Recubrimientos DLC: tensión interna, adhesión y espesor

El carbono de tipo diamante (DLC) es una película carbonosa amorfa cuyos átomos comparten enlaces sp3 de tipo diamante y enlaces sp2 de tipo grafito, depositada habitualmente por PVD o CVD. No pertenece a la familia de los recubrimientos líquidos que este sitio suele tratar: una pintura fluye y reticula en aire hasta decenas de micras, mientras una película DLC crece átomo a átomo bajo bombardeo iónico, del submicrómetro a pocos micrómetros. Sobre una superficie mecánica ambas tecnologías se complementan, y de ahí la necesidad de conocer sus cifras y sus umbrales de fallo.

TL;DR　Tres ejes sostienen el argumento. Primero: la tensión interna. La compresión de depósito llega corrientemente a 8-10 GPa y se acumula con el espesor; superado un valor crítico la película flamea y se desprende en placas. Hacerla gruesa no es mérito de proceso: solo tras bajar la tensión a 2-4 GPa una capa única resulta utilizable entre 0,5-5 µm. Segundo: los métodos no son intercambiables. ISO 26443:2023 entrega una clase cualitativa 0-3 por indentación Rockwell; ASTM C1624-22 e ISO 20502:2016 entregan carga crítica de rayado; GB/T 47254-2026 (idéntico a ISO 4821:2022) mide adhesión dinámica bajo lubricación. Miden cosas distintas y no se convierten entre sí; dos de ellos declaran no alcanzar la resistencia intrínseca de la interfaz. Tercero: el entorno es una variable. La misma película a-C:H muestra 0,03-0,05 en nitrógeno seco, cerca de 0,30 al inicio y 0,10-0,30 en estado estacionario al 60% de humedad relativa, y 0,021 u 0,027 en nitrógeno húmedo tras el rodaje. Para corrosión queda una nota: el DLC no es barrera, los microporos corresponden a un sellado o a un fondo.

