O combinație unică de duritate extremă și frecare scăzută pentru o rezistență superioară la uzură

În universul filmelor subțiri rezistente la uzură, carbonul asemănător diamantului ( DLC ) acoperirile au apărut ca soluția ideală pentru aplicațiile tribologice solicitante în care componentele sunt supuse unor sarcini mari sau supuse frecării extreme, uzării și contactului cu alte părți. În aceste tipuri de medii, doar duritatea ridicată a unei acoperiri DLC – împreună cu un coeficient scăzut de frecare corespunzător – poate împiedica piesele să se piseze, să se ușureze, să se blocheze și, în cele din urmă, să se defecteze pe teren.

Aplicațiile pe scară largă pentru acoperirile DLC includ rulmenți și angrenaje planetare pentru autovehicule de performanță și curse la turbinele eoliene; lame de tăiere din oțel inoxidabil și pompe cu piston pentru prelucrarea alimentelor; și componente de alunecare în operațiunile de umplere și îmbuteliere. Acoperirile sunt, de asemenea, o tehnică dovedită pentru modernizarea pieselor rotative critice ale acționărilor hidraulice, sistemelor de injecție de combustibil, etanșărilor mecanice, pompe și supape.

Pentru mulți, acoperirile DLC sunt acoperiri cu carbon amorf hidrogenat (a-C: H), dar aceasta este o concepție greșită, deoarece pot fi proiectate înalt pe baza conținutului de hidrogen (hidrogenat sau fără hidrogen), selectarea unor elemente dopante metalice și nemetalice suplimentare. , prezența substraturilor și alegerea metodelor de depunere și lipire.

Împreună, acești factori pot fi controlați cu precizie pentru a crea o gamă largă de acoperiri DLC aplicate subțire (de obicei 1 până la 5 μm) cu o duritate de 8 – 80 GPa sau mai mare (diamantul este cel mai dur material cunoscut la 70–150 GPa). În plus, coeficientul de frecare dorit, finisarea suprafeței și chiar temperatura de aplicare pot fi, de asemenea, manipulate.

Datorită gamei largi de atribute personalizabile posibile în cadrul categoriei, acoperirile DLC pot juca un rol important în ingineria componentelor încă din primele etape ale procesului de proiectare.

Acoperiri cu carbon amorf hidrogenat

Cel mai cunoscut tip de acoperire DLC, carbonul amorf hidrogenat (a-C:H), este cel mai adesea aplicat prin depunere chimică de vapori asistată de plasmă (PACVD). Această metodă de depunere provoacă o reacție chimică prin excitarea și ionizarea plasmei care creează o duritate a acoperirii de aproximativ 15-30 GPa, care se află la capătul inferior al acoperirilor DLC.

Cu toate acestea, un strat de carbon amorf hidrogenat poate fi manipulat în continuare prin dopaj, care este un proces de adăugare de elemente chimice pentru a modifica proprietățile de performanță. Siliciul, oxigenul sau metalele pot fi toate folosite ca elemente de dopaj pentru a obține rezultate diferite.

Acoperiri DLC fără hidrogen

O alternativă la DLC hidrogenat este o acoperire DLC fără hidrogen care oferă o duritate și mai mare, împreună cu un coeficient de frecare foarte scăzut.

Aceste acoperiri pot fi aplicate în cele mai solicitante medii, inclusiv vehicule de înaltă performanță pentru zonele de frecare, uzură și contact ridicate ale motorului și ale trenului de supape. Acoperirea poate fi utilizată pe sistemul de injecție a combustibilului, arborele cu came, știfturile pistonului, supapele, dispozitivele de ridicare și suporturile de degete, unde există presiune de contact și viteze de alunecare ridicate. Pe lângă vehicule, acoperirea este ideală pentru utilizarea pieselor pompelor hidraulice, etanșărilor mecanice și componentelor supapelor de înaltă presiune.

Majoritatea acoperirilor fără hidrogen sunt aplicate folosind o metodă de depunere fizică în vapori (PVD) prin evaporare cu arc, care produce carbon amorf tetraedric sau ta-C. Cu un nivel ridicat de legături tetraedrice (în cea mai mare parte 50-60%), se obține o rezistență substanțial mai mare la uzura abrazivă în comparație cu alternativele a-C: H.