在模具成形零件上涂覆一层DLC涂层有效提高产品品质减少维护时间

     在模具成形零件上涂覆一层DLC涂层,可以有效提高产品的品质、减少维护时间、降低产品的生产成本。

     涂层技术是一种应用于冲切工具领域的专业技术。DLC涂层的工业化生产开始于20世纪末,与应用于模具上的硬质涂层(如TiN,TiAlN,CrN,TiCN等)相比是一种崭新的涂层技术。在半导体封装、管脚切割和成形制造过程中,高精度的模具是确保产品品质的关键。

     DLC涂层是一种由碳元素构成、在性质上和钻石类似，同时又具有石墨原子组成结构的物质。常见的制备DLC 薄膜的方法有真空蒸发 、溅射、等离子体辅助化学气相沉积、离子注入等。碳素的天然结构有两种，空间立体结构（金刚石）和平面网状结构（石墨），而两者共存的结构就是DLC，其实DLC涂层的定义是具有非晶质（amorphous）结构的碳素。所以，DLC的定义非常广泛，只要含有碳元素，而且是非晶质结构（没有固定的结构形态），那么它就是DLC，不管里面还掺杂有其它元素什么的，统统都叫DLC/DLC涂层。

     DLC涂层（类金刚石涂层），具备质量稳定，与基体结合力好，耐磨性好，摩擦系数低，耐腐蚀性好等综合优良性能。

        1. 涂层硬度：～8000HV 

        2. 摩擦系数：0.05~0.2 

        3. 涂层厚度：0.5~10μm  

        4. 最高耐热： ~800℃  

     DLC涂层具有独特的高硬度和低摩擦系数，并且具有极强地抗与金属材料粘结的性能。因此，这种涂层技术成为汽车行业应用的理想选择。

     近年来，DLC涂层在工业领域得到了越来越广泛的技术应用，尤其是自20世纪90年代中期以来，作为汽车零部件保护性涂层得到快速发展。在柴油机领域成为了推动DLC涂层发展的动力。

DLC涂层具有独特的高硬度和低摩擦系数，并且具有极强地不与金属材料粘结的性能。因此，这种涂层技术成为汽车行业应用的理想选择。

     类金刚石涂层（diamond like carbon, 简称DLC） 是一种在微观结构上含有金刚石成分的涂层。构成DLC的元素为碳。碳原子和碳原子之间的不同结合方式，使其最终产生不同的物质：金刚石（Diamond）-碳碳以sp3健的形式结合；类金刚石（DLC）-碳碳以sp3和 sp2健的形式结合；石墨（Graphite）-碳碳以sp2健的形式结合。 

　　由于含有金刚石成分，DLC具有很多优良的特性：高硬度-60GPa或Hv6000以上；低摩擦系数-0.06；极好的膜层致密性；良好的化学稳定性以及良好的光学性能等。应用于刀具上的DLC涂层所表现出的特殊性能远超过其它硬质涂层。涂以DLC的刀具主要应用包括：石墨切削，各种有色金属（如铝合金，铜合金等）切削，非金属硬质材料（如亚克力，玻璃纤维，PCB材料）切削等。

     DLC涂层的制备可通过使用多种不同的PVD（物理气相沉积）和CVD（化学气相沉积）技术来实现。此过程有一个非常重要的特点，那就是这些非晶涂层在相对较低的衬底温度（<200℃）下完成沉积。

涂层的结构与组分，以及涂覆过程所使用的工艺将决定这些涂层的属性。由于这些可实现的属性所覆盖的范围甚广，DLC涂层在很多方面均大有用武之地。

    由于兼具了很高的耐磨性和杰出的摩擦性能及抗粘附性，DLC涂层将是摩擦组件与工具表面处理过程的理想选择。

    DLC涂层拥有多种多样的特性，这也为有着功能明确的多功能表面的新产品的开发创造了条件。

    针对机械加工刀具进行低温PVD-超硬耐磨涂层和润滑涂层，可提高刀具寿命3~10倍，节约刀具材料1/2，节约生产成本30%以上，提高生产效率30-50%，大幅度提高机加工水平。

 针对模具行业，如冲压模具，粉末治金模具，半导体模具等各类模具，提高模具寿命最少2倍以上，同时可解决模具拉毛等种种不利影响，节约成本35%以上。

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。

DLC涂层显微结构

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，长久以来在工业领域有着广泛的应用。

Me-DLC涂层具有很低的内应力，因此，该种涂层具有很好的涂层结合力。Me-DLC涂层中可以加入多种元素，如Ti、Nb、Ta和B等，但目前最常用的方法是加入钨元素（W），形成W-DLC（也可以是W-C:H或者a-C:H:W）。因为与其他元素相比，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，以及良好的耐滚动接触疲劳性能。豪泽公司生产的此类Endurance涂层典型的沉积温度低于160℃，可以在不软化热敏性钢（如100Cr6）的前提下完成涂层。目前，Endurance涂层一个典型的应用是涂层高规格滚柱SUNTHAI轴承。

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工业标准。

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兴趣。因为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显著减少摩擦，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。

1.直流电弧工艺蒸发石墨靶源

目前使用传统的直流电弧工艺来蒸发石墨靶源制取ta-C类DLC涂层的工艺方法已经在最后的优化阶段，预计在不远的将来将实现工业化应用。此工艺应用的投资成本很低，但是与激光电弧工艺相比，此工艺的驱弧过程很难实现，并导致由此引起的涂层表面粗糙问题。

2.磁控溅射石墨靶源

制备DLC涂层的另一种工艺方法是磁控溅射石墨靶源，由此获得的涂层如下表中所示的Endurance-S涂层系列。在现实环境下这种涂层在大规模工业生产中已经得到了成功地应用，并且获得很好的效果。通过此工艺沉积的DLC涂层较硬，通常可达2000～4000HV，具有非常低的表面粗糙度，并且可以实现无氢类DLC涂层的沉积。

结束语

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。