डीएलसी कोटिंग: आंतरिक प्रतिबल, एड्हेज़न परीक्षण और मोटाई की सीमा

डायमंड-लाइक कार्बन (डीएलसी) एक अक्रिय कार्बन फ़िल्म है जिसमें कार्बन परमाणु एक साथ हीरे जैसे sp3 और ग्रेफाइट जैसे sp2 बंधन रखते हैं; इसे प्रायः PVD या CVD द्वारा आधार की सतह पर जमा किया जाता है। यह इस साइट पर चर्चित तरल कोटिंग की श्रेणी में नहीं आता: पेंट हवा में फैलकर और क्रॉस-लिंक होकर दर्जनों µm मोटी परत बनाता है, जबकि डीएलसी फ़िल्म आयन बमबारी से परमाणु-दर-परमाणु बढ़ती है और उसकी मोटाई उप-माइक्रोमीटर से कुछ µm तक होती है। मशीन अवयव के सतह पर दोनों एक-दूसरे को पूरा करते हैं, इसी लिए कोटिंग प्रयोगकर्ता को डीएलसी के आँकड़े और विफलता की सीमाएँ जाननी चाहिए।

सार　तीन धागे पूरी दलील उठाते हैं। पहला: आंतरिक प्रतिबल। जमा होते समय संपीडन प्रतिबल अक्सर 8-10 GPa तक जाता है और मोटाई के साथ जमा होता है; एक सीमा पार करते ही फ़िल्म उभरती है और टुकड़ों में छूट जाती है। मोटी बनाना कौशल का प्रमाण नहीं — प्रतिबल को 2-4 GPa तक लाने के बाद ही एकल परत 0.5-5 µm में काम लायक होती है। दूसरा: विधियाँ आपस में बदलने योग्य नहीं। ISO 26443:2023 रॉकवेल इंडेंटेशन से गुणात्मक श्रेणी 0-3 देता है; ASTM C1624-22 तथा ISO 20502:2016 स्क्रैच की क्रांतिक लंबवत बल देते हैं; GB/T 47254-2026 (ISO 4821:2022 के समरूप) स्नेहन के अधीन गतिशील एड्हेज़न मापता है। ये भिन्न बातें मापते हैं और एक-दूसरे में रूपांतरित नहीं होते; उनमें से दो स्पष्ट कहते हैं कि वे अंतरापृष्ठ की मूलभूत शक्ति नहीं मापते। तीसरा: वातावरण एक चर है। वही a-C:H फ़िल्म शुष्क नाइट्रोजन में 0.03-0.05, 60% आर्द्रता पर प्रारंभ में लगभग 0.30 तथा स्थिर अवस्था में 0.10-0.30, और नम नाइट्रोजन में रन-इन के बाद 0.021 तथा 0.027 देती है। संक्षारण की दृष्टि से एक और बात: डीएलसी अवरोध नहीं है, सुक्ष्म-छिद्र सीलर या आधार-कोट का काम हैं।

