碳素的**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。
(1)钻头、铣刀
DLC膜可以应用于钻头和铣刀上,特别是掺杂金属的DLC膜,它不仅具有高的硬度,还具有低的摩擦系数、抗有色金属粘结。荷兰的Hauzer公司制备的掺金属DLC膜层,用于切削高强度铝合金时,能减少表面所谓的切屑(BUE)。结果是延长工具的寿命并使工件材料在切削后表面光滑。特别是在干切削和深孔加工方面,膜层性能非常好[16]。广州有色金属研究院也进行了在铣刀上镀TiAlN+DLC膜,在加工有色金属时明显提高使用寿命及加工质量。
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。这些方法中, 传统的真空蒸发镀膜法具有较高的沉积速度, 生成的薄膜纯度高, 但由于热蒸发的原子或分子在基板上能量很低(约02 eV ), 其表面迁移率很低, 导致薄膜与基体结合强度差, 加上已经沉积的原子对后来飞到的原子会造成阴影效果, 使得真空蒸发镀膜技术的应用受到很大的限制。离子注入法能使材料的摩擦因数、耐磨性、耐腐蚀性等发生显著变化, 而且注入层与基体材料之间没有清晰的界面, 因而与基体结合牢固, 表面不存在粘附破裂或剥落。然而, 离子注入的注入层太薄, 仅数百纳米, 在耐磨工况下应用受到一定限制。
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。因此,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]。