Gabungan unik kekerasan melampau dan geseran rendah untuk rintangan haus yang unggul

Dalam alam semesta filem nipis tahan haus, karbon seperti berlian ( DLC ) salutan telah muncul sebagai penyelesaian ideal untuk menuntut aplikasi tribologi di mana komponen berada di bawah beban yang tinggi atau tertakluk kepada geseran, haus dan sentuhan yang melampau dengan bahagian lain. Dalam jenis persekitaran ini, hanya kekerasan tinggi salutan DLC - bersama-sama dengan pekali geseran rendah yang sepadan - boleh menghalang bahagian daripada berlubang, menggigil, merampas dan akhirnya gagal di lapangan.

Aplikasi meluas untuk salutan DLC termasuk prestasi automotif dan perlumbaan ke galas aci turbin angin dan gear planet; bilah pemotong keluli tahan karat dan pam omboh untuk pemprosesan makanan; dan komponen gelongsor dalam operasi pengisian dan pembotolan. Salutan juga merupakan teknik yang terbukti untuk menaik taraf bahagian berputar kritikal dalam pemacu hidraulik, sistem suntikan bahan api, pengedap mekanikal, pam dan injap.

Bagi kebanyakan orang, salutan DLC adalah salutan karbon amorfus terhidrogenasi (a-C: H), tetapi ini adalah tanggapan yang salah kerana ia boleh direka bentuk secara tinggi berdasarkan kandungan hidrogen (terhidrogenasi atau bebas hidrogen), pemilihan unsur doping logam dan bukan logam tambahan. , kehadiran sub-lapisan dan pilihan kaedah pemendapan dan ikatan.

Bersama-sama, faktor ini boleh dikawal dengan tepat untuk mencipta julat luas salutan DLC yang digunakan secara nipis (biasanya 1 hingga 5 μm) dengan kekerasan 8 – 80 GPa atau lebih tinggi (berlian ialah bahan yang paling sukar diketahui pada 70–150 GPa). Di samping itu, pekali geseran, kemasan permukaan, dan juga suhu aplikasi yang dikehendaki juga boleh dimanipulasi.

Oleh kerana julat luas atribut boleh disesuaikan yang mungkin dalam kategori, salutan DLC boleh memainkan peranan penting dalam kejuruteraan komponen dari langkah terawal proses reka bentuk.

Salutan karbon amorf terhidrogenasi

Jenis salutan DLC yang paling terkenal, karbon amorf terhidrogenasi (a-C: H), paling kerap digunakan melalui pemendapan wap kimia berbantukan plasma (PACVD). Kaedah pemendapan ini menyebabkan tindak balas kimia melalui pengujaan plasma dan pengionan yang menghasilkan kekerasan salutan kira-kira 15-30 GPa, yang berada di hujung bawah salutan DLC.

Walau bagaimanapun, salutan karbon amorf terhidrogenasi boleh dimanipulasi lebih lanjut melalui doping, yang merupakan proses menambah unsur kimia untuk mengubah sifat prestasi. Silikon, oksigen atau logam semuanya boleh digunakan sebagai unsur doping untuk mencapai hasil yang berbeza.

Salutan DLC bebas hidrogen

Alternatif kepada DLC terhidrogenasi ialah salutan DLC berasaskan bebas hidrogen yang memberikan kekerasan yang lebih tinggi bersama-sama dengan pekali geseran yang sangat rendah.

Salutan ini boleh digunakan dalam persekitaran yang paling mencabar, termasuk kenderaan berprestasi tinggi untuk kawasan geseran tinggi, haus dan sentuhan enjin dan kereta api injap. Salutan boleh digunakan pada sistem suntikan bahan api, aci sesondol, pin omboh, injap, pengangkat, dan pengikut jari, di mana terdapat tekanan sentuhan tinggi dan kelajuan gelongsor. Selain kenderaan, salutan ini sesuai digunakan untuk bahagian pam hidraulik, pengedap mekanikal dan komponen injap tekanan tinggi.

Kebanyakan salutan bebas hidrogen digunakan menggunakan kaedah pemendapan wap fizikal (PVD) dengan penyejatan arka yang menghasilkan karbon amorfus tetrahedral, atau ta-C. Dengan tahap ikatan tetrahedral yang tinggi (kebanyakannya 50-60%), rintangan haus kasar yang jauh lebih tinggi dicapai berbanding dengan alternatif a-C: H.