DLC涂层在耐腐蚀方面的优越性使它在化学工业中有着坚不可摧的地位

    因为DLC涂层在耐腐蚀方面的优越性，所以它在化学工业中有着坚不可摧的地位。 

    DLC涂层的摩擦性能也及其优越，因为其摩擦系数低，在表面抗磨损方面有着优异的功能。其在汽车工业有有着较大的应用领域。 

    通过以上DLC涂层的几个特点，不难看出DLC涂层的发展前景不可限量，拥有极大的发展空间。同时它肯定还存在更多的隐形市场等待我们去发掘。 

    可以说DLC涂层发展的很快，DLC涂层优良的涂层性能使其得以实现工业化生产并得到广泛的应用。这些发展激发了许多科研院所和公司投资进一步的研究并带动了整个产业向将来迈进了一步。

    随着社会工业化的进步和发展，机械化的进程愈演愈烈。DLC涂层是以其良好的热稳定性势必会在机械行业有着大好的前景。  

    我们所谓的DLC涂层其实是一个涂层的种类，其包含很多不同种类的涂层。一下就是我们对DLC涂层不同种类的分析。

热敏性钢涂层

在DLC涂层的众多种类中，有一种较为常见的Me-DLC涂层，长久以来在产业领域有着广泛的应用。

    Me-DLC涂层具有很低的内应力，因此，该种DLC涂层具有很好的涂层结协力。Me-DLC涂层中可以加进多种元素，如Ti、Nb、Ta和B等，但目前最常用的方法是加进钨元素（W），形成W-DLC（也可以是W-C:H或者a-C:H:W）。由于与其他元素相比，W-DLC涂层具有相对较低的摩擦系数（通常在0.1～0.2，干式），从而具有很好地耐磨损性能，以及良好的耐转动接触疲惫性能。

含氢DLC涂层

    DLC类涂层当中最普遍的是通过各种PA-CVD（等离子辅助CVD，通过射频、微波或其他等离子激活方式）制备的含氢类DLC。含氢类DLC涂层具有相对高的显微硬度（一般在2000～3000HV）和极低的摩擦系数（0.05～0.15，干式）。通过PA-CVD方法制备的含氢DLC涂层表面粗糙度非常低。最近，它们已经成为汽车引擎零部件，如梃杆、活塞杆和各种柴油喷射系统零部件涂层的产业标准。

无氢类DLC涂层

   最近，另一类DLC涂层，ta-C涂层正在越来越引起人们的爱好。由于此类涂层具有非常高的硬度及非常好的耐摩擦性能。另外，无氢类ta-C涂层结合某些润滑剂能够明显减少摩擦，例如在尼桑汽车的发动机气阀机构上就有此类技术的应用。此类DLC涂层一般通过石墨靶的电弧蒸发来获得。涂层的特点是具有非常高的硬度值，一般在4000～7000HV，并且几乎不含氢。所以常把此类涂层叫做无氢类DLC涂层。在ta-C类DLC涂层中，碳原子以类似水晶体4晶点结构（四面体）为主体。

   DLC涂层发展至今，其发展速度是非常快，其优良的涂层性能使其得到了更大的生存空间，我们相信于此之后肯定还有更大的发展。

     在你所在的行业，迟早都会发生一些根本性的变化。”在经济景气时期，中小型磨具和工具制造企业的老板们都努力增加产能，以便能够按时交货。而在经济衰退时期，这些企业不再需要增加产能。然而，创新技术能带来更高的产品质量和(或)开拓新的市场。这可能有助于减轻甚至结束危机。

    “ 当你从危机中摆脱困境时，它会很有效率。”借助于具有便携性和柔性的PVD涂层装置，“厂内涂层”(In-House Coating，IHC)无疑是能够实现这一目标最有前途的业务模式之一。

      将专用涂层从通用涂层中分离出来，这一变化使产品更稳定，质量更好，更具创新性和独特性。

      转向新的市场，即从竞争过于激烈的“红海”转向“蓝海”，能够增加盈利，并能加快新投资的回报速度。

      在通往“蓝海”的路途中，制造商应该保留切削刀具产品作为“安全港”，但是，“通往安全港的船只尚未建造好。”

      涂层装置能够沉积任何涂层，从简单的氮化钛、纳米复合涂层、氧化物涂层直到类金刚石碳DLC涂层。

      本文主要介绍该类产品的最新发展，如：氧化物和氮氧化物涂层、DLC涂层以及性能更优异、与纳米复合涂层相结合的TripleCoatings三重涂层。

1 涂层用户关注的重点

“工具制造商都精通切削材料和刀具的几何设计，因此，他们的竞争力将取决于所使用的涂层。”

