利晟納米簡述無氫DLC涂層有哪些性能優(yōu)勢？

2022-09-05 13:59:03中山市利晟納米科技有限公司

DLC涂層就是類金剛石涂層，是一種以sp3和sp2鍵的形式結(jié)合生成的亞穩(wěn)態(tài)材料，兼具了金剛石和石墨的優(yōu)良特性，具有良好的應(yīng)用性能，如高硬度、高電阻率、高耐磨性能等。類金剛石涂層可分為無氫類金剛石涂層和氫化類金剛石涂層。其中，無氫類金剛石涂層主要有a-C膜和四面體非晶碳薄膜，以sp3鍵碳原子占主導(dǎo)地位構(gòu)成骨架，硬度較高，具備石墨的特性應(yīng)用廣。那么，無氫DLC涂層有哪些性能優(yōu)勢呢？下面，利晟納米小編為大家分享一下相關(guān)知識吧。

一、良好的力學(xué)性能

1、硬度

不同的沉積方法制備的無氫DLC涂層硬度及彈性模量差異很大，用磁過濾陰極電弧法可以制備出硬度達(dá)到甚至超過金剛石的DLC涂層。

采用陰極電弧法制備的無氫DLC涂層至高硬度可達(dá)50GPa以上，而用離子源結(jié)合非平衡磁控濺射法制備的DLC涂層硬度達(dá)21GPa。

涂層內(nèi)的成分對涂層的硬度有一定的影響，Si、N的摻入可以提高無氫DLC涂層的硬度。

2、彈性模量

無氫DLC涂層具有較高的彈性模量，雖低于金剛石（110GPa），但明顯高于一般金屬和陶瓷的彈性模量。

彈性模量是指單向應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力除以該方向的應(yīng)變，是描述物質(zhì)彈性的物理量。從宏觀角度來說，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子或分子之間鍵合強(qiáng)度的反映。

3、內(nèi)應(yīng)力

涂層的內(nèi)應(yīng)力是決定涂層的穩(wěn)定性和使用壽命，影響涂層性能的重要因素之一。內(nèi)應(yīng)力過高的無氫DLC涂層容易在應(yīng)用過程中產(chǎn)生裂紋，甚至脫落。因此無氫DLC涂層應(yīng)具有適中的內(nèi)應(yīng)力。

所謂內(nèi)應(yīng)力，是指當(dāng)外部荷載去掉以后，仍殘存在物體內(nèi)部的應(yīng)力。它是由于材料內(nèi)部宏觀或微觀的組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。

4、結(jié)合強(qiáng)度

涂層的結(jié)合強(qiáng)度是是決定涂層的穩(wěn)定性和使用壽命，影響涂層性能的又一重要因素。結(jié)合強(qiáng)度低的無氫DLC涂層在應(yīng)用時容易脫落。

大部分研究表明，直接在基體上沉積的無氫DLC膜的膜/基結(jié)合強(qiáng)度一般比較低，通過采用Ti/TiN/TiCN/TiC中間梯度過渡層的方法可以提高DLC膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度，在模具鋼上沉積無氫DLC膜的結(jié)合強(qiáng)度達(dá)44N-74N，制備的涂層厚度可達(dá)5μm。

二、良好的摩擦性能

無氫DLC涂層不僅具有優(yōu)異的耐磨性，而且具有很低的摩擦系數(shù)，一般低于0.2 ，是一種優(yōu)異的表面抗磨損改性膜。DLC的摩擦系數(shù)隨制備工藝的不同和膜中成分的變化而變化，其摩擦系數(shù)至低可達(dá)0.005。

摻雜金屬元素可能降低其摩擦系數(shù)，環(huán)境也對其摩擦系數(shù)有一定的影響。但總的來說，無氫DLC涂層與傳統(tǒng)的硬質(zhì)涂層(如TiN、TiC、TiAIN等 )相比，在摩擦系數(shù)方面具有明顯優(yōu)勢，因為這些傳統(tǒng)硬質(zhì)涂層的摩擦系數(shù)都在0.4以上。因此,，無氫DLC膜有可能在許多摩擦學(xué)領(lǐng)域替代這些傳統(tǒng)硬質(zhì)涂層。

DLC涂層
三、良好的熱穩(wěn)定性

由于DLC屬于亞穩(wěn)態(tài)的材料，熱穩(wěn)定性差是限制DLC膜應(yīng)用的一個重要因素，在300℃以上退火時即出現(xiàn)了sp3鍵向sp2鍵轉(zhuǎn)變，為此，人們進(jìn)行了大量的工作試圖提高其熱穩(wěn)定性。

有研究發(fā)現(xiàn)：Si的加入可以明顯改善DLC膜的熱穩(wěn)定性，含20 at%Si的DLC膜在740℃退火時才出現(xiàn)sp3鍵向sp2鍵轉(zhuǎn)變[15]。同樣，金屬 (如Ti、W. Cr )的摻入也可提高DLC膜的熱穩(wěn)定性。

熱穩(wěn)定性是指材料的耐熱性，表現(xiàn)為物體在溫度的影響下的形變能力。形變越小，穩(wěn)定性越高。反映物質(zhì)在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的難易程度。

四、良好的耐腐蝕性

純DLC膜具有優(yōu)異的耐蝕性，各類酸、堿甚至王水都很難侵蝕它。但摻雜有其他元素的DLC膜的耐蝕性有所下降，這是由于摻雜的元素首先被侵蝕，從而破壞了膜的連續(xù)性所致。

無氫DLC涂層純度高，含雜質(zhì)元素少，因此具有良好的耐腐蝕性。

耐腐蝕性是指涂層材料抵抗周圍介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力，由材料的成分、化學(xué)性能、組織形態(tài)等因素決定。

五、良好的表面狀態(tài)

無氫DLC涂層表面一般較光潔，對基材的表面光潔度沒有太大的影響，但隨著膜厚的增加，表面光潔度會下降。

不同的沉積方法所得到的DLC涂層表面光潔度也是不同的，采用離子源技術(shù)沉積的DLC膜表面質(zhì)量明顯優(yōu)于電弧離子鍍。

六、良好的抗粘結(jié)性

無氫DLC涂層具有很好的抗粘結(jié)性, 特別是對有色金屬(如銅、鋁、鋅等)，對塑料、橡膠、陶瓷等也有抗粘結(jié)性。

以上就是無氫DLC涂層有哪些性能優(yōu)勢的相關(guān)內(nèi)容介紹。通過上述內(nèi)容可知，無氫DLC涂層的各項性能都很優(yōu)異，因此具有普遍的應(yīng)用性。