Sự kết hợp độc đáo giữa độ cứng cực cao và độ ma sát thấp cho khả năng chống mài mòn vượt trội

Trong vũ trụ của các màng mỏng chống mài mòn, carbon giống như kim cương ( DLC ) các lớp phủ đã nổi lên như một giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng ma sát yêu cầu nơi các bộ phận chịu tải trọng cao hoặc chịu ma sát cực lớn, mài mòn và tiếp xúc với các bộ phận khác. Trong những loại môi trường này, chỉ có độ cứng cao của lớp phủ DLC - cùng với hệ số ma sát thấp tương ứng - mới có thể ngăn các bộ phận bị rỗ, co giãn, se lại và cuối cùng là hỏng hóc tại hiện trường.

Các ứng dụng rộng rãi cho lớp phủ DLC bao gồm ô tô hiệu suất và chạy đua với ổ trục tuabin gió và bánh răng hành tinh; lưỡi cắt bằng thép không gỉ và máy bơm piston để chế biến thực phẩm; và trượt các thành phần trong hoạt động chiết rót và đóng chai. Các lớp phủ cũng là một kỹ thuật đã được chứng minh để nâng cấp các bộ phận quay quan trọng trong hệ thống truyền động thủy lực, hệ thống phun nhiên liệu, phớt cơ khí, máy bơm và van.

Đối với nhiều người, lớp phủ DLC là lớp phủ carbon vô định hình được hydro hóa (a-C: H), nhưng đây là một quan niệm sai lầm vì chúng có thể được chế tạo dựa trên hàm lượng hydro (hydro hóa hoặc không chứa hydro), việc lựa chọn thêm các nguyên tố pha tạp kim loại và phi kim loại. , sự hiện diện của các lớp con và sự lựa chọn các phương pháp lắng đọng và liên kết.

Cùng với nhau, các yếu tố này có thể được kiểm soát chính xác để tạo ra một loạt các lớp phủ DLC mỏng (thường từ 1 đến 5 μm) với độ cứng từ 8 - 80 GPa hoặc cao hơn (kim cương là vật liệu cứng nhất được biết đến ở 70–150 GPa). Ngoài ra, hệ số ma sát mong muốn, độ hoàn thiện bề mặt và thậm chí cả nhiệt độ ứng dụng cũng có thể được điều chỉnh.

Do có nhiều thuộc tính có thể tùy chỉnh trong danh mục, nên lớp phủ DLC có thể đóng một vai trò quan trọng trong kỹ thuật thành phần từ những bước đầu tiên của quy trình thiết kế.

Lớp phủ carbon vô định hình đã được hydro hóa

Loại lớp phủ DLC được biết đến rộng rãi nhất, carbon vô định hình hydro hóa (a-C: H), thường được áp dụng thông qua quá trình lắng đọng hơi hóa chất có hỗ trợ plasma (PACVD). Phương pháp lắng đọng này gây ra phản ứng hóa học thông qua sự kích thích và ion hóa plasma tạo ra độ cứng của lớp phủ khoảng 15-30 GPa, ở đầu dưới của các lớp phủ DLC.

Tuy nhiên, một lớp phủ carbon vô định hình đã được hydro hóa có thể được chế tác thêm thông qua pha tạp, đây là một quá trình thêm các nguyên tố hóa học để thay đổi các đặc tính hoạt động. Silicon, oxy hoặc kim loại đều có thể được sử dụng làm nguyên tố pha tạp để đạt được các kết quả khác nhau.

Lớp phủ DLC không chứa hydro

Một giải pháp thay thế cho DLC hydro hóa là lớp phủ DLC không chứa hydro cung cấp độ cứng cao hơn cùng với hệ số ma sát rất thấp.

Các lớp phủ này có thể được áp dụng trong các môi trường khắt khe nhất, bao gồm cả các phương tiện hiệu suất cao cho các khu vực tiếp xúc, mài mòn và ma sát cao của động cơ và hệ thống van. Lớp phủ có thể được sử dụng trên hệ thống phun nhiên liệu, trục cam, chốt pít-tông, van, bộ nâng và bộ theo ngón tay, những nơi có áp suất tiếp xúc cao và tốc độ trượt. Ngoài xe cộ, lớp phủ này lý tưởng để sử dụng cho các bộ phận bơm thủy lực, phớt cơ khí và các bộ phận van áp suất cao.

Hầu hết các lớp phủ không chứa hydro được áp dụng bằng phương pháp lắng đọng hơi vật lý (PVD) bằng bay hơi hồ quang tạo ra carbon vô định hình tứ diện, hoặc ta-C. Với mức độ liên kết tứ diện cao (chủ yếu là 50-60%), khả năng chống mài mòn cao hơn đáng kể so với các giải pháp thay thế a-C: H.