      由遍及世界各地的通用涂层设备提供的标准涂层不可能帮助企业在竞争中保持领先。为了获得成功，企业需要有独家专用的(定制)涂层以适应特定的加工。只有在自己的IHC中心开发的专用涂层才可能拥有这种专有权和独特性。涂层用户的主要需求证明了这种观点的正确性。

      切削加工的多样性导致涂层种类不断增加。目前已有80多种包含各种化学成分、不同种类的涂层，如果考虑到不同的成分含量，涂层种类甚至超过250种。

2 柔性涂层系统的定义

      只有当满足以下条件时，柔性涂层系统才能被纳入专有生产工艺中：

——具有完备的全套涂层系统。该系统应能提供：

•切削刃和刀具表面的预处理和后处理;

•对工件表面的剥离活化处理;

•清洁靶材;

•质量控制体系。

——该涂层系统对操作人员的专业素质要求不高。

——该涂层系统可在两年内达到成本效益平衡。

——该系统能够沉积传统涂层、高性能涂层以及用于特定加工的专门涂层。

2.1 创新的涂层装置

“创新能力是领跑者与效仿者的分水岭。创新就是在客户最需要时满足其需求。”

π涂层技术的核心是双挡板式旋转阴极，其工艺步骤为：

——涂层前，要利用虚拟挡板对靶材进行清洁，避免基体(刀具)被污染：

•关闭管式挡板，防止刀具在涂层之前被污染。

•电弧阴极系统(ARC)向后触发;虚拟挡板被激活。

——开始用洁净的靶材沉积(涂层)：

•关闭虚拟挡板;

•开启管式挡板;

•电弧阴极系统(ARC)朝向刀具触发;

这种双挡板技术使涂层具有很好的粘附性(无需延长表面刻蚀时间)以及平滑的、无液滴的表面。

2.2 广阔的涂层应用范围

从一种生产模式向另一种生产模式的平稳转换使生产各种不同的涂层以及缩短生产周期成为可能。

(1)传统涂层

正因为有两个并排的阴极，横向旋转电弧阴极(LARC)技术才能使用成本效益好的非合金靶材，并能用同样的阴极沉积各种类型的涂层。涂层的成分及含量可通过所用的软件得到进一步确定。这种阴极结构(Cr-Al-Ti)能够生产几乎所有市场上常见的物理气相沉积(PVD)涂层产品，包括：

——TiN，TiCN，TiCN-MP，Ti2N，超级TiN;

——TiAlN(50/50%)，AlTiN(60/40%，67/33%);

——TiAlCN(75/25%，80/20%)

——CrN，CrTiN，AlCrN(70/30%，80/20%)

——TiAlCrN=复合涂层

——顶层采用DLC涂层的所有涂层。

(2)纳米结构涂层

为了沉积纳米结构涂层，需要用硅化铝(AlSi)阴极替代铝(Al)阴极。该工艺所需的亚稳相偏析效应的实现，应归功于Ti-AlSi和/或Cr-AlSi阴极的接近程度。

TiAlN或AlCrN纳米晶粒被嵌入非晶合金的SiN基体，从而使以下纳米复合结构和涂层能够生长沉积：

——nACo：TiAlN/SiN

——nACRo：CrAlN/SiN

——nATCRo：AlTiCrN/SiN

SiN基体包裹住这些晶粒，阻碍了它们的生长，这种结构使硬度的增加成为可能。

(3)TripleCoatings三重涂层

TripleCoatings三重涂层由传统涂层和纳米结构涂层构成：

——nACo3：TiN+AlTiN+nACo

——nACRo3：CrN+AlTiCrN+nACRo

——nATCRo3：CrTiN+AlTiN+nATCRo。

这些涂层分三个阶段逐层沉积：

——粘结层：通过使用钛和/或铬(不使用合金靶材)，可获得最佳粘附性。由于具有相似的杨氏弹性模量，粘结层可实现基体与涂层之间的平滑过渡。

——中间层：由于具有较低的内应力，中间层可充当具有良好耐磨性和更高硬度的坚固核心。中央旋转阴极(CERC)[5]保证了高的沉积率，这意味着高的生产率。

——顶层：纳米结构顶层表现出了极高的硬度、出色的隔热性(硅)以及高的抗磨损能力。

由于具有不同的结构，TripleCoatings三重涂层可以用于各种切削加工。

(4)氧化物涂层和氮氧化物涂层

“创造力就是集思广议。”

     PVD氧化物和氮氧化物涂层的沉积和/或应用只有在与其它涂层相结合的情况下才能成功，否则，最终会出现所需的粘附性不足、结合力差和硬度不够等后果。当与传统的氮化物涂层(特别是纳米结构涂层)结合后，其应用范围将非常广泛。

