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    DLC涂層加工DLC類涂層當中最普遍的是
    發布時間:2019-01-04 瀏覽:

    DLC涂層類金剛石結構硬度高化學惰性強以及透光性好


       DLC涂層類金剛石結構,硬度高,化學惰性強,透光性好。

       DLC涂層表面光滑,摩擦系數低,

       DLC涂層附著力好。


    依托涂層技術可以使機加工后的產品零部件獲得更好的表面機械性能,從而彌補材料本身所不具有的某些特性。

    簡單的說,模具DLC涂層加工降低了成本,提高了效率,由于增加模具的使用壽命,從而降低了成本,減少了停機時間。除此之外,模具能在干燥或最低潤滑情況下使用,節省了操作及工藝成本。鑒于效率,涂層模具和穩定性能在更高生產率的情況下運行,從而提高了單位時間產量。

    對于發動機和機械部件,涂層通過降低磨損來降低磨擦和改善品質,在醫療裝置領域中,涂層提供更長的服務時間,可被用來進行顏色編碼,降低工具反射,減小鉆孔工作溫度,以免骨器在高溫下受損。

    模具和部件是如何進行涂層前準備的?

    進行DLC涂層加工前,部件表面以及內孔需要極端的清潔。清潔過程是一個基本的環節,它決定了零件和模具涂層的粘著性和性能。在使用指定程序的涂層前, ionbond 對所有部件進行清洗,并支持客戶討論模具的最佳需求,從而確保高品質。

    涂層表面的光潔度受什么影響?

    我們的涂層過程將給零件和模具增加微米級的厚度。涂層一般遵循模具的表面質量,并不是按裝填和整平運行,依據加工過程,零件或許有少量的粗糙現象,在這種情況下,需要極度的光滑表面處理,如果客戶需要的話,需進行后序涂層拋光。

    什么樣的零件和模具形狀能被涂層?

    cvd 和 adlc 過程涂固定在涂層室的模具,含有一致,均勻的零件涂層,包括許多內孔,而在 pvd 過程中,模具必須固定,為的是確保在所須表面的涂層均勻分布。在多數情況下,模具在涂層旋轉(從單轉到三倍旋轉),這樣是為了達到均勻的覆蓋面和厚度, pvd 涂層內孔局限于開孔直徑深度。

    涂層影響零件形狀和材料的性能嗎?

    在所有情況下,涂層增加了零件的厚度(等同于涂層厚度),鑒于材料性能,加工溫度決定零件形狀是否受到影響。 cvd 涂層加工溫度一般在 800 ℃ ~1000 ℃。特定材料在 cvd 涂層后將需要重新熱處理。 pvd 涂層的加工溫度一般在 250 ℃ ~600 ℃,大多數零件能保證原由的尺寸公差。在有些情況下, pvd 涂層在溫度低于 70 ℃的情況下,沉積避免損壞有塑料制成的零件。 pacvd 過程在溫度低于 700 ℃情況下進行,因此尺寸精度和性能一般不會受影響。

    遮蔽的方法能確保零件的特定部位不被涂層嗎?

    遮蔽的效果主要取決于工藝,對 pvd 工藝來講,遮蔽相對比較容易,而對 pacvd 相對比較困難,而對 cvd 是十分困難的。

    在電子信息模具上的涂層配方設計必須考慮到以下技術要點:

     ?。?)零件裝夾方式、設備的技術能力以確保涂層膜厚均勻,同時必須和客戶討論好模具的尺寸公差和涂層本身的厚度公差(不同的設備、配方、技術能力會導致涂層厚度的公差等級差異較大)。

     ?。?)合理的、正確的前處理方式,清洗方式,專門針對高精度模具的PVD涂層配方,以確保模具涂層的結合強度。必須盡可能的細化涂層晶體尺寸,采用電弧PVD涂層工藝以確保涂層的結合強度。區分模具是以防腐蝕為主要目標,而是以提高模具的耐磨能力為主要目標區別進行涂層類型的選擇,同時考慮到模具的實際工作溫度。區分模具是否對涂層表面的摩擦系數要求很高,脫模問題是否是主要問題而選擇好的后處理工藝和考慮采用模具DLC涂層。

     ?。?)模具材質的選擇和熱處理工藝的選擇,以確保模具經熱處理和精加工后尺寸的穩定性。而對尺寸精度要求很高,對涂層尺寸精度要求很高的模具,采用涂層工藝為180~250度的PaCVD 模具DLC涂層是一種不錯的選擇。

