Võib-olla olete seda näinud kõrgekvaliteedilise-kella korpusel, seda on kasutatud automootori kolvitihvtidel või isegi alumiiniumsulamite lõikamiseks mõeldud freesil. See on üleni must, on sile, kuid on üllatavalt kõva.
Mis täpselt on DLC? Kuna mõlemad on mustad, siis mis vahe on vesinikku{0}}sisaldavatel ja vesinikuvabadel{1}}versioonidel? Miks muutub selle hõõrdetegur maagiliselt ümber, kui keskkond muutub?
Üks, mis on DLC? Süsiniku "skisofreenia".
DLC tähendab Diamond{0}}Like Carbon. Tõlge on lihtne: süsinik, mis on nagu teemant.
Miks kirjeldatakse seda kui teemant "nagu" kui teemant?
Kuna süsinik on "kahepoolne"{0}}element.
Kui süsinikuaatomid on tihedalt kokku pakitud (sp3 sidemed), on see teemant, looduses kõige kõvem aine.
Kui süsinikuaatomid on lõdvalt virnastatud (sp2-sidemed), on see grafiit, mis on pehme ja libe.
DLC-katete puhul on huvitav nende amorfne struktuur. Neil ei ole fikseeritud kristallilist kuju; selle asemel on need hodgepodge{1}}, mis sisaldavad nii kõva teemantsidemeid (sp3) kui ka libisevaid grafiitsidemeid (sp2).
Lühidalt: DLC ühendab sunniviisiliselt teemandi "kõvaduse" grafiidi "libedusega". Mida suurem on sp3 sisaldus, seda raskem see on; mida suurem on sp2 sisaldus, seda väiksem on hõõrdetegur.
Kaks, DLC perekond: mitu tüüpi on olemas?
Kuigi need kõik tunduvad mustad, eristavad eksperdid DLC-sid erinevatesse klassidesse. Praegu keskendub tööstuse kõige levinum klassifikatsioon peamiselt sellele, kas need sisaldavad vesinikku või mitte.
1. Vesinikku-sisaldav DLC (a-C:H) – klassikaline universaal
See on praegu turul kõige levinum DLC tüüp. Tavaliselt toodetakse seda CVD-ga (keemiline aurustamine-sadestamine) või magnetron-pihustamine süsivesinikgaasidega (nagu atsetüleen või metaan).
Omadused: Mõõdukas kõvadus (1000-2500 HV), väga madal hõõrdetegur ja hea sitkus.
Puudused: vesinikuaatomite olemasolu tõttu on sellel halb temperatuuritaluvus. Üle 300–400 kraadi vesinikuaatomid pääsevad välja, põhjustades katte grafitiseerumise ja isegi ebaõnnestumise.
Kasutusalad: autoosad, laagrid ja üldised dekoratiivkatted.
2. Vesiniku-vaba DLC (ta-C) – tõeline "kõva pähkel"
See kate valmistatakse tavaliselt filtreeritud katoodkaarkeevituse (FCVA) või HiPIMS-tehnoloogia abil, tuginedes täielikult süsiniku sihtmärgi pommitamisele ilma süsivesinikgaase.
Omadused: Äärmiselt kõrge sp3 sideme sisaldus (isegi üle 80%), uskumatult kõrge kõvadus (3000-8000 HV, läheneb loodusliku teemandi omale). Äärmiselt sile pind (kui on valmistatud FCVA-ga).
Puudused: Äärmiselt suur sisemine pinge; kilekiht on nagu tihedalt venitatud vedru ja liiga paksuks tehes on see kalduvus spontaansele purunemisele (koorumisele). Tavaliselt on vaja keerukat üleminekukihi disaini.
Kasutusalad: värviliste metallide lõikeriistad (nt alumiiniumi lõikamine, vase lõikamine, tööriista kleepumise vältimine), kolvirõngad, kõvaketta kaitsekihid.
