什么是类金刚石碳涂层？这是产品设计师必须知道的

您是一名产品设计师，希望制造与其他零件或组件接触的零件或组件，还是计划制造将暴露在恶劣化学品或环境中的产品？如果是这样，则必须选择具有高耐磨性和耐化学性的材料。

然而，虽然几种工程材料具有令人印象深刻的耐磨性和化学性能，但这些材料通常不会便宜。因此，顶级产品设计师和制造商使用特殊的表面处理工艺（例如类金刚石碳涂层）来改善常规金属的性能。

类金刚石碳涂层 (DLC) 离子化时形成，分解后的碳以高能量降落在基板表面。这种涂层提高了基材的性能（如耐磨性、耐腐蚀性和摩擦系数），使其成为广泛应用的理想选择。

在本文中，我们将回到类金刚石涂层的基础知识。我们还将介绍这些涂料在多个行业中的类型和应用。开始吧！

图1：具有类金刚石碳涂层的金属基材

了解类金刚石涂层

当您第一次听到“类金刚石涂层”这个词时，您可能想知道如何将金刚石（已知最坚硬的天然物质之一）加工成涂层材料。

但你不应该这样想 DLC。相反，您需要考虑使类金刚石涂层如此独特的基本化学元素——碳。碳是四价的——这意味着它有四个可用于与其他原子形成键的电子。形成的键的数量和这些键的排列方式决定了碳化合物将具有的性质。

例如，钻石的分子结构具有多个碳原子，其中有四个电子与其他碳原子形成分子键。相比之下，石墨分子结构中的碳原子仅利用其中三个电子彼此形成分子键。这种细微的变化使金刚石晶体非常坚硬而石墨非常柔软。

图 2：金刚石和石墨中的分子键来源：WikiMedia Commons

类金刚石碳膜本质上是由碳原子构成的，如金刚石和石墨。然而，DLC 薄膜结合了金刚石和石墨的原子结构——这意味着它具有多个碳原子，并利用三个和四个原子的电子形成分子键。因此，DLC兼具了金刚石和石墨的特性。

摩擦系数（也称为摩擦系数）是工程师用来描述材料（或产品）在另一个表面上滑动时抵抗摩擦的无量纲数。

DLC 涂层的摩擦系数非常低，介于 0.015 和 0.2 之间。因此，DLC 涂层零件（或组件）通常需要较少的能量来维持过程（或机械操作）。这使得它们在您发现需要移动部件的应用中非常有用，例如汽车工业、机械车间和航空航天工业。

了解更多：了解制造商如何制造航空航天零件。

磨损描述了由于摩擦导致材料的磨损（磨损或擦掉）部分。这在机械操作中通常是不可取的和不可避免的。唯一的解决方法是为特定应用需求寻找一种具有高耐磨性的材料。

与普通金属相比，DLC 涂层金属具有更高的耐磨性。为了让您了解 DLC 涂层的耐磨程度，让我们考虑一下图 3，它显示了对两种金属进行的耐磨测试。

图3：类金刚石碳涂层材料的耐磨（或耐磨）试验

假设第一个金属部分没有额外的涂层，而另一个金属是 DLC 涂层的。在这种情况下，如果您在两种材料上使用压头（使用相同的力），您会注意到 DLC 涂层表面不会像没有涂层的表面那样划伤。这种独特的特性使得 DLC 涂层部件可用于汽车发动机磨损部件、喷油器和珠宝应用。

DLC 涂层具有耐腐蚀性，因此非常适合部件暴露在潮湿或腐蚀性环境中的应用（例如，管道和航空航天部件）。

DLC 涂层从其他类型的涂层中脱颖而出，因为它可以保护金属部件免受腐蚀性气氛的影响，同时确保部件的美学外观几乎没有变化。此外，您可以使用 DLC 涂层工艺实现从无烟煤色到深黑色的迷人颜色范围。

DLC 涂层有不同的类型，具体取决于添加到其化学结构中的金属（或非金属）。例如，金属掺杂的 DLC 涂层只是与钛、钼、钨、铝和铬等金属形成合金的 DLC。相比之下，非金属掺杂的DLC类型包括硅-DLC、氟-DLC和氮-DLC。

图4：金属基板上的硅掺杂DLC涂层

理想的合金 DLC 涂层选择取决于您的应用要求。例如，钛合金 DLC 涂层因其出色的摩擦学特性、生物惰性和化学惰性而成为医疗应用的理想选择。相比之下，硅合金 DLC 涂层是切削工具、发动机缸体、活塞和齿轮的理想选择。

图 5：带有 DLC 涂层的活塞和气缸部件

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