      當然,對于模具涂層,因其應用的復雜性而必須考慮到每一個案例的實際情況,進行涂層使用效果測試,根據測試結果對失效模式進行分析,進一步對工藝和配方進行完善和優化。

    DLC涂層得到了優越的發展,DLC涂層的優點也越來越多,其功能也越來越強大?,F今時尚界,也大量出現DLC涂層的身影。

    DLC涂層具有很高的硬度(HV2500),優良的耐磨性能,摩擦系數極低(低至0.06),膜層2um 厚,當基體結合力很強 

    具有優良的耐蝕性,能耐各種酸等,對金屬、塑料、橡膠、陶瓷等均有良好的抗粘結和防咬合性能 。


    1、DLC涂層力學性能


    a.硬度及彈性模量。不同的沉積方法制備的DLC膜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到甚至超過金剛石的DLC膜[10],廣州有色金屬研究院用陰極電弧法制備的DLC膜最高硬度可達50GPa以上,而用離子源結合非平衡磁控濺射法制備的DLC膜硬度達21GPa[11]。膜層內的成分對膜層的硬度有一定的影響, Si、N的摻入可以提高DLC膜的硬度。DLC膜具有較高的彈性模量,雖低于金剛石(1100GPa),但明顯高于一般金屬和陶瓷的彈性模量。


    b.內應力和結合強度。薄膜的內應力和結合強度是決定薄膜的穩定性和使用壽命,影響薄膜性能的兩個重要因素,內應力高和結合強度低的DLC膜容易在應用中產生裂紋、褶皺,甚至脫落,所以制備的DLC膜最好具有適中的壓應力和較高的結合強度。大部分研究表明,直接在基體上沉積的DLC膜的膜/基結合強度一般比較低,廣州有色金屬研究院通過采用Ti/TiN/TiCN/TiC中間梯度過渡層的方法提高DLC膜與基體的結合強度,在模具鋼上沉積DLC膜的結合強度達44N-74N[12],制備的膜導總體厚度可達5um。


    2、摩擦性能


    DLC膜不僅具有優異的耐磨性,而且具有很低的摩擦系數,一般低于0.2,是一種優異的表面抗磨損改性膜。DLC的摩擦系數隨制備工藝的不同和膜中成分的變化而變化,其摩擦系數最低可達0.005[13]。摻雜金屬元素可能降低其摩擦系數,但加入H能提高潤滑作用,環境也對摩擦系數有一定的影響。但總的來說,DLC膜與傳統的硬質薄膜(如上述的TiN、TiC、TiAlN等)相比,在摩擦系數方面具有明顯優勢,這些傳統硬質薄膜的摩擦系數都在0.4以上。國此,DLC膜有可能在許多摩擦學領域替代這些傳統硬膜。廣州有色金屬研究院制備的摻金屬DLC膜具有良好的抗摩擦磨損性能及低達0.13-0.15的摩擦系數[14]。


    3、DLC涂層熱穩定性


    由于DLC屬亞穩態的材料,熱穩定性差是限制DLC膜應用的一個重要因素,在300?C以上退火時即出現了sp3鍵向sp2鍵轉變,為此,人們進行了大量的工作試圖提高其熱穩定性。有研究發現:Si的加入可以明顯改善DLC膜的熱穩定性,含20 at%Si的DLC膜在740?C退火時才出現sp3鍵向sp2鍵轉變[15]。同樣,金屬(如Ti、W、Cr)的摻入也可提高DLC膜的熱穩定性,我們正在對這方面進行研究。


    4、耐腐蝕性


    純DLC膜具有優異的耐蝕性,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性所致。


    5)表面狀態


    DLC膜表面一般較光潔,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膜表面光潔度也是不同的,廣州有色金屬研究院采用離子源技術沉積的DLC膜表面質量明顯優于電弧離子鍍。


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


    DLC涂層是屬于亞穩態的材料



    涂層包含有很多不同的涂層組分和生產工藝

    DLC涂層的顯微結構,實際上,DLC涂層是指一個涂層種類,其包含有很多不同的涂層組分和生產工藝。

    熱敏性鋼涂層

    在DLC涂層的眾多種類中,有一種較為常見的Me-DLC涂層,長久以來在產業領域有著廣泛的應用。

    Me-DLC涂層具有很低的內應力,因此,該種涂層具有很好的涂層結協力。Me-DLC涂層中可以加進多種元素,如Ti、Nb、Ta和B等,但目前最常用的方法是加進鎢元素(W),形成W-DLC(也可以是W-C:H或者a-C:H:W)。由于與其他元素相比,W-DLC涂層具有相對較低的摩擦系數(通常在0.1~0.2,干式),從而具有很好地耐磨損性能,以及良好的耐轉動接觸疲憊性能。

