DLC工藝解析及適用范圍

Duke陽

什么是DLC涂層？
DLC，全稱為類金剛石碳，是一種非晶態的硬質碳薄膜材料。顧名思義，它的微觀結構中含有大量的sp3鍵（金剛石結構中的化學鍵），使其在性能上接近金剛石，擁有極高的硬度、優異的耐磨性、低摩擦系數和良好的化學惰性。

您可以把它理解為一種將“金剛石”的優異性能，以一層極薄的薄膜形式，“披”在各種金屬或非金屬零件表面的高科技工藝。
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DLC涂層的主要特性
極高的硬度
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0 c" b/ |! L! J) I7 {維氏硬度可達2000-9000 HV，是淬火鋼（約700 HV）的3-10倍，甚至比硬質鉻鍍層和氮化鈦（TiN）涂層還要硬。這使得它能有效抵抗劃傷和磨損。

極低的摩擦系數
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摩擦系數通常在0.05-0.20之間，具體取決于涂層結構和配對材料。這種“自潤滑”特性可以減少運動部件之間的摩擦阻力和能量損失，從而提高效率并減少發熱。

優異的耐磨性

結合高硬度和低摩擦系數，DLC涂層是已知最耐磨的涂層之一。它能極大延長承受滑動、滾動或微動磨損的零件的使用壽命。

良好的化學惰性

  D9 R1 p2 E, l4 w9 G- u1 ]) R對酸、堿等化學物質具有很高的抵抗能力，能有效防止腐蝕和氧化。
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# e- F" ~2 K/ x2 Q. S% z表面光滑

4 n7 M* H1 q" f# z% r! A7 Q+ P涂層表面非常光滑平整，可以減少粘附磨損和材料轉移。

0 G/ [! v" M/ P7 Z: P0 ZDLC涂層的制備工藝
% i- T% x3 t! \) U8 D* a, }7 TDLC涂層通常通過 PVD 或 PACVD 技術在真空腔體中制備。

  U8 q6 a- m% J$ v4 i( e* pPVD：在真空環境下，通過電弧或磁控濺射等方式將碳源（通常是石墨靶材）氣化，并在工件表面施加負偏壓，使碳離子高速轟擊并沉積在工件表面形成涂層。這種方式結合性好，涂層致密。

PACVD：利用等離子體增強的化學氣相沉積，通入含碳氣體（如乙炔、甲烷），在等離子體環境下分解，碳原子/離子沉積在工件表面形成涂層。這種方式更適合處理形狀復雜的零件。
# C6 {( ?* H4 F- w2 c5 u$ L6 Y
% N/ d+ y4 h" @7 E' |; i在沉積DLC層之前，通常需要先沉積一層鉻、硅或鎢的過渡層，以增強DLC涂層與基體（通常是鋼）的結合力，防止剝落。
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DLC涂層的應用領域
! I8 s) W& }. i7 [由于其出色的綜合性能，DLC涂層被廣泛應用于各個高端工業領域和消費品領域：

汽車工業
0 a. g  k3 A; J( X8 ~# t
1 s2 k1 M* ^" _4 Y! G  t9 g/ r發動機零部件：活塞環、挺柱、燃油噴射系統部件，減少摩擦，提高燃油效率和發動機壽命。
2 ?* e1 s$ S' @; x5 y: l
傳動系統：齒輪、軸承表面，提高耐久性和傳動效率。

2 Z% _8 {" k1 f2 }' e' n6 R7 ?3 v賽車與高性能部件：減重并提高關鍵運動部件的性能。
7 Q! \* j6 N+ r& y3 F; A
0 x; r+ B( Q) I% d: F' R* E3 v工具與模具
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' Q. G9 l& q1 q切削工具：用于加工非鐵金屬（如鋁、銅）的刀具，能獲得極佳的表面光潔度并防止切屑粘連。

& h  M5 Q5 s  S  A$ [4 Q注塑模具：頂針、型腔，防止磨損和腐蝕，改善脫模效果，延長模具壽命。

* C. k% K7 }  d. c6 X) z3 H, {精密機械與航空航天

用于各種高精度的軸承、導軌、密封件等，確保在苛刻環境下的可靠性和長壽命。
" L( v# t7 C' t
消費電子產品
: e  C- i" k' y' z. ~2 D9 P
高端手表的表殼、表鏈，增加耐磨和裝飾性（呈現酷炫的黑色啞光或亮光效果）。

