DLC涂层类金刚石结构硬度高化学惰性强以及透光性好

　　 DLC涂层类金刚石结构，硬度高，化学惰性强，透光性好。

　　 DLC涂层表面光滑，摩擦系数低,

　　 DLC涂层附着力好。

依托涂层技术可以使机加工后的产品零部件获得更好的表面机械性能，从而弥补材料本身所不具有的某些特性。

简单的说，模具DLC涂层加工降低了成本，提高了效率，由于增加模具的使用寿命，从而降低了成本，减少了停机时间。除此之外，模具能在干燥或最低润滑情况下使用，节省了操作及工艺成本。鉴于效率，涂层模具和稳定性能在更高生产率的情况下运行，从而提高了单位时间产量。

对于发动机和机械部件，涂层通过降低磨损来降低磨擦和改善品质，在医疗装置领域中，涂层提供更长的服务时间，可被用来进行颜色编码，降低工具反射，减小钻孔工作温度，以免骨器在高温下受损。

模具和部件是如何进行涂层前准备的？

进行DLC涂层加工前，部件表面以及内孔需要极端的清洁。清洁过程是一个基本的环节，它决定了零件和模具涂层的粘着性和性能。在使用指定程序的涂层前， ionbond 对所有部件进行清洗，并支持客户讨论模具的最佳需求，从而确保高品质。

涂层表面的光洁度受什么影响？

我们的涂层过程将给零件和模具增加微米级的厚度。涂层一般遵循模具的表面质量，并不是按装填和整平运行，依据加工过程，零件或许有少量的粗糙现象，在这种情况下，需要极度的光滑表面处理，如果客户需要的话，需进行后序涂层抛光。

什么样的零件和模具形状能被涂层？

cvd 和 adlc 过程涂固定在涂层室的模具，含有一致，均匀的零件涂层，包括许多内孔，而在 pvd 过程中，模具必须固定，为的是确保在所须表面的涂层均匀分布。在多数情况下，模具在涂层旋转（从单转到三倍旋转），这样是为了达到均匀的覆盖面和厚度， pvd 涂层内孔局限于开孔直径深度。

涂层影响零件形状和材料的性能吗？

在所有情况下，涂层增加了零件的厚度（等同于涂层厚度），鉴于材料性能，加工温度决定零件形状是否受到影响。 cvd 涂层加工温度一般在 800 ℃ ~1000 ℃。特定材料在 cvd 涂层后将需要重新热处理。 pvd 涂层的加工温度一般在 250 ℃ ~600 ℃，大多数零件能保证原由的尺寸公差。在有些情况下， pvd 涂层在温度低于 70 ℃的情况下，沉积避免损坏有塑料制成的零件。 pacvd 过程在温度低于 700 ℃情况下进行，因此尺寸精度和性能一般不会受影响。

遮蔽的方法能确保零件的特定部位不被涂层吗？

遮蔽的效果主要取决于工艺，对 pvd 工艺来讲，遮蔽相对比较容易，而对 pacvd 相对比较困难，而对 cvd 是十分困难的。

在电子信息模具上的涂层配方设计必须考虑到以下技术要点：

　　（1）零件装夹方式、设备的技术能力以确保涂层膜厚均匀，同时必须和客户讨论好模具的尺寸公差和涂层本身的厚度公差（不同的设备、配方、技术能力会导致涂层厚度的公差等级差异较大）。

　　（2）合理的、正确的前处理方式，清洗方式，专门针对高精度模具的PVD涂层配方，以确保模具涂层的结合强度。必须尽可能的细化涂层晶体尺寸，采用电弧PVD涂层工艺以确保涂层的结合强度。区分模具是以防腐蚀为主要目标，而是以提高模具的耐磨能力为主要目标区别进行涂层类型的选择，同时考虑到模具的实际工作温度。区分模具是否对涂层表面的摩擦系数要求很高，脱模问题是否是主要问题而选择好的后处理工艺和考虑采用模具DLC涂层。

　　（3）模具材质的选择和热处理工艺的选择，以确保模具经热处理和精加工后尺寸的稳定性。而对尺寸精度要求很高，对涂层尺寸精度要求很高的模具，采用涂层工艺为180~250度的PaCVD 模具DLC涂层是一种不错的选择。

