طلاء DLC: الإجهاد الداخلي والالتصاق وحدود السماكة

الكربون شبيه الألماس (DLC) غشاء كربوني غير متبلور تحتذر ذراته في آن واحد روابط sp3 شبيهة بالألماس وروابط sp2 شبيهة بالجرافيت، ويُرَسَّب عادة بتقنيات PVD أو CVD. وهو لا ينتمي إلى عائلة الطلاءات السائلة التي تتناولها هذه الصفحة: فالطلاء يسيل ويتشابك في الهواء حتى سماكة عشرات الميكرومترات، أما غشاء DLC فينمو ذرة ذرة تحت القذف الأيوني من ما دون الميكرومتر إلى بضعة ميكرومترات. وعلى سطح المكوّن الميكانيكي يتكامل التقنيتان، ومن ثم يلزم العامل في مجال الطلاءات أن يعرف أرقام DLC وحدود تعطله.

خلاصة ثلاثة خيوط تحمل الحجة كلها. أولًا: الإجهاد الداخلي. يبلغ الإجهاد الانضغاطي أثناء الترسيب 8-10 GPa في الغالب، ويتراكم مع السماكة؛ وإذا تجاوز قيمة حرجة ينحني الغشاء ويتقشر مساحات واسعة. ليس صنع طبقة سميكة دليل إتقان: فبعد خفض الإجهاد إلى 2-4 GPa فقط تصبح طبقة واحدة صالحة للعمل في المدى 0.5-5 µm. ثانيًا: طرق التقييم ليست قابلة للتبديل. يمنح ISO 26443:2023 تقديرًا نوعيًا بالفئة 0-3 عبر الانضغاط روكويل، وتمنح ASTM C1624-22 و ISO 20502:2016 حملًا حرجًا للاختبار الخدشي، ويقيس GB/T 47254-2026 (المطابق لـ ISO 4821:2022) الالتصاق الديناميكي تحت التشحيم. كل منها يقيس شيئًا مختلفًا ولا تُحوَّل نتائجها إلى بعضها، ويصرّح اثنان منها بأنها لا تقيس مقاومة السطح البيني الجوهرية. ثالثًا: البيئة متغيّر لا خلفية. الغشاء نفسه a-C:H يعطي 0.03-0.05 في النيتروجين الجاف، ونحو 0.30 في البداية و 0.10-0.30 في الحالة المستقرة عند 60% رطوبة نسبية، و 0.021 و 0.027 في نيتروجين رطب بعد الجاري. ويضاف للتآكل ملاحظة: DLC ليس حاجزًا، والمسامات الدقيقة شأنها شأن سد المواد.

