårdhet (3000-8000 HV, närmar sig naturlig diamants). Extremt slät yta (om den är gjord med FCVA).
Nackdelar: Extremt hög inre stress; filmskiktet är som en hårt sträckt fjäder, och om det görs för tjockt är det benäget att spontant gå sönder (flossning). Kräver vanligtvis en komplex design av övergångsskikt.
Användningsområden: Skärverktyg i icke-järnmetall (t.ex. skärande av aluminium, skärande koppar, förhindrar att verktyg fastnar), kolvringar, skyddande lager på hårddiskar.
3. Metal-Dopad DLC (Me-DLC) – En smart "Blender"
För att minska inre spänningar eller öka segheten, införlivar vi metaller som volfram (W) och titan (Ti) i DLC.
W-DLC (Tungsten Carbide): En typisk anti-utmattningsbeläggning. Även om hårdheten minskar ökar segheten och vidhäftningen. Det används ofta på växlar och är en av de hårdare typerna av "mjuka beläggningar" vi ofta pratar om.
Tre, "Environmental Paradox" av friktionskoefficient: torr eller våt?
Detta är den mest avgörande punkten i den här artikeln, och även där många nybörjare lätt snubblar.
Alla vet att DLC har en låg friktionskoefficient (0,1 eller till och med lägre), men smörjmekanismen för DLC är extremt känslig för luftfuktighet!
Detta är ett kontraintuitivt fenomen. Kom ihåg följande jämförelse:
1. I en atmosfärisk miljö (med fuktighet, till exempel i luften):
Väte-innehållande DLC (a-C:H): Fungerar stabilt med låg friktionskoefficient.
Väte-fri DLC (ta-C): Fungerar exceptionellt bra. Vattenmolekyler adsorberar på ta-C-ytan, passiverar de hängande bindningarna av kolatomer och bildar en mycket tunn fysiskt adsorberad vattenfilm. I detta fall kan friktionskoefficienten vara så låg som 0,05.
2. I vakuummiljöer eller extremt torra gaser (som utrymmes- eller kväveskydd med hög-renhet):
Väte-innehållande DLC(a-C:H): Fantastiskt! I ett vakuum migrerar väteatomer från beläggningens inre till ytan och fungerar som ett själv-smörjmedel, vilket minskar friktionskoefficienten till under 0,01 (super-smord tillstånd).
Väte-fri DLC (ta-C): En katastrof! I frånvaro av vattenmolekyler och syre fungerar de trasiga kolbindningarna (dinglande bindningarna) på ta-C-ytan som små krokar, vilket gör dem mycket känsliga för adhesivt slitage. Friktionskoefficienten kan stiga till 0,5 eller till och med högre, vilket kan leda till fullständigt anfall.
Applikationskonsekvenser
Om du arbetar med vakuumpumpskomponenter eller rymdskeppsmekanismer, använd aldrig väte-fri ta-C urskillningslöst. väte-innehållande DLC är kungen.
Om du gör skärverktyg i en skärvätskemiljö eller formar i fuktig luft, kommer slitstyrkan och den låga friktionen av väte-fri ta-C att överraska dig.
Fyra, Sammanfattning: Hur väljer man rätt DLC?
DLC är inte en enda beläggning, utan en familj av beläggningar.
Consider hardness requirements: For cutting aluminum alloys and graphite electrodes, extremely high hardness and wear resistance are required ->Välj väte-fri ta-C.
Consider temperature requirements: For operating environments exceeding 350℃ ->Använd väte-innehållande DLC med försiktighet; överväg kisel-dopade eller vätefria-serier.
Consider environmental conditions: Vacuum environment -> Hydrogen-containing DLC is a must; Atmospheric environment ->Båda är acceptabla, men ta-C är mer slitstarkt-.
Tänk på färg: Även om båda är svarta är ta-C vanligtvis blanksvart (på grund av dess höga ytfinish), medan vanligt magnetronväte-innehållande DLC kan vara mer gråaktigt-svart eller mattsvart.
Det finns ingen bästa beläggning inom PVD-teknik, bara den mest "rätta" beläggningen. Att förstå miljöns inverkan på friktionskoefficienten ger dig ett bättre grepp om DLC än 80 % av dina kamrater.
