Možda ste ga vidjeli na kući-satovima vrhunske klase, koristili ste ga na klipnim osovinicama u automobilskom motoru ili čak prošli kroz njega na svojoj glodalici za rezanje aluminijskih legura. Potpuno je crn, ima gladak dodir, ali je iznenađujuće tvrd.
Što je zapravo DLC? Budući da su obje crne, koja je razlika između verzija koje-sadrže i-bez vodika? Zašto se njegov koeficijent trenja magično obrne kada se promijeni okolina?
Prvo, što je DLC? "Šizofrenija" ugljika
DLC je kratica za Diamond-Like Carbon. Prijevod je jednostavan: ugljik koji je poput dijamanta.
Zašto se opisuje kao "kao" dijamant, a ne kao dijamant?
Zato što je ugljik "dvostrani"-element.
Kada su atomi ugljika čvrsto zbijeni zajedno (sp3 veze), to je dijamant, najtvrđa tvar u prirodi.
Kada su atomi ugljika labavo naslagani (sp2 veze), to je grafit, koji je mekan i sklizak.
Ono što je zanimljivo kod DLC premaza je njihova amorfna struktura. Nemaju fiksni kristalni oblik; umjesto toga, oni su mješavina-koja sadrži i čvrste dijamantne veze (sp3) i skliske grafitne veze (sp2).
Ukratko: DLC na silu spaja "tvrdoću" dijamanta sa "skliskošću" grafita. Što je veći sadržaj sp3, to je tvrđi; što je veći sadržaj sp2, niži je koeficijent trenja.
Two,DLC Family: Koliko vrsta postoji?
Iako svi izgledaju crni, stručnjaci razlikuju DLC-ove u različite stupnjeve. Trenutačno se najvažnija klasifikacija u industriji uglavnom usredotočuje na to sadrže li ili ne sadrže vodik.
1. DLC koji-sadrži vodik (a-C:H) – klasičan "-svestrani"
Ovo je trenutno najčešća vrsta DLC-a na tržištu. Obično se proizvodi pomoću CVD (kemijskog taloženja iz pare) ili magnetronskog raspršivanja ugljikovodičnim plinovima (kao što su acetilen ili metan).
Karakteristike: Umjerena tvrdoća (1000~2500 HV), vrlo nizak koeficijent trenja i dobra žilavost.
Nedostaci: Zbog prisutnosti vodikovih atoma ima slabu otpornost na temperaturu. Iznad 300 stupnjeva -400 stupnjeva, atomi vodika će pobjeći, uzrokujući grafitizaciju premaza pa čak i kvar.
Primjena: Automobilski dijelovi, ležajevi i općenito dekorativni premazi.
2. Hydrogen-Free DLC (ta-C) – pravi "tvrd orah"
Ovaj premaz se obično priprema uporabom filtriranog katodnog elektrolučnog zavarivanja (FCVA) ili HiPIMS tehnologije, u potpunosti se oslanjajući na bombardiranje cilja ugljikom bez uvođenja plinova ugljikovodika.
Karakteristike: Ekstremno visok sadržaj sp3 veze (čak i preko 80%), nevjerojatno visoka tvrdoća (3000-8000 HV, približava se tvrdoći prirodnog dijamanta). Izuzetno glatka površina (ako je izrađena pomoću FCVA).
Nedostaci: Izuzetno veliko unutarnje naprezanje; sloj filma je poput čvrsto nategnute opruge, a ako je predebeo, sklon je spontanom pucanju (ljuštenju). Obično zahtijeva složen dizajn prijelaznog sloja.
Primjene: Alati za rezanje obojenih metala (npr. rezanje aluminija, rezanje bakra, sprječavanje zapinjanja alata), klipni prstenovi, zaštitni slojevi tvrdog diska.
3. Metal-Doped DLC (Me-DLC) – Pametan "Blender"
Kako bismo smanjili unutarnji stres ili povećali žilavost, u DLC ugrađujemo metale poput volframa (W) i titana (Ti).
W-DLC (volfram karbid): tipičan premaz protiv-zamora. Iako se tvrdoća smanjuje, žilavost i adhezija se povećavaju. Često se koristi na zupčanicima i jedna je od tvrđih vrsta "mekih premaza" o kojima često govorimo.
Tri, "Ekološki paradoks" koeficijenta trenja: suho ili mokro?
Ovo je najvažnija točka u ovom članku, a također i ono na čemu se mnogi korisnici početnici lako spotiču.
Svi znaju da DLC ima nizak koeficijent trenja (0,1 ili čak niži), ali mehanizam podmazivanja DLC-a je izuzetno osjetljiv na vlažnost okoline!
Ovo je kontraintuitivan fenomen. Zapamtite sljedeću usporedbu:
1. U atmosferskom okruženju (s vlagom, kao što je zrak):
DLC koji-sadrži vodik (a-C:H): radi stabilno s niskim koeficijentom trenja.
DLC-bez vodika (ta-C): radi izuzetno dobro. Molekule vode adsorbiraju se na ta-C površinu, pasivizirajući viseće veze atoma ugljika i tvoreći vrlo tanak fizički adsorbirani vodeni film. U tom slučaju koeficijent trenja može biti i do 0,05.
2. U vakuumskim okruženjima ili ekstremno suhim plinovima (kao što je prostor ili zaštita dušikom visoke -čistoće):
DLC koji-sadrži vodik (a-C:H): nevjerojatno! U vakuumu, atomi vodika migriraju iz unutrašnjosti premaza na površinu, djelujući kao samo-mazivo, smanjujući koeficijent trenja ispod 0,01 (super-podmazano stanje).
DLC-bez vodika (ta-C): katastrofa! U nedostatku molekula vode i kisika, prekinute veze ugljika (viseće veze) na ta-C površini djeluju poput sićušnih kukica, što ih čini vrlo osjetljivima na habanje ljepila. Koeficijent trenja može porasti do 0,5 ili čak više, potencijalno dovodeći do potpunog napadaja.
Implikacije primjene
Ako radite na komponentama vakuumske pumpe ili mehanizmima svemirske letjelice, nikada ne koristite vodikov-ta-C bez razlike; DLC koji-sadrži vodik je kralj.
Ako alate za rezanje izrađujete u okruženju tekućine za rezanje ili kalupe u vlažnom zraku, otpornost na trošenje i nisko trenje ta-bez vodika-C će vas iznenaditi.
Četvrto, Sažetak: Kako odabrati pravi DLC?
DLC nije jedan premaz, već obitelj premaza.
Consider hardness requirements: For cutting aluminum alloys and graphite electrodes, extremely high hardness and wear resistance are required ->Odaberite ta-C bez vodika.
Consider temperature requirements: For operating environments exceeding 350℃ ->DLC koji-sadrži vodik koristite s oprezom; razmislite o serijama -dopiranim silicijem ili-bez vodika.
Consider environmental conditions: Vacuum environment -> Hydrogen-containing DLC is a must; Atmospheric environment ->Oba su prihvatljiva, ali ta-C je otporniji-na habanje.
Uzmite u obzir boju: iako su obje crne, ta-C je obično sjajno crn (zbog visoke završne obrade), dok obični magnetron vodik-koji sadrži DLC može biti više sivkasto-crn ili mat crn.
Ne postoji najbolji premaz u PVD tehnologiji, samo "najpraviji" premaz. Razumijevanje utjecaja okoline na koeficijent trenja omogućit će vam bolje razumijevanje DLC-a od 80% vaših kolega.