1. الأرقام القابلة للتحقق أولًا

• التسمية: يحدد ISO 20523:2017 (الأغشية الكربونية — التصنيف والرموز، صدر في سبتمبر 2017) التصنيف والرموز والأسماء المختصرة. يسري على الأغشية التي يكون الكربون مكوّنها الرئيسي والمُرسَّبة بـ PVD أو CVD، ويشمل الأغشية الكربونية غير المتبلورة (أي DLC) وألماس CVD والجرافيت والأغشية الشبيهة بالبوليمر. لا يسري على الفوليرينات والأنابيب النانوية الكربونية والجرافين، وتعريفاته خاصة بالطبقات غير المتدرجة فقط؛ والكربون الموجود كربيدًا داخل a-C:Me أو a-C:H:Me لا يُحسب ضمن كمية الكربون. اعتمدته بريطانيا BS ISO 20523:2017 (نافذ منذ 2017-09-30) وفرنسا NF A91-056 / NF ISO 20523:2018، وهو يٌحيل إلى VDI 2840:2012.
• الصلادة: يعيد تلخيص علني لجدول أصناف ISO 20523 ذكر a-C عند 15-25 GPa، و ta-C عند 30-50 GPa، و a-C:H عند 10-20 GPa، و a-C:H:Me عند 15-30 GPa، والشبيه بالبوليمر <5 GPa؛ بينما تذكر مراجعة علمية a-C:H الصلب في المدى 10-40 GPa والطبقات اللينة دون 5 GPa. أما القياس: فـ ta-C المرسب بالليزر النابضي بلغ 55-65 GPa فيكرز مع معامل ديناميكي 800-900 GPa، وذكر تقرير صناعي 40-80 GPa ومعامل 400-800 GPa.
• الروابط والهيدروجين: يعطي المصدر الثانوي نفسه a-C بنسبة sp3/sp2 بين 0.2-0.8 وهدروجين <1 at%، و ta-C فوق 0.8 و <1 at%، و a-C:H عند 0.1-0.5 مع هيدروجين 20-40 at%، و a-C:H:Me عند 0.3-0.6 مع 10-30 at%، والشبيه بالبوليمر فوق 40 at%. وتصل أغشية PLD والقوس المصفاة إلى 85% sp3، بينما قراءة الصناعة 80-87% مع اقتراب من 90%.
• الإجهاد الداخلي: يبقى ta-C المرسب بالليزر النابضي بعد الترسيب عند 8-10 GPa، وقراءة الصناعة لـ ta-C عند 5-12 GPa. وفي ta-C رقيق جدًا مُنمّى بطريقة FCVA من 7.6 nm إلى 50 nm ينخفض الإجهاد المتبقي ونسبة sp3 أولًا ثم يارتفاعان، ويظهر حُطين عند 29 nm بقيمة 3.9 GPa. أما الخَلط الحراري أو بالليزر فيُبقي الغشاء بلا إجهاد تقريبًا.
• سقف السماكة: تقول المراجع بصراحة إن DLC يصعب تكثيره لأن الإجهاد ينمو مع السماكة، وأن الغشاء يتقشر بعد سماكة حرجة؛ وقد أُخبِر عن أغشية متوسطة 2 µm علىحاملات متعددة، ونافذة الطبقة الواحدة العاملة 0.5-5 µm (بهدف تجانس ±5%). وتتوقف مواصفات الاختبار عند الموضع نفسه: تغطي ASTM C1624-22 المدى 0.10-30 µm بإبرة نصف قطر 200 µm، ولا تُوصى لما دون 0.1 µm ولا لما فوق 30 µm؛ ويسري ISO 26443:2023 على الأغشية ≤20 µm.
• الطاقة وسرعة الترسيب: يعمل الطلاء الأيوني بأيونات كربون 100-750 eV وبنمو نحو 1 µm/h؛ ويحتاج القوس الكاثودي المصفى (FCVA) إلى 40-100 eV لتجاوز 80% sp3 بسرعة 1-10 nm/s؛ ويطلب PLE فيوضًا فوق 6 J/cm² وطاقة حركية وسطى فوق 30 eV وحامل دون 100 ℃؛ وأُجريت r.f-PECVD عند 0.11-1.07 W/cm² وضغط 0.67-40 Pa مع الميثان مصدرًا وحيدًا للكربون.
• الاحتكاك بحسب الجو: يعطي a-C:H المُرسَّب بـ r.f-PECVD (خشونة السطح 1-4 nm) منزلقًا على نتريد السيليكون قيم 0.03-0.05 في النيتروجين الجاف؛ وعند 60% رطوبة نسبية يبدأ قرب 0.30 ويستقر عند 0.10-0.30؛ وفي نيتروجين رطب (0.7-40 %RH و 4.2-40 %RH) تصل a-C و a-C:H بعد الجاري إلى 0.021 و 0.027 دون تعلّق بالرطوبة. وتنقل المراجع عن DLC نحو 0.1 وهو مستوى PTFE، وأقل للأنواع المؤهدرجة والمفلورة، بينما ترتفع احتكاك a-C عديم الهيدروجين في الغاز الخامل نسبيًا.
• رتب التآكل: قيس على ta-C بسماكة 50 nm فوق Al2O3-TiC انضغاط 51 GPa عند عمق 25 nm، ومعدل تآكل 1.8×10⁻⁴ mm³/(N·m) تحت ضغط تلامس 37 GPa؛ وتمتد قيم a-C:H من 10⁻⁸ إلى 10⁻⁶ mm³/(N·m) في النيتروجين الجاف، ومن 2.0×10⁻⁹ إلى 8.9×10⁻⁸ mm³/(N·m) عند 60% رطوبة نسبية.
• تقييم الالتصاق: يستخدم ISO 26443:2023 مدقة روكويل الماسية لتقدير نوعي؛ وتُختار القوة بحسب المادة الحاملة — 1471.5 N (مقياس C) فوق 54 HRC، و 981 N (مقياس D) حتى 54 HRC، و 588.6 N (مقياس A) للسيراميك والمعد الصلب — بزمن تحميل 1-8 s، وثبات (4±2) s، وثلاث بصمات على الأقل، وقراءة بصرية لا تقل عن 100×. الفئات 0-3: صفر بلا تشقق ولا تقشر، وواحد تشقق دون تقشر التصاقي (كلاهما مقبول)، واثنان تقشر التصاقي جزئي (يُذكر نسبة المساحة)، وثلاثة تقشر التصاقي كامل (تُذكر النسبة r/a). أما ASTM C1624-22 فتسحب إبرة روكويل C الماسية بزاوية 120° ونصف قطر 200 µm، وتعرّف القوة العمودية التي تُحدث مستوى ضررًا معينًا بأنه الحمل الحرج للخدش.
• الجبهة الصينية: صدر GB/T 47254-2026 (المحامل الانزلاقية — طريقة اختبار الالتصاق الديناميكي للمكونات المكسوة بـ DLC في ظل التشحيم) بتاريخ 2026-02-27 ونُفِّذ من 2026-06-01، اعتماده مطابقًا لـ ISO 4821:2022 تحت لجنة SAC/TC236. تجمع الطريقة بين ملامسة كرة على قرص والبث الصوتي تحت مزلّج، وينص نطاقها على أن النتائج لا تسري على الظروف غير المشحَّمة، ويُعرَّف DLC عبر ISO 20523. ويسجل مقدمه واقعًا صناعيًا: إذ لم تكن هناك طريقة رسمية، اضطر المنتجون والموردون إلى التحقق من قوة الربط على أجهزة خاصة بقطع محرك حقيقية. ويربط الملحق B نتائج الطريقة بنتائج جهاز المحرك.
• المسام وسَدّها: بعد سد عيوب طلاءي CrN و DLC بطبقة 50 nm مرسبة ذرّيًا طبقة طبقة (Al2O3 و Ta2O5 متراكبات نانوية أو مخاليط)، انخفضت كثافة تيار فولاذ CrN أكثر من رتبتين مقدارية، وتأخر ظهور نقاط التآكل في رذاذ الملح المتعادل من 2 h إلى 168 h؛ وعلى DLC كان التصاق طبقة السد أضعف لكن التأخر ظل بينًا، دليلًا على أن المسام قد سُدَّت. والدرس من جهة الطلاء: DLC يحمل كلفة التآكل والخدش، لا الحاجز المضاد للتآكل.
• الحرارة وجودة السطح: تضع المراجع التجرّف فوق نحو 300 ℃؛ ويُذكر في الصناعة مدى تخفيف الإجهاد 200-400 ℃، وجهد نابض -50 V إلى -200 V يخفض الإجهاد من نحو 10 GPa إلى 2-4 GPa، مع طبقات وسيطة 2-10 nm (Si أو SiC أو TiC أو Ti/Cr). أما السطح: فخشونة a-C:H في المدى 1-4 nm، وأغشية FCVA دون Ra 1 nm وأملس من رقاقة السيليكون العارية عند 0.412 nm.

