DLC类金刚石也叫非晶金刚石。是一种由碳元素构成、在性质上和钻石类似,同时又具有石墨原子组成结构的物质。类金刚石薄膜(DLC)是一种非晶态薄膜,由于具有高硬度和高弹性模量,低摩擦因数,耐磨损以及良好的真空摩擦学特性,已成为高速钢和硬质合金刀具的理想涂层材料,也可广泛应用于机械、工模具、刀具、汽车、电子、光学、生物医学、航空航天等行业。
1、耐磨性
DLC膜不仅具有优异的耐磨性,而且具有很低的摩擦系数,一般低于0.2,是一种优异的表面抗磨损改性膜。DLC的摩擦系数随制备工艺的不同和膜中成分的变化而变化,其摩擦系数可达0.005。掺杂金属元素可能降低其摩擦系数,但加入H能提高润滑作用,环境也对摩擦系数有一定的影响。
2、硬度高
DLC薄膜具有很高的硬度,不同的沉积方法制备的DLC薄膜硬度差异很大,尤其是用激光溅射或磁过滤阴极电弧法制备出的DLC薄膜,其硬度高达70-110GPa,与金刚石相当。
3、耐腐蚀性
纯DLC膜具有优异的耐蚀性,各类酸、碱甚至王水都很难侵蚀它。但掺杂有其他元素的DLC膜的耐蚀性有所下降,这是由于掺杂的元素首先被侵蚀,从而破坏了膜的连续性所致。作为机化学涂层,在运用中存有很大的可能触碰一些酸碱性物料,而dlc涂层的优良性能能够很好的应对这些物质。
4、摩擦性
DLC膜与传统的硬质薄膜(如上述的TiN、TiC、TiAlN等)相比,在摩擦系数方面具有明显优势,这些传统硬质薄膜的摩擦系数都在0.4以上。因此,DLC膜有可能在许多摩擦学领域替代这些传统硬膜。制备的掺金属DLC膜具有良好的抗摩擦磨损性能及低达0.13-0.15的摩擦系数。
5、抗粘结性
dlc膜具有很好的抗粘结性,特别是对有色金属(如铜、铝、锌等),对塑料、橡胶、陶瓷等也有抗粘结性。DLC膜表面一般较光洁,对基材的表面光洁度没有太大的影响,但随着膜厚的增加,表面光洁度会下降。不同的沉积方法所得到的dlc膜表面光洁度也是不同的,采用离子源技术沉积的DLC膜表面质量明显优于电弧离子镀。
6、电学性能
DLC薄膜具有优异的电学性能,一般来说,含氢DLC薄膜电阻率比不含氢的DLC薄膜的高,可能是由于氢稳定了薄膜中sp3相的缘故。由于DLC中的sp2相和薄膜的电阻率有直接的关系,因此沉积工艺和离子束的能量都对DLC薄膜层电阻率有着很大的影响。
二、dlc涂层的缺点
1、昂贵的成本
与一些传统涂层和材料相比,dlc涂层的制备成本较高。制备dlc涂层所需的设备和工艺较为复杂,这可能使其在一些应用中不太经济实用。
2、需要特殊技术
dlc涂层的制备和应用需要特殊的技术和设备。制备过程需要严格控制制备条件,包括温度、气氛和沉积速率等,以获得高质量的涂层。因此,涂层的应用可能需要额外的投资和培训。
3、对制备条件的敏感性
dlc涂层的性能受到制备条件的影响。不同的制备条件可能导致涂层的结构、硬度和附着力等方面的差异。因此,确保适当的制备条件对于获得优质的dlc涂层至关重要。
4、脆性和厚度限制
dlc涂层的结构相对脆性,对于大幅度的形变和撞击可能会发生剥落。此外,由于涂层的厚度通常较薄,一些应用中可能存在对涂层厚度的限制。
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