ترکیبی منحصر به فرد از سختی شدید و اصطکاک کم برای مقاومت در برابر سایش برتر

در دنیای لایه های نازک مقاوم در برابر سایش، کربن الماس مانند ( DLC ) پوشش‌ها به عنوان راه‌حل ایده‌آل برای کاربردهای تریبولوژیکی که قطعات تحت بارهای زیاد قرار دارند یا در معرض اصطکاک شدید، سایش و تماس با سایر قطعات هستند، ظاهر شده‌اند. در این نوع محیط‌ها، تنها سختی بالای یک پوشش DLC – همراه با ضریب اصطکاک کم مربوطه – می‌تواند از ایجاد حفره، گاز، گرفتگی و در نهایت خرابی قطعات در میدان جلوگیری کند.

کاربردهای گسترده برای پوشش های DLC شامل عملکرد خودرو و یاتاقان های شفت توربین بادی و چرخ دنده های سیاره ای است. تیغه های برش فولاد ضد زنگ و پمپ های پیستونی برای پردازش مواد غذایی؛ و اجزای کشویی در عملیات پر کردن و بطری کردن. این پوشش ها همچنین یک تکنیک اثبات شده برای ارتقاء قطعات حیاتی دوار در درایوهای هیدرولیک، سیستم های تزریق سوخت، مهر و موم های مکانیکی، پمپ ها و شیرها هستند.

برای بسیاری، پوشش‌های DLC، پوشش‌های کربن آمورف هیدروژنه (a-C: H) هستند، اما این یک تصور اشتباه است زیرا می‌توان آن‌ها را بر اساس محتوای هیدروژن (هیدروژنه یا بدون هیدروژن)، انتخاب عناصر دوپینگ فلزی و غیرفلزی اضافی مهندسی کرد. ، وجود لایه های فرعی و انتخاب روش های رسوب گذاری و پیوند.

با هم، این عوامل را می توان دقیقاً برای ایجاد طیف گسترده ای از پوشش های DLC نازک (معمولاً 1 تا 5 میکرومتر) با سختی 8 تا 80 گیگا پاسکال یا بالاتر کنترل کرد (الماس سخت ترین ماده شناخته شده با 70 تا 150 گیگا پاسکال است). علاوه بر این، ضریب اصطکاک مورد نظر، پرداخت سطح و حتی دمای کاربرد نیز قابل دستکاری است.

به دلیل طیف وسیعی از ویژگی‌های قابل تنظیم در این دسته، پوشش‌های DLC می‌توانند نقش مهمی در مهندسی قطعات از اولین مراحل فرآیند طراحی داشته باشند.

پوشش های کربن آمورف هیدروژنه

شناخته شده ترین نوع پوشش DLC، کربن آمورف هیدروژنه (a-C: H)، اغلب از طریق رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PACVD) اعمال می شود. این روش رسوب باعث ایجاد یک واکنش شیمیایی از طریق تحریک پلاسما و یونیزاسیون می شود که سختی پوشش تقریباً 30-15 GPa را ایجاد می کند که در انتهای پایینی پوشش های DLC قرار دارد.

با این حال، یک پوشش کربن آمورف هیدروژنه را می توان از طریق دوپینگ، که فرآیندی برای افزودن عناصر شیمیایی برای تغییر خواص عملکردی است، دستکاری کرد. سیلیکون، اکسیژن یا فلزات همگی می توانند به عنوان عناصر دوپینگ برای دستیابی به نتایج متفاوت استفاده شوند.

پوشش های DLC بدون هیدروژن

جایگزینی برای DLC هیدروژنه، پوشش DLC بدون هیدروژن است که سختی بالاتری را همراه با ضریب اصطکاک بسیار پایین ارائه می دهد.

این پوشش‌ها را می‌توان در سخت‌ترین محیط‌ها، از جمله وسایل نقلیه با عملکرد بالا برای مناطق اصطکاک، سایش و تماس موتور و قطار سوپاپ، اعمال کرد. این پوشش را می توان بر روی سیستم تزریق سوخت، میل بادامک، پین های پیستون، سوپاپ ها، بالابرها و دنبال کننده های انگشتی، جایی که فشار تماس و سرعت لغزش بالا وجود دارد، استفاده کرد. علاوه بر وسایل نقلیه، این پوشش برای استفاده برای قطعات پمپ هیدرولیک، مهر و موم مکانیکی و اجزای شیر فشار بالا ایده آل است.

بیشتر پوشش‌های بدون هیدروژن با استفاده از روش رسوب فیزیکی بخار (PVD) توسط تبخیر قوس الکتریکی اعمال می‌شوند که کربن آمورف چهار وجهی یا ta-C را تولید می‌کند. با سطح بالایی از پیوندهای چهار وجهی (بیشتر 50-60٪)، مقاومت سایشی قابل توجهی در مقایسه با جایگزین های a-C: H به دست می آید.3