1. Las cifras, por delante

• Nomenclatura: ISO 20523:2017, clasificación y designación de las películas de base carbono (septiembre de 2017), vale para películas cuyo componente principal es el carbono depositadas por PVD o CVD, e incluye las de carbono amorfo (denominadas DLC), diamante CVD, grafito y capas de tipo polimérico. No se aplica a fullerenos, nanotubos de carbono ni grafeno, y sus definiciones solo conciernen a capas no graduales; el carbono en forma de carburo dentro de a-C:Me o a-C:H:Me no computa en el total de carbono. Adoptado en el Reino Unido como BS ISO 20523:2017 (en vigor 2017-09-30) y en Francia como NF A91-056 / NF ISO 20523:2018, con referencia a VDI 2840:2012.
• Dureza: una paráfrasis pública de las clases ISO 20523 indica a-C 15-25 GPa, ta-C 30-50 GPa, a-C:H 10-20 GPa, a-C:H:Me 15-30 GPa y tipo polimérico <5 GPa; una revisión científica habla de a-C:H duro entre 10-40 GPa y capas blandas por debajo de 5 GPa. Medidas: ta-C por láser pulsado con 55-65 GPa Vickers y módulo dinámico 800-900 GPa; un informe industrial cita 40-80 GPa y 400-800 GPa. La dispersión es real, véase la sección 6.
• Enlaces e hidrógeno: la misma fuente secundaria da a-C con sp3/sp2 0,2-0,8 e hidrógeno <1 at%; ta-C por encima de 0,8 con <1 at%; a-C:H 0,1-0,5 con 20-40 at%; a-C:H:Me 0,3-0,6 con 10-30 at%; tipo polimérico por encima de 40 at%. Las películas por láser pulsado y arco filtrado llegan al 85% de sp3, y la lectura industrial sitúa 80-87% con proximidad al 90%.
• Tensión interna: el ta-C depositado por láser pulsado está en 8-10 GPa; la lectura industrial del ta-C en 5-12 GPa; un ta-C FCVA ultradelgada, crecida de 7,6 nm a 50 nm, muestra tensión residual y fracción sp3 primero decrecientes y luego crecientes, con un mínimo de 3,9 GPa a 29 nm. Un recocido térmico o láser deja la película casi sin tensión.
• Techo de espesor: la literatura lo dice sin rodeos: el DLC es difícil de crecer grueso porque la tensión aumenta con el espesor y la película se desprende tras un espesor crítico; se reportan capas medias de 2 µm sobre diversos sustratos, y la ventana de una sola capa es 0,5-5 µm (objetivo de uniformidad ±5%). Las normas de ensayo se detienen en el mismo punto: ASTM C1624-22 cubre 0,10-30 µm con una punta de radio 200 µm y no se recomienda por debajo de 0,1 µm ni por encima de 30 µm; ISO 26443:2023 vale para recubrimientos ≤20 µm.
• Energía y tasa de depósito: el ionplating trabaja con iones de carbono de 100-750 eV y crece unas 1 µm/h; el arco catódico filtrado (FCVA) exige 40-100 eV para superar el 80% de sp3 a 1-10 nm/s; el PLD requiere fluencia por encima de 6 J/cm², energía cinética media superior a 30 eV y sustrato por debajo de 100 ℃; el r.f-PECVD se usó a 0,11-1,07 W/cm² y 0,67-40 Pa con metano como única fuente de carbono.
• Fricción según la atmósfera: un a-C:H r.f-PECVD (rugosidad 1-4 nm) deslizándose sobre nitruro de silicio da 0,03-0,05 en nitrógeno seco; al 60% de humedad relativa arranca cerca de 0,30 y se estabiliza en 0,10-0.30; en nitrógeno húmedo (0,7-40%HR y 4,2-40%HR) un rodaje lleva a-C y a-C:H a 0,021 y 0,027, independientes de la humedad. Las revisiones citan para el DLC unos 0,1, comparables al PTFE, menores en las calidades hidrogenadas y fluoradas, mientras el a-C sin hidrógeno roza relativamente más en gas inerte.
• Orden de magnitud del desgaste: un ta-C de 50 nm sobre Al2O3-TiC mide 51 GPa a 25 nm de profundidad y un desgaste de 1,8×10⁻⁴ mm³/(N·m) bajo una presión de contacto de 37 GPa; el a-C:H se mueve entre 10⁻⁸ y 10⁻⁶ mm³/(N·m) en nitrógeno seco y 2,0×10⁻⁹ y 8,9×10⁻⁸ mm³/(N·m) al 60% de humedad relativa.
• Juzgar la adhesión: ISO 26443:2023 emplea el indentador Rockwell de diamante para una lectura cualitativa; la fuerza sigue al sustrato — 1471,5 N (escala C) por encima de 54 HRC, 981 N (escala D) hasta 54 HRC, 588,6 N (escala A) para cerámicas y metal duro — con tiempo de aplicación 1-8 s, permanencia (4±2) s, al menos 3 huellas y lectura óptica no inferior a 100×. Clases 0-3: 0 sin fisuras ni desprendimientos, 1 fisuras sin despegue adhesivo (ambas aceptables), 2 despegue adhesivo parcial (indicar porcentaje de área), 3 despegue adhesivo completo (indicar la relación r/a). ASTM C1624-22 arrastra una punta Rockwell C de diamante con ángulo 120° y radio 200 µm: la fuerza normal que produce un nivel dado de daño es la carga crítica de rayado.
• El frente chino: GB/T 47254-2026, adhesión dinámica de piezas DLC para cojinetes deslizantes en condiciones lubricadas, publicado el 2026-02-27 y de aplicación desde el 2026-06-01, adopción idéntica de ISO 4821:2022 bajo SAC/TC236. El método combina contacto bola-disco y emisión acústica bajo lubricante, declara que los resultados no valen en condiciones no lubricadas y define el DLC mediante ISO 20523. Su introducción recuerda que, al no existir un método oficial, constructores y proveedores debían cualificar la unión en bancos dedicados usando piezas reales de motor. El anexo B establece la correlación con el banco.
• Microporos y sellado: tras cerrar los defectos de los recubrimientos CrN y DLC con 50 nm de depósito capa por capa (Al2O3 y Ta2O5 en nanolaminado o mezcla), la densidad de corriente del acero con CrN cayó más de dos órdenes de magnitud y los puntos de corrosión en niebla salina neutra pasaron de 2 h a 168 h; sobre DLC la adhesión del sellado era más débil, pero la ganancia en niebla salina sigue siendo clara, prueba de que los microporos quedaron obturados. Lectura desde la pintura: el DLC asume desgaste y agarrotamiento, no la barrera anticorrosiva.
• Temperatura y calidad superficial: las revisiones sitúan la grafitización por encima de unos 300 ℃; la ventana industrial de alivio se cita en 200-400 ℃, un sesgo pulsado de -50 V a -200 V baja la tensión de unos 10 GPa a 2-4 GPa, con capas amortiguadoras de 2-10 nm (Si, SiC, TiC o Ti/Cr). Superficie: rugosidad a-C:H 1-4 nm, películas FCVA por debajo de Ra 1 nm y más lisas que la oblea de silicio desnuda a 0,412 nm.

