Что такое алмазоподобное углеродное покрытие? Вот что должны знать дизайнеры продуктов

Вы разработчик продукции и хотите создавать детали или компоненты, которые будут контактировать с другими деталями или узлами, или планируете создавать продукты, которые будут подвергаться воздействию агрессивных химикатов или окружающей среды? Если это так, вы должны выбрать материал с высокими характеристиками износостойкости и химической стойкости.

Однако, несмотря на то, что некоторые конструкционные материалы обладают впечатляющей износостойкостью и химическими свойствами, эти материалы обычно не обходятся дешево. Поэтому ведущие разработчики и производители продуктов улучшают свойства обычных металлов, используя специальные процессы обработки поверхности, такие как алмазоподобное углеродное покрытие.

Алмазоподобное углеродное покрытие (DLC) образуется при ионизации, а разложившийся углерод попадает на поверхность подложки при высокой энергии. Это покрытие улучшает свойства подложки (такие как стойкость к истиранию, коррозионная стойкость и коэффициент трения), что делает их идеальными для широкого спектра применений.

В этой статье мы вернемся к основам алмазоподобного покрытия. Мы также рассмотрим типы и области применения этих покрытий в нескольких отраслях. Начнем!

Рис. 1. Металлическая подложка с алмазоподобным углеродным покрытием

Понимание алмазоподобного покрытия

Когда вы впервые слышите фразу «алмазоподобное покрытие», вы, вероятно, задаетесь вопросом, как обрабатывается алмаз (одно из самых твердых известных природных веществ) для использования в качестве материала покрытия.

Но не стоит так думать о DLC. Вместо этого вы хотите подумать о важном химическом элементе, который делает алмазоподобное покрытие таким уникальным, — углероде. Углерод является четырехвалентным, что означает, что у него есть четыре электрона, доступных для образования связей с другими атомами. Количество образованных связей и расположение этих связей определяют свойства, которыми будет обладать углеродное соединение.

Например, молекулярная структура алмаза состоит из нескольких атомов углерода, у которых есть четыре электрона, образующих молекулярные связи с другими атомами углерода. Напротив, атомы углерода в молекулярной структуре графита используют только три из этих электронов для образования молекулярных связей друг с другом. Это небольшое изменение делает кристаллы алмаза очень твердыми, а графиты очень мягкими.

Рисунок 2:Молекулярная связь в алмазе и графите Источник:WikiMedia Commons

Алмазоподобная углеродная пленка в основном состоит из атомов углерода, таких как алмаз и графит. Однако пленка DLC сочетает в себе атомную структуру алмаза и графита, что означает, что она содержит несколько атомов углерода и использует три и четыре электрона атомов для образования молекулярных связей. В результате DLC обладает сочетанием свойств алмаза и графита.

Характеристики алмазоподобного покрытия

Низкий коэффициент трения №1

Коэффициент трения (также называемый коэффициентом трения) – это безразмерное число, которое инженеры используют для описания того, насколько хорошо материал (или продукт) сопротивляется трению при скольжении по другой поверхности.

Покрытия DLC имеют очень низкий коэффициент трения в диапазоне от 0,015 до 0,2. В результате детали (или узлы) с DLC-покрытием обычно требуют меньше энергии для поддержания процесса (или механической операции). Это делает их чрезвычайно полезными в приложениях, где вам необходимо перемещать детали, например в автомобильной промышленности, механических мастерских и аэрокосмической промышленности.

Подробнее:Как производители изготавливают детали для аэрокосмической отрасли.

Отличная стойкость к истиранию №2

Истирание описывает износ (истирание или стирание) частей материала из-за трения. Обычно это нежелательно и неизбежно при механических операциях. Единственный обходной путь — найти материал с высокой стойкостью к истиранию для конкретного применения.

Металлы с DLC-покрытием обладают более высокой стойкостью к истиранию по сравнению с обычными металлами. Чтобы дать вам представление об уровне стойкости DLC-покрытий к истиранию, давайте рассмотрим рисунок 3, на котором показано испытание на стойкость к истиранию двух металлов.

Рис. 3. Испытание на износостойкость (или истирание) материала с алмазоподобным углеродным покрытием

Предположим, что первая металлическая деталь не имеет дополнительного покрытия, а другая металлическая часть имеет DLC-покрытие. В таком случае, если вы воздействуете индентором на два материала (с одинаковым усилием), вы заметите, что поверхность с DLC-покрытием царапается не так сильно, как поверхность без покрытия. Благодаря этой уникальной характеристике детали с DLC-покрытием можно использовать в быстроизнашивающихся деталях автомобильных двигателей, форсунках и ювелирных изделиях.

#3 Стойкость к коррозии

DLC-покрытия обладают коррозионной стойкостью, что делает их идеальными в тех случаях, когда детали будут подвергаться воздействию влажной или агрессивной среды (например, трубопроводы и компоненты аэрокосмической промышленности).

#4 Эстетика

Покрытие DLC отличается от других типов покрытий тем, что оно защищает металлические детали от агрессивных сред, практически не изменяя эстетический вид детали. Кроме того, вы можете получить привлекательный цветовой диапазон от антрацитового до глубокого черного, используя процесс покрытия DLC.

Типы DLC-покрытия

Покрытия DLC бывают разных типов, в зависимости от металла (или неметалла), добавленного в их химическую структуру. Например, DLC-покрытия, легированные металлами, представляют собой просто DLC-сплавы с такими металлами, как титан, молибден, вольфрам, алюминий и хром. Напротив, типы DLC, легированные неметаллами, включают кремний-DLC, фтор-DLC и азот-DLC.

Рисунок 4:DLC-покрытие, легированное кремнием, на металлической подложке

Выбор идеального легированного алмазоподобного покрытия зависит от ваших требований. Например, покрытия DLC на основе титановых сплавов идеально подходят для медицинских применений благодаря их превосходным трибологическим свойствам, био- и химической инертности. Напротив, DLC-покрытия на основе кремниевых сплавов идеально подходят для режущих инструментов, блоков цилиндров, поршней и шестерен.

Рис. 5. Детали поршня и цилиндра с DLC-покрытием

К счастью, ведущие механические мастерские, такие как Gensun, обычно предлагают своим клиентам консультационные услуги по обработке поверхности.

Услуги по нанесению покрытий DLC:Gensun может помочь

Gensun является ведущим поставщиком услуг по механической обработке в Азии. Мы не только используем самые современные производственные технологии для изготовления ваших деталей, но также предлагаем высококачественные услуги по отделке поверхности, такие как алмазоподобное углеродное покрытие DLC. Наши инженеры, механики и специалисты по контролю качества работают вместе, чтобы ваш продукт был сделан правильно.

Узнайте больше о наших услугах по отделке поверхностей.