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類金剛石碳涂層 涂料系列隨時可以應對最苛刻的高磨損應用挑戰
2020年02月27日    閱讀量:407    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

類金剛石碳涂層 涂料系列隨時可以應對最苛刻的高磨損應用挑戰 中國建材網,cnprofit.com

在耐磨薄膜領域中,類金剛石碳(DLC)涂層已成為要求苛刻的物理應用的理想解決方案,這些物理應用要求組件承受高負載或承受極高的摩擦,磨損以及與其他零件的接觸。在這些類型的環境中,只有DLC涂層的高硬度以及相應的低摩擦系數,才可以防止零件出現點蝕,磨損,卡住甚至最終在現場失效。


DLC涂層的廣泛應用包括性能卓越的汽車和賽車,以及風力渦輪機的軸承和行星齒輪;用于食品加工的不銹鋼切割刀片和活塞泵;以及灌裝和裝瓶操作中的滑動組件中國建材網cnprofit.com。涂層也是一種行之有效的技術,可用于升級液壓驅動器,燃油噴射系統,機械密封,泵和閥門中的關鍵旋轉部件。


對于許多人來說,DLC涂層是氫化非晶碳(aC:H)涂層,但這是一個誤解。DLC系列中的涂層可以根據氫含量(氫化或無氫),其他金屬和非金屬摻雜元素的選擇,子層的存在以及沉積和鍵合方法的選擇進行高度設計。


總之,可以精確地控制這些因素,以創建范圍廣泛的薄涂層(通常為1至5μm)DLC涂層,其硬度為8 – 80 GPa或更高(金剛石是70–150 GPa已知最難的材料)。另外,還可以控制所需的摩擦系數,表面光潔度甚至施加溫度。


由于該類別中可能存在廣泛的可定制屬性,因此從設計過程的最早步驟開始,DLC涂層就可以在組件工程中發揮重要作用。


Oerlikon Balzers的Florian Rovere博士說:“涂層是具有高度工程設計性能的復雜設計元素,該公司為北美和世界各地的零件生產專用DLC涂層。可以非常專門地定制屬性,以滿足不同操作條件下的性能要求。因此,涂層不應是事后設計,而應成為組件最初如何充分利用可能性以實現最大系統性能的關鍵要素。”


歐瑞康類金剛石碳涂層氫化非晶碳涂層

最廣為人知的DLC涂層類型是氫化無定形碳(aC:H),通常是通過等離子體輔助化學氣相沉積(PACVD)進行涂覆的。這種沉積方法通過等離子體激發和電離引起化學反應,從而產生大約15-30 GPa的涂層硬度,這在DLC系列的下端。


但是,氫化非晶碳涂層可以通過摻雜進一步處理,這是添加化學元素以改變性能的過程。


硅,氧或金屬都可以用作摻雜元素以達到不同的結果。


當配對或滑動零件需要較低的摩擦系數,或有助于從型腔或模具中釋放物品時,硅摻雜可能是合適的方法。這將形成aC:H:Si涂層,涂層硬度為15-20 GPa。使用硅和氧摻雜,還可以實現高電阻率和化學惰性。


這種DLC涂層的應用包括承受滑動耐磨性的組件或需要表面具有較高潤滑性的組件。硅摻雜的DLC涂層通常應用于塑料注射模和頂針,吹塑零件以及半導體晶圓處理設備。歐瑞康巴爾查斯的所有DLC涂層均具有生物相容性和食品安全性,是醫療器械和食品加工的理想解決方案。


“我們的一位食品加工客戶改變了他們生產的餅干的配方,以使它們對消費者更健康,” Rovere解釋說。“他們使用aC:H DLC涂層來使沖頭和沖模更加耐磨,但是在改變配方并造成一些問題之后,它開始更加粘連。我們能夠通過另一種選擇BALINIT DYLYN解決該問題,BALINIT DYLYN是一種摻有硅和氧的DLC涂層。


