无氢DLC Coating
[dropcap]DLC[/dropcap]类金刚石涂层是含有一定比例的sp3碳原子键（金刚石结构）组合成的非晶亚稳定材料。它具有高硬度、高化学惰性、极低摩擦系数的特点，广泛应用于各个工业领域。DLC纳米涂层，通常按sp3与sp2键的比值和氢含量来分类。金刚石为sp3键，石墨为sp2。当sp3占比增大时，涂层的硬度通常会增加。DLC涂层为亚稳定材料，加热会促使非晶体再结晶，向sp2石墨方向相改变。
| 涂层名称 | 颜色 | 涂层硬度 | 抗氧化温度 | 摩擦系数 | 涂层厚度 | 应用推荐 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AC | 黑灰色 | 2300-4000HV | 400℃ | 0.05-0.1 | 0.5-3μm | 高硬低摩擦工况 |
| DLC | 灰色 | 1800-2200HV | 300℃ | 0.01 | 0.5-3μm | 低摩擦工况 |
✳ 无氢DLC硬度可以为2300HV-7000HV，但是高于4000HV脆性过大，容易剥落。技术处于完善期。
涂层打样
- 基材：轴承钢
- 涂层需求：高硬低摩擦，低温回火，μm级加工精度
- 表面失效原因：磨粒磨损
打样测试
轴承检测工具，对比玫瑰金AMC（3400HV，2μm）和DLC（2400HV，1.5μm）涂层后，更低摩擦力的DLC寿命更长。因此分析减小摩擦力是更主要的涂层寿命改进方案。
由于随炉打样，本次打样涂层并不是优选，采用的是无氢DLC。虽然AC DLC相比普通DLC摩擦力略大，但综合性能优越可扩展性强。在牺牲少量摩擦性能的基础上，可以大幅提升硬度4000HV，减小镀膜脆性。
无氢DLC和氢化DLC对比
氢含量对DLC类金刚石膜层的性能影响非常明显。由于sp3和sp2比例的不同和氢含量不同，DLC薄膜的摩擦系数表现出从0.001到0.1较大范围的波动。
| 无氢AC DLC | 氢化DLC | |
| 硬度 | 约2000HV | 2000HV-7000HV |
| 内应力 | 高（参硅后可降低） | 中 |
| 结合力 | 低（加打底层提升） | 中 |
| 摩擦性能 | ＜0.1 | 0.05-0.1 |
| 热稳定性 | 400-450℃ | 300℃ |
| 耐腐蚀性 | 更好 | 好 |
| 膜厚 | 0.5-2μm | 0.5-3μm（越硬越薄） |
| 颜色 | 越厚越灰，越薄越彩 | 黑色，薄时有黑七彩 |
氢化DLC在真空条件下摩擦学性能较好，而空气环境下AC无氢DLC耐磨性提升明显！
在N2环境下，随DLC氢含量升高，薄膜的摩擦系数降低明显，从0.6降低到0.003左右，表现出极好的耐磨性。但当在实验过程中停止N2供应，改为供应空气时，无氢DLC的摩擦系数迅速降低，而高氢含量的DLC摩擦系数迅速升高。引起这种变化的主要原因来自DLC薄膜表面悬挂键状态的改变。氢可以钝化DLC表面，从而降低摩擦系数。那空气的加入为什么会引起无氢DLC摩擦系数降低而氢化的升高呢？原来空气中含有较多水蒸气和氧气等成分，也可以与DLC结合，起到一定的钝化作用。但是也有研究表明，水蒸气和氧气会促进DLC表面H的解离，导致悬挂键重新暴露，或许这是空气气氛下氢化DLC摩擦系数升高的主要原因。氮气气氛下，DLC中H含量升高，摩擦系数明显降低。氮气变成空气后，无氢DLC摩擦系数明显下降，而含氢DLC摩擦系数则升高。
但是，虽然空气环境下氢化DLC摩擦系数略有升高，但始终远小于无氢DLC。
有时我们沉积的DLC涂层在真空室内膜层不剥落，一旦拿出就会劈里啪啦掉膜，估计是与DLC表面的钝化效应突变有关，改变了表面结构和能量。可以推测，氢化DLC涂层的钝化反应，是主要的涂层失效原因之一。