在耐磨薄膜领域，类金刚石(DLC)涂层已成为高负载或与其他部件发生极端摩擦、磨损和接触的苛刻物理应用的理想解决方案。在这些类型的环境中，只有DLC涂层的高硬度——以及相应的低摩擦系数——才能防止零件在现场产生点蚀、擦伤、卡住并最终失效。
DLC涂料的广泛应用包括性能汽车和赛车，风力涡轮机轴轴承和行星齿轮;食品加工用不锈钢切割刀片和柱塞泵;以及灌装和装瓶操作中的滑动部件。该涂层也是一种成熟的技术，用于升级液压驱动、燃油喷射系统、机械密封、泵和阀门等关键旋转部件。
对于许多人来说，DLC涂料是氢化无定形碳(a- c:H)涂料，但这是一种误解。DLC家族中的涂层可以根据氢含量(氢化或无氢)、额外金属和非金属掺杂元素的选择、子层的存在以及沉积和结合方法的选择进行高度工程设计。
综合这些因素，可以精确控制，以创建广泛的薄涂(通常为1 ~ 5 μm) DLC涂层，硬度为8-80 GPa或更高(金刚石是已知最坚硬的材料，70-150 GPa)。此外，所需的摩擦系数，表面光洁度甚至应用温度也可以被操纵。
由于DLC涂料具有广泛的可定制属性，因此从设计过程的最初步骤开始，DLC涂料就可以在组件工程中发挥重要作用。
Oerlikon Balzers公司的Florian Rovere博士说:“涂层是一种非常复杂的设计元素，具有高度的工程性能。Oerlikon Balzers公司为北美和世界各地的组件生产专门的DLC涂层。“这些性能可以非常特别地进行定制，以满足不同操作条件的性能要求。因此，涂层不应该是设计后才考虑的问题，而应该是组件最初如何设计的关键元素，以充分利用最大系统性能的可能性。”
氢化非晶碳涂层
最广为人知的DLC涂层类型是氢化无定形碳(a-C:H)，最常通过等离子辅助化学气相沉积(PACVD)应用。这种沉积方法通过等离子体激发和电离引起化学反应，产生的涂层硬度约为15-30 GPa，属于DLC家族的低端。
然而，氢化非晶碳涂层可以通过掺杂进一步操纵，这是一个添加化学元素来改变性能的过程。
硅、氧或金属都可以用作掺杂元素，以达到不同的效果。
当配对或滑动零件需要较低的摩擦系数时，或为了帮助从腔体或模具中释放物品，硅掺杂可以是一个合适的方法。这就形成了a- c:H:Si涂层，涂层硬度为15-20 GPa。用硅和氧掺杂也可以达到高电阻率和化学惰性。
这种类型的DLC涂层的应用包括受滑动磨损或那些需要更大的润滑表面的组件。掺硅DLC涂料常应用于塑料注射模具和引脚、吹塑件和半导体晶圆处理设备。
Oerlikon Balzers的所有DLC涂层都是生物相容性和食品安全的，这使他们成为医疗器械和食品加工的理想解决方案。
罗维里解释说:“我们的一个食品加工客户改变了他们生产的饼干的配方，使其对消费者更健康。”“他们使用a-C:H DLC涂层使冲头和模具更耐磨，但在配方改变后，它开始更粘，并产生了一些问题。我们用另一种方法解决了这个问题，BALINIT DYLYN，这是一种掺杂硅和氧的DLC涂层。
还有其他的涂层体系结构。当掺有钨时，就会产生一种更具韧性的碳化钨碳(Me-C:H)涂层，它是齿轮应用、球轴承和动力传动系统的理想选择，这些应用都受高表面压力的影响，并且可能需要零件磨合。另一方面，如果需要更硬的表面，Rovere说铬可以代替钨。
氢气DLC膜
氢化DLC涂层的另一种选择是一个无氢基涂层家族，它提供更高的硬度和非常低的摩擦系数。
这些涂层可以应用在最苛刻的环境中，包括高性能车辆的高摩擦、磨损和接触区域的发动机和气门机构。该涂层可用于燃油喷射系统、凸轮轴、活塞销、阀门、升降器和手指跟随器，在有高接触压力和滑动速度的地方。除车辆外，该涂层也非常适合用于液压泵部件、机械密封和高压阀门部件。
大多数无氢涂层使用电弧蒸发物理气相沉积(PVD)的方法，产生四面体无定形碳，或ta-C。由于具有高水平的四面体键(多数为50-60%)，与a- c:H替代品相比，该材料获得了更高的耐磨性。
ta-C涂层的典型硬度高达60gpa，是长期暴露在极端操作力下的组件的绝佳选择，包括必须在摩擦环境下工作的轴和密封，摩擦可能导致它们过热和失效。
无氢涂层，特别是ta-C沉积的历史挑战是，应用过程中产生小液滴，有助于粗糙的表面光洁度。因此，涂料制造商必须完成二次抛光过程，以使表面光滑。由于它的硬度，这是一个耗时和昂贵的过程，需要专门的设备。
为了解决这一问题，一些无氢dlc是使用过滤阴极弧沉积法生产的，其中电磁过滤器去除大部分液滴。虽然这可以创造一个更光滑的表面，二次抛光步骤仍然经常需要，和过程时间较长，为相同的涂层厚度。
当需要更光滑的表面时，可以利用Oerlikon Balzers公司开发的专利可扩展脉冲功率等离子体(sdp)技术应用无氢DLC涂层。
sdp是一种独特的高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术，可以看作是电弧蒸发和溅射两种方法优点的结合。非常密集的等离子体产生高附着力的硬涂层(在一个水平可与电弧蒸发)。同时，由于溅射过程的性质，在溅射过程中原子从目标材料或源材料中喷射出来，所以它会产生光滑的涂层。
该涂层在相对较低的温度下应用，远低于200摄氏度，而其他DLC涂层高达350摄氏度，这使得它可以应用于更广泛的材料面板，有效地与铝和钢基板结合。188金宝搏bet官网
BALIQ CARBOS无氢DLC涂层应用于S3p工艺，包括摩擦学应用，高端装饰零件，医疗器械和其他小型精密工具。
在规模的顶端是金刚石涂层应用CVD工艺(化学气相沉积)在微晶和纳米晶的选择，额定80-100 GPa。这种涂层主要用于切割高要求材料的高度专业化工具，如碳增强纤维材料，不再提供低摩擦的好处。188金宝搏bet官网
涂料作为设计元素
Rovere表示，考虑到DLC涂料涉及的变量数量，oem必须更好地了解可选方案的范围，以便在考虑经济因素的同时，为应用选择理想的解决方案。
Rovere说:“涂层是一种有效的层结构，旨在实现特定的性能。”“涂层是一层一层地构建的，重点是结合、硬度和表面。通过修改每种材料的性能，我们可以在DLC涂料家族中创建非常广泛的表面解决方案。”
Rovere补充说:“通过应用DLC涂层，不仅提高了部件的表面硬度和耐久性，而且关键部件的失效可能性也大大降低了。”因此，即使在高摩擦、磨损和接触压力等最苛刻的环境中，维护和意外停机时间也大大减少。”
有关Oerlikon Balzers及其DLC表面解决方案家族的更多信息，请访问www.oerlikon.com/balzers/us/en/portfolio/balzers-surface-solutions/．
由奥利康鲍尔泽
