Možná jste to viděli na pouzdru špičkových-hodinek, které se používají na pístní čepy v automobilovém motoru, nebo přes ně dokonce procházeli na fréze pro řezání hliníkových slitin. Je celá černá, působí hladce, přesto je překvapivě tvrdá.
Co je to vlastně DLC? Protože jsou obě černé, jaký je rozdíl mezi verzemi s -vodíkem a bez-vodíku? Proč se jeho koeficient tření magicky obrátí, když se změní prostředí?
Za prvé, co je to DLC? "Schizofrenie" uhlíku
DLC znamená Diamond{0}}Like Carbon. Překlad je přímočarý: uhlík, který je jako diamant.
Proč je popisován jako „jako“ diamant, spíše než jako diamant?
Protože uhlík je „dvou{0}}stranný“ prvek.
Když jsou atomy uhlíku pevně sbaleny dohromady (sp3 vazby), je to diamant, nejtvrdší látka v přírodě.
Když jsou atomy uhlíku volně naskládané (sp2 vazby), jedná se o grafit, který je měkký a kluzký.
Co je na DLC povlakech zajímavé, je jejich amorfní struktura. Nemají pevný krystalický tvar; místo toho jsou to mišušky-obsahující tvrdé diamantové vazby (sp3) i kluzné grafitové vazby (sp2).
Stručně řečeno: DLC násilně kombinuje „tvrdost“ diamantu s „kluzkostí“ grafitu. Čím vyšší je obsah sp3, tím je těžší; čím vyšší je obsah sp2, tím nižší je koeficient tření.
Za druhé, DLC Family: Kolik typů existuje?
Přestože se všechny zdají černé, odborníci rozlišují DLC do různých stupňů. V současné době se nejběžnější klasifikace v tomto odvětví zaměřuje hlavně na to, zda obsahují nebo neobsahují vodík.
1. Vodík-obsahující DLC (a-C:H) – klasický „vše-kulatější“
V současnosti se jedná o nejrozšířenější typ DLC na trhu. Obvykle se vyrábí pomocí CVD (Chemical Vapour Deposition) nebo magnetronového naprašování s uhlovodíkovými plyny (jako je acetylen nebo metan).
Charakteristika: Střední tvrdost (1000~2500 HV), velmi nízký koeficient tření a dobrá houževnatost.
Nevýhody: Vzhledem k přítomnosti atomů vodíku má špatnou teplotní odolnost. Nad 300 stupňů -400 stupňů atomy vodíku uniknou, což způsobí, že povlak grafitizuje a dokonce selže.
Použití: Automobilové díly, ložiska a obecné dekorativní nátěry.
2. Hydrogen-Free DLC (ta-C) – skutečný „těžký oříšek“
Tento povlak se typicky připravuje s použitím filtrovaného katodového obloukového svařování (FCVA) nebo technologie HiPIMS, přičemž se zcela spoléhá na ostřelování uhlíkových terčů bez zavádění uhlovodíkových plynů.
Charakteristika: Extrémně vysoký obsah vazby sp3 (dokonce přesahující 80 %), neuvěřitelně vysoká tvrdost (3000-8000 HV, blížící se přírodnímu diamantu). Extrémně hladký povrch (pokud je vyroben pomocí FCVA).
Nevýhody: Extrémně vysoké vnitřní pnutí; fóliová vrstva je jako pevně napnutá pružina a je-li příliš silná, je náchylná k samovolnému prasknutí (odlupování). Obvykle vyžaduje komplexní návrh přechodové vrstvy.
Použití: Nástroje na řezání ne{0}}železných kovů (např. řezání hliníku, řezání mědi, zabránění přilepení nástrojů), pístní kroužky, ochranné vrstvy pevného disku.
3. Metal-Doped DLC (Já-DLC) – Chytrý „Blender“
Pro snížení vnitřního pnutí nebo zvýšení houževnatosti začleňujeme do DLC kovy jako wolfram (W) a titan (Ti).
W-DLC (karbid wolframu): Typický-nátěr proti únavě. I když tvrdost klesá, zvyšuje se houževnatost a adheze. Často se používá na převody a je to jeden z tvrdších typů „měkkých povlaků“, o kterých často mluvíme.
Za třetí, „environmentální paradox“ koeficientu tření: sucho nebo mokro?
Toto je nejdůležitější bod v tomto článku a také tam, kde mnoho začínajících uživatelů snadno narazí.
Každý ví, že DLC má nízký koeficient tření (0,1 nebo dokonce nižší), ale mazací mechanismus DLC je extrémně citlivý na vlhkost prostředí!
To je kontraintuitivní jev. Pamatujte prosím na následující srovnání:
1. V atmosférickém prostředí (s vlhkostí, např. ve vzduchu):
Vodík-obsahující DLC (a-C:H): Funguje stabilně s nízkým koeficientem tření.
DLC-bez vodíku (ta-C): Výjimečně dobrý výkon. Molekuly vody se adsorbují na povrch ta-C, pasivují visící vazby atomů uhlíku a vytvářejí velmi tenký fyzikálně adsorbovaný vodní film. V tomto případě může být koeficient tření až 0,05.
2. Ve vakuovém prostředí nebo extrémně suchých plynech (jako je ochrana vesmíru nebo -vysoce čistý dusík):
DLC-obsahující vodík (a-C:H): Úžasné! Ve vakuu migrují atomy vodíku z vnitřku povlaku na povrch, kde působí jako samo-mazivo, snižující koeficient tření pod 0,01 (super-namazaný stav).
DLC-bez vodíku (ta-C): Katastrofa! V nepřítomnosti molekul vody a kyslíku fungují přerušené uhlíkové vazby (houpající se vazby) na povrchu ta-C jako drobné háčky, díky čemuž jsou vysoce náchylné k opotřebení lepidlem. Koeficient tření může vyšplhat na 0,5 nebo dokonce vyšší, což může vést k úplnému zadření.
Aplikační důsledky
Pokud pracujete na součástech vakuové pumpy nebo mechanismech kosmických lodí, nikdy nepoužívejte bezvodý -ta-C bez rozdílu; Králem je DLC-obsahující vodík.
Pokud vyrábíte řezné nástroje v prostředí řezné kapaliny nebo formujete ve vlhkém vzduchu, překvapí vás odolnost proti opotřebení a nízké tření bezvodíkového -ta-C.
Čtyři, shrnutí: Jak vybrat správné DLC?
DLC není jeden povlak, ale rodina povlaků.
Consider hardness requirements: For cutting aluminum alloys and graphite electrodes, extremely high hardness and wear resistance are required ->Vyberte si vodík-zdarma ta-C.
Consider temperature requirements: For operating environments exceeding 350℃ ->DLC -obsahující vodík používejte opatrně; zvážit sérii s přídavkem křemíku-nebo bez{2}}vodíku.
Consider environmental conditions: Vacuum environment -> Hydrogen-containing DLC is a must; Atmospheric environment ->Obojí je přijatelné, ale ta-C je odolnější proti opotřebení-.
Zvažte barvu: Ačkoli jsou obě černé, ta{0}}C je obvykle lesklá černá (kvůli vysoké povrchové úpravě), zatímco běžný magnetronový vodík-obsahující DLC může být více šedavě-černý nebo matně černý.
V technologii PVD neexistuje nejlepší povlak, pouze ten "nejsprávnější" povlak. Pochopení vlivu prostředí na koeficient tření vám dá lepší přehled o DLC než 80 % vašich kolegů.
