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2、摩擦性能
DLC膜不仅具有优异的耐磨性,而且具有很低的摩擦系数,一般低于0.2,是一种优异的表面抗磨损改性膜。DLC的摩擦系数随制备工艺的不同和膜中成分的变化而变化,其摩擦系数较低可达0.005[13]。掺杂金属元素可能降低其摩擦系数,但加入H能提高润滑作用,环境也对摩擦系数有一定的影响。但总的来说,DLC膜与传统的硬质薄膜(如上述的TiN、TiC、TiAlN等)相比,在摩擦系数方面具有明显优势,这些传统硬质薄膜的摩擦系数都在0.4以上。因此,DLC膜有可能在许多摩擦学领域替代这些传统硬膜。广州有色金属研究院制备的掺金属DLC膜具有良好的抗摩擦磨损性能及低达0.13-0.15的摩擦系数[14]。
3、热稳定性
由于DLC属亚稳态的材料,热稳定性差是限制DLC膜应用的一个重要因素,在300℃以上退火时即出现了sp3键向sp2键转变,为此,人们进行了大量的工作试图提高其热稳定性。有研究发现:Si的加入可以明显改善DLC膜的热稳定性,含20 at%Si的DLC膜在740℃退火时才出现sp3键向sp2键转变[15]。同样,金属(如Ti、W、Cr)的掺入也可提高DLC膜的热稳定性,我们正在对这方面进行研究。
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。