豪利OLE777--浅谈DLC薄膜及运用_无锡豪利OLE777真空科技有限公司
seo

聯系我們

0510-88276101

行業新聞

您的當前位置:首頁 > 新聞中心 > 行業新聞

豪利OLE777--淺談DLC薄膜及運用

發布時間:2019-09-10瀏覽次數:載入中...來源:http://yjzdc.com/
世界能源的1/2-1/3消耗于摩擦,機械零件80%失效原因是磨損;因此磨損是材料研究的重要命題;耐磨、減摩材料開發活躍,成為摩擦學研究的重點。摩擦學包括摩擦、磨損和潤滑三部分。

自從上世紀70年代DLC薄膜問世以來,經過幾十年的發展和探索,逐漸形成了現在的物理沉積和化學氣相沉積的DLC(類金剛石涂層)薄膜。 早期的涂層以硬度作為主要指標,往往追求高硬度以獲得較好的抗磨性能。但是這些鍍層的摩擦系數普遍較高,以TiN為例其摩擦系數在干摩擦狀態下一般在0.4以上。高硬度的薄膜往往具有較大的脆性,易剝落、開裂。當前涂層面臨的挑戰不僅應具有長的使用壽命而且有很好的自潤滑功能。近年來,在保證鍍層具有高硬度的前提下減小鍍層摩擦系數的研究成為熱點,耐磨減摩鍍層的概念也隨之引入。

DLC膜的性能
“DLC”是英文“DIAMOND-LIKE CARBON”的縮寫。DLC是一種由碳元素構成、在性質上和鉆石類似,同時又具有石墨原子組成結構的物質。類金剛石薄膜(DLC)是一種非晶態薄膜,由于具有高硬度和高彈性模量,低摩擦因數,耐磨損以及良好的真空摩擦學特性,很適合于作為耐磨涂層,從而引起了摩擦學界的重視。目前制備DLC薄膜的方法很多, 不同的制備方法所用的碳源以及到達基體表面的離子能量不同, 沉積的DLC 膜的結構和性能存在很大差別, 摩擦學性能也不相同。

根據2005年德國工程師學會發布的“碳涂層”標準,DLC薄膜主要分為以下七類:

a-C:非晶碳

ta-C:四面體非晶碳

a-C:Me(Me=W /Ti/Mo/Al等金屬):金屬摻雜非晶碳

a-C:H:含氫非晶碳

ta-C:H:四面體形含氫非晶碳

a-C:H:Me(Me=W /Ti/Mo/Al等金屬):金屬摻雜含氫非晶碳

a-C:H:X(X=Si/O/N/F/B等):改性含氫非晶碳

DLC形式的碳膜因其高硬度、低摩擦系數成為一種具有應用前景的鍍層,但其通常具有較高的內應力因而薄膜沉積的厚度受到限制。類金剛石薄膜通常又被人們稱為DLC薄膜,是英文詞匯Diamond Like Carbon的簡稱,它是一類性質近似于金剛石,具有高硬度,高電阻率。良好光學性能等,同時又具有自身獨特摩擦學特性的非晶碳薄膜。主要包含sp2和sp3兩種雜化鍵,而在含氫的DLC膜中還存在一定數量的C-H鍵。了它作為刀具對鋼鐵材料的加工應用。以sp2雜化為主的高硬度類石墨膜,具有較高的硬度,又有低的摩擦系數,內應力比較小,因而可以沉積相對較厚的膜層,在與鋼鐵材料接觸時不會出現觸媒反應,是一種優異的抗磨減摩鍍層。

DLC膜是一種共價鍵形式的非晶碳材料,它主要以SP2和SP3兩種雜化方式存在,而DLC膜的性質也主要由SP2和SP3鍵的相對含量所決定,由于SP3鍵的含量變化范圍寬,在不同工藝條件下制備的DLC膜的性能也有所不同。

DLC膜的性能包括:低摩擦系數、高耐磨性、高導熱率、高電阻率、高硬度、良好的光學透過性和生物相容性,所以現在被應用在機械、汽車、電子、光學、醫療等領域。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。

DLC膜層運用
提高材料的耐磨性應該從提高硬度,減小摩擦系數兩個方面著手。單純提高材料的硬度并不一定使材料的耐磨性有很大的提高。以商用較多的TiN薄膜為例,硬度在20-30GPa,但其摩擦系數一般在0.5左右,其磨損率在相同試驗條件下比DLC膜高一個數量級。TiN薄膜磨損產生的顆粒引起磨粒磨損,加劇磨損的程度。而DLC膜磨損的產物是微小的C,具有固體潤滑的作用,能夠減小摩擦系數,降低比磨損率。

