Diamant-achtige koolstofcoatings begrepen: Een gids voor productontwerpers

Ben je een productontwerper die onderdelen of componenten wil maken die contact zullen maken met andere onderdelen of montages, of plan je producten te maken die blootstaan aan harde chemicaliën of omgevingen? Zo ja, dan moet je een materiaal kiezen met hoge slijt- en chemische weerstandseigenschappen.

Echter, hoewel diverse engineering materialen indrukwekkende slijtweerstand en chemische eigenschappen hebben, komen deze materialen meestal niet goedkoop van de band. Daarom verbeteren top-productontwerpers en fabrikanten de eigenschappen van gewone metalen met speciale oppervlakteafwerkingsprocessen zoals diamant-achtige koolstofcoating.

Diamant-achtige koolstofcoating (DLC) ontstaat wanneer geïoniseerde, en gedemineerde koolstof op het oppervlak van een substraat wordt gebracht met hoge energie. Deze coating verbetert de eigenschappen van het substraat (zoals slijtweerstand, corrosieweerstand en wrijvingscoëfficiënt), wat ze ideaal maakt in een breed scala toepassingen.

In dit artikel gaan we terug naar de basis van diamant-achtige coating. We behandelen ook de typen en toepassingen van deze coatings in diverse industrieën. Laten we beginnen!

Figuur 1: Een metaal substraat met diamant-achtige koolstofcoating

Diamant-achtige coating begrijpen

Als je de term "diamant-achtige coating" voor het eerst hoort, vraag je je waarschijnlijk af hoe diamant (een van de hardest bekende natuurlijke stoffen) verwerkt wordt om als coatingmateriaal te dienen.

Maar je moet niet zo over DLC nadenken. In plaats daarvan wil je nadenken over het essentiële chemische element dat diamant-achtige coating zo uniek maakt – namelijk koolstof. Koolstof is vierwaardig – wat betekent dat het vier elektronen beschikbaar heeft om bindingen te vormen met andere atomen. Het aantal gevormde bindingen en de rangschikking van deze bindingen bepalen de eigenschappen die een koolstofverbinding zal bezitten.

Bijvoorbeeld: de moleculaire structuur van een diamant bevat verschillende koolstofatomen, die vier elektronen hebben die moleculaire bindingen vormen met andere koolstofatomen. In tegenstelling, gebruiken de koolstofatomen in de moleculaire structuur van grafit slechts drie van deze elektronen om moleculaire bindingen met elkaar te vormen. Deze kleine variatie is wat diamantkristallen erg hard en grafit erg zacht maakt.

Figuur 2: Moleculaire binding in diamant en grafit Bron: WikiMedia Commons

De diamant-achtige koolstoffilm bestaat essentieel uit koolstofatomen, zoals diamant en grafit. Echter, een DLC-film combineert de atoomstructuur van diamant en grafit – wat betekent dat het verschillende koolstofatomen bevat en drie en vier van de atoom elektronen gebruikt om moleculaire bindingen te vormen. Als resultaat heeft DLC een combinatie van de eigenschappen van diamant en grafit.

Kenmerken van diamant-achtige coating

#1 Lage wrijvingscoëfficiënt

De wrijvingscoëfficiënt (ook wel wrijvingscoëfficiënt genoemd) is een dimensieloos getal dat ingenieurs gebruiken om te beschrijven hoe goed een materiaal (of product) wrijving weerstaat wanneer het over een ander oppervlak glijdt.

DLC coatings hebben een zeer lage wrijvingscoëfficiënt variërend tussen 0,015 en 0,2. Als resultaat vereisen DLC-gecoate onderdelen (of montages) typisch minder energie om een proces (of mechanische operatie) te handhaven. Dit maakt ze extreem nuttig in toepassingen waar je bewegende stukken vindt, zoals de auto-industrie, machinewerkplaatsen en de luchtvaartindustrie.

Lees meer: Begrijpen hoe fabrikanten luchtvaartonderdelen fabriceren.

#2 Uitstekende slijtweerstand

Slijtage beschrijft het afwrijven (afschuren of afwrijven) van delen van een materiaal door wrijving. Het is meestal ongewens en onvermijdelijk in mechanische operaties. De enige omzeiling is een materiaal met hoge slijtweerstand voor een specifieke toepassing te vinden.

DLC-gecoate metalen bieden hoge slijtweerstand vergeleken met gewone metalen. Om je een idee te geven van het niveau van slijtweerstand dat DLC coatings bieden, bekijk Figuur 3, die een slijtweerstandstest toont op twee metalen.

Figuur 3: Slijt- (of slijtage) weerstandstest op diamant-achtige koolstof-gecoat materiaal

Stel het eerste metaalonderdeel heeft geen extra coating terwijl het andere metaal DLC-gecoat is. In zo'n scenario, als je een indenter op de twee materialen aanspant (met dezelfde kracht), zul je merken dat het DLC-gecoate oppervlak niet zoveel krassen oploopt als het oppervlak zonder coating. Deze unieke eigenschap maakt DLC-gecoate onderdelen nuttig in auto-motor slijtonderdelen, injectoren en juweliertoepassingen.

#3 Corrosieweerstand

DLC coatings bieden corrosieweerstand, wat ze ideaal maakt in toepassingen waar onderdelen blootstaan aan vochtige of agressieve omgevingen (bijvoorbeeld pijpleidingen en luchtvaartcomponenten).

#4 Esthetiek

DLC coating springt eruit ten opzichte van andere coatingtypen omdat het metalen onderdelen beschermt tegen agressieve atmospheren terwijl het weinig tot geen verandering in de esthetische uitstraling van het onderdeel garandeert. Bovendien kun je een aantrekkelijke kleurreeks van antraciet tot diep zwart bereiken met het DLC coatingproces.

Typen DLC coating

DLC coatings komen in verschillende typen, afhankelijk van het metaal (of niet-metaal) dat aan hun chemische structuur wordt toegevoegd. Bijvoorbeeld: metaal-gedopte DLC coatings zijn simpelweg DLC gelegeerd met metalen zoals titanium, molybdeen, wolfraam, aluminium en chroom. In tegenstelling, niet-metaal gedopte DLC typen omvatten silicium-DLC, fluor-DLC, en stikstof-DLC.

Figuur 4: Silicium-gedopte DLC coating op een metaal substraat

De ideale gelegeerde DLC coating keuze hangt af van je toepassingsvereisten. Bijvoorbeeld: titanium-gelegeerde DLC coatings zijn ideaal voor medische toepassingen vanwege hun uitstekende tribologische eigenschappen, bio-inertheid en chemische inertheid. In tegenstelling, silicium-gelegeerde DLC coatings zijn ideaal voor snijgereedschappen, motorblokken, zuigers en tandwielen.

Figuur 5: Zuiger en cylinderonderdelen met DLC coating

Gelukkig bieden top-machinewerkplaatsen zoals Gensun doorgaans oppervlakteafwerkingsadviesdiensten aan hun klanten.

DLC Coating Diensten: Gensun Kan Helpen

Gensun is een toonaangevende aanbieder van bewerkingsdiensten in Azië. Niet alleen gebruiken we state-of-the-art productietechnologieën om je onderdelen te fabriceren, maar we bieden ook high-quality oppervlakteafwerkingsdiensten zoals diamant-achtige koolstof DLC coating. Onze ingenieurs, bewerkers en kwaliteitscontrole experts werken samen om je product goed te krijgen.

Lees meer over onze oppervlakteafwerkingsdiensten.