6 h1 O$ N9 Y6 u智能手機的金屬中框或攝像頭環，提升手感和抗刮能力。

2 L1 W, S. F* ~0 U/ W! Y醫療器械

8 I+ p% ?& ?) z+ G% x3 \7 l+ _手術剪刀、骨科手術工具、關節手術的精密部件，兼具耐磨、耐腐蝕和生物相容性。

! q/ g: [0 C4 K+ T. C5 @7 I% pDLC涂層的優點與局限性
優點：
  i' L, X  O) o# Z  r& G2 l+ l' Y性能卓越：集高硬度、低摩擦、耐磨、耐腐蝕于一身。
' J' f5 m5 T, h" C7 T/ P+ K
+ i/ K. C9 E4 I4 P厚度極薄：通常只有1-5微米（μm），幾乎不改變零件的原有尺寸，非常適合高精度零件。

0 d' {4 }* b' e4 d% I外觀時尚：通常呈現深黑色或灰黑色，具有高級感和科技感。
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5 ^# N# q% y1 E6 H5 b& v環保：PVD/PACVD工藝是物理過程，不涉及重金屬污染，比傳統電鍍更環保。

! h! l$ f% |$ `7 J  N局限性：
/ N6 z4 h8 G  K4 [2 S! M成本較高：設備和工藝成本遠高于傳統電鍍。
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2 n3 I' G2 O0 ]& t9 D結合力挑戰：對基材表面清潔度和預處理要求極高，否則容易剝落。

熱穩定性限制：在高溫（通常>300-400°C）下，DLC涂層中的sp3鍵會向sp2鍵（石墨結構）轉化，導致硬度下降和性能失效。
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1 d8 ]3 g! Z% D內應力：涂層內部存在較高的壓應力，過厚時可能導致開裂或剝落，因此涂層厚度有限制。

DLC涂層與其他常見涂層的比較
特性        DLC涂層        氮化鈦（TiN）        硬質鉻鍍層        特氟龍（PTFE）涂層
硬度        極高 (2000-9000 HV)        高 (2300 HV)        高 (800-1000 HV)        極低
摩擦系數        極低 (0.05-0.20)        中等 (0.4-0.6)        中等 (0.5-0.7)        極低 (0.05-0.10)
& D8 v2 |  r( v4 e0 n耐磨性        極優異        良好        良好        差
0 Q1 X! l2 }$ W% a2 A! Z/ D/ `3 h耐溫性        中等（<400°C）        優異（<600°C）        良好        差（<260°C）
  n0 S' }2 O/ V顏色        黑色/灰黑        金黃色        亮銀色        各種顏色（通常黑色）
2 n$ T3 r2 f* R! C/ G, {環保性        環保        環保        不環保（六價鉻污染）        環保
總結
) Q" a6 V- k# H, O  T/ A3 IDLC涂層是一種代表了表面工程尖端技術的先進材料。它通過在基材表面附著一層極薄但性能接近金剛石的薄膜，從根本上提升了零件的耐磨、減摩和耐腐蝕性能。
* P% D4 D. a( x& b4 N# m  L% Z
6 q1 H+ w& B) d: u. E盡管存在成本和熱穩定性的限制，但在追求高效率、長壽命和高可靠性的現代工業與高端消費品領域，DLC涂層正發揮著越來越不可替代的作用，是名副其實的“工業黑科技”。

嘉樂君子

不錯

七曜神權

請問下有沒有攪拌分散行業的應用？
能否在齒槽類結構上涂覆？厚度至少0.2mm。
之前接觸的陶瓷涂層和碳化鎢涂層在齒槽結構上都搞不了。

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應該和人造金剛石制作一個道理吧

anzi56

打過樣，耐磨性跟耐腐蝕性能確實比TiN要強很多，可惜的是只能做黑色/灰黑色，對于有外觀要求的零件不太適用