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0510-88276101DLC 膜的主要性能
發(fā)布時間：2019-03-27瀏覽次數(shù)：載入中...來源：http://onlinehealth.com.cn/
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，用陰極電弧法制備的 DLC 膜較高硬度可達(dá) 50GPa 以上，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 膜建議具有適中的壓應(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，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(jié)合強(qiáng)度，在模具鋼上沉積 DLC 膜的結(jié)合強(qiáng)度達(dá) 44N-74N，制備的膜導(dǎo)總體厚度可達(dá) 5微米。
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)較低 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。國此，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攝氏度 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。有研 究發(fā)現(xiàn)：Si 的加入可以明顯改善 DLC 膜的熱穩(wěn)定性，含 20 at%Si 的 DLC 膜在 740攝氏度 退火時才 出現(xiàn) sp3 鍵向 sp2 鍵轉(zhuǎn)變。同樣，金屬（如 Ti、W、Cr）的摻入也可提高 DLC 膜的熱穩(wěn)定性， 我們正在對這方面進(jìn)行研究。
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，用離子源技術(shù)沉積的 DLC 膜表面質(zhì)量明顯優(yōu)于電弧離子鍍。 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。
DLC 膜在機(jī)械功能領(lǐng)域上的應(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，用于切削強(qiáng)度高 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。廣州有色金屬研究院也進(jìn)行了 在銑刀上鍍 TiAlN+DLC 膜，在加工有色金屬時明顯提高使用壽命及加工質(zhì)量。
2）光盤模具及其輔助模具 光盤模具是生產(chǎn) CD、CDR、DVD 的重要工具，為了減少它與母盤（鎳盤）的摩擦，希望模具 表面硬且摩擦系數(shù)小，目前，國外大多采用 DLC 膜層，有效提高了模具的壽命和盤片的質(zhì)量，同 時在其輔助模具上鍍 DLC 膜，其壽命也達(dá)到了配套使用的要求。 鍍膜之后有硬度高，摩擦系數(shù)低，耐磨，耐腐蝕，抗粘結(jié)性好且環(huán)保等特點(diǎn)。 盤模具輔助沖模
3）芯軸 DLC 膜的耐磨減摩及耐腐蝕性，可提高齒輪、芯軸等運(yùn)動部件的使用性能及壽命。
4）刀片上的應(yīng)用 現(xiàn)在 DLC 也在各種刀片如剪刀、刮胡刀等上的應(yīng)用。DLC 膜減小了刀片與皮膚的摩擦，改善了刀 片的性能，延長了使用壽命。
5）關(guān)鍵零部件上的應(yīng)用 DLC 膜在許多關(guān)鍵零部件也能發(fā)揮其優(yōu)良的性能，如在制成式斯特林制冷機(jī)的活塞上的應(yīng)用利用其低的摩擦系數(shù)，降低摩擦力，提高耐磨性，達(dá)到無油潤滑及使用壽命要求。 在縫紉機(jī)配件-旋梭上鍍 DLC 膜替代原來的電鍍硬鉻處理，不但避免了污染環(huán)境的問 題，而且，明顯提高工件表面硬度及耐磨性，使用壽命提高了 10 倍以上，同時，也因表面膜層 摩擦系數(shù)降低后，使機(jī)器運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪音變小。
6）其它應(yīng)用 DLC 膜在工模具上的應(yīng)用其它例子非常多，如：粉末冶金成型模具、塑膠成型模具、引線框彎曲 模具、玻璃片成型模具、鎂合金加工模具、在軸承等。
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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，用陰極電弧法制備的 DLC 膜較高硬度可達(dá) 50GPa 以上，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 膜建議具有適中的壓應(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，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(jié)合強(qiáng)度，在模具鋼上沉積 DLC 膜的結(jié)合強(qiáng)度達(dá) 44N-74N，制備的膜導(dǎo)總體厚度可達(dá) 5微米。
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)較低 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。國此，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攝氏度 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。有研 究發(fā)現(xiàn)：Si 的加入可以明顯改善 DLC 膜的熱穩(wěn)定性，含 20 at%Si 的 DLC 膜在 740攝氏度 退火時才 出現(xiàn) sp3 鍵向 sp2 鍵轉(zhuǎn)變。同樣，金屬（如 Ti、W、Cr）的摻入也可提高 DLC 膜的熱穩(wěn)定性， 我們正在對這方面進(jìn)行研究。
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，用離子源技術(shù)沉積的 DLC 膜表面質(zhì)量明顯優(yōu)于電弧離子鍍。 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。
DLC 膜在機(jī)械功能領(lǐng)域上的應(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，用于切削強(qiáng)度高 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。廣州有色金屬研究院也進(jìn)行了 在銑刀上鍍 TiAlN+DLC 膜，在加工有色金屬時明顯提高使用壽命及加工質(zhì)量。
2）光盤模具及其輔助模具 光盤模具是生產(chǎn) CD、CDR、DVD 的重要工具，為了減少它與母盤（鎳盤）的摩擦，希望模具 表面硬且摩擦系數(shù)小，目前，國外大多采用 DLC 膜層，有效提高了模具的壽命和盤片的質(zhì)量，同 時在其輔助模具上鍍 DLC 膜，其壽命也達(dá)到了配套使用的要求。 鍍膜之后有硬度高，摩擦系數(shù)低，耐磨，耐腐蝕，抗粘結(jié)性好且環(huán)保等特點(diǎn)。 盤模具輔助沖模
3）芯軸 DLC 膜的耐磨減摩及耐腐蝕性，可提高齒輪、芯軸等運(yùn)動部件的使用性能及壽命。
4）刀片上的應(yīng)用 現(xiàn)在 DLC 也在各種刀片如剪刀、刮胡刀等上的應(yīng)用。DLC 膜減小了刀片與皮膚的摩擦，改善了刀 片的性能，延長了使用壽命。
5）關(guān)鍵零部件上的應(yīng)用 DLC 膜在許多關(guān)鍵零部件也能發(fā)揮其優(yōu)良的性能，如在制成式斯特林制冷機(jī)的活塞上的應(yīng)用利用其低的摩擦系數(shù)，降低摩擦力，提高耐磨性，達(dá)到無油潤滑及使用壽命要求。 在縫紉機(jī)配件-旋梭上鍍 DLC 膜替代原來的電鍍硬鉻處理，不但避免了污染環(huán)境的問 題，而且，明顯提高工件表面硬度及耐磨性，使用壽命提高了 10 倍以上，同時，也因表面膜層 摩擦系數(shù)降低后，使機(jī)器運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪音變小。
6）其它應(yīng)用 DLC 膜在工模具上的應(yīng)用其它例子非常多，如：粉末冶金成型模具、塑膠成型模具、引線框彎曲 模具、玻璃片成型模具、鎂合金加工模具、在軸承等。
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