2. التسمية: ما يغطيه ISO 20523 فعلًا

2.1 المواصفة تعالج الطبقة لا المنظومة كلها

تغيب عن الانتباه جملة في نطاق ISO 20523:2017: فالمستند يتعلق بمادة الأغشية الكربونية، لا بالطلاء كاملًا — والمكوّن الحقيقي يحمل طبقة وظيفية رئيسية وطبقات إضافية فوقها أو تحتها. وتُسمى الطبقات التي يتغير تركيبها مع السماكة طبقات متدرجة، ولا تسري التعريفات إلا على الطبقات غير المتدرجة. لذا فإن كتابة «DLC هذه القطعة» غير مضبوطة: فالعقد وشروط الاستلام يجب أن تعدد الطبقة الرئيسية + الطبقة الانتقالية + الطلاء الأساسي + الطلاء النهائي طبقة طبقة، وهي الحكمة نفسها المستخدمة في أنظمة الزنك-الألومنيوم بالرذاذ الحراري.

2.2 أربعة رموز، والفرق في الهيدروجين والمعدن

الرموز الشائعة: a-C (بلا هيدروجين)، و a-C:H (مؤهلرج)، و ta-C (كربون رباعي السطوح غير متبلور، sp3 عالٍ وبلا هيدروجين تقريبًا)، و a-C:Me و a-C:H:Me (يحملان معدنًا، غالبًا كربيدًا). وشرط الحد مهم: لا تدخل الأغشية ذات العناصر الإضافية في المستند إلا بقي الكربون المكوّن الرئيسي، وكربون الكربيدات لا يُحسب — فالأغشية الغنية بالمعدن تنزلق خارج تعريف DLC. تاريخيًا، جاء لقب «شبيه الألماس» من أواخر الترسيبات بالحزمة الأيونية لكربون غير متبلور صلب وعازل ومقاوم للتآكل.

2.3 الجدول 1 — نوافذ الأصناف ودلالاتها الهندسية

عمود الصلادة من إعادة صياغة علنية لجدول التصنيف، وصاحب الصفحة ينص على أنها ليست نص المعيار؛ وتذكر قياسات المنشور 40-80 GPa للصنف نفسه. فلتنقل إذن كرتبة مقدار لا كحد استلام — وهذا موضوع القسم السادس.

3. الآلية: غير متبلور ومع ذلك «شبيه الألماس»

3.1 ترتيب متلاشي المدى

للكربون طريقان معروفان: الجرافيت طبقات سداسية بروابط sp2، والألماس شبكة مكعبة بتنسيق رباعي sp3. ولا تكمن غرابة DLC في وجود بلورات ألماس صغيرة، بل في تثبيت جلّ الذرات في تنسيق رباعي موضعي دون دورية بعيدة المدى. فالصلادة من هذه الروابط sp3 الموضعية، لا من حدود الحبيبات ولا من الترسيبات. ولكونه ليس بلوريًا فلا وجوه انشطار فيه، ويقاوم انتشار الشق أفضل من الألماس متعدد البلورات. والتوتر بين الصلادة والمتانة الذي نوقش في طلاءات النانو السيراميكية يظهر هنا باختلال من نوع آخر: الإجهاد الداخلي.

3.2 دور الهيدروجين: تليين وتزييت معًا

يُنهي الهيدروجين الروابط المعلّقة في شبكة sp3 ويقطعها شرائح أكثر مرونة: فكلما زاد محتواه اقترب الغشاء من البوليمر ولان، وهبط معامل الاحتكاك معه. وتنقل المراجع أن إضافة الهيدروجين إلى تدفق الهيدروكربون ترفع المحتوى البوليمري وتخفض الاحتكاك وتُملس السطح؛ وأسطح DLC غالبًا مُنهية بالهيدروجين وتمتص بخار الماء، وهو ما يزيح الاحتكاك مجددًا. ومن هنا منحنيَا 0.03 و 0.30. والنصف الآخر من القصة هو التحول البنيوي أثناء الانزلاق: فالاحتكاك يحوّل a-C:H إلى مادة غالبة sp2 ذات ترتيب موضعي أعلى، وقدر التآكل يواكب مدى هذا التحول. فالطبقة المزلّقة والطبقة الضحية شيء واحد.

3.3 الإشابة والطبقات المتعددة تدفع الحد

تُستخدم السيليكون والتنجستن والفلور والنيتروجين والحمل المعدني لتوسيع السماكة العاملة أو مدى الخدمة. ومن المنشور: متعددات a-C:H:W و a-C:H:Cr، وطبقات a-C:H و a-C:H:Si على فولاذ أدوات مصلّد ومعتّق، رُسِّبت بالتقذية المغناطيسية الانعكاسية r.f أو PACVD، وقُوِّمت برذاذ الملح وفق DIN 50021-SS. وتظهر مراجعات أن تآكل DLC المتعدد المشابَ بالسيليكون يعتمد على دورة الترسيب وعلى الوسط معًا (NaCl و H2SO4 و HCl و NaOH). وللطبقات المتعددة وظيفة ثانية: تخفيف الإجهاد، لأن تبادل الطبقات الألين يقطع التراكم.

