Možno ste to videli na puzdre špičkových-hodiniek, ktoré sa používajú na piestnych čapoch v motore auta, alebo ste ním dokonca prešli na fréze na rezanie hliníkových zliatin. Je úplne čierny, pôsobí hladko, no je prekvapivo tvrdý.
Čo je to vlastne DLC? Keďže sú obe čierne, aký je rozdiel medzi verziou -obsahujúcou vodík a verziou bez vodíka-? Prečo sa jeho koeficient trenia magicky obráti, keď sa zmení prostredie?
Po prvé, čo je to DLC? "Schizofrénia" uhlíka
DLC znamená Diamond{0}}Like Carbon. Preklad je jednoduchý: uhlík, ktorý je ako diamant.
Prečo je opísaný skôr ako „ako diamant“ než ako diamant?
Pretože uhlík je „obojstranný“ prvok.
Keď sú atómy uhlíka pevne spojené (väzby sp3), je to diamant, najtvrdšia látka v prírode.
Keď sú atómy uhlíka voľne naskladané (väzby sp2), ide o grafit, ktorý je mäkký a klzký.
Čo je na DLC povlakoch zaujímavé, je ich amorfná štruktúra. Nemajú pevný kryštalický tvar; namiesto toho sú to mišušky-obsahujúce tvrdé diamantové väzby (sp3) aj klzké grafitové väzby (sp2).
V skratke: DLC násilne spája „tvrdosť“ diamantu s „klzkosťou“ grafitu. Čím vyšší je obsah sp3, tým je to ťažšie; čím vyšší je obsah sp2, tým nižší je koeficient trenia.
Dva, DLC Family: Koľko typov existuje?
Hoci sa všetky javia ako čierne, odborníci rozlišujú DLC do rôznych tried. V súčasnosti sa najbežnejšia klasifikácia v tomto odvetví zameriava najmä na to, či obsahujú alebo neobsahujú vodík.
1. Vodík-obsahujúci DLC (a-C:H) – klasický „vše-oblejší“
V súčasnosti ide o najrozšírenejší typ DLC na trhu. Typicky sa vyrába pomocou CVD (Chemical Vapour Deposition) alebo magnetrónovým naprašovaním s uhľovodíkovými plynmi (ako je acetylén alebo metán).
Charakteristika: Stredná tvrdosť (1000~2500 HV), veľmi nízky koeficient trenia a dobrá húževnatosť.
Nevýhody: Vďaka prítomnosti atómov vodíka má slabú teplotnú odolnosť. Nad 300 stupňov -400 stupňov atómy vodíka uniknú, čo spôsobí, že povlak grafitizuje a dokonca zlyhá.
Použitie: Automobilové diely, ložiská a všeobecné dekoratívne nátery.
2. Hydrogen-Free DLC (ta-C) – skutočný „ťažký oriešok“
Tento povlak sa zvyčajne pripravuje použitím filtrovaného katodického oblúkového zvárania (FCVA) alebo technológie HiPIMS, pričom sa úplne spolieha na bombardovanie uhlíkovým terčom bez zavádzania uhľovodíkových plynov.
Charakteristika: Extrémne vysoký obsah sp3 väzby (dokonca presahujúci 80%), neuveriteľne vysoká tvrdosť (3000-8000 HV, približujúca sa tvrdosti prírodného diamantu). Extrémne hladký povrch (ak je vyrobený pomocou FCVA).
Nevýhody: Extrémne vysoké vnútorné napätie; fóliová vrstva je ako pevne natiahnutá pružina a ak je príliš hrubá, je náchylná na spontánne prasknutie (olupovanie). Zvyčajne si vyžaduje komplexný návrh prechodovej vrstvy.
Použitie: Nástroje na rezanie ne{0}}železných kovov (napr. rezanie hliníka, rezanie medi, zabránenie prilepeniu nástrojov), piestne krúžky, ochranné vrstvy pevného disku.