2. Nomenclatura: lo que cubre realmente ISO 20523

2.1 La norma trata la capa, no el sistema

Una frase del campo de aplicación de ISO 20523:2017 pasa inadvertida: el documento concierne al material de las películas de base carbono, no al recubrimiento completo — y una pieza real lleva una capa funcional principal más capas adicionales encima o debajo. Las capas cuya composición cambia a lo largo del espesor se llaman graduales, y las definiciones solo valen para capas no graduales. Escribir «el DLC de esta pieza» es por tanto impreciso: oferta y aceptación deben enumerar capa principal + capa de transición + imprimación + capa final, igual que en los sistemas de zinc-aluminio proyeccion térmica.

2.2 Cuatro designaciones: la diferencia son hidrógeno y metal

Las siglas habituales son a-C (sin hidrógeno), a-C:H (hidrogenada), ta-C (carbono amorfo tetraédrico, sp3 alto, casi sin hidrógeno) y a-C:Me / a-C:H:Me (con metal, suele estar como carburo). La cláusula de frontera importa: las películas con elementos añadidos entran en el documento solo si el carbono sigue siendo el componente principal, y el carbono de los carburos no se cuenta — las películas ricas en metal se salen así de la definición de DLC. Históricamente el término «de tipo diamante» nace de los primeros depósitos por haz iónico de carbono amorfo duro, aislante y resistente al desgaste.

2.3 Tabla 1 — ventanas de clase y lectura de ingeniería

La columna de dureza procede de una reformulación pública de la tabla de clases, cuyo propio autor advierte que no sustituye el texto normativo; la literatura mide también 40-80 GPa para la misma clase. Úsese como orden de magnitud, nunca como límite de aceptación — de eso trata la sección 6.

3. Mecanismo: amorfo y aun así «de tipo diamante»

3.1 Orden de corto alcance, sin orden de largo alcance

El carbono sigue dos caminos conocidos: el grafito, hexagonal y en capas sp2, y el diamante, cúbico con coordinación tetraédrica sp3. Lo singular del DLC no son cristalitas de diamante sino el bloqueo de una gran fracción de átomos en coordinación tetraédrica local sin periodicidad de largo alcance. La dureza nace de esos enlaces sp3 locales, no de bordes de grano ni precipitados. Al no ser cristalino carece de planos de exfoliación y resiste mejor la propagación de fisuras que el diamante policristalino. La tensión entre dureza y tenacidad discutida en los recubrimientos nanocerámicos aparece aquí como otro desequilibrio: la tensión interna.

3.2 El hidrógeno: ablanda y lubrica a la vez

El hidrógeno satura los enlaces insaturados de la red sp3 y la recorta en segmentos más móviles: a más hidrógeno, película más polimérica y blanda, con fricción que también cae. Las revisiones indican que añadir hidrógeno a la corriente de hidrocarburo eleva el contenido polimérico, reduce el coeficiente de fricción y alisa la superficie; las superficies DLC suelen estar terminadas en hidrógeno y adsorben vapor de agua, lo que desplaza de nuevo la fricción. De ahí las dos curvas — 0,03 en una atmósfera y 0,30 en otra. La otra mitad es la transformación estructural durante el deslizamiento: la fricción convierte el a-C:H en un material dominado por sp2 con mayor orden de corto alcance, y el desgaste corresponde al avance de esa conversión. Capa lubricante y capa de sacrificio son la misma cosa.

3.3 Dopados y multicapa empujan la frontera

Silicio, tungsteno, flúor, nitrógeno y cargas metálicas amplían el espesor útil o el campo de servicio. Están publicadas multicapas a-C:H:W y a-C:H:Cr, capas simples a-C:H y a-C:H:Si depositadas sobre acero de herramienta templado y revenido mediante magnetrón r.f reactivo o PACVD, evaluadas en niebla salina según DIN 50021-SS. La corrosión de un DLC multicapa con silicio depende tanto del ciclo de depósito como del medio (NaCl, H2SO4, HCl, NaOH). La multicapa tiene una segunda función: aliviar tensión, porque la alternancia con capas más blandas corta la acumulación.

