DLC 涂層實現耐磨性主要基于以下幾個方面:
1.高硬度
DLC 涂層具有較高的硬度,其硬度值可與金剛石相媲美。例如,用激光濺射或磁過濾陰極電弧法制備出的 DLC 薄膜,硬度高達 70 - 110GPa。這種高硬度使得涂層在受到摩擦時,能夠抵抗外界物體的侵入和刮擦。就像金剛石可以用來切割玻璃一樣,DLC 涂層的高硬度使其在摩擦過程中,不易被其他相對較軟的材料磨損。
當兩個物體相互摩擦時,硬度較低的物體表面容易被硬度較高的物體刮下材料。而 DLC 涂層作為高硬度的防護層,能夠在摩擦接觸中保持自身結構的完整性,從而減少磨損。
2.低摩擦系數
DLC 涂層的摩擦系數很低,一般低于 0.2,最低可達 0.005。這意味著在摩擦過程中,涂層與對偶材料之間的摩擦力較小。當一個物體在另一個物體表面滑動時,摩擦力是導致磨損的重要因素之一。
以機械部件中的滑動軸承為例,在軸與軸承的接觸面上,如果涂覆有 DLC 涂層,由于其低摩擦系數,在軸轉動過程中,涂層與軸之間的摩擦力就會很小。這樣可以減少因摩擦產生的熱量和材料的損耗,進而提高耐磨性。而且,低摩擦系數還能降低對偶材料表面的磨損,因為較小的摩擦力對對偶材料的破壞作用也較弱。
3.良好的化學穩定性
DLC 涂層具有優異的化學穩定性,純 DLC 膜各類酸、堿甚至王水都很難侵蝕。在一些惡劣的工作環境中,如存在腐蝕性介質的情況下,這種化學穩定性可以防止涂層被化學物質腐蝕而產生結構變化。
例如,在化工設備中,許多部件會接觸到各種酸堿溶液。如果這些部件表面涂覆有 DLC 涂層,涂層可以抵御酸堿溶液的侵蝕,保持其原有的物理和機械性能。即使在長期的摩擦過程中,也不會因為被化學物質腐蝕而降低其耐磨性。
4.結構緊密性
DLC 涂層的結構相對緊密。在微觀層面,其原子之間的結合力較強,碳原子之間形成穩定的化學鍵,這種緊密的結構使得涂層在受到摩擦外力時,不容易出現原子的脫落或結構的松散。
就像一堵緊密堆砌的磚墻,每一塊磚(原子)都牢固地結合在一起,當有外力作用時,磚墻(涂層)能夠保持穩定,不會輕易出現磚塊(原子)的掉落,從而維持其耐磨性能。
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