Что такое покрытие DLC? Основные факты, которые вам нужно знать

Покрытие из алмазоподобного углерода (DLC) — это тонкопленочный материал, который сочетает в себе некоторые из желаемых свойств алмаза и графита. Он широко используется в различных отраслях промышленности для повышения производительности, долговечности и эффективности различных компонентов. В этой статье представлен подробный обзор покрытия DLC, включая его состав, свойства, области применения и преимущества.

Что такое DLC-покрытие?

DLC-покрытие — это тип покрытия на основе углерода, которое обладает характеристиками, аналогичными природным алмазам, такими как высокая твердость и низкое трение. Термин «алмазоподобный» происходит от его структуры, которая включает как алмазоподобные (sp3), так и графитоподобные (sp2) углеродные связи.

Покрытия DLC могут быть нанесены в виде аморфных (некристаллических) слоев с использованием таких методов, как физическое осаждение из паровой фазы (PVD) или химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Эти покрытия обычно наносятся на различные подложки, включая металлы, пластики и керамику, в зависимости от области применения.

Преимущества:

• Значительное улучшение твердости и долговечности поверхности
• Снижение трения и износа
• Повышенная устойчивость к коррозии и окислению
• Настраиваемые свойства с помощью методов легирования и осаждения
• Биосовместимость для медицинского применения

Хотя покрытия DLC обладают многочисленными преимуществами, они также имеют некоторые ограничения:

• Высокая первоначальная стоимость оборудования для осаждения
• Ограниченная толщина покрытия (обычно <5 микрометров)
• Чувствительность к совместимости материала подложки

Типы DLC-покрытий

Существует несколько типов покрытий DLC, классифицируемых на основе их структуры связи и процесса осаждения. Наиболее распространенные типы включают:

• Гидрогенизированный DLC (aC:H): содержит в своей структуре атомы водорода, что обеспечивает более низкое внутреннее напряжение и лучшую адгезию к определенным субстратам.
• Безводородный DLC (aC): более плотный и твердый, чем гидрогенизированный DLC, подходит для применения в условиях экстремального износа и высоких температур.
• Тетраэдрический аморфный углерод (ta-C): известный своим высоким содержанием sp3-связей, это самый твердый тип DLC-покрытия, обеспечивающий превосходную износостойкость.
• Легированные DLC-покрытия: включение таких элементов, как кремний (Si), кислород (O) или металлы (например, вольфрам, хром), улучшает определенные свойства, такие как термостойкость или электропроводность.

Процессы нанесения DLC-покрытий

Покрытия из алмазоподобного углерода (DLC) наносятся с использованием нескольких методов осаждения, каждый из которых обладает уникальными преимуществами:

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD)

PVD — это вакуумный процесс, в котором твердый углерод испаряется и конденсируется на подложке, образуя тонкую пленку. В этом методе обычно используются такие методы, как распыление и дуговое испарение.

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)

CVD включает введение углеводородных газов в реакционную камеру, где они разлагаются при повышенных температурах, осаждая на подложке пленку на основе углерода. Плазменно-усиленное CVD (PECVD) использует плазму для усиления химических реакций, что позволяет снизить температуру осаждения и улучшить свойства пленки.

Плазменное напыление

Методы с использованием плазмы, такие как плазменно-химическое осаждение из паровой фазы (PACVD), используют плазму для улучшения процесса осаждения. В PACVD исходный газ вводится в плазменную среду, где он ионизируется и разлагается. Полученные виды углерода затем осаждаются на подложке, образуя покрытие DLC. Этот метод эффективен для нанесения покрытий сложной формы и получения пленок с заданными свойствами.

Свойства отделки DLC

Покрытия Diamond-Like Carbon (DLC) известны своими исключительными свойствами обработки поверхности, которые значительно повышают производительность и долговечность различных компонентов. Основные свойства обработки покрытий DLC включают:

Гладкость и однородность поверхности

Покрытия DLC характеризуются чрезвычайно гладкими и однородными поверхностями. Эта гладкость снижает трение и износ, что делает их идеальными для применений, требующих точной и однородной отделки поверхности.