氧化物和氮氧化物涂层用于将刀具/部件与工件隔开，降低二者之间的亲和力，特别是在会产生高温的干切削过程中。它们具有以下优点：

——对粘结磨损、磨料磨损、氧化和氧扩散(在涂层本身已是氧化物的情况下)的高抵抗性;

——化学隔离、热隔离作用和化学惰性;

——即使在超过1000℃的高温条件下也能减摩;

——减少积屑瘤的产生和摩擦接触区材料的内部扩散。

为了防止产生裂纹和塑性变形，需要采用金属氮化物基涂层，这些涂层(与CVD涂层类似)成为了多层涂层结构的组成部分。

我们目前的氧化物涂层是基于TripleCoatings涂层的原理发展而成，包括：

——AlCrNoX：CrN+AlCrN+AlCrON(也可选AlCrN)

——nACoX：TiN+nACo+AlCrN+AlCrON(也可选AlCrN)

由于采用了LARC旋转阴极，采用含氧混合气氛的ARC工艺特别稳定：

——在涂层过程中，ARC电压不会增大。

——可采用高离子流，从而提高沉积率。

——可采用含氧量较低的直流偏压(DC BIAS)放大器，采用中频脉冲偏压(可达350kHz)可以避免充电。

——首选氮/氧比例为：N/O：50/50%-80/20%。

——转台上的标准涂层厚度为7-18μm。

——标准总硬度：30GPa。

——标准杨氏弹性模量：～400GPa。

(5)DLC(类金刚石碳)涂层

类金刚石碳(DLC)是一种具有高含量立方sp3元素的亚稳态无定形碳。

掺加了金属的第一代PLATIT类金刚石碳涂层(CBC;a-C∶H∶Me)是采用纯PVD工艺沉积出来的。为了获得良好的粘附性，它在生产时在涂层炉中与硬质涂层相结合。因此，它们的名字是：

——CROMVIc=CrN+CBC

——cVIc=TiCN+CBC

——nACVIc：nACRo+CBC usw

CBC涂层可以提高切削和成形工具的性能，并在加工容易产生积屑瘤的软而粘的材料时发挥重要作用。

不含金属的第二代PLATIT类金刚石碳涂层(CBC2：a-C∶H∶Si)是采用PVC/PECVD混合工艺沉积出来的，其特有的含硅气氛有助于改善涂层的以下特性：

——化学稳定性;

——透光性;

——极佳的粘附性(DLC涂层)(Lc1>55N，Lc2>75N，Lc3>100N)

——高的机械硬度(>25GPa)

——光滑的表面(Sa<0.03μm)

——低摩擦系数(μ<0.1，耐久性好，不易破损)

目前，DLC涂层主要应用于大规模生产的零件，通过减少摩擦来防止零件磨损和破损。与标准涂层设备相比，新型涂层设备(π111+DLC，π300+DLC，PL1001+DLC)具有以下独特的特点：

——虚拟挡板与管式挡板相结合;

——350kHz的BIAS放大器;

——脉冲式电弧放大器(可选);

——为大流量控制器附加的气瓶和气管;

——带滤尘器的专用加热器;

——可选操作装置升级。

用上述涂层设备沉积的CBC2涂层非常适合用于以下高质量工具、零件和高科技设备：

——压模、冲模和成形工具;

——螺纹成型模;

——医疗器械和人体植入物;

——运动型赛车上承受重载的零件，如阀门杆、换档拉杆等;

——通用机械零部件，如涡轮叶片、缝纫机主轴等。

这种CBC2涂层不仅至少有一层薄的PVD粘结层，而且与同一炉涂覆的完整PVD涂层相结合。其最重要的结构类型和应用领域为：

——cViC2：TiCN+CBC2，模具和成形工具，医疗器械与人体植入物;

——CROMVIc：CrN+CBC2，低温涂层零件;

——CROMTIVIc：CrTiN+CBC2，抗蚀零件，铝加工切削刀具

——nACVIc：nACRo+CBC2，加工特殊材料(如Inconel合金、钛合金等)用的切削和成形工具;

——Fi-Vic：nACo+CBC2，重载零件(如阀门杆)。

3 结语

中小型制造企业不仅希望从高质量涂层生产商那里定期获得技术支持，还需要它们为满足一些特殊应用需求而持续进行涂层产品开发。这是企业能在竞争中保持领先地位的唯一方法。

为了生产氧化物、氮氧化物涂层和/或新一代DLC涂层，可通过现场升级方式对现有涂层设备的硬件和软件进行技术升级。通过升级，使企业能够：

——生产可用于新的加工领域的刀具涂层;

——进入新的市场领域。

“只有通过开发新的市场，不断创新，并为客户提供独具特色、切实可行的价值体系，才能不断获得成功。”