4. Las cuatro rutas de depósito y sus ventanas

4.1 PECVD / PACVD: frío, liso, también sobre plástico

Los reactores de placas paralelas de radiofrecuencia dominan la práctica industrial, con fuentes de carbono que van del acetileno, etileno y metano al hexano, benceno o ciclohexano; las ventanas de laboratorio rondan 0,11-1,07 W/cm² y 0,67-40 Pa. Pudiendo depositar en frío, los plásticos se vuelven recubribles — las lentes de policarbonato antirrayado son el ejemplo público — a costa de un alto contenido de hidrógeno y durezas de 10-20 GPa. La literatura técnica deposita de buen grado desde acetileno con argón como gas auxiliar sobre metal, y evalúa después polarización electoquímica y niebla salina.

4.2 FCVA: sp3 alto y tensión alto llegan juntos

Un arco catódico sobre grafito atraviesa un campo magnético radial que retiene gotas y macropartículas, de modo que solo los iones llegan a la superficie; una energía de 40-100 eV sube el sp3 por encima del 80%, el crecimiento camina a 1-10 nm/s y la superficie baja de Ra 1 nm. Energía alta y tensión alta son los dos extremos de la misma curva: el esquema industrial base ronda 10 GPa y debe llevarse a 2-4 GPa con sesgo pulsado -50 V a -200 V. El hallazgo experimental contrario instruye: el arco filtrado a potencial flotante aporta energía suficiente para la intermezcla atómica superficial sin generar la gran tensión interna de las energías más altas, y entregó cargas críticas más elevadas que el a-C:H. La adhesión no siempre está en el lado de la energía.

4.3 PLD e ionplating: dos orígenes de películas ultraduras

El PLD abla grafito con láser de excímeros de 248 nm; se requieren fluencia superior a 6 J/cm², energía cinética media por encima de 30 eV y sustrato por debajo de 100 ℃ para obtener sp3 alto, con películas totalmente amorfas y sp3 hasta el 85% y tensión de depósito 8-10 GPa. Un recocido térmico o láser produce después películas casi sin tensión, de varios micrómetros, con buena adhesión sobre silicio y metal duro, a 55-65 GPa Vickers. El depósito iónico ofrece la ventana 100-750 eV, unas 1 µm/h de crecimiento y dureza Knoop próxima a 6000 kg/mm² con muy poco hidrógeno.

4.4 Tabla 2 — comparación de rutas

5. La tensión interna: el techo real de espesor

5.1 De dónde viene la tensión

Se suman dos efectos. Los iones de alta energía machacan la superficie en crecimiento hacia una estructura densa metastable, congelando compresión mientras se forma la red; y la diferencia del coeficiente de dilatación entre película y acero, cerámica o metal duro añade una segunda componente al enfriar. La introducción de GB/T 47254-2026 plantea la cadena con franqueza: los DLC duros se elaboran a temperatura elevada, la dilatación térmica difiere entre recubrimiento y pieza de motor, la tensión interna es por eso alta, y el control de calidad de la unión tras el depósito se vuelve decisivo. Las revisiones añaden que huecos y microestructura absorben gas y elevan aún más la tensión.

5.2 Espesor crítico y ondulación

La tensión actúa en el plano, su energía almacenada crece con el espesor, y solo existe una vía de liberación: ondear, fisurar y despegar en placas. La literatura lo escribe — las películas gruesas salen mal y se desprenden tras un espesor crítico — y reporta capas estables medias de 2 µm sobre muchos sustratos. Traducido a ingeniería: la capa única vive entre 0,5-5 µm; por encima hacen falta multicapas, capas graduales o una capa amortiguación; y los techos de espesor de las normas de ensayo (indentación ≤20 µm, rayado 0,10-30 µm) cubren justamente esa ventana.

5.3 Cuatro palancas y sus efectos laterales

• Sesgo pulsado: de -50 V a -200 V, de unos 10 GPa a 2-4 GPa — pero el cambio de energía desplaza la relación sp3 y hay que recalificar la dureza.
• Recocido moderado: 200-400 ℃ liberan parte de la tensión sin gran pérdida de sp3 — topado por la grafitización cerca de 300 ℃.
• Multicapa y gradiente: alternancia ta-C / a-C, o 2-10 nm de Si, SiC, TiC, Ti/Cr — pagado en tiempo de ciclo y consistencia de lote.
• Preparación del sustrato: limpieza por bombardeo Ar+ e intermezcla interfacial. El sustrato pesa: las revisiones reportan buena adhesión sobre silicio y dificultad sobre oro, cobre, tungsteno y acero inoxidable, y las medidas muestran a-C:H mejor adherido sobre silicio mientras el ta-C adhiere mejor sobre una cerámica conductora.