4. مسارات الترسيب الأربعة ونوافذها

4.1 PECVD / PACVD: بارد، أملس، وينفع على اللدائن

تسود مفاعلات الألواح المتوازية بالتردد الراديوي في الصناعة، ومصادر الكربون من الأسيتيلين والإيثيلين والميثان إلى الهكسان والبنزين والسيكلوهكسان؛ ونوافذ المختبر قرب 0.11-1.07 W/cm² و 0.67-40 Pa. وبما أن الترسيب يمكن أن يكون باردًا تصير اللدائن قابلة للكسوة — وعدسات البولي كربونات المقاومة للخدش مثال منشور — وثمن ذلك ارتفاع الهيدروجين وصلادة في حدود 10-20 GPa. وتُرسِّب أبحاث تقنية DLC على المعدن من الأسيتيلين مع الأرجون غازًا مساعدًا، ثم تقيّم بالمسح القطبي الكهربائي ورذاذ الملح.

4.2 FCVA: sp3 العالي والإجهاد العالي يأتيان معًا

يمر قوس كاثودي على الجرافيت عبر مجال مغناطيسي شعاعي يحجز القطرات والشوائب الكبيرة فلا يبلغ السطح إلا الأيونات؛ وطاقة 40-100 eV ترفع sp3 فوق 80%، والنمو 1-10 nm/s، والسطح دون Ra 1 nm. والطاقة العالية والإجهاد العالي قطبا منحنى واحد: فالخطة الصناعية الأساسية عند نحو 10 GPa ويجب جرّها إلى 2-4 GPa بجهد نابض -50 V إلى -200 V. والنتيجة التجريبية المعاكسة مُفيدة: فالقوس المصفى عند جهد عائم مدّ طاقة كافية للخلط الذري السطحي دون الإجهاد الداخلي الكبير المصاحب للطاقات الأعلى، وأعطى أحمالًا حرجة أعلى من a-C:H. فالالتصاق ليس دائمًا في جانب الطاقة.

4.3 PLD والطلاء الأيوني: مصدران للأغشية فائقة الصلادة

يبخر PLD الجرافيت بليزر إكزايمر 248 nm؛ وتُطلب فيوضات فوق 6 J/cm² وطاقة حركية وسطى فوق 30 eV وحامل دون 100 ℃ للحصول على sp3 عالٍ، فيكون الغشاء غير متبلور تمامًا ويصل sp3 إلى 85% بإجهاد ترسيب 8-10 GPa. ثم يعطي الخلط الحراري أو بالليزر أغشية بلا إجهاد تقريبًا بسماكة بضعة ميكرومترات، جيدة الالتصاق على السيليكون والمعد الصلب، عند 55-65 GPa فيكرز. أما الطلاء الأيوني فيفتح نافذة 100-750 eV، ونموًا نحو 1 µm/h، وصلادة كنوب قرب 6000 kg/mm² بهيدروجين ضئيل جدًا.

4.4 الجدول 2 — مقارنة المسارات

5. الإجهاد الداخلي: السقف الحقيقي للسماكة

5.1 من أين يأتي الإجهاد

يتراكب أثران. فالأيونات عالية الطاقة تدقّ السطح النامو إلى بنيَة كثيفة شبه مستقرة، فيتجمد الانضغاط لحظة تشكّل الشبكة؛ ويضاف فارق معامل التمدد الحراري بين الغشاء والفولاذ أو السيراميك أو المعدن الصلب مكوّنًا ثانيًا أثناء التبريد. ويسجل مقدم GB/T 47254-2026 العلاقة السببية بوضوح: تُصنع كسوات DLC الصلبة في حرارة مرتفعة، ويتمدد الكسوة ومكوّن المحرك بشكل مختلف، لذا يعلو الإجهاد الداخلي ويصير ضبط جودة الربط بعد الترسيب عاملًا حاسمًا. وتضيف المراجع أن الفجوات والبنيَة الدقيقة تمتص الغازات فترفع الإجهاد أكثر.

5.2 السماكة الحرجة والانحناء

الإجهاد داخل المستوى، وطاقتة المخزنة تنمو مع السماكة، وللتخلّص منه سبيل واحد: انحناء وتشقق وتقشر مساحي. وتكتب المراجع ذلك حرفيًا — الأغشية السميكة تعسر وتتقشر بعد سماكة حرجة — وتذكر طبقات مستقرة بمتوسط 2 µm على حاملات كثيرة. وبالترجمة الهندسية: تعيش الطبقة الواحدة في 0.5-5 µm، وتجاوزها يستدعي تعدد الطبقات أو التدرج أو طبقة مُخفِّفة؛ وأسقف السماكة في مواصفات الاختبار (انضغاط ≤20 µm، خدش 0.10-30 µm) تنطبق على هذه النافذة عملًا.

