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DLC 膜的主要性能

發布時間:2019-03-27瀏覽次數:載入中...來源:http://yjzdc.com/
1)力學性能 

a.硬度及彈性模量。不同的沉積方法制備的 DLC 膜硬度及彈性模量差異很大,用磁過濾陰極 電弧法可以制備出硬度達到甚至超過金剛石的 DLC 膜,用陰極電弧法制備的 DLC 膜較高硬度可達 50GPa 以上,而用離子源結合非平衡磁控濺射法制備的 DLC 膜硬 度達 21GPa。膜層內的成分對膜層的硬度有一定的影響, Si、N 的摻入可以提高 DLC 膜的 硬度。DLC 膜具有較高的彈性模量,雖低于金剛石(1100GPa),但明顯高于一般金屬和陶瓷的 彈性模量。

 b.內應力和結合強度。薄膜的內應力和結合強度是決定薄膜的穩定性和使用壽命,影響薄膜性能 的兩個重要因素,內應力高和結合強度低的 DLC 膜容易在應用中產生裂紋、褶皺,甚至脫落, 所以制備的 DLC 膜建議具有適中的壓應力和較高的結合強度。大部分研究表明,直接在基體上沉積的 DLC 膜的膜/基結合強度一般比較低,通過采用 Ti/TiN/TiCN/TiC 中間梯度過渡層的方法提高 DLC 膜與基體的結合強度,在模具鋼上沉積 DLC 膜的結合強度達 44N-74N,制備的膜導總體厚度可達 5微米。
 
2)摩擦性能 DLC 膜不僅具有優異的耐磨性,而且具有很低的摩擦系數,一般低于 0.2,是一種優異的表面 抗磨損改性膜。DLC 的摩擦系數隨制備工藝的不同和膜中成分的變化而變化,其摩擦系數較低 可達 0.005。摻雜金屬元素可能降低其摩擦系數,但加入 H 能提高潤滑作用,環境也對摩擦 系數有一定的影響。但總的來說,DLC 膜與傳統的硬質薄膜(如上述的 TiN、TiC、TiAlN 等) 相比,在摩擦系數方面具有明顯優勢,這些傳統硬質薄膜的摩擦系數都在 0.4 以上。國此,DLC 膜有可能在許多摩擦學領域替代這些傳統硬膜。

 3)熱穩定性 由于 DLC 屬亞穩態的材料,熱穩定性差是限制 DLC 膜應用的一個重要因素,在 300攝氏度 以上 退火時即出現了sp3 鍵向 sp2 鍵轉變,為此,人們進行了大量的工作試圖提高其熱穩定性。有研 究發現:Si 的加入可以明顯改善 DLC 膜的熱穩定性,含 20 at%Si 的 DLC 膜在 740攝氏度 退火時才 出現 sp3 鍵向 sp2 鍵轉變。同樣,金屬(如 Ti、W、Cr)的摻入也可提高 DLC 膜的熱穩定性, 我們正在對這方面進行研究。 

4)耐腐蝕性 純 DLC 膜具有優異的耐蝕性,各類酸、堿甚至王水都很難侵蝕它。但摻雜有其他元素的 DLC 膜的耐蝕性有所下降,這是由于摻雜的元素首先被侵蝕,從而破壞了膜的連續性所致。

 5)表面狀態 DLC 膜表面一般較光潔,對基材的表面光潔度沒有太大的影響,但隨著膜厚的增加,表面光 潔度會下降。不同的沉積方法所得到的 DLC 膜表面光潔度也是不同的,用離子源技術沉積的 DLC 膜表面質量明顯優于電弧離子鍍。 DLC 膜具有很好的抗粘結性,特別是對有色金屬(如銅、鋁、鋅等),對塑料、橡膠、陶瓷等 也有抗粘結性。

 DLC 膜在機械功能領域上的應用

 1)鉆頭、銑刀 DLC 膜可以應用于鉆頭和銑刀上,特別是摻雜金屬的 DLC 膜,它不僅具有高的硬度,還具有 低的摩擦系數、抗有色金屬粘結。荷蘭的 Hauzer 公司制備的摻金屬 DLC 膜層,用于切削高強度 鋁合金時,能減少表面所謂的切屑瘤(BUE)。結果是延長工具的壽命并使工件材料在切削后表 面光滑。特別是在干切削和深孔加工方面,膜層性能非常好。廣州有色金屬研究院也進行了 在銑刀上鍍 TiAlN+DLC 膜,在加工有色金屬時明顯提高使用壽命及加工質量。

 2)光盤模具及其輔助模具 光盤模具是生產 CD、CDR、DVD 的重要工具,為了減少它與母盤(鎳盤)的摩擦,希望模具 表面硬且摩擦系數小,目前,國外大多采用 DLC 膜層,大大提高了模具的壽命和盤片的質量,同 時在其輔助模具上鍍 DLC 膜,其壽命也達到了配套使用的要求。 鍍膜之后有硬度高,摩擦系數低,耐磨,耐腐蝕,抗粘結性好且環保等特點。 盤模具輔助沖模

 3)芯軸 DLC 膜的耐磨減摩及耐腐蝕性,可提高齒輪、芯軸等運動部件的使用性能及壽命。

 4)刀片上的應用 現在 DLC 也在各種刀片如剪刀、刮胡刀等上的應用。DLC 膜減小了刀片與皮膚的摩擦,改善了刀 片的性能,延長了使用壽命。

 5)關鍵零部件上的應用 DLC 膜在許多關鍵零部件也能發揮其優良的性能,如在制成式斯特林制冷機的活塞上的應用利用其低的摩擦系數,降低摩擦力,提高耐磨性,達到無油潤滑及使用壽命要求。 在縫紉機配件-旋梭上鍍 DLC 膜替代原來的電鍍硬鉻處理,不但避免了污染環境的問 題,而且,明顯提高工件表面硬度及耐磨性,使用壽命提高了 10 倍以上,同時,也因表面膜層 摩擦系數降低后,使機器運行過程中產生的噪音變小。

 6)其它應用 DLC 膜在工模具上的應用其它例子非常多,如:粉末冶金成型模具、塑膠成型模具、引線框彎曲 模具、玻璃片成型模具、鎂合金加工模具、在軸承等。
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