1. सत्यापन योग्य आँकड़े पहले

• नामकरण: ISO 20523:2017 (कार्बन-आधारित फ़िल्में — वर्गीकरण और संज्ञाएँ, सितंबर 2017) उन फ़िल्मों पर लागू जिनका प्रमुख घटक कार्बन है और जो PVD या CVD से जमी हैं; इसमें डीएलसी कही जाने वाली अक्रिय कार्बन फ़िल्में, CVD हीरा, ग्रेफाइट और बहुलक-जैसी परतें आती हैं। यह फुलरीन, कार्बन नैनो-ट्यूब और ग्राफीन पर लागू नहीं, और इसकी परिभाषाएँ केवल ग्रेडिएंट-रहित परतों के लिए हैं; a-C:Me या a-C:H:Me में कार्बाइड के रूप में मौजूद कार्बन कार्बन की संख्या में गिना नहीं जाता। ब्रिटेन ने BS ISO 20523:2017 के रूप में 2017-09-30 से प्रवर्तन किया और फ़्रांस ने NF A91-056 / NF ISO 20523:2018; संदर्भ VDI 2840:2012 दिया गया है।
• कठोरता: ISO 20523 की वर्ग-सारणी का एक प्रचलित द्वितीयक पुनर्वर्णन a-C 15-25 GPa, ta-C 30-50 GPa, a-C:H 10-20 GPa, a-C:H:Me 15-30 GPa और बहुलक-जैसी <5 GPa देता है; एक समीक्षा कठिन a-C:H को 10-40 GPa और कोमल को 5 GPa से कम बताती है। माप में: पल्सड-लेज़र से जमी ta-C ने विकर्स 55-65 GPa और गतिशील इंडेंटेशन मापांक 800-900 GPa दिखाया; एक उद्यम रिपोर्ट 40-80 GPa तथा 400-800 GPa दर्ज करती है।
• बंधन और हाइड्रोजन: वही द्वितीयक स्रोत a-C के लिए sp3/sp2 0.2-0.8 और हाइड्रोजन <1 at%, ta-C के लिए 0.8 से ऊपर और <1 at%, a-C:H के लिए 0.1-0.5 और 20-40 at%, a-C:H:Me के लिए 0.3-0.6 और 10-30 at%, तथा बहुलक-जैसी के लिए >40 at% देता है। PLD और फ़िल्टर्ड आर्क फ़िल्मों में sp3 85% तक पहुँचता है, और उद्यम पठन 80-87% बताता है जो 90% के निकट है।
• आंतरिक प्रतिबल: PLD ta-C जमा होते ही 8-10 GPa पर रहता है; उद्यम पठन में ta-C 5-12 GPa; FCVA से 7.6 nm से 50 nm तक बढ़ी अति सूखी ta-C में शेष प्रतिबल और sp3 दोनों पहले घटते फिर बढ़ते हैं, और 29 nm पर 3.9 GPa का निम्नतम बिंदु बनता है। ऊष्म या लेज़र एकनीलिंग से फ़िल्म लगभग प्रतिबल-रहित हो जाती है।
• मोटाई की छत: साहित्य स्पष्ट कहता है कि डीएलसी मोटा बनाना कठिन है, क्योंकि प्रतिबल मोटाई के साथ बढ़ता है और क्रांतिक मोटाई के बाद फ़िल्म छूट जाती है; विभिन्न आधारों पर औसत 2 µm की फ़िल्में रिपोर्ट की गईं, और एकल परत का कामकाजी दायरा 0.5-5 µm है (समरूपता का लक्ष्य ±5%)। परीक्षण मानक भी वहीं रुकते हैं: ASTM C1624-22 200 µm त्रिज्या वाली स्टाइलस से 0.10-30 µm को कवर करता है और 0.1 µm से कम या 30 µm से ऊपर के लिए अनुशंसित नहीं; ISO 26443:2023 ≤20 µm पर लागू।
• ऊर्जा और जमा दर: आयन प्लेटिंग कार्बन आयन 100-750 eV के साथ लगभग 1 µm/h बढ़ती है; फ़िल्टर्ड कैथोड आर्क (FCVA) को sp3 को 80% से ऊपर ले जाने हेतु 40-100 eV चाहिए, दर 1-10 nm/s; PLD को 6 J/cm² से अधिक फ़्लुएंस, 30 eV से अधिक औसत गतिज ऊर्जा और आधार 100 ℃ से कम चाहिए; r.f-PECVD को 0.11-1.07 W/cm² और 0.67-40 Pa पर, केवल मीथेन को कार्बन स्रोत बनाकर चलाया गया।
• वातावरण पर निर्भर घर्षण: r.f-PECVD से बनी a-C:H (सतह खुरदुरापन 1-4 nm) सिलिकॉन नाइट्राइड के विरुद्ध फिसलते हुए शुष्क नाइट्रोजन में 0.03-0.05 देती है; 60% आर्द्रता पर प्रारंभ लगभग 0.30 और स्थिर 0.10-0.30; नम नाइट्रोजन में (0.7-40 %RH और 4.2-40 %RH) रन-इन के बाद a-C और a-C:H क्रमशः 0.021 और 0.027 तक पहुँचते हैं और आर्द्रता से स्वतंत्र रहते हैं। समीक्षाएँ डीएलसी को लगभग 0.1 बताती हैं जो PTFE के तुल्य है, हाइड्रोजन युक्त और फ़्लोरिन युक्त भेदों में इससे भी कम, जबकि हाइड्रोजन-रहित a-C निष्क्रिय गैस में अपेक्षाकृत अधिक घर्षण दिखाता है।