3. Metal-Dopované DLC (Ja-DLC) – šikovný „Blender“
Na zníženie vnútorného napätia alebo zvýšenie húževnatosti začleňujeme do DLC kovy ako volfrám (W) a titán (Ti).
W-DLC (karbid volfrámu): Typická-únavová vrstva. Hoci tvrdosť klesá, húževnatosť a priľnavosť sa zvyšujú. Často sa používa na prevody a je to jeden z tvrdších typov „mäkkých povlakov“, o ktorých často hovoríme.
Po tretie, „Environmentálny paradox“ koeficientu trenia: Suché alebo mokré?
Toto je najdôležitejší bod v tomto článku a tiež tam, kde veľa začínajúcich používateľov ľahko narazí.
Každý vie, že DLC má nízky koeficient trenia (0,1 alebo dokonca nižší), ale mazací mechanizmus DLC je mimoriadne citlivý na vlhkosť prostredia!
Toto je kontraintuitívny jav. Pamätajte na nasledujúce porovnanie:
1. V atmosférickom prostredí (s vlhkosťou, napríklad vo vzduchu):
Vodík-obsahujúci DLC (a-C:H): Funguje stabilne s nízkym koeficientom trenia.
DLC-bez vodíka (ta-C): Funguje mimoriadne dobre. Molekuly vody sa adsorbujú na povrch ta-C, pasivujú visiace väzby atómov uhlíka a vytvárajú veľmi tenký fyzikálne adsorbovaný vodný film. V tomto prípade môže byť koeficient trenia až 0,05.
2. Vo vákuovom prostredí alebo v extrémne suchých plynoch (ako je ochrana priestoru alebo dusíka s vysokou-čistotou):
DLC-obsahujúce vodík (a-C:H): Úžasné! Vo vákuu migrujú atómy vodíka z vnútra povlaku na povrch, kde pôsobia ako samo-mazivo, čím sa znižuje koeficient trenia pod 0,01 (super-namazaný stav).
DLC-bez vodíka (ta-C): Katastrofa! V neprítomnosti molekúl vody a kyslíka fungujú prerušené uhlíkové väzby (visiace väzby) na povrchu ta-C ako drobné háčiky, vďaka čomu sú veľmi náchylné na opotrebenie adhéznym materiálom. Koeficient trenia môže stúpať na 0,5 alebo dokonca vyššie, čo môže viesť k úplnému zadretiu.
Aplikačné dôsledky
Ak pracujete na komponentoch vákuovej pumpy alebo mechanizmoch kozmickej lode, nikdy nepoužívajte bezvodíkové -ta-C bez rozdielu; DLC-obsahujúce vodík je kráľom.
Ak vyrábate rezné nástroje v prostredí reznej kvapaliny alebo formujete vo vlhkom vzduchu, prekvapí vás odolnosť proti opotrebeniu a nízke trenie -bezvodíka-C.
Štyri, zhrnutie: Ako si vybrať správne DLC?
DLC nie je jediný náter, ale rodina náterov.
Consider hardness requirements: For cutting aluminum alloys and graphite electrodes, extremely high hardness and wear resistance are required ->Vyberte si vodík-bez{1}}C.
Consider temperature requirements: For operating environments exceeding 350℃ ->DLC -obsahujúce vodík používajte opatrne; zvážiť sériu s prímesou kremíka-alebo bez{2}}vodíka.
Consider environmental conditions: Vacuum environment -> Hydrogen-containing DLC is a must; Atmospheric environment ->Obe sú prijateľné, ale ta-C je odolnejšia-opotrebeniu.
Zvážte farbu: Hoci sú obe čierne, ta{0}}C je zvyčajne lesklá čierna (kvôli jej vysokej povrchovej úprave), zatiaľ čo obyčajný magnetrónový vodík-obsahujúci DLC môže byť sivastejšia-čierna alebo matná čierna.
V technológii PVD neexistuje najlepší povlak, iba ten „najsprávnejší“ povlak. Pochopenie vplyvu prostredia na koeficient trenia vám umožní lepšie pochopiť DLC ako 80 % vašich rovesníkov.
