DLC涂层自诞生以来就得到广泛应用,可以涂覆于刀具等加工产品表面,增强工具性能,延长使用寿命,提高加工效率;另外,还可以作为装饰、防腐材料使用,增强物品的外部美观性,增强亮度与色泽。但是,在DLC涂层加工过程中,还是存在一些突出问题,例如膜基结合力差,这一点在刀具涂层上有重要体现。DLC涂层本身内应力较大并且和硬质合金基底热膨胀系数不同,这都会导致膜基结合力变差或者涂层脱落。因此,提高DLC涂层基结合力势在必行。下面,小编为大家分享一下提高DLC涂层膜基结合力有哪些方法吧。
1.机械处理
机械处理是将基材表面进行打磨、抛光等方法,以改善表面的光洁度和平整度。这种处理方式可以增加 DLC涂层与基材之间的接触面积,提高结合力。同时,机械处理还可以去除表面的氧化物和杂质减少涂层的缺陷,进一步提高结合力。
2.化学处理
化学处理是利用化学方法对基材表面进行处理,以改善其表面化学性质。常见的化学处理方法包括酸洗、碱洗等。这些处理能够清除表面的氧化物和污染物,增加表面的活性,有利于 DLC涂层的附着和结合力的提高。
3.热处理
热处理是通过加热基材,改变其晶体结构和化学成分,从而影响DLC 涂层的结合力。热处理可以使基材表面形成一层致密的氧化物膜,提供更好的结合界面。此外,热处理还可以减少涂层与基材之间的残余应力,降低涂层剥离的风险,提高结合力。
4.离子注入
离子注入是将离子注入基材表面,改变其表面化学成分和晶体结构从而提高 DLC 涂层的结合力。离子注入可以增加表面的活性位点提供更多的结合点,增强涂层与基材的结合力。此外,离子注入还可以改善基材表面的机械性能,提高涂层的附着力。
5、酸蚀法除钴
通过酸与Co发生化学反应来除去基底表面的钴。酸的种类、浓度、温度、刻蚀时间对沉积DLC膜的结合力都有重要的影响。单纯用酸处理硬质合金基底表面不仅可以除钴,并且会在基底表面形成许多孔隙,会降低类金刚石膜的粘附性能。采用两步法,先用Murakami溶液浸蚀WC相,后用Caro'sacid (H2SO4+H2O2)除钴,增加了基底的表面粗糙度,有利于类金刚石的成核,类金刚石膜与基底的结合力大大提高。
6、添加过渡层
在沉积DLC涂层之前,在硬质合金基底上沉积一层或多层过渡层,不仅可以抑制钴的扩散,促进DLC膜的生长,而且可以减缓膜基界面的应力突变,提高膜基结合力。常用的过渡层有Si、TiN、TiC/Ti、CrC/Cr、CrN等。
7、表面喷砂处理
硬质合金基体经320目白刚玉砂粒喷砂处理后,膜基结合力可达60N,比未喷砂处理时结合力提高了一倍。其主要原因有:
1)经喷砂处理后的基底表面接触角变小,成核热力势垒能也随之减小,热力势垒能的减小有利于PVD过程中离子团簇的生长和形核。
2)表面附着强度较低的WC相被去除,且表面粗糙度增加,有利于成核和增加膜基结合力。
3)经喷砂处理后的硬质合金基底上沉积的DLC膜的内应力减小。
喷砂处理,是一种工件表面处理的工艺。采用压缩空气为动力,以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需处理工件表面,使工件表面的外表或形状发生变化。由于磨料对工件表面的冲击和切削作用,使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度,使工件表面的机械性能得到改善,因此提高了工件的抗疲劳性,增加了它和涂层之间的附着力,延长了涂膜的耐久性。
8、掺杂金属元素
对DLC涂层进行金属掺杂(钨,钛,银,铬等)能降低涂层的内应力,提高膜基结合力。
DLC涂层作为一种优秀的表面处理技术,在各个领域都有广泛的应用。而DLC涂层的结合力是影响其使用寿命和性能的重要因素。通过合适的表面处理技术,如机械处理、化学处理、热处理和离子注入,能够有效提高 DLC 涂层的结合力。这些表面处理技术能够改善基材表面的物理和化学性质,增加涂层与基材之间的结合面积和结合点,减少涂层的缺陷和剥离风险,从而提高 DLC 涂层的结合力和使用寿命。在实际应用中,应根据具体情况选择合适的表面处理技术,以达到最佳的结合效果。
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