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DLC涂层提高工件表面性能

依托涂层技术可以使机加工后的产品零部件获得更好的表面机械性能，从而弥补材料本身所不具有的某些特性。豪泽公司在DLC涂层领域的不断研究正在为我们提供越来越好的解决方案。
近年来，DLC涂层在工业领域得到了越来越广泛的技术应用，尤其是自20世纪90年代中期以来，作为汽车零部件保护性涂层得到快速发展。在柴油机领域，由博世公司开发的共轨式燃油喷射系统成为了推动DLC涂层发展的动力。
DLC涂层具有独特的高硬度和低摩擦系数，并且具有极强地不与金属材料粘结的性能。因此，这种涂层技术成为汽车行业应用的理想选择。
图1所示为DLC涂层的显微结构，实际上，DLC涂层是指一个涂层种类，如表所示，其包含有许多不同的涂层组分和生产工艺。

图1DLC涂层显微结构
热敏性钢涂层
在DLC涂层的众多种类中，有一种较为常见的Me-DLC涂层，长久以来在工业领域有着广泛的应用。
Me-DLC涂层具有很低的内应力，因此，该种涂层具有很好的涂层结合力。Me-DLC涂层中可以加入多种元素，如Ti、Nb、Ta和B等，但目前最常用的方法是加入钨元素（W），形成W-DLC（也可以是W-C:H或者a-C:H:W）。因为与其他元素相比，W-DLC涂层具有相对较低的摩擦系数（通常在0.1～0.2，干式），从而具有很好地耐磨损性能，以及良好的耐滚动接触疲劳性能。豪泽公司生产的此类Endurance涂层典型的沉积温度低于160℃，可以在不软化热敏性钢（如100Cr6）的前提下完成涂层。目前，Endurance涂层一个典型的应用是涂层高规格滚柱轴承。
含氢DLC涂层
DLC类涂层当中最普遍的是通过各种PA-CVD（等离子辅助CVD，通过射频、微波或其他等离子激活方式）制备的含氢类DLC。含氢类DLC涂层具有相对高的显微硬度（一般在2000～3000HV）和极低的摩擦系数（0.05～0.15，干式）。通过PA-CVD方法制备的含氢DLC涂层表面粗糙度非常低。最近，它们已经成为汽车引擎零部件，如梃杆、活塞杆和各种柴油喷射系统零部件涂层的工业标准。
无氢类DLC涂层
最近，另一类DLC涂层，ta-C涂层正在越来越引起人们的兴趣。因为此类涂层具有非常高的硬度及非常好的耐摩擦性能。另外，无氢类ta-C涂层结合某些润滑剂能够显著减少摩擦，例如在尼桑汽车的发动机气阀机构上就有此类技术的应用。此类DLC涂层一般通过石墨靶的电弧蒸发来获得。涂层的特点是具有非常高的硬度值，一般在4000～7000HV，并且几乎不含氢。所以常把此类涂层叫做无氢类DLC涂层。在ta-C类DLC涂层中，碳原子以类似水晶体4晶点结构（四面体）为主体。
ta-C涂层的制备
在不断的发展中，豪泽公司开发ta-C类DLC涂层并将其应用到工业领域。目前，除了采用激光电弧技术以外，还可以采用其他方法制备ta-C类DLC涂层。
1.直流电弧工艺蒸发石墨靶源
豪泽公司经过多年的研发，目前使用传统的直流电弧工艺来蒸发石墨靶源制取ta-C类DLC涂层（图2）的工艺方法已经在最后的优化阶段，预计在不远的将来将实现工业化应用。此工艺应用的投资成本很低，但是与激光电弧工艺相比，此工艺的驱弧过程很难实现，并导致由此引起的涂层表面粗糙问题。

图2石墨蒸发用圆形直流电弧阴极
2.磁控溅射石墨靶源
制备DLC涂层的另一种工艺方法是磁控溅射石墨靶源，由此获得的涂层如下表中所示的Endurance-S涂层系列。在现实环境下这种涂层在大规模工业生产中已经得到了成功地应用，并且获得很好的效果。通过此工艺沉积的DLC涂层较硬，通常可达2000～4000HV，具有非常低的表面粗糙度，并且可以实现无氢类DLC涂层的沉积。
表豪泽生产的不同DLC涂层及性能参数

结束语
可以说DLC涂层发展的很快，DLC涂层优良的涂层性能使其得以实现工业化生产并得到广泛的应用。这些发展激发了许多科研院所和公司投资进一步的研究并带动了整个产业向将来迈进了一步。Fraunhofer学院和豪泽技术涂层视其为己任，将为DLC涂层的发展贡献力量。