การผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของความแข็งสูงและแรงเสียดทานต่ำเพื่อการต้านทานการสึกหรอที่เหนือกว่า

ภายในจักรวาลของฟิล์มบางที่ทนต่อการสึกหรอคาร์บอนเหมือนเพชร ( DLC ) สารเคลือบกลายเป็นวิธีแก้ปัญหาในอุดมคติสำหรับการใช้งานแบบไตรโบโลยี ซึ่งส่วนประกอบอยู่ภายใต้การรับน้ำหนักมากหรืออยู่ภายใต้การเสียดสีที่รุนแรง การสึกหรอ และการสัมผัสกับชิ้นส่วนอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมประเภทนี้ เฉพาะความแข็งสูงของการเคลือบ DLC พร้อมกับค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีต่ำที่สอดคล้องกันเท่านั้นที่สามารถป้องกันชิ้นส่วนจากการเป็นรูพรุน การแตก การยึดเกาะ และการล้มเหลวในสนามได้ในที่สุด

การประยุกต์ใช้สารเคลือบ DLC อย่างแพร่หลาย ได้แก่ ยานยนต์สมรรถนะสูงและการแข่งกับตลับลูกปืนเพลากังหันลมและเฟืองดาวเคราะห์ ใบมีดตัดสแตนเลสและปั๊มลูกสูบสำหรับการแปรรูปอาหาร และส่วนประกอบการเลื่อนในการบรรจุและการบรรจุขวด การเคลือบยังเป็นเทคนิคที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับการอัพเกรดชิ้นส่วนหมุนที่สำคัญในไดรฟ์ไฮดรอลิก ระบบฉีดเชื้อเพลิง ซีลเครื่องกล ปั๊ม และวาล์ว

สำหรับหลายๆ คน การเคลือบ DLC เป็นการเคลือบคาร์บอนอสัณฐานที่เติมไฮโดรเจน (a-C: H) แต่นี่เป็นความเข้าใจผิดเนื่องจากสามารถออกแบบทางวิศวกรรมได้สูงโดยพิจารณาจากปริมาณไฮโดรเจน (ปราศจากไฮโดรเจนหรือปราศจากไฮโดรเจน) การเลือกองค์ประกอบเสริมที่เป็นโลหะและไม่ใช่โลหะ การปรากฏตัวของชั้นย่อยและทางเลือกของการสะสมและการยึดเกาะ

เมื่อรวมกันแล้ว ปัจจัยเหล่านี้สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำเพื่อสร้างการเคลือบ DLC แบบบาง (โดยทั่วไปคือ 1 ถึง 5 µm) ที่หลากหลาย โดยมีความแข็ง 8 – 80 GPa หรือสูงกว่า (เพชรเป็นวัสดุที่แข็งที่สุดที่ 70–150 GPa) นอกจากนี้ยังสามารถจัดการค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ผิวสำเร็จ และอุณหภูมิในการใช้งานที่ต้องการได้อีกด้วย

เนื่องจากแอตทริบิวต์ที่ปรับแต่งได้หลากหลายประเภทที่เป็นไปได้ในหมวดหมู่ การเคลือบ DLC สามารถมีบทบาทสำคัญในวิศวกรรมส่วนประกอบตั้งแต่ขั้นตอนแรกสุดของกระบวนการออกแบบ

เคลือบคาร์บอนอสัณฐานไฮโดรเจน

ชนิดเคลือบ DLC ที่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางที่สุด คือ คาร์บอนอสัณฐานเติมไฮโดรเจน (a-C: H) ส่วนใหญ่มักใช้ผ่านการสะสมไอเคมีด้วยพลาสมา (PACVD) วิธีการสะสมนี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีผ่านการกระตุ้นด้วยพลาสมาและการแตกตัวเป็นไอออนที่สร้างความแข็งของผิวเคลือบประมาณ 15-30 GPa ซึ่งอยู่ที่ปลายล่างของการเคลือบ DLC

อย่างไรก็ตาม การเคลือบคาร์บอนอสัณฐานเติมไฮโดรเจนสามารถถูกจัดการเพิ่มเติมผ่านการเติมสาร ซึ่งเป็นกระบวนการของการเพิ่มองค์ประกอบทางเคมีเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพ ซิลิคอน ออกซิเจน หรือโลหะสามารถใช้เป็นองค์ประกอบยาสลบเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน

การเคลือบ DLC ที่ปราศจากไฮโดรเจน

อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับ DLC ที่เติมไฮโดรเจนคือการเคลือบ DLC ที่ปราศจากไฮโดรเจนซึ่งมีความแข็งสูงขึ้นพร้อมกับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่ต่ำมาก

สารเคลือบเหล่านี้สามารถใช้ได้ในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูงสุด รวมถึงยานพาหนะที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับพื้นที่เสียดทาน การสึกหรอ และการสัมผัสสูงของเครื่องยนต์และชุดวาล์ว การเคลือบสามารถใช้กับระบบฉีดเชื้อเพลิง เพลาลูกเบี้ยว หมุดลูกสูบ วาล์ว ลิฟเตอร์ และฟิงเกอร์สไลเดอร์ ซึ่งมีแรงกดสัมผัสสูงและความเร็วในการเลื่อน นอกจากยานยนต์แล้ว การเคลือบยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้กับชิ้นส่วนปั๊มไฮดรอลิก ซีลเชิงกล และส่วนประกอบวาล์วแรงดันสูง

สารเคลือบที่ปราศจากไฮโดรเจนส่วนใหญ่ใช้วิธีการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) โดยการระเหยด้วยอาร์คซึ่งผลิตคาร์บอนอสัณฐานเตตระฮีดรัลหรือ ta-C ด้วยพันธะจัตุรมุขในระดับสูง (ส่วนใหญ่ 50-60%) จึงมีความทนทานต่อการสึกหรอจากการเสียดสีที่สูงขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับ a-C: H ทางเลือก