    含氫DLC涂層

    DLC涂層加工DLC類涂層當中最普遍的是通過各種PA-CVD(等離子輔助CVD,通過射頻、微波或其他等離子激活方式)制備的含氫類DLC。含氫類DLC涂層具有相對高的顯微硬度(一般在2000~3000HV)和極低的摩擦系數(0.05~0.15,干式)。通過PA-CVD方法制備的含氫DLC涂層表面粗糙度非常低。最近,它們已經成為汽車引擎零部件,如梃桿、活塞桿和各種柴油噴射系統零部件涂層的產業標準。

    無氫類DLC涂層

    最近,另一類DLC涂層,ta-C涂層正在越來越引起人們的愛好。由于此類涂層具有非常高的硬度及非常好的耐摩擦性能。另外,無氫類ta-C涂層結合某些潤滑劑能夠明顯減少摩擦,例如在尼桑汽車的發動機氣閥機構上就有此類技術的應用。此類DLC涂層一般通過石墨靶的電弧蒸發來獲得。涂層的特點是具有非常高的硬度值,一般在4000~7000HV,并且幾乎不含氫。所以常把此類涂層叫做無氫類DLC涂層。在ta-C類DLC涂層中,碳原子以類似水晶體4晶點結構(四面體)為主體。

    ta-C涂層的制備

    在不斷的發展中,ta-C類DLC涂層并將其應用到產業領域。目前,除了采用激光電弧技術以外,還可以采用其他方法制備ta-C類 DLC涂層。

    1.直流電弧工藝蒸發石墨靶源

    目前使用傳統的直流電弧工藝來蒸發石墨靶源制取ta-C類DLC涂層的工藝方法已經在最后的優化階段,預計在不遠的將來將實現產業化應用。此工藝應用的投資本錢很低,但是與激光電弧工藝相比,此工藝的驅弧過程很難實現,并導致由此引起的涂層表面粗糙題目。

    2.磁控濺射石墨靶源

    制備DLC涂層的另一種工藝方法是磁控濺射石墨靶源,由此獲得的涂層。在現實環境下這種涂層在大規模產業生產中已經得到了成功地應用,并且獲得很好的效果。通過此工藝沉積的DLC涂層較硬,通??蛇_2000~4000HV,具有非常低的表面粗糙度,并且可以實現無氫類DLC涂層的沉積。

        由于各種先進涂層設備和技術的應用,復合涂層大量開發出來。在光學窗口上先涂敷增透涂層,然后再在最外層涂DLC涂層,不僅提高了透過率而且實現了涂層耐候、耐磨和耐劃傷的功能,有效保護了功能器件,使得DLC被大量的用在可見光和紅外透光光學器件上。

        DLC涂層具有良好的耐磨、減磨特性,是一種優異的表面抗磨損改性膜。DLC膜在在紅外區具有很高的透過率,在可見光區有一定程度的吸收,它的折射率一般在1.5-2.5,受沉積技術的影響而有所不同,根據工藝條件不同而改變。另外,DLC涂層具有優異的抗腐蝕能力,耐酸、耐堿。正是由于DLC的這些特性,DLC一直被廣泛用在紅外窗口器件上,用于保護涂層。

       由于DLC具有良好的光學透過性和適于低溫沉積的特點,因此DLC可以作為由低熔點塑料材料制成的光學部件的表面抗磨損保護層,比如飛機和汽車的窗玻璃、儀器面板、手機屏幕和眼鏡片等。

       在樹脂眼鏡片表面沉積DLC薄膜作為抗磨加硬層,只要很薄一層(<0.1um)就可以顯著提高鏡片的表面硬度,增加耐磨損性,延長鏡片的使用壽命。DLC可使鏡片的可見光透明度提高,并且有效地吸收阻止紫外線,有益于視力的保護。

    DLC涂層的主要作用有以下三點:

    (1)保護作用。鋁合金型材在使用過程中,長期暴露于空氣中,會受到氧、水分、酸物、鹽霧及各種腐蝕性氣體、紫外光線等的侵蝕和破壞。在需要受到保護的工件表面通過一定的涂裝工藝方法形成具有一定厚度的涂層(即保護層),從而起到保護作用。

    (2)裝飾作用。涂料可以配制出多種多樣的顏色,加上涂層平整光亮,甚至可以做出各種立體質感的效果,如錘紋、橘紋、晶紋、絨面等,使產品形成美麗的造型和外觀以及所需要的特種性能,起到美化人類生活環境的作用。

    (3)其他作用。涂層除了具有保護和裝飾作用外,還具有許多特殊的功能,如電絕緣、導靜電、防污、耐熱、耐磨、保溫、反光、防噪聲、減震、防滑、防紫外線等。涂層的這些特殊功能,增強了產品的使用性能,拓寬了產品的適用范圍,使涂層產品在國民經濟領域的應用越來越廣泛。


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