5.3 أربعة روافع وآثارها الجانبية

• الجهد النابض: من -50 V إلى -200 V يخفض الإجهاد من نحو 10 GPa إلى 2-4 GPa — لكن تغيّر الطاقة ينزح بنسبة sp3، فتُعاد تأكييد الصلادة.
• الخلط بحرارة معتدلة: 200-400 ℃ يطلّق بعض الإجهاد دون خسارة كبيرة في sp3 — ويحده التجرف قرب 300 ℃.
• تعدد الطبقات والتدرج: تبادل ta-C مع a-C، أو 2-10 nm من Si أو SiC أو TiC أو Ti/Cr — والثمن زمن الدورة وتجانس الدفعة.
• تحضير المادة الحاملة: تنظيف بقذف Ar+ وخلط بيني. والمادة الحاملة نفسها حاسمة: تنقل المراجع التصاقًا حسنًا على السيليكون وتعثرًا على الذهب والنحاس والتنجستن والفولاذ المقاوم، وتُظهر القياسات أن a-C:H يلتصق بالسيليكون أفضل بينما يلتصق ta-C بالسيراميك الموصل أفضل.

نظافة السطح مسألة الطلاء نفسها: فالأملاح الذائبة والتلوث البيني بعد الرملية شرط مسبق لـ DLC أيضًا — انظر تلوث الأسطح بالأملاح الذائبة.

6. التقييم: ماذا يُقاس وبأي مواصفة وما لا يثبت

6.1 الصلادة والمعامل: لماذا تتباعد الأرقام

الشروط العامة للانضغاط المُجهَّز في ASTM E2546-15 (DOI 10.1520/E2546-15): عندما لا تُجدي الطرق التقليدية لحجم العينة أو حالتها، تقيس هذه الأغشية الرقيقة كمياً من النانو إلى الماكرو (مع إحالة إلى ISO 14577-1) — لكنها لا تشمل الإزاحة الجانبية المتعمدة، أي اختبار الخدش. وأثران يُضلان: أولهما العمق وأثر المادة الحاملة — فالغشاء نفسه 50 nm يعطي 51 GPa عند عمق 25 nm؛ وثانيهما تلميد المدقة — فتلمع ta-C الصلبة طرف الماس حتى أعاد الباحثون معاينة دالة المساحة بعد كل انضغاط، واقترحوا نسبة ميل مستقلة عن هندسة المدقة مقيسة على كوارث مصهور. والنتيجة: لا تُقارن مباشرة قيم صلادة أُخذت عند أعماق أو بمعايرات أو بأساليب مختلفة (فيكرز، الانضغاط الديناميكي، الانضغاط المُجهَّز) — فـ 80 GPa عند المورّد و 45 GPa عند العميل قد يكونان صحيحين معًا. والفجوة بين الأساليب نفسها تتكرر في مقاومة خدش الورنيش السيارات.

6.2 الالتصاق الأول: فئة روكويل في ISO 26443:2023

الطبعة الثانية صدرت في أكتوبر 2023 بديلًا من 2008؛ واعتمدت أوروبا EN ISO 26443:2023 وألمانيا DIN EN ISO 26443:2024-02، وسابقها DIN CEN/TS 1071-8:2004. يُضغط مدقة روكويل المخروطية الماسية في الكسوة وتُقرأ المنطقة حول البصمة بمجهري بصري. وهو تقدير نوعي للالتصاق في أغشية حتى 20 µm (ويصلح لبعض الكسوات المعدنية)، ولا يصلح للكسوات المرنة على حامل صلب. والآلات تتبع ISO 6508-1 و ISO 6508-2، ولا يُفحص طرف المدقة بصريًا بأقل من 200×. قيمته في سرعة فحص العينة ورخصه، وحده في أنه يعطي فئة لا عددًا.

6.3 الالتصاق الثاني: اختبار الخدش في ASTM C1624-22 و ISO 20502:2016

تغطي ASTM C1624-22 الكسوات الصلبة (فيكرز ≥5 GPa) والرقيقة (≤30 µm) السيراميكية — وتسمّي كربيدات والنيتريدات والأكاسيد والألماس وكربون شبيه الألماس — على حاملات معدنية أو سيراميكية في حرارة الغرفة، بسحب إبرة روكويل C ماسية بزاوية 120° ونصف قطر 200 µm بسرعة ثابتة وتحت قوة عمودية ثابتة أو متصاعدة، مع قوة مماسية وبث صوتي كبيانات مساعدة. وتنص صراحة على أنها لا تقيس مقاومة السطح البيني الجوهرية، بل تعطى قيمة هندسية لنظام الكسوة-الحامل عند شروط إبرة ومعدل تحميل وإزاحة معيّنة؛ وتخرج عنها الكسوات البوليمرية والمعادن اللدنة، وكذلك — دون تعديل — الأغشية دون 0.1 µm وفوق 30 µm. ويسمح بتمديدين: الاختبار مع تشحيم أو في حرارة مرتفعة، والاختبار بعد تعرض حراري أو أكسدي أو تآكلي للحكم على الخواص المتبقية.