La limpieza del sustrato es el mismo problema que en pintura: sales solubles y contaminación interfacial tras el granallado son también prerrequisito del DLC — ver contaminación por sales solubles en sustratos.

6. Calificación: qué se mide, con qué norma y qué no demuestra

6.1 Dureza y módulo: por qué las cifras no concuerdan

Los requisitos generales de la indentación instrumentada están en ASTM E2546-15 (DOI 10.1520/E2546-15): cuando el tamaño o el estado de la muestra hacen inviables los métodos convencionales, mide cuantitativamente películas delgadas, de nano a macro (remite a ISO 14577-1) — y excluye el desplazamiento lateral deliberado, es decir, el rayado. Dos efectos inducen a error. Primero, profundidad e influencia del sustrato: la misma película de 50 nm da 51 GPa a 25 nm. Segundo, desgaste de la punta: el ta-C duro desmoza el diamante, hasta el punto de recalibrar la función de área tras cada huella y de proponer una relación de pendiente independiente de la geometría de punta frente a sílice fundida. Conclusión: las durezas tomadas a distinta profundidad, con calibraciones o métodos diferentes (Vickers, indentación dinámica, indentación instrumentada) no son directamente comparables — 80 GPa del proveedor y 45 GPa del cliente pueden ser ambos correctos. La misma brecha entre métodos reaparece en la resistencia al rayado de barnices de automóvil.

6.2 Adhesión primera: la clase Rockwell de ISO 26443:2023

La segunda edición apareció en octubre de 2023 y sustituyó a la de 2008; Europa adoptó EN ISO 26443:2023 y Alemania DIN EN ISO 26443:2024-02, con antecedente en DIN CEN/TS 1071-8:2004. Un cono de diamante Rockwell se presiona sobre el recubrimiento y la zona alrededor de la huella se lee al microscopio óptico. Es una evaluación de adhesión cualitativa para capas de hasta 20 µm (también útil en algunos recubrimientos metálicos) y no apta para recubrimientos elásticos sobre sustrato duro. Los equipos siguen ISO 6508-1 e ISO 6508-2, y el perfil de la punta debe comprobarse ópticamente no por debajo de 200×. Su valor es la rapidez y el bajo coste en muestreo; su límite, que da una clase, no un número.

6.3 Adhesión segunda: el rayado según ASTM C1624-22 e ISO 20502:2016

ASTM C1624-22 cubre recubrimientos duros (Vickers ≥5 GPa) y delgados (≤30 µm) — se nombran carburos, nitruros, óxidos, diamante y carbono de tipo diamante — sobre sustratos metálicos o cerámicos a temperatura ambiente, arrastrando una punta Rockwell C de diamante con ángulo 120° y radio 200 µm a velocidad constante bajo fuerza normal constante o creciente, con fuerza tangencial y emisión acústica como datos secundarios. La norma escribe con claridad que no mide la resistencia intrínseca de la interfaz, sino un valor de ingeniería del sistema recubrimiento-sustrato bajo condiciones dadas de punta, velocidad de carga y de desplazamiento; quedan fuera los recubrimientos poliméricos y los metálicos dúctiles, y también, sin modificación, las películas por debajo de 0,1 µm o por encima de 30 µm. Se admiten dos extensiones: ensayo lubricado o a temperatura elevada, y ensayo tras exposición térmica, oxidativa o corrosiva para juzgar las propiedades conservadas.

En el lado cerámico la regla internacional es ISO 20502:2016, determinación de la adhesión de recubrimientos cerámicos mediante ensayo de rayado (ISO/TC 206, sustituye a DIN EN 1071-3:2005 y se adopta en Europa como EN ISO 20502:2016). Su disciplina va mucho más allá de «un número Lc»: capas ≤20 µm, rango de fuerza 1-100 N; punta Rockwell C de diamante verificada según ISO 6508-2, sustituida cada 200 ensayos o al menor daño; sustrato con Ra no superior a 0,5 µm, pues de lo contrario la fluctuación de la fuerza normal alcanza 0,1 N; recubrimiento libre de aceite, grasa y humedad; clima recomendado (22±2) ℃ / (50±10)% de humedad relativa; un resultado único no es representativo, de ahí al menos 5 ensayos válidos; fuerza normal crítica por encima de 1 N con resolución 0,1 N, e incertidumbre de medida que suele llegar al 20% al 95% de confianza con desviación de operador del 5-10%. Se definen tres modos: PFST progresivo (cernida rápida), CFST de fuerza constante (estadística de daño) y MPST de pasadas múltiples (aproximación a fatiga). En el vocabulario la norma es terminante: no se acepta el término «carga crítica», porque el fallo lo causa una fuerza — de ahí fuerza normal crítica Lc. Para calibrar se recomiendan referencias TiN/Si o CrN/Si, y el material certificado BCR-692 para verificar el estado del conjunto.