Низкий коэффициент трения

Низкий коэффициент трения покрытий DLC минимизирует потери энергии из-за трения, повышая эффективность механических систем. Это свойство особенно полезно в приложениях, связанных со скольжением или качением.

Твердость и износостойкость

Покрытия DLC обладают высокой твердостью, значения твердости по Виккерсу составляют от 2500 до 4500 HV. Такая твердость обеспечивает отличную износостойкость, продлевая срок службы деталей, подвергающихся механическим нагрузкам.

Устойчивость к коррозии

Покрытия DLC обеспечивают превосходную коррозионную стойкость, защищая основания от химического разрушения и продлевая срок службы компонентов в агрессивных средах.

Эстетическая привлекательность

Равномерная и гладкая поверхность DLC-покрытий также повышает эстетическую привлекательность компонентов, что делает их пригодными для потребительских товаров, где внешний вид имеет важное значение.

Применение покрытий DLC

Уникальное сочетание свойств делает покрытия DLC пригодными для различных областей применения:

• Автоматизированная индустрия: Покрытия DLC обычно наносятся на компоненты двигателя, такие как поршни, распределительные валы и толкатели клапанов, для снижения износа, трения и повышения топливной экономичности.
• Аэрокосмическая индустрия: В аэрокосмической промышленности покрытия DLC используются на лопатках турбин, подшипниках и других компонентах, подвергающихся высоким нагрузкам, для продления срока их службы и улучшения эксплуатационных характеристик в условиях высоких температур.
• Медицинские приборы: Благодаря своей биосовместимости покрытия DLC используются в медицинских устройствах, таких как суставные имплантаты, катетеры и хирургические инструменты, обеспечивая как повышенную долговечность, так и сниженное трение при контакте с тканями.
• Режущие инструменты и машины: Покрытия DLC наносятся на режущие инструменты, штампы и Формы для снижения трения, увеличения срока службы инструмента и улучшения производительности обработки. Это особенно полезно в таких отраслях, как металлообработка и литье пластмасс.
• Electronics: Покрытия DLC используются в полупроводниковых приборах и в производстве электроники для снижения износа и повышения производительности таких компонентов, как магнитные запоминающие устройства и разъемы.

Варианты покрытия DLC:

Покрытие	Состав	Главные преимущества
CeraTough®-0601	aC:H (гидрогенизированный DLC)	Высокая твердость, износостойкость, низкое трение
CeraTough®-0602	ta-C (тетраэдрический DLC)	Чрезвычайно твердый, износостойкий
CeraTough®-0603	aC:H:Si (DLC, легированный Si)	Повышенная износостойкость, термостойкость
CeraTough®-0604	aC:H:W (DLC, легированный вольфрамом)	Повышенная износостойкость, высокая несущая способность
CeraTough®-0605	aC:H:WC (DLC с добавлением WC)	Превосходная твердость, прочность, износостойкость
CeraTough®-0606	aC:H:Cr (DLC, легированный хромом)	Коррозионная стойкость, повышенная твердость
CeraTough®-0611	aC:H+CrN (DLC + нитрид хрома)	Износостойкость и коррозионная стойкость
CeraTough®-0701	aC:H:Si (тонкий DLC)	Точность, тонкое покрытие, износостойкость
CeraTough®-0702	aC:H:Si (толстый DLC)	Повышенная прочность, более толстое покрытие
CeraTough®-0710	aC:H:Si (Радуга DLC)	Эстетичная отделка, легированная кремнием для высокой производительности
CeraTough®-DF	aC:H:Si (безопасный для пищевых продуктов DLC)	Одобрено для контакта с пищевыми продуктами, износостойкость

Заключение

Покрытия DLC предлагают мощное решение для повышения производительности широкого спектра промышленных компонентов. Благодаря своей исключительной твердости, износостойкости, низкому трению и коррозионной стойкости покрытия DLC хорошо подходят для высокопроизводительных применений в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, медицина и производство. Однако для максимизации преимуществ покрытий DLC в каждом конкретном случае необходимо тщательно рассмотреть такие факторы, как стоимость, хрупкость и адгезия.