وعلى جانب السيراميك، الميزان الدولي ISO 20502:2016 (تعيين الالتصاق في الكسوات السيراميكية باختبار الخدش، من ISO/TC 206، بديلًا من DIN EN 1071-3:2005، ومعتمدًا في أوروبا EN ISO 20502:2016). وانضباطها يتجاوز «رقم Lc»: فالكسوة ≤20 µm، ومدى القوة 1-100 N؛ وإبرة روكويل C الماسية تُتحقق وفق ISO 6508-2 وتُستبدل كل 200 اختبار أو عند أي ضرر؛ وخشونة الحامل Ra لا تتجاوز 0.5 µm وإلا تذبذبت القوة العمودية 0.1 N؛ والكسوة بلا زيوت ولا شحم ولا رطوبة؛ والمناخ الموصى به (22±2) ℃ / (50±10)% RH؛ ولا يمثل نتيجة واحدة، لذا خمسة اختبارات على الأقل؛ والقوة العمودية الحرجة فوق 1 N بدقة 0.1 N، وعدم اليقين القياسي يبلغ غالبًا 20% عند مستوى ثقة 95% مع انحراف مشغّل 5-10%. وثلاثة أوضاع معرفة: PFST المتصاعد (فرز سريع)، و CFST الثابت القوة (إحصاء الضرر)، و MPST متعدد المسارات (محاكاة الإجهاد المتكرر). وفي اللفظ حاسمة: لا يُقبل مصطلح «الحمل الحرج» لأن العطل تسببه قوة — فقوة عمودية حرجة Lc. وللمعاينة تُوصى مراجع TiN/Si أو CrN/Si، والمادة المرجعية المعتمدة BCR-692 للتحقق من حالة الجهاز كاملًا.

وبوضع C1624 إلى جوار 20502 يتضح كم غدا لفظ «الالتصاق» غامضًا في مشتريات DLC: الأولى تتوقف عند 30 µm وتجعل البث الصوتي بيانًا مساعدًا، والثانية تتوقف عند 20 µm وتكتب خمسة اختبارات و 20% عدم يقين في صلب الطريقة. فعليًا يجب أن يذكر عقد المواصفة المعيار ومستوى الضرر والخشونة والرطوبة وقت القياس؛ وإلا فقيمة مثل Lc = 50 N لا قابلة للمقارنة. وتعالج صفحة النظر العامة الكسوات النانوية الصلبة المقاومة للتآكل الآليات وشجرة الاختيار عبر عائلات مادية كثيرة؛ وتثبت هذه الصفحة أرقام التسمية والإجهاد والسماكة والاستلام على خط DLC وحده — فتتكامل الصفحتان دون تكرار النتائج.

6.4 الالتصاق الثالث: ديناميكي تحت التشحيم

يسد GB/T 47254-2026 مع ISO 4821:2022 الثغرة التي لا يبلغها الأولان: ملامسة دحرجة-انزلاق مشحَّمة في المحامل الانزلاقية. والجهاز كرة على قرص مع بث صوتي — تُلتقط الموجة المرنة المنطلقة عند عطل الكسوة، فيُقيَّم الربط دون محرك حقيقي، ويربط الملحق B النتائج بجهاز الاختبار. ومن الإحالات المعيارية ISO 683-1:2017 (فولاذ المحامل)، و ISO 1101، و ISO 21920-2 (المقابل GB/T 1182-2018 MOD). ويجب نقل حدّه: النتائج لا تسري على الظروف غير المشحَّمة. ويظهر الوثيقة الجمعية T/CSAE 103-2019 (شروط أفلام DLC قليلة الاحتكاك لمكونات المحرك) و GB/T 6462-2021 (قياس سماكة الكسوات بالمقطع المعدني) في قوائم معامل الفحص (مصدر ثانٍ)، ويُراجِع إصدارها الساري لدى الجهة المُصدِرة. وللقرن الثلاثي، يفيد كسوة التزيين الجاف MoS2 ومعامل العزم فيها.

6.5 الاحتكاك والتآكل: الجو متغيّر

يكفي التبدد داخل العائلة الواحدة لقلب القرار. ثلاثة خيول مقيسة: نيتروجين جاف 0.03-0.05؛ و 60% رطوبة نسبية بداية نحو 0.30 ثم استقرار 0.10-0.30، حيث ترفع الرطوبة الاحتكاك والتآكل معًا؛ و نيتروجين رطب عند 0.7-40 %RH أو 4.2-40 %RH يعطي بعد الجاري 0.021 و 0.027 لـ a-C و a-C:H دون تعلّق بالرطوبة. والنقطة المناقضة للبديهة: a-C عديم الهيدروجين أعلى احتكاكًا في الغاز الخامل نسبيًا، وأن «الجفاف التام» ليس أصلح بالضرورة — فقليل من الماء أو الهيدروجين يشارك في بلوغ الاحتكاك الفائق الانخفاض، حتى سماه الباحثون المفتاح. وللمشتري: لا يُسلَّم رقم احتكاك إلا مرفقًا بالجو والجسم المقابل والحمل والسرعة وتاريخ الجاري، وإلا لم يكن قابلًا للمقارنة.

6.6 التآكل: المسامات تمنع وظيفة الحاجز

خمول الكربون الكيميائي حقيقي، لكن الاستمرار يصعب كلما رَقّ الغشاء. ويعطي دراسة السد أرقامًا قابلة للتدقيق: متراكب 50 nm من Al2O3 / Ta2O5 يمشي مع تضاريس السطح وينمو داخل المسامات، فتهبط كثافة تيار فولاذ CrN أكثر من رتبتين، وينتقل ظهور نقطة التآكل في رذاذ الملح المتعادل من 2 h إلى 168 h؛ وعلى DLC كان التصاق السد أضعف لكن التأخر بقي بينًا. ويتغيّر تآكل DLC المتعدد المشابَ بالسيليكون مع دورة الترسيب والوسط، ما يجعل دورة العملية نفسها متغيّر تآكل. والقراءة الصحيحة لرجل الحماية: DLC يتحمل التآكل والخدش، أما الحاجز فيبقى على الطلاء الأساسي أو السد — وقارن كسوات ALD كحاجز رطوبة و سد مسام أغشية الأكسدة بالقوس الدقيق.