3. Metal-Doped DLC (Me-DLC) – nutikas segisti
Sisepinge vähendamiseks või sitkuse suurendamiseks lisame DLC-sse metalle, nagu volfram (W) ja titaan (Ti).
W-DLC (volframkarbiid): tüüpiline väsimusevastane-kate. Kuigi kõvadus väheneb, suureneb sitkus ja adhesioon. Seda kasutatakse sageli hammasratastel ja see on üks kõvemaid "pehmete kattekihtide" tüüpe, millest me sageli räägime.
Kolmas, hõõrdeteguri "keskkonnaparadoks": kuiv või märg?
See on selle artikli kõige olulisem punkt ja ka see, kuhu paljud algajad kasutajad kergesti komistavad.
Kõik teavad, et DLC-l on madal hõõrdetegur (0,1 või isegi madalam), kuid DLC määrimismehhanism on äärmiselt tundlik keskkonna niiskuse suhtes!
See on intuitiivne nähtus. Pidage meeles järgmist võrdlust:
1. Atmosfäärikeskkonnas (niiskusega, näiteks õhus):
Vesinikku{0}}sisaldav DLC (a-C:H): töötab stabiilselt madala hõõrdeteguriga.
Vesiniku-vaba DLC (ta-C): toimib erakordselt hästi. Veemolekulid adsorbeeruvad ta-C pinnale, passiveerides süsinikuaatomite rippuvaid sidemeid ja moodustades väga õhukese füüsiliselt adsorbeeritud veekile. Sel juhul võib hõõrdetegur olla kuni 0,05.
2. Vaakumkeskkonnas või äärmiselt kuivades gaasides (nt ruumis või kõrge puhtusastmega lämmastikukaitsega):
Vesinikku{0}}sisaldav DLC (a-C:H): hämmastav! Vaakumis migreeruvad vesinikuaatomid katte sisemusest pinnale, toimides ise-määrdeainena, vähendades hõõrdeteguri alla 0,01 (super{4}}määritud olek).
Vesiniku-vaba DLC (ta-C): katastroof! Veemolekulide ja hapniku puudumisel toimivad katkised süsiniksidemed (rippuvad sidemed) ta-C pinnal pisikeste konksudena, muutes need liimikulumisele väga vastuvõtlikuks. Hõõrdetegur võib tõusta 0,5-ni või isegi kõrgemale, mis võib viia täieliku krambini.
Rakenduse tagajärjed
Kui töötate vaakumpumba komponentide või kosmoselaeva mehhanismidega, ärge kunagi kasutage valimatult vesinik{0}}vaba ta-C; vesinik-sisaldav DLC on kuningas.
Kui valmistate lõiketööriistu lõikevedelikus või vormid niiskes õhus, üllatab teid vesiniku -vaba ta-C kulumiskindlus ja madal hõõrdumine.
Neli, kokkuvõte: kuidas valida õige DLC?
DLC ei ole üks kattekiht, vaid kattekihtide perekond.
Consider hardness requirements: For cutting aluminum alloys and graphite electrodes, extremely high hardness and wear resistance are required ->Valige vesinik{0}}vaba t-C.
Consider temperature requirements: For operating environments exceeding 350℃ ->Kasutage vesinikku{0}}sisaldavat DLC-d ettevaatlikult; kaaluge räni-leegeeritud või vesiniku-vaba seeriat.
Consider environmental conditions: Vacuum environment -> Hydrogen-containing DLC is a must; Atmospheric environment ->Mõlemad on vastuvõetavad, kuid ta{0}}C on kulumiskindlam-.
Mõelge värvile: kuigi mõlemad on mustad, on ta{0}C tavaliselt läikiv must (kõrge pinnaviimistluse tõttu), samas kui tavaline magnetronvesinik-sisaldab DLC-d, võib olla hallikas-must või mattmust.
PVD-tehnoloogias pole parimat katet, on ainult kõige "õigem" kate. Kui mõistate keskkonna mõju hõõrdetegurile, saate DLC-st paremini aru kui 80% teie kaaslastest.
