類金剛石高耐磨鍍膜技術(shù)（DCL摩擦膜)

一項(xiàng)黑科技即將誕生，金屬表面摩擦?xí)@人的減少40% DLC摩擦膜 (7).jpg

What？

沒錯，就是這個！

空手捏煤球，自帶高溫、高壓，然后➔➔Bling Bling的大鉆石！

來自美國能源部阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員（研究摩擦、磨損、潤滑以及材料計(jì)算機(jī)的科學(xué)家們）。近期，他們運(yùn)用同樣的原理，發(fā)現(xiàn)了具有革命性的有自愈功能的類金剛石鍍膜，這種鍍膜是在高溫、高壓下運(yùn)作的汽車引擎中試驗(yàn)產(chǎn)生的。而這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，將會對未來的發(fā)動機(jī)的效率和耐久性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 DLC摩擦膜 (5).jpg

測試結(jié)果表明，這種DLC摩擦膜減小了25%-40%的摩擦，并將磨損量減小到了一個不可測的值。而這項(xiàng)研究結(jié)果已發(fā)表在“自然”雜志上了。（研究全文鏈接地址見文末）

先上一段小視頻：

類金剛石 DLC(Diamond-like carbon)介紹

DLC是一種由碳元素構(gòu)成、在性質(zhì)上和鉆石類似，同時又具有石墨原子組成結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。類金剛石薄膜（DLC）是一種非晶態(tài)薄膜，由于具有高硬度和高彈性模量，低摩擦因數(shù)，耐磨損以及良好的真空摩擦學(xué)特性，很適合于作為耐磨涂層，從而引起了摩擦學(xué)界的重視。

目前制備DLC薄膜的方法很多，不同的制備方法所用的碳源以及到達(dá)基體表面的離子能量不同，沉積的DLC 膜的結(jié)構(gòu)和性能存在很大差別，摩擦學(xué)性能也不相同。

圖：DLC鍍膜齒輪

DLC主要性能

1、力學(xué)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(dá)到甚至超過金剛石的DLC膜，而用離子源結(jié)合非平衡磁控濺射法制備的DLC膜硬度達(dá)21GPa。膜層內(nèi)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(nèi)應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度。薄膜的內(nèi)應(yīng)力和結(jié)合強(qiáng)度是決定薄膜的穩(wěn)定性和使用壽命，影響薄膜性能的兩個重要因素，內(nèi)應(yīng)力高和結(jié)合強(qiáng)度低的DLC膜容易在應(yīng)用中產(chǎn)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(yīng)力和較高的結(jié)合強(qiáng)度。大部分研究表明，直接在基體上沉積的DLC膜的膜/基結(jié)合強(qiáng)度一般比較低。

2、摩擦性能

DLC膜不僅具有優(yōu)異的耐磨性，而且具有很低的摩擦系數(shù)，一般低于0.2，是一種優(yōu)異的表面抗磨損改性膜。DLC的摩擦系數(shù)隨制備工藝的不同和膜中成分的變化而變化，其摩擦系數(shù)最低可達(dá)0.005。摻雜金屬元素可能降低其摩擦系數(shù)，但加入H能提高潤滑作用，環(huán)境也對摩擦系數(shù)有一定的影響。

但總的來說，DLC膜與傳統(tǒng)的硬質(zhì)薄膜（如上述的TiN、TiC、TiAlN等）相比，在摩擦系數(shù)方面具有明顯優(yōu)勢，這些傳統(tǒng)硬質(zhì)薄膜的摩擦系數(shù)都在0.4以上。因此，DLC膜有可能在許多摩擦學(xué)領(lǐng)域替代這些傳統(tǒng)硬膜。

3、熱穩(wěn)定性

由于DLC屬亞穩(wěn)態(tài)的材料，熱穩(wěn)定性差是限制DLC膜應(yīng)用的一個重要因素，在300?C以上退火時即出現(xiàn)了sp3鍵向sp2鍵轉(zhuǎn)變，為此，人們進(jìn)行了大量的工作試圖提高其熱穩(wěn)定性。

4、耐腐蝕性

純DLC膜具有優(yōu)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(xù)性所致。

5、表面狀態(tài)

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。DLC膜具有很好的抗粘結(jié)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(jié)性。

機(jī)械功能領(lǐng)域應(yīng)用

1、鉆頭、銑刀

DLC膜可以應(yīng)用于鉆頭和銑刀上，特別是摻雜金屬的DLC膜，它不僅具有高的硬度，還具有低的摩擦系數(shù)、抗有色金屬粘結(jié)。荷蘭的Hauzer公司制備的摻金屬DLC膜層，用于切削高強(qiáng)度鋁合金時，能減少表面所謂的切屑瘤（BUE）。結(jié)果是延長工具的壽命并使工件材料在切削后表面光滑。特別是在干切削和深孔加工方面，膜層性能非常好。