És possible que l'hagueu vist a la caixa d'un rellotge-de gamma alta, que s'utilitza als passadors del pistó d'un motor d'automòbil, o fins i tot l'heu passat a través de la vostra fresa per tallar aliatges d'alumini. És completament negre, té una sensació suau, però és sorprenentment dur.
Què és exactament el DLC? Com que tots dos són negres, quina diferència hi ha entre les versions que contenen-hidrogen i les que contenen-hidrogen? Per què el seu coeficient de fricció s'inverteix màgicament quan l'entorn canvia?
Un, què és el DLC? La "esquizofrènia" del carboni
DLC són les sigles de Diamond-Like Carbon. La traducció és senzilla: carboni que és com un diamant.
Per què es descriu com a "com" un diamant, en lloc d'un diamant?
Com que el carboni és un element de "-dos cares".
Quan els àtoms de carboni estan estretament empaquetats (enllaços sp3), és el diamant, la substància més dura de la natura.
Quan els àtoms de carboni s'apilen poc (enllaços sp2), es tracta de grafit, que és suau i relliscós.
El que és interessant dels recobriments DLC és la seva estructura amorfa. No tenen una forma cristal·lina fixa; en canvi, són una mescla-que conté tant enllaços de diamant dur (sp3) com enllaços de grafit relliscosos (sp2).
En resum: DLC combina a la força la "duresa" del diamant amb la "relliscosa" del grafit. Com més gran sigui el contingut de sp3, més difícil és; com més gran sigui el contingut de sp2, menor serà el coeficient de fricció.
Dos, família DLC: quants tipus hi ha?
Tot i que tots semblen negres, els experts diferencien els DLC en diferents graus. Actualment, la classificació més habitual de la indústria se centra principalment en si contenen o no hidrogen.
1. DLC-que conté hidrogen (a-C:H): un clàssic "-tot rodó"
Aquest és actualment el tipus de DLC més comú al mercat. Normalment es produeix mitjançant CVD (Chemical Vapor Deposition) o polverització de magnetrons amb gasos d'hidrocarburs (com ara acetilè o metà).
Característiques: Duresa moderada (1000~2500 HV), coeficient de fricció molt baix i bona tenacitat.
Inconvenients: a causa de la presència d'àtoms d'hidrogen, té poca resistència a la temperatura. Per sobre dels 300 graus -400 graus, els àtoms d'hidrogen s'escaparan, fent que el recobriment es grafiti i fins i tot falli.
Aplicacions: peces d'automoció, coixinets i recobriments decoratius generals.
2. DLC-lliure d'hidrogen (ta-C) - La veritable "noixada dura de trencar"
Aquest recobriment es prepara normalment mitjançant soldadura per arc catòdic filtrat (FCVA) o tecnologia HiPIMS, depenent completament del bombardeig de carboni sense la introducció de gasos d'hidrocarburs.
Característiques: Contingut d'enllaç sp3 extremadament alt (fins i tot superant el 80%), duresa increïblement alta (3000-8000 HV, aproximant-se a la del diamant natural). Superfície extremadament llisa (si es fa amb FCVA).
Desavantatges: Estrès intern extremadament alt; la capa de pel·lícula és com una molla ben estirada i, si es fa massa gruixuda, és propensa a trencar-se espontàniament (pel·lació). Normalment requereix un disseny complex de capa de transició.
Aplicacions: eines de tall de metalls no-ferrosos (p. ex., tallar alumini, tallar coure, evitar que l'eina s'enganxi), anells de pistons, capes protectores del disc dur.
3. DLC-Dopat de metall (DLC Me-) - Un "Blender" intel·ligent
Per reduir l'estrès intern o augmentar la tenacitat, incorporem metalls com el tungstè (W) i el titani (Ti) al DLC.
W-DLC (carbur de tungstè): un típic recobriment anti-fatiga. Encara que la duresa disminueix, la tenacitat i l'adhesió augmenten. Sovint s'utilitza en engranatges i és un dels tipus més durs de "recobriments suaus" dels quals parlem sovint.
Tres, la "paradoxa ambiental" del coeficient de fricció: sec o humit?
Aquest és el punt més crucial d'aquest article, i també on molts usuaris novells ensopeguen fàcilment.
Tothom sap que el DLC té un baix coeficient de fricció (0,1 o fins i tot inferior), però el mecanisme de lubricació del DLC és extremadament sensible a la humitat ambiental.
Aquest és un fenomen contraintuïtiu. Recordeu la següent comparació:
1. En un ambient atmosfèric (amb humitat, com a l'aire):
DLC-que conté hidrogen (a-C:H): funciona de manera estable amb un baix coeficient de fricció.
DLC-sense hidrogen (ta-C): funciona excepcionalment bé. Les molècules d'aigua s'adsorbeixen a la superfície de ta-C, passivant els enllaços penjants dels àtoms de carboni i formant una pel·lícula d'aigua molt fina adsorbida físicament. En aquest cas, el coeficient de fricció pot ser tan baix com 0,05.
2. En entorns de buit o gasos extremadament secs (com ara protecció espacial o de nitrogen d'alta-puresa):
DLC que conté hidrogen-(a-C:H): increïble! En el buit, els àtoms d'hidrogen migren de l'interior del recobriment a la superfície, actuant com a autolubricant, reduint el coeficient de fricció per sota de 0,01 (estat super-lubricat).
DLC-sense hidrogen (ta-C): un desastre! En absència de molècules d'aigua i oxigen, els enllaços de carboni trencats (enllaços penjants) a la superfície ta-C actuen com petits ganxos, cosa que els fa molt susceptibles al desgast de l'adhesiu. El coeficient de fricció pot augmentar fins a 0,5 o fins i tot més, la qual cosa pot provocar una convulsió completa.
Implicacions de l'aplicació
Si esteu treballant en components de bombes de buit o mecanismes de naus espacials, no feu servir mai{0}}ta- lliure d'hidrogen indistintament; DLC que conté hidrogen-és el rei.
Si fabriqueu eines de tall en un entorn fluid de tall o motlles a l'aire humit, la resistència al desgast i la baixa fricció de la -ta-C lliure d'hidrogen us sorprendran.
Quatre, resum: com triar el DLC adequat?
DLC no és un recobriment únic, sinó una família de recobriments.
Consider hardness requirements: For cutting aluminum alloys and graphite electrodes, extremely high hardness and wear resistance are required ->Trieu ta-sense hidrogen-C.
Consider temperature requirements: For operating environments exceeding 350℃ ->Feu servir el DLC{0}}que contingui hidrogen amb precaució; considereu sèries-dopades amb silici o lliures d'hidrogen-.
Consider environmental conditions: Vacuum environment -> Hydrogen-containing DLC is a must; Atmospheric environment ->Tots dos són acceptables, però ta-C és més resistent-al desgast.
Tingueu en compte el color: tot i que tots dos són negres, ta-C sol ser un negre brillant (a causa del seu alt acabat superficial), mentre que l'hidrogen-del magnetró normal que conté DLC pot ser més gris-negre o negre mat.
No hi ha el millor recobriment en tecnologia PVD, només el recobriment més "correcte". Comprendre l'impacte de l'entorn en el coeficient de fricció us donarà una comprensió més gran del DLC que el 80% dels vostres companys.