6.7 الجدول 3 — طرق التقييم جوار بعضها

6.8 الجدول 4 — قسمة العمل بين DLC والطلاء

7. الحدود الحرارية والكيميائية: متى لا يُختار DLC

7.1 التجرف فوق نحو 300 ℃

تعدد المراجع عيبًا صريحًا: يميل DLC إلى التجرف فوق نحو 300 ℃. ومنه ثلاث نتائج: يجب إبقاء خلط التخفيف في الجانب الآمن من هذا الحد (تذكر الصناعة 200-400 ℃، والقيمة الفعلية بحسب الصنف والجو)؛ ولا يُفترض أن حرارة خدمة تدنو من الحد تترك الاحتكاك والصلادة بلا تغيير؛ وكل لحام أو رذذ أو تجفيف لاحق يتجاوز هذا الحد يُلزم بتطبيق DLC آخرًا في التتابع.

7.2 الاحتكاك يحوّل البنيَة بنفسه

مطيافية رامان أداة القراءة: فقد قيس تشتت مواضع الشواظ وشدتها مع طول موجة الإثارة من 785 إلى 229 nm على طيف واسع من الكربون غير المرتب وغير المتبلور (DOI 10.1103/PhysRevB.64.075414)، وهو أساس استعمال رامان المعتاد للحكم على sp2/sp3. وتعطي تجارب الانزلاق الخلاصة العملية: يحوّل الاحتكاك a-C:H إلى بنيَة غالبة sp2 أكثر ترتيبًا، ويتآكل بقدر مدى هذا التحول. فسطح DLC الانزلاقي يُجدَّد ويُستهلك باستمرار، والعمر مربوط بهذه الموازنة لا بالصلادة الابتدائية.

7.3 كيمياء المزلّج تحتاج تحققًا على جهاز

في الزيت ذي الإضافات تحكم الكيمياء البينية، فـ«الغشاء مطابق» لا تعني «النظام مطابق». وهذا بالضبط الثغرة التي يسدها GB/T 47254-2026: شرط الزيت وملامسة الكرة-القرص والحكم بالبث الصوتي في طريقة واحدة، مع ملحق ربط بجهاز المحرك. ويجب أن يُدرج في ملف الاختيار درجة الزيت وطيف الأحمال وحالة السطح (نظام متغيرات ISO 21920-2) في خطة التحقق.

8. قائمة تشخيص الأعطال والاستلام

• تقشر مساحي بحواف مرتفعة: اتَّهم أولًا تراكم الإجهاد فوق الحد — تحقق هل تجاوزت الطبقة نافذة 0.5-5 µm، وهل صُممت طبقات متعددة أو مخففة، وهل الحامل من المعادن المعروفة بصعوبة الالتصاق.
• تقشر حول حافة البصمة (فئة 2/3): عند قراءة ISO 26443:2023 طابق أولًا القوة مع صلادة الحامل (1471.5 N فوق 54 HRC) واستبعد ضرر المدقة؛ ويجب أن يشتمل التقرير على نسبة المساحة المتقشرة أو النسبة r/a.
• تبدد كبير في الأحمال الحرجة: تحقق ملاءمة نصف قطر الإبرة للسماكة (200 µm تناسب 0.10-30 µm)، وسرعة التحميل والإزاحة المعلنة، واقرأ القوة المماسية مع البث الصوتي.
• احتكاك مرتفع أو متذبذب: سجّل الجو (نيتروجين جاف، رطوبة محيط، نيتروجين رطب) وتاريخ الجاري قبل النقاش في صنف الغشاء؛ ولا تقارن جدولَي بيانات دون ذكر الجو.
• تنقر مبكر في رذاذ الملح: هذه مشكلة مسامات لا مشكلة خمول كربون — قيّم سدًا بحدود 50 nm أو طلاءً أساسيًا، وأعد تأهيل الالتصاق البيني.
• نزاع على الصلادة: اتفق على عمق الانضغاط وطريقة المعاينة والكتل المرجعية، واستعمل نسبة الميل المستقلة عن المدقة عند الحاجة، وأعلن إن حدث تلميد أم لا.
• صياغة عقد المواصفة: سمِّ الطبقة الرئيسية وفق ISO 20523، واعدد الطبقة الانتقالية والأساسية والنهائية، وأرفق طريقة قياس السماكة (المقطع المعدني) ومعيار الالتصاق مع الفئة أو مستوى Lc المطلوب وسقف حرارة الخدمة — لا تُكتب «مكسوة DLC» وحدها.

9. أسئلة متكررة

س1 هل يحل DLC محل طلاء مضاد للتآكل؟

لا كحاجز. الكربون خامل كيميائيًا، لكن الأغشية الفعلية فيها مسامات: ففي دراسة السد انتقلت نقاط التآكل في رذاذ الملح من 2 h إلى 168 h لأن تلك المسامات سُدَّت. والقِسمة السليمة: الحاجز على الطلاء الأساسي أو السد، وDLC وجه مقاومة التآكل — وهي الحكمة نفسها في المتانة الميكانيكية للكسوات فائقة الكارهة للماء.

س2 لماذا لا يُسمَّك DLC؟

لأن الانضغاط يتراكم مع السماكة. يبقى ta-C بعد الترسيب عند 8-10 GPa (قراءة الصناعة 5-12 GPa)، وبعد السماكة الحرجة ينحني ويتقشر. تخفضه الجهد النابض، والخلط المعتدل، وتبادل الطبقات، والطبقات الوسيطة إلى 2-4 GPa، وثمن ذلك إعادة تأكيد sp3 والصلادة. فالطبقة الواحدة العاملة تتوقف عند 0.5-5 µm.