Puestos uno al lado del otro, C1624 y 20502 muestran cuán vaga se ha vuelto la palabra adhesión en las compras de DLC: la primera se detiene en 30 µm y enumera la emisión acústica como dato secundario; la segunda se detiene en 20 µm y escribe cinco ensayos y un 20% de incertitud dentro del propio método. Una especificación debe decir norma, nivel de daño, rugosidad y humedad de medición; de lo contrario un valor como Lc = 50 N no es comparable. La página de conjunto recubrimientos duros nanométricos antidesgaste trata mecanismos y árbol de selección para varias familias de materiales; esta fija, solo a lo largo de la línea DLC, las cifras de nomenclatura, tensión, espesor y aceptación: ambas se complementan sin repetirse.

6.4 Adhesión tercera: dinámica bajo lubricación

GB/T 47254-2026 e ISO 4821:2022 cubren el hueco que los dos anteriores no alcanzan: un contacto rodante-deslizante lubricado en cojinete deslizante. El montaje es bola-sobre-disco con emisión acústica — la onda elástica liberada cuando el recubrimiento falla se capta, de modo que la unión se evalúa sin motor real, y el anexo B construye la correlación con el banco. Las normas citadas incluyen ISO 683-1:2017 (aceros para rodamientos), ISO 1101 e ISO 21920-2 para geometría y estado de superficie (GB/T 1182-2018 MOD). Hay que citar su límite: los resultados no valen en condiciones no lubricadas. El documento asociativo T/CSAE 103-2019 sobre películas DLC de baja fricción en piezas de motor y el GB/T 6462-2021 sobre medición metalográfica de espesor de recubrimientos figuran en listas de laboratorios (fuente secundaria); conviene confirmar la vigencia ante el organismo emisor. Para el acoplamiento tribológico sirven de contraste los recubrimientos sólidos de MoS2 y su coeficiente de par.

6.5 Fricción y desgaste: la atmósfera es una variable

La dispersión dentro de una misma familia basta para invertir una selección. Tres hilos medidos: nitrógeno seco 0,03-0,05; 60% de humedad relativa arranque hacia 0,30 y estabilización en 0,10-0,30, subiendo la humedad fricción y desgaste a la vez; nitrógeno húmedo a 0,7-40%HR o 4,2-40%HR que tras el rodaje da 0,021 y 0,027 para a-C y a-C:H, sin dependencia de la humedad. El punto contraintuitivo: el a-C sin hidrógeno roza relativamente alto en gas inerte, y «completamente seco» no es automáticamente mejor — algo de agua o hidrógeno participa en la fricción ultra baja, hasta el punto de que los autores llaman a la humedad la clave. Para el comprador: un valor de fricción debe entregarse junto con atmósfera, contraparte, carga, velocidad e historial de rodaje, o no es comparable.

6.6 Corrosión: los microporos impiden la barrera

La inercia química de las películas de carbono es real, pero la continuidad cuesta más cuanto más delgada es la capa. El estudio de sellado entrega cifras auditables: un nanolaminado 50 nm de Al2O3 y Ta2O5 conforme con la superficie penetra en los microporos, la densidad de corriente del acero con CrN cae más de dos órdenes de magnitud y el punto de corrosión en niebla salina neutra se retrasa de 2 h a 168 h; sobre DLC el sellado adhiere peor, pero la ganancia en niebla salina persiste clara. La corrosión de un DLC multicapa con silicio varía con el ciclo de depósito y con el medio, lo que hace del ciclo de proceso un parámetro de corrosión. Lectura correcta para quien gestiona protección: el DLC toma desgaste y agarrotamiento, la barrera queda en la imprimación o el sellado — compárese con recubrimientos ALD como barrera a la humedad y con el sellado de capas de oxidación por microarco.