在工具鍍領域我們實際上主要是利用了DLC的兩大主要性能:

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。 DLC膜在磨損過程中,接觸面存在的摩擦變形在DLC膜表面產生微小的C,從而在摩擦配副的接觸面上形成一層轉移膜,使接觸面成為DLC膜的相互對磨,因而能夠減小摩擦力,提高薄膜的抗磨損性,起到固體潤滑的作用。

高硬度DLC膜具有相對適中的硬度,較低的摩擦系數、低磨損率和優異的抗腐蝕性能。添加Cr元素后,可以調節高硬度類石墨膜的硬度和韌性,并能提高膜基結合強度,Cr含量在一定范圍內,膜基結合強度能夠達到非常理想的結果,而且具有良好的摩擦磨損性能。在一定載荷范圍內,類石墨膜的摩擦系數隨著載荷的提高而降低。DLC膜具有抗磨減摩的特性,是一種具有廣闊應用前景的抗磨減摩鍍層。

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。

PVD涂層技術目前已經應用在活塞環、缸套、活塞銷、挺桿、凸輪等零件來解決表面性能的需求,滿足發動機節能、環保、小型化和生物能源應用帶來的零件過早失效甚至不能使用的境況。目前,歐美發達地區使用CrN、a-C:H:Me或a-C:H涂層提高零部件的使用性能,如柴油噴射器零部件、活塞環、齒輪、軸瓦、活塞銷和氣門已成為零件制造環節中的重要一部分。

汽車零部件:DLC在發動機部件成功應用的是摻雜金屬的DLC(a-C:H:Me),Me-DLC的典型應用是渦輪增壓柴油機燃油噴射器部件和軸承。Me-DLC涂層硬度在1200~2000Hv之間變化,與鋼干磨摩擦系數通常在0.1~0.2之間。Me-DLC涂層的抗沖擊疲勞的能力特別地得到了認可。

切削刀具: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。許多具有延展性的金屬或合金,在切削時容易出現沾粘刀具現象。高溫時更與刀具產生反應造成加工困難,工具壽命減短。像這類的刀具如鍍上DLC膜后可解決問題。鍍有DLC膜的刀具適合用來加工銅合金、鋁鎂合金、陶瓷、碳化鎢、鉛合金、含碳材料(石墨、塑料及復合材料、橡膠)等。但由于碳原子會溶到鐵系材料內,因此不適合用來加工含鐵、鈷、鎳等材料。

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,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。

鐘表的表帶,機芯等都可以沉積DLC涂層,達到耐磨的效果。目前市場上很多高端鐘表品牌推出了不少DLC系列的產品。

同時在汽車零部件上活塞環、缸套、活塞銷、挺桿、凸輪等零件來解決表面性能的需求,滿足發動機節能、環保、小型化和生物能源應用帶來的零件過早失效甚至不能使用的境況。

模具表面上的應用:DLC膜具有高硬度、表面平滑、低磨擦系數、易脫模、耐磨耗、耐酸堿、熱導性佳及低溫制程等特性。材料的高壓沖刷與顆粒很難對其造成損傷,因而遠比其它材料更適合應用在模具的保護上,大幅度地增加模具使用壽命。協助散熱,改善模流性質、增加脫膜性、成型率及復制率,縮短制程時間、提升產品良率、并減少拆模及清模的時間及次數。

特殊的耐腐蝕性應用:DLC膜可以在一些特殊的場合作為耐腐蝕性涂層,可以很好的保護基體。某種類型模具上沉積總厚度為2.5um的DLC膜層后,在100℃的強堿溶液中可以保持10小時以上不腐蝕。

結論
DLC膜具有相對適中的硬度,較低的摩擦系數、低磨損率和優異的抗腐蝕性能。添加Me元素后,可以調節高硬度類石墨膜的硬度和韌性,并能提高膜基結合強度,Me含量在一定范圍內,膜基結合強度能夠達到非常理想的結果,而且具有良好的摩擦磨損性能。在一定載荷范圍內,類石墨膜的摩擦系數隨著載荷的提高而降低。DLC膜具有抗磨減摩的特性,是一種具有廣闊應用前景的抗磨減摩鍍層。
【返回列表】
d54nm67qhW3u9mwbA8isckx5jm9Dh5ioCEs9K75yubC3Ri0ntLIadUGJnlwtFOnqB1U31hoxqSwq3CgUJuu0Nky1tLSzykpMPy+LkKI/70mZkM4fMi7x5IUESOshqFjCRpXk5zJoU6DOtwyR9Y7iUOxZTX8MBfYmgSmI9UeJGpdonf2SPWW/Mmyvmo/TzQrqSeHWGxFhOmt1+zsPAdi6VgDDTwd2o0gD