還有其他涂層體系結構。摻入鎢后,會產生更具延展性的碳化鎢碳(Me-C:H)涂層,非常適合齒輪應用,承受高表面壓力且可能會磨合零件的球軸承和動力傳動系統需要。另一方面,如果需要更硬的表面,Rovere說可以用鉻代替鎢。


無氫DLC涂層

氫化DLC涂料的替代品是無氫基涂料系列,可提供更高的硬度以及非常低的摩擦系數。


這些涂料可在最苛刻的環境中使用,包括用于車輛和發動機與氣門機構的高摩擦,磨損和接觸區域的高性能車輛。該涂層可用于燃料噴射系統,凸輪軸,活塞銷,氣門,挺桿和手指從動件上,在這些地方接觸壓力和滑動速度較高。除車輛外,該涂料還是液壓泵零件,機械密封件和高壓閥部件的理想選擇。


大多數無氫涂料是使用物理氣相沉積(PVD)的方法通過電弧蒸發來施加的,該方法會產生四面體無定形碳或ta-C。與aC:H替代品相比,具有高含量的四面體鍵(大多數為50-60%),可獲得更高的耐磨性。


ta-C涂層的典型硬度高達60 GPa,是長期承受極端操作力的組件的極佳選擇,包括軸和密封件必須在摩擦會導致其過熱和摩擦的摩擦環境中工作。失敗。


歐瑞康類金剛石碳涂層從歷史上看,無氫涂料尤其是ta-C沉積所面臨的挑戰是,施涂過程中會產生小液滴,這些液滴會導致較粗糙的表面光潔度。結果,涂料制造商必須完成二次拋光工藝以使表面光滑。由于其硬度,這是一個耗時且昂貴的過程,需要專用設備。


為了解決這個問題,使用過濾陰極電弧沉積方法生產了一些無氫DLC,其中電磁過濾器去除了大多數液滴。盡管這會產生更光滑的表面,但仍然經常需要進行第二步拋光,并且對于相同的涂層厚度,處理時間會更長。


當需要更平滑的表面時,可以使用由歐瑞康巴爾查斯(Oerlikon Balzers)開發的專有可擴展脈沖功率等離子體(S3p)技術來涂覆無氫DLC涂層。


S3p是一種獨特的高功率脈沖磁控濺射(HiPIMS)技術,可以將電弧蒸發和濺射方法的優點結合在一起。非常密集的等離子體產生具有高附著力(與電弧蒸發相當的水平)的硬質涂層。同時,由于濺射過程的特性,它可以形成光滑的涂層,在這種涂層中,原子從靶材或源材料中噴出。


該涂層是在相對較低的溫度下施加的,遠低于200攝氏度,而其他DLC涂層則高達350攝氏度,這使其可以應用到更廣泛的材料面板上,從而有效地粘合到鋁和鋼基材上。


使用S3p工藝BALIQ CARBOS涂覆的無氫DLC涂層包括摩擦學應用,高端裝飾部件,醫療器械和其他小型精密工具。


規模最大的是通過CVD工藝(化學氣相沉積)在微晶和納米晶選項中施加的金剛石涂層,其額定值為80-100 GPa。這種涂層主要用于高度專業化的工具,用于切割高要求的材料,例如碳增強纖維材料,并且不再提供低摩擦的好處。


涂層作為設計元素

考慮到DLC涂層涉及的變量數量眾多,Rovere表示,OEM必須更好地理解選擇范圍非常重要,以便他們可以在考慮經濟性的同時為應用選擇理想的解決方案。


Rovere說:“涂層實際上是經過設計以實現特定特性的層的體系結構。” “涂層是逐層構建的,著重于粘合,硬度和表面。通過修改每種材料的特性,我們可以在DLC涂料系列中創建非常廣泛的表面解決方案。”


“通過將零件涂上DLC涂層,不僅表面硬度和耐用性得到了提高,而且即使有必要,根本零件的失效可能性也很小,” Rovere補充道。“結果,即使在摩擦,磨損和接觸壓力高的最苛刻環境中,維護和意外停機時間也大大減少了。”


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