6.7 Tabla 3 — métodos de calificación lado a lado

6.8 Tabla 4 — reparto de tareas entre DLC y pintura

7. Fronteras térmicas y químicas: cuándo no elegir DLC

7.1 Grafitización por encima de unos 300 ℃

Las revisiones enumeran un defecto claro: el DLC tiende a grafitizarse por encima de unos 300 ℃. De ahí tres consecuencias. El recocido de alivio debe quedarse al lado seguro de esa línea (la industria cita 200-400 ℃, y el valor real depende de la calidad y la atmósfera); una temperatura de servicio que la ronda no puede suponer que fricción y dureza queden iguales; y cualquier soldadura, proyección u horneado posterior que cruce esa línea obliga a aplicar el DLC al final de la secuencia.

7.2 La fricción transforma la propia estructura

La espectroscopía Raman es el instrumento de lectura: la dispersión de posiciones e intensidades de los picos con la longitud de onda de excitación, de 785 a 229 nm, fue medida sobre un amplio conjunto de carbones desordenados y amorfos (DOI 10.1103/PhysRevB.64.075414), base del uso corriente del Raman para juzgar sp2/sp3. Los ensayos de deslizamiento ya dan la conclusión práctica: la fricción convierte el a-C:H en una estructura dominada por sp2, más ordenada, y el desgaste sigue el avance de esa conversión. La interfaz lubricante del DLC se regenera y consume de forma continua, y la vida útil depende de ese balance, no de la dureza inicial.

7.3 La química del lubricante exige validación en banco

En aceite con aditivos decide la química interfacial: «película conforme» no significa «sistema conforme». Ahí es justamente donde GB/T 47254-2026 llena el hueco: condición de aceite, contacto bola-disco y juicio por emisión acústica en un solo método, con anexo de correlación al banco de motor. Un documento de selección debe llevar el grado de aceite, el espectro de cargas y el estado de superficie (parámetros ISO 21920-2) al plan de validación.

8. Lista de diagnóstico y aceptación

• Desprendimiento en placas con bordes levantados: sospechar primero la tensión acumulada por encima del límite — comprobar si la capa sale de la ventana 0,5-5 µm, si se previeron multicapas o capas amortiguadoras y si el sustrato está entre los metales de adhesión difícil.
• Despegue alrededor de la huella (clase 2/3): al leer ISO 26443:2023 verificar primero la concordancia entre fuerza y dureza del sustrato (1471,5 N por encima de 54 HRC) y descartar una punta dañada; el informe debe llevar el porcentaje de área desprendida o la relación r/a.
• Cargas críticas muy dispersas: comprobar la coherencia entre radio de la punta y espesor (200 µm sirve a 0,10-30 µm), las velocidades de carga y desplazamiento declaradas, y leer fuerza tangencial junto con la emisión acústica.
• Fricción alta o inestable: registrar la atmósfera (nitrógeno seco, humedad ambiental, nitrógeno húmedo) y el historial de rodaje antes de discutir la calidad de la película; nunca comparar dos fichas sin atmósfera declarada.
• Puntos de picadura precoces en niebla salina: es un problema de microporos, no de inercia del carbono — evaluar un sellado del orden de 50 nm o una imprimación y recalificar la unión.
• Disputa sobre dureza: acordar profundidad de indentación, método de calibración y bloques de referencia, usar si hace falta la relación de pendiente independiente de la punta y declarar si hubo desgaste de la punta.
• Redactar la especificación: nombrar la capa principal según ISO 20523, enumerar transición, fondo y capa final, adjuntar un método de espesor (sección pulida), una norma de adhesión con la clase o el nivel Lc exigido y una temperatura máxima de servicio — nunca solo «recubierto con DLC».

9. Preguntas frecuentes

Q1　¿Sustituye el DLC a una pintura anticorrosiva?

No como barrera. El carbono es químicamente inerte, pero las películas reales contienen microporos: en el estudio de sellado los puntos de corrosión en niebla salina pasaron de 2 h a 168 h precisamente porque esos microporos quedaron obturados. Reparto sano: barrera en la imprimación o el sellado, DLC como cara de desgaste — la misma lógica de la durabilidad mecánica de recubrimientos superhidrofóbicos.

Q2　¿Por qué el DLC no se hace grueso?

