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20世紀(jì)70 年代早期,類金剛石(DLC)涂層才首次見諸報(bào)道。工業(yè)上應(yīng)用這種涂層起源于汽車部件,如高壓柴油噴射系統(tǒng)和動(dòng)力傳動(dòng)部件。當(dāng)今，具有特殊優(yōu)勢的各種 DLC 涂層已在一些領(lǐng)域得到應(yīng)用。

DLC 涂層通常由 sp與 sp鍵的比值和氫含量來分類。當(dāng)碳元素通過 sp鍵結(jié)合,就會(huì)形成金剛石;通過sp%鍵結(jié)合,就會(huì)形成石墨。當(dāng)sp與sp?鍵的比值增大時(shí)，涂層的硬度通常會(huì)增加。

可在 DLC 涂層內(nèi)加入鎢(W-C:H)之類的金屬(此處 C為碳,H為氫): 還可以加入其他元素如硅(Si-DLC)來改變涂層的摩擦系數(shù)或抗溫性能。一種已用于切削刀具的復(fù)合涂層為高硬度的氮化物涂層(如TiAIN)加上較軟的、具有潤滑功能的頂層涂層(如W-C:H)。因?yàn)榕判嫉母纳?，這種復(fù)合涂層在攻絲和鉆削應(yīng)用中顯示出優(yōu)異的效果。本文將重點(diǎn)討論一種被稱作四面體非晶碳(ta-C)的 DLC涂層。

通過圓形電弧工藝涂覆 ta-C 涂層的立銑刀,其涂層具有典型的彩虹色彩Ta-C 涂層是一種無氫碳元素涂層，其 sp與sp?鍵的比值較高。與其他 DLC 涂層相比,taC膜層具有更高的硬度和抗溫性能,并可顯著降低摩擦系數(shù)該涂層首次應(yīng)用在汽車工業(yè)的挺桿(氣門頂筒),并一直應(yīng)用至今。

Ta-C 涂層應(yīng)用于諸如汽車頂桿零件的目的之一是為了減小摩擦，其帶來的效果是改善了發(fā)動(dòng)機(jī)效率、更少的燃油消耗和更低的 CO，排放。對更佳燃油經(jīng)濟(jì)性和更少污染的推動(dòng)，已將 taC 涂層應(yīng)用在切削刀具和成形工具上。增大汽車行駛里程數(shù)的措施之一是降低汽車自身重量。除了采用超高強(qiáng)度合金鋼,在車身和發(fā)動(dòng)機(jī)上采用鋁合金已在過去幾年以來日益增長。在汽車和航空航天業(yè)，塑料的應(yīng)用也在日益增長。在切削這些材料時(shí),刀具的磨損機(jī)理完全不同于切削合金鋼。切削這些材料的主要挑戰(zhàn)之一在于保持切削刃鋒利和減小積屑瘤。因?yàn)榍邢鬟@些材料的刀具刃口半徑很小,需要刀具涂層厚度也盡可能小。所有這些挑戰(zhàn)可通過刀具涂覆性能優(yōu)異的 ta-C涂層并專用于切削非鐵金屬和塑料來應(yīng)對。

高功率脈沖磁控濺射，工藝?yán)锰及衼沓练eta-C 涂層

Ta-C 涂層的切削刃對鋁幾乎沒有親和力。如果ta-C涂層硬度很高,遠(yuǎn)小于1um 的涂層厚度通常足夠用于鉆頭和立銑刀這樣的切削工具。在航天航空業(yè)鉆削和CFRP疊層材料的首次試驗(yàn)表明,ta-C 涂層延長了刀具壽命,并顯著改善了鉆孔質(zhì)量。