مزيج فريد من الصلابة الشديدة والاحتكاك المنخفض لمقاومة التآكل الفائقة

في عالم الأغشية الرقيقة المقاومة للاهتراء ، الكربون الشبيه بالماس ( DLC ) ظهرت الطلاءات كحل مثالي للمطالبة بالتطبيقات الترايولوجية حيث تكون المكونات تحت أحمال عالية أو معرضة للاحتكاك الشديد والتآكل والتلامس مع الأجزاء الأخرى. في هذه الأنواع من البيئات ، يمكن فقط للصلابة العالية لطلاء DLC - جنبًا إلى جنب مع معامل الاحتكاك المنخفض المقابل - منع الأجزاء من التأليب ، والتشنج ، والاستيلاء ، والفشل في نهاية المطاف في المجال.

تشمل التطبيقات الواسعة الانتشار لطلاءات DLC السيارات ذات الأداء العالي ومحامل أعمدة التوربينات الريحية والتروس الكوكبية ؛ شفرات قطع الفولاذ المقاوم للصدأ ومضخات المكبس لتجهيز الأغذية ؛ والمكونات المنزلقة في عمليات التعبئة والتعبئة. تعتبر الطلاءات أيضًا تقنية مجربة لترقية الأجزاء الدوارة المهمة في المحركات الهيدروليكية وأنظمة حقن الوقود وموانع التسرب الميكانيكية والمضخات والصمامات.

بالنسبة للكثيرين ، تعتبر طلاءات DLC عبارة عن طلاءات كربون غير متبلور مهدرج (a-C: H) ، ولكن هذا مفهوم خاطئ لأنه يمكن هندستها بشكل كبير بناءً على محتوى الهيدروجين (مهدرج أو خالٍ من الهيدروجين) ، واختيار عناصر المنشطات المعدنية وغير المعدنية الإضافية وجود الطبقات الفرعية واختيار طرق الترسيب والربط.

معًا ، يمكن التحكم في هذه العوامل بدقة لإنشاء نطاق واسع من طبقات الطلاء DLC المطبقة بشكل رفيع (عادةً من 1 إلى 5 ميكرومتر) بصلابة تتراوح من 8 إلى 80 جيجا باسكال أو أعلى (الماس هو أصعب مادة معروفة عند 70-150 جيجا باسكال). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا معالجة معامل الاحتكاك المطلوب ، وإنهاء السطح ، وحتى درجة حرارة التطبيق.

بسبب النطاق الواسع للسمات القابلة للتخصيص الممكنة ضمن الفئة ، يمكن أن تلعب طلاءات DLC دورًا مهمًا في هندسة المكونات من الخطوات الأولى لعملية التصميم.

طلاءات الكربون غير المتبلور المهدرجة

غالبًا ما يتم تطبيق أكثر أنواع طلاء DLC شهرة ، وهو الكربون غير المتبلور المهدرج (a-C: H) ، من خلال ترسيب البخار الكيميائي بمساعدة البلازما (PACVD). تتسبب طريقة الترسيب هذه في حدوث تفاعل كيميائي من خلال إثارة البلازما والتأين الذي ينتج عنه صلابة طلاء تقارب 15-30 جيجا باسكال ، والتي توجد في الطرف السفلي من طبقات DLC.

ومع ذلك ، يمكن معالجة طلاء الكربون غير المتبلور المهدرج بشكل أكبر من خلال المنشطات ، وهي عملية إضافة عناصر كيميائية لتغيير خصائص الأداء. يمكن استخدام السيليكون أو الأكسجين أو المعادن كعناصر منشطات لتحقيق نتائج مختلفة.

طلاءات DLC خالية من الهيدروجين

بديل لـ DLC المهدرج هو طلاء DLC خالٍ من الهيدروجين يوفر صلابة أعلى إلى جانب معامل احتكاك منخفض جدًا.

يمكن تطبيق هذه الطلاءات في أكثر البيئات تطلبًا ، بما في ذلك المركبات عالية الأداء للاحتكاك العالي والتآكل ومناطق التلامس للمحرك ومجموعة الصمامات. يمكن استخدام الطلاء في نظام حقن الوقود ، وعمود الكامات ، ودبابيس المكبس ، والصمامات ، والرافعات ، وأتباع الأصابع ، حيث يوجد ضغط تلامس عالي وسرعات انزلاق. بالإضافة إلى المركبات ، يعتبر الطلاء مثاليًا للاستخدام في أجزاء المضخة الهيدروليكية ، وموانع التسرب الميكانيكية ، ومكونات الصمامات ذات الضغط العالي.

يتم تطبيق معظم الطلاءات الخالية من الهيدروجين باستخدام طريقة الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) عن طريق تبخر القوس الذي ينتج كربون رباعي السطوح غير متبلور ، أو ta-C. مع وجود مستوى عالٍ من الروابط رباعية السطوح (في الغالب 50-60٪) ، يتم تحقيق مقاومة تآكل عالية بشكل كبير مقارنة ببدائل a-C: H. 3