Porque la compresión se acumula con el espesor. El ta-C depositado está en 8-10 GPa (lectura industrial 5-12 GPa); superado el espesor crítico ondea y se desprende. El sesgo pulsado, el recocido moderado, las capas alternas y las amortiguadoras la bajan a 2-4 GPa, a costa de recalificar sp3 y dureza. La capa única útil se detiene por eso en 0,5-5 µm.

Q3　¿Por qué las durezas publicadas difieren tanto?

Se suman tres efectos: la influencia del sustrato a una profundidad dada (51 GPa a 25 nm en una película de 50 nm), el desgaste de la punta de diamante por la película dura, que obliga a recalibrar la función de área tras cada huella, y la diferencia de métodos (Vickers, indentación dinámica, indentación instrumentada). Un mismo ta-C puede llevar legítimamente 30-50 GPa, 40-80 GPa y 55-65 GPa a la vez.

Q4　¿Qué valor de fricción usar para seleccionar?

El medido en su atmósfera. Nitrógeno seco 0,03-0,05, 60% de humedad relativa en régimen 0,10-0,30, nitrógeno húmedo tras rodaje 0,021 y 0,027 — los tres son ciertos. Nótese además que el a-C sin hidrógeno roza más alto en gas inerte: «más seco» no es automáticamente mejor.

Q5　¿Son comparables ISO 26443, ASTM C1624, ISO 20502 y GB/T 47254?

No convertibles. Son una clase de indentación cualitativa en seco, una carga crítica de rayado en seco, una fuerza normal crítica del rayado cerámico con al menos cinco valores, y una adhesión dinámica lubricada, sobre rangos de espesor y entorno distintos; dos declaran no alcanzar la resistencia intrínseca. Sirven para la comparación horizontal dentro de un mismo método, no para la conversión aritmética.

Q6　¿Se puede depositar DLC sobre plástico?

Sí — ahí está el valor de las rutas en frío, con las lentes de policarbonato antirrayado como ejemplo público. Pero la conductividad térmica, la rigidez y la energía superficial del plástico cambian la distribución de tensión y el modo de fallo: las revisiones advierten que las películas duras sobre sustratos poliméricos de bajo módulo suelen fallar por flexión a través del espesor antes que de forma cohesiva.

10. Fuentes

• ISO 20523:2017, clasificación y designación de películas de base carbono; BS ISO 20523:2017 en vigor 2017-09-30; NF A91-056 / NF ISO 20523:2018; cita VDI 2840:2012.
• ISO 26443:2023 (2ª edición, octubre 2023), ensayo de indentación Rockwell para evaluar la adhesión de recubrimientos cerámicos; EN ISO 26443:2023 / DIN EN ISO 26443:2024-02; sustituye a ISO 26443:2008; antecedente DIN CEN/TS 1071-8:2004; cita ISO 6508-1 e ISO 6508-2.
• ISO 20502:2016, determinación de la adhesión de recubrimientos cerámicos por ensayo de rayado (ISO/TC 206; sustituye a DIN EN 1071-3:2005; EN ISO 20502:2016, BS EN ISO 20502:2016, NF A92-815, UNE-EN ISO 20502:2016; cita ISO 6508-2, ISO 4288).
• ASTM C1624-22; ASTM E2546-15 (actualizado 2023), DOI 10.1520/E2546-15; ISO 14577-1:2015.
• GB/T 47254-2026, publicado 2026-02-27, aplicable desde 2026-06-01, adopción idéntica de ISO 4821:2022, SAC/TC236; normas citadas ISO 683-1:2017, ISO 1101, 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; A. C. Ferrari, J. Robertson, Physical Review B 64 (2001) 075414, DOI 10.1103/PhysRevB.64.075414.
• Mediciones de fricción y desgaste de a-C:H sobre nitruro de silicio en nitrógeno seco y al 60% de humedad relativa (K. Miyoshi y otros); estudio de sellado 50 nm Al2O3 / Ta2O5 sobre CrN y DLC; M. Cui y otros, RSC Advances (2016), DOI 10.1039/c6ra05527c; informes industriales y listas de laboratorios (T/CSAE 103-2019, GB/T 6462-2021) citados como fuente secundaria. La conductividad térmica aparece allí unas veces como 1-5 W/(m·K) y otras como 400-1000 W/(m·K); ambas versiones se contradicen y no se usan aquí como dato de diseño.

Última actualización: 2026-11-02　Redactado por la redacción técnica de Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. a partir de normas y literatura publicadas, para intercambio técnico entre profesionales. Las cifras siguen los textos normativos y los ensayos de terceros; condiciones comerciales solo EXW / FOB.