　　当然，对于模具涂层，因其应用的复杂性而必须考虑到每一个案例的实际情况，进行涂层使用效果测试，根据测试结果对失效模式进行分析，进一步对工艺和配方进行完善和优化。

DLC涂层得到了优越的发展，DLC涂层的优点也越来越多，其功能也越来越强大。现今时尚界，也大量出现DLC涂层的身影。

DLC涂层具有很高的硬度（HV2500）,优良的耐磨性能,摩擦系数极低（低至0.06），膜层2um 厚，当基体結合力很強 

具有优良的耐蝕性，能耐各种酸等，對金属、塑料、橡胶、陶瓷等均有良好的抗粘結和防咬合性能 。

1、DLC涂层力学性能

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超过金刚石的DLC膜[10]，广州有色金属研究院用阴极电弧法制备的DLC膜最高硬度可达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（1100GPa），但明显高于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膜最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。

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，其摩擦系数最低可达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。国此，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、DLC涂层热稳定性

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?C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?C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。

4、耐腐蚀性

纯DLC膜具有优异的耐蚀性，各类酸、碱甚至王水都很难侵蚀它。但掺杂有其他元素的DLC膜的耐蚀性有所下降，这是由于掺杂的元素首先被侵蚀，从而破坏了膜的连续性所致。

5)表面状态

DLC膜表面一般较光洁，对基材的表面光洁度没有太大的影响，但随着膜厚的增加，表面光洁度会下降。不同的沉积方法所得到的DLC膜表面光洁度也是不同的，广州有色金属研究院采用离子源技术沉积的DLC膜表面质量明显优于电弧离子镀。

DLC膜具有很好的抗粘结性，特别是对有色金属（如铜、铝、锌等），对塑料、橡胶、陶瓷等也有抗粘结性。

DLC涂层是属于亚稳态的材料

涂层包含有很多不同的涂层组分和生产工艺

DLC涂层的显微结构，实际上，DLC涂层是指一个涂层种类，其包含有很多不同的涂层组分和生产工艺。

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涂层加工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。

ta-C涂层的制备

在不断的发展中，ta-C类DLC涂层并将其应用到产业领域。目前，除了采用激光电弧技术以外，还可以采用其他方法制备ta-C类 DLC涂层。

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产业化应用。此工艺应用的投资本钱很低，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题目。

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。在现实环境下这种涂层在大规模产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。

    由于各种先进涂层设备和技术的应用，复合涂层大量开发出来。在光学窗口上先涂敷增透涂层，然后再在最外层涂DLC涂层，不仅提高了透过率而且实现了涂层耐候、耐磨和耐划伤的功能，有效保护了功能器件，使得DLC被大量的用在可见光和红外透光光学器件上。

    DLC涂层具有良好的耐磨、减磨特性，是一种优异的表面抗磨损改性膜。DLC膜在在红外区具有很高的透过率，在可见光区有一定程度的吸收，它的折射率一般在1.5-2.5，受沉积技术的影响而有所不同，根据工艺条件不同而改变。另外，DLC涂层具有优异的抗腐蚀能力，耐酸、耐碱。正是由于DLC的这些特性，DLC一直被广泛用在红外窗口器件上，用于保护涂层。

   由于DLC具有良好的光学透过性和适于低温沉积的特点，因此DLC可以作为由低熔点塑料材料制成的光学部件的表面抗磨损保护层，比如飞机和汽车的窗玻璃、仪器面板、手机屏幕和眼镜片等。

   在树脂眼镜片表面沉积DLC薄膜作为抗磨加硬层，只要很薄一层(<0.1um)就可以显著提高镜片的表面硬度，增加耐磨损性，延长镜片的使用寿命。DLC可使镜片的可见光透明度提高，并且有效地吸收阻止紫外线，有益于视力的保护。

DLC涂层的主要作用有以下三点:

(1)保护作用。铝合金型材在使用过程中，长期暴露于空气中，会受到氧、水分、酸物、盐雾及各种腐蚀性气体、紫外光线等的侵蚀和破坏。在需要受到保护的工件表面通过一定的涂装工艺方法形成具有一定厚度的涂层(即保护层)，从而起到保护作用。

(2)装饰作用。涂料可以配制出多种多样的颜色，加上涂层平整光亮，甚至可以做出各种立体质感的效果，如锤纹、橘纹、晶纹、绒面等，使产品形成美丽的造型和外观以及所需要的特种性能，起到美化人类生活环境的作用。

(3)其他作用。涂层除了具有保护和装饰作用外，还具有许多特殊的功能，如电绝缘、导静电、防污、耐热、耐磨、保温、反光、防噪声、减震、防滑、防紫外线等。涂层的这些特殊功能，增强了产品的使用性能，拓宽了产品的适用范围，使涂层产品在国民经济领域的应用越来越广泛。