冲压模具镀DLC

针对机械零部件行业此低温技术更具有其它PVD真空镀膜技术所无法比拟的优点,可广泛运用在汽车零部件,如发动机部件及其它部件,及其它需要耐磨损及防腐蚀的场合,此市场更是广阔。

1、力学性能
a.硬度及弹性模量。不同的沉积方法制备的DLC膜硬度及弹性模量差异很大，用磁过滤阴极电弧法可以制备出硬度达到甚至**过金刚石的DLC膜[10]，广州有色金属研究院用阴极电弧法制备的DLC膜较高硬度可达50GPa以上，而用离子源结合非平衡磁控溅射法制备的DLC膜硬度达21GPa[11]。膜层内的成分对膜层的硬度有一定的影响， Si、N的掺入可以提高DLC膜的硬度。DLC膜具有较高的弹性模量，虽低于金刚石（110GPa），但明显**一般金属和陶瓷的弹性模量。
b.内应力和结合强度。薄膜的内应力和结合强度是决定薄膜的稳定性和使用寿命，影响薄膜性能的两个重要因素，内应力高和结合强度低的DLC膜容易在应用中产生裂纹、褶皱，甚至脱落，所以制备的DLC膜较好具有适中的压应力和较高的结合强度。大部分研究表明，直接在基体上沉积的DLC膜的膜/基结合强度一般比较低，广州有色金属研究院通过采用Ti/TiN/TiCN/TiC中间梯度过渡层的方法提高DLC膜与基体的结合强度，在模具钢上沉积DLC膜的结合强度达44N-74N[12]，制备的膜导总体厚度可达5um。
类金刚石碳（Diamond-like carbon，DLC）是存在有七种不同的形式，却表现出一些金刚石特性的无定形碳。由于它的一些特性，它通常被用作其它材料的涂层材料。所有的七种形式都拥有大量sp杂化的碳原子。它们属于不同类型的原因是，即使是金刚石也被发现有两种晶型：其中较常见的一种是立方晶体，而较不常见的一种(蓝丝黛尔石)是六方晶体。通过在纳米尺度结构的不同方法混合这些晶型，类金刚石涂层可以同时拥有非晶、有弹性，且是纯sp杂化连接的"金刚石"。其中较硬、较强、较光滑的是被称为 四面体非晶碳（ta-C）的一种混合物。例如，仅仅2微米厚度的ta-C涂层可以增加常规 (例如304型)不锈钢针对磨料磨损的抵抗力，从而增加其在这类使用中的寿命从1周到85年不等。这种ta-C可以被认为是"纯"形式的类金刚石碳，因为它仅仅由sp连接的碳原子组成。一些填料例如氢，石墨sp杂化碳，以及金属，被用在其它六种类金刚石碳中，以减少生产费用或者增加其它的一些性能。这些种类的类金刚石几乎可以用在任何具有兼容真空环境的材料中。在2006年，欧盟内的外包类金刚石涂层市场估计市值达约三千万欧元。2011年11月，每日科学杂质报告说斯坦福大学的研究人员已经在**高压的条件下制造出了一种超硬的非晶金刚石，它并没有金刚石的晶体结构，却拥有碳的轻质量。

类金刚石碳(Diamond-like Carbon，DLC)中除无定型结构的碳之外，还包含有少量的金刚石微晶、石墨微晶等，其物理性能与金刚石非常相似。由于制备类金刚石的原料为碳氢化合物，因此在类金刚石中除碳外，还含有较多的碳-氢基团;随其中碳-氢基团的种类和数量不同，类金刚石的性质亦有较大变化
盘模具辅助冲模
(3)芯轴
DLC膜的耐磨减摩及耐腐蚀性，可**提高齿轮、芯轴等运动部件的使用性能及寿命。图3为广州有色金属研究院制备的DLC膜层芯轴，其寿命延长了3倍以上，耐腐蚀性提高4倍以上。
(4)刀片上的应用
现在DLC也在各种刀片如剪刀、刮胡刀等上的应用。DLC膜减小了刀片与皮肤的摩擦，改善了刀片的性能，延长了使用寿命。图4为广州有色金属研究院开发的DLC膜理发剪刀片，利用DLC膜优越的摩擦性能，明显提高刀片的使用寿命，特别是降低表面摩擦系数后，减小噪音，非常受用户欢迎。
(5)关键零部件上的应用
DLC膜在许多关键零部件也能发挥其优良的性能，如在制成式斯特林制冷机的活塞上的应用（如图5）利用其低的摩擦系数，降低摩擦力，提高耐磨性，达到无油润滑及使用寿命要求。
在缝纫机配件-旋梭上镀DLC膜（如图6）替代原来的电镀硬铬处理，不但避免了污染环境的问题，而且，明显提高工件表面硬度及耐磨性，使用寿命提高了10倍以上，同时，也因表面膜层摩擦系数降低后，使机器运行过程中产生的噪音变小。
(6)其它应用
DLC膜在工模具上的应用其它例子非常多，如：粉末冶金成型模具、塑胶成型模具、引线框弯曲模具、玻璃片成型模具、镁合金加工模具、在轴承等。
天然生成的金刚石常常发现有几乎纯结晶形式的立方取向的sp杂化的碳原子。有时候它们会有一些缺陷或者是杂质原子，这使它们有一定的颜色，但是晶格仍然是立方结构而且键合仍然是纯粹的sp杂化。立方晶型的内部能量比六方晶型要略低，而且就从熔融材料中生长速率而言，无论是自然形成还是合成金刚石都足够的慢，使得晶格有时间以较低的能量（立方）生长，从而使sp杂化的碳原子成为可能。相比之下，类金刚石碳是由具有高能量前驱碳（例如等离子体、阴极电弧沉积、溅射沉积以及离子束沉积）在相对冷的表面上快速冷却或淬火而成。在这些情况下，立方晶格和六方晶格被一层层的随机混合，因为在碳原子被“冻结”在材料表面之前并没有足够的结晶生长的时间。非晶类金刚石涂层可以导致没有长程晶格有序。没有长程有序就没有脆性断裂平面，因此涂层会比较有弹性、对基底材料的形状有适应性，同时和金刚石一样硬。事实上，这种性质已经被用来研究类金刚石碳在纳米尺度上的原子间磨损。

无定形碳虽然不与人体组织形成化学键合，但允许人体软组织长入碳的空隙，形成牢固结合，碳周围的人体软组织可迅速再生，有人认为无定形碳具有诱发组织生长的作用。由于无定形碳*特的表面组成和表面结构，与血液长期接触引起的凝血作用非常小，不会诱发血栓，因而广泛应用作心血管材料。

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