س3 لماذا تتباعد قيم الصلادة المنشورة؟

ثلاثة آثار تتراكم: أثر الحامل عند عمق معيّن (51 GPa عند 25 nm في غشاء 50 nm)، وتلميد طرف الماس بالغشاء الصلب ما يفرض إعادة معايرة دالة المساحة بعد كل انضغاط، واختلاف الأساليب (فيكرز، الانضغاط الديناميكي، الانضغاط المُجهَّز). فالغشاء ta-C الواحد يجوز أن يحمل 30-50 GPa و 40-80 GPa و 55-65 GPa معًا.

س4 أي رقم احتكاك نعتمد في الاختيار؟

الرقم المقيس في جوّك. نيتروجين جاف 0.03-0.05، ورطوبة 60% مستقرة 0.10-0.30، ونيتروجين رطب بعد الجاري 0.021 و 0.027 — وكلها صحيحة. ولاحظ أن a-C عديم الهيدروجين يرتفع احتكاكه في الغاز الخامل، فليس «الأجفّ» أصلح بالضرورة.

س5 هل تُقارَن نتائج ISO 26443 و ASTM C1624 و ISO 20502 و GB/T 47254؟

لا تُحوَّل. فهي فئة انضغاط نوعية في جو جاف، وحمل حرج للخدش في جو جاف، وقوة عمودية حرجة لخداش السيراميك بخمس نتائج على الأقل، والتصاق ديناميكي مشحَّم — على مدى سماكات وظروف مختلفة، ويصرح اثنان منها بأنها لا تبلغ المقاومة الجوهرية. فصالحتها مقارنة أفقية داخل الطريقة الواحدة لا التحويل الحسابي.

س6 هل يرسَّب DLC على اللدائن؟

نعم — وهذه قيمة مسارات الحرارة المنخفضة، وعَدسات البولي كربونات المقاومة للخدش مثال منشور. لكن ناقلية اللدائن للحرارة وصلادتها وطاقة سطحها تغيّر توزيع الإجهاد وشكل العطل: فتنقل المراجع أن الأغشية الصلبة على حاملات بوليمرية منخفضة المعامل تفشل أولًا بالانحناء عبر السماكة قبل الفشل المتماسك.

10. المراجع

• ISO 20523:2017 — الأغشية الكربونية: التصنيف والرموز؛ BS ISO 20523:2017 نافذ من 2017-09-30؛ NF A91-056 / NF ISO 20523:2018؛ مع إحالة إلى VDI 2840:2012.
• ISO 26443:2023 (الطبعة الثانية، أكتوبر 2023) — السيراميك الدقيق: اختبار انضغاط روكويل لتقييم الالتصاق في الكسوات السيراميكية؛ EN ISO 26443:2023 / DIN EN ISO 26443:2024-02؛ بديلًا من ISO 26443:2008؛ سابقه DIN CEN/TS 1071-8:2004؛ محيلًا إلى ISO 6508-1 و ISO 6508-2.
• ISO 20502:2016 — السيراميك الدقيق: تعيين الالتصاق في الكسوات السيراميكية باختبار الخدش (ISO/TC 206؛ يبدل DIN EN 1071-3:2005؛ EN ISO 20502:2016 و BS EN ISO 20502:2016 و NF A92-815 و UNE-EN ISO 20502:2016؛ محيلًا إلى ISO 6508-2 و ISO 4288).
• ASTM C1624-22؛ ASTM E2546-15 (تحديث 2023) DOI 10.1520/E2546-15؛ ISO 14577-1:2015.
• GB/T 47254-2026 — صدر 2026-02-27 ونُفِّذ 2026-06-01، مطابق لـ ISO 4821:2022، لجنة SAC/TC236؛ المحالات ISO 683-1:2017 و ISO 1101 و ISO 21920-2 (GB/T 1182-2018 MOD).
• J. Robertson — Diamond-like amorphous carbon، Materials Science and Engineering: R: Reports 37 (2002) 129-281، DOI 10.1016/S0927-796X(02)00005-0.
• Y. Lifshitz — Diamond-like carbon: present status، Diamond and Related Materials 8 (1999) 1659-1676؛ و A. C. Ferrari و J. Robertson، Physical Review B 64 (2001) 075414، DOI 10.1103/PhysRevB.64.075414.
• قياسات احتكاك وتآكل a-C:H على نتريد السيليكون في النيتروجين الجاف وعند 60% رطوبة (K. Miyoshi وآخرون)؛ ودراسة سد 50 nm من Al2O3 / Ta2O5 على CrN و DLC؛ و M. Cui وآخرون، RSC Advances (2016)، DOI 10.1039/c6ra05527c؛ ونُقلت مواد الصناعة وقوائم المعامل (T/CSAE 103-2019، GB/T 6462-2021) بوصفها مصدرًا ثانيًا. وقد ورد التوصيل الحراري هناك تارة 1-5 W/(m·K) وتارة 400-1000 W/(m·K)، والمتناقضان لا يُعتمد عليهما كمدخل تصميم هنا.

آخر تحديث: 2026-11-02 أعده هيئة التحرير الفني لدى Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. من المواصفات المنشورة والأدبيات، للتبادل التقني بين المختصين. الأرقام تتبع نصوص المواصفات وقياسات الغير؛ وشروط التجارة EXW / FOB فقط.