DLC 涂层实现耐磨性主要基于以下几个方面:
1.高硬度
DLC 涂层具有较高的硬度,其硬度值可与金刚石相媲美。例如,用激光溅射或磁过滤阴极电弧法制备出的 DLC 薄膜,硬度高达 70 - 110GPa。这种高硬度使得涂层在受到摩擦时,能够抵抗外界物体的侵入和刮擦。就像金刚石可以用来切割玻璃一样,DLC 涂层的高硬度使其在摩擦过程中,不易被其他相对较软的材料磨损。
当两个物体相互摩擦时,硬度较低的物体表面容易被硬度较高的物体刮下材料。而 DLC 涂层作为高硬度的防护层,能够在摩擦接触中保持自身结构的完整性,从而减少磨损。
2.低摩擦系数
DLC 涂层的摩擦系数很低,一般低于 0.2,最低可达 0.005。这意味着在摩擦过程中,涂层与对偶材料之间的摩擦力较小。当一个物体在另一个物体表面滑动时,摩擦力是导致磨损的重要因素之一。
以机械部件中的滑动轴承为例,在轴与轴承的接触面上,如果涂覆有 DLC 涂层,由于其低摩擦系数,在轴转动过程中,涂层与轴之间的摩擦力就会很小。这样可以减少因摩擦产生的热量和材料的损耗,进而提高耐磨性。而且,低摩擦系数还能降低对偶材料表面的磨损,因为较小的摩擦力对对偶材料的破坏作用也较弱。
3.良好的化学稳定性
DLC 涂层具有优异的化学稳定性,纯 DLC 膜各类酸、碱甚至王水都很难侵蚀。在一些恶劣的工作环境中,如存在腐蚀性介质的情况下,这种化学稳定性可以防止涂层被化学物质腐蚀而产生结构变化。
例如,在化工设备中,许多部件会接触到各种酸碱溶液。如果这些部件表面涂覆有 DLC 涂层,涂层可以抵御酸碱溶液的侵蚀,保持其原有的物理和机械性能。即使在长期的摩擦过程中,也不会因为被化学物质腐蚀而降低其耐磨性。
4.结构紧密性
DLC 涂层的结构相对紧密。在微观层面,其原子之间的结合力较强,碳原子之间形成稳定的化学键,这种紧密的结构使得涂层在受到摩擦外力时,不容易出现原子的脱落或结构的松散。
就像一堵紧密堆砌的砖墙,每一块砖(原子)都牢固地结合在一起,当有外力作用时,砖墙(涂层)能够保持稳定,不会轻易出现砖块(原子)的掉落,从而维持其耐磨性能。
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