• क्षय की कोटि: Al2O3-TiC पर 50 nm ta-C ने 25 nm गहराई पर 51 GPa और 37 GPa संपर्क प्रतिबल पर 1.8×10⁻⁴ mm³/(N·m) क्षय दिखाया; a-C:H शुष्क नाइट्रोजन में 10⁻⁸ से 10⁻⁶ mm³/(N·m) और 60% आर्द्रता पर 2.0×10⁻⁹ से 8.9×10⁻⁸ mm³/(N·m) के बीच फैला है।
• एड्हेज़न का निर्णय: ISO 26443:2023 हीरे की रॉकवेल इंडेंटर से गुणात्मक आकलन करता है; बल आधार के अनुसार — 54 HRC से ऊपर 1471.5 N (स्केल C), 54 HRC तक 981 N (स्केल D), सिरेमिक और सख्त मिश्र धातु हेतु 588.6 N (स्केल A) — भार लगाने का समय 1-8 s, धारण (4±2) s, कम से कम 3 अवमर्दक, और दृष्टि मापन कम से कम 100× पर। श्रेणियाँ 0-3: 0 में न दरार न छूट, 1 में दरार परंतु अंतरपृष्ठीय छूट नहीं (दोनों स्वीकार्य), 2 में आंशिक अंतरपृष्ठीय छूट (क्षेत्रफल का प्रतिशत दर्ज करें), 3 में पूर्ण अंतरपृष्ठीय छूट (r/a दर्ज करें)। ASTM C1624-22 हीरे की रॉकवेल C स्टाइलस खींचता है जिसका कोण 120° और शीर्ष त्रिज्या 200 µm है, और जो लंबवत बल निश्चित क्षति स्तर उत्पन्न करे उसे क्रांतिक स्क्रैच बल कहते हैं।
• चीन का नवीनतम मानक: GB/T 47254-2026 (स्लाइडिंग बेयरिंग — स्नेहित अवस्था में डीएलसी-कोटित अवयवों का गतिशील एड्हेज़न परीक्षण विधि) 2026-02-27 को जारी और 2026-06-01 से प्रवर्तन, ISO 4821:2022 का समरूप अपनान, SAC/TC236 के अधीन। विधि स्नेहन के अधीन बॉल-ऑन-डिस्क और ध्वनिक उत्सर्जन को जोड़ती है, स्पष्ट कहती है कि परिणाम बिना स्नेहन की अवस्था पर लागू नहीं, और डीएलसी को ISO 20523 से परिभाषित करती है। इसकी भूमिका एक उद्यम वस्तु दर्ज करती है: औपचारिक विधि न होने के कारण वाहन निर्माताओं और आपूर्तिकर्ताओं को असली इंजन अवयवों पर विशिष्ट टेस्ट रीग में बंधन की पुष्टि करनी पड़ती थी। अनुलग्नक B इसे इंजन-रीग परिणामों से सहसंबद्ध करता है।
• सूक्ष्म-छिद्र और सीलिंग: CrN और डीएलसी कोटिंग की दोषों को 50 nm परमाणु-स्तर जमा (Al2O3 और Ta2O5 नैनो-स्तरीय या मिश्रण) से बंद करने पर, CrN इस्पात की विद्युत धारा घनत्व दो से अधिक कोटि तक गिरा, और उदासीन लवण-कोहरे में संक्षारण बिंदु 2 h से खिसककर 168 h हो गया; डीएलसी पर सील की एड्हेज़न कमजोर थी परंतु कोहरा-विलंब स्पष्ट रहा, प्रमाण कि सूक्ष्म-छिद्र बंद हुए। पेंट की ओर से पाठ: डीएलसी घर्षण और खरोंच का बोझ उठाता है, संक्षारण-अवरोध नहीं।
• ऊष्मा और सतह गुणवत्ता: समीक्षाएँ ग्रेफाईटीकरण को लगभग 300 ℃ से ऊपर रखती हैं; उद्यम में प्रतिबल-मुक्ति की विंडो 200-400 ℃, पल्स्ड बायस -50 V से -200 V प्रतिबल को लगभग 10 GPa से 2-4 GPa तक लाता है, और संक्रमण परत 2-10 nm (Si, SiC, TiC या Ti/Cr)। सतह: a-C:H खुरदुरापन 1-4 nm, FCVA फ़िल्में Ra 1 nm से कम और नग्न सिलिकॉन वेफ़र के 0.412 nm से भी चिकनी।

2. नामकरण: ISO 20523 वास्तव में क्या कवर करता है

2.1 मानक परत की बात करता है, पूरे तंत्र की नहीं

ISO 20523:2017 के दायरे की एक पंक्ति नज़र से छूट जाती है: यह दस्तावेज़ कार्बन-आधारित फ़िल्म के पदार्थ के बारे में है, समूचे कोटिंग के बारे में नहीं — और असली अवयव में एक मुख्य क्रियात्मक परत के ऊपर या नीचे अतिरिक्त परतें होती हैं। जिन परतों की संरचना मोटाई के साथ बदलती है उन्हें ग्रेडिएंट परत कहते हैं, और परिभाषाएँ केवल ग्रेडिएंट-रहित परतों के लिए हैं। अतः «इस अवयव का डीएलसी» लिखना अप्रतिष्ट है: कोटेशन और स्वीकृति दस्तावेज़ में मुख्य परत + संक्रमण परत + आधार-कोट + उपरी परत अलग-अलग गिननी चाहिए, जैसा थर्मल-स्प्रेड ज़िंक-एल्युमिनियम तंत्रों में किया गया है।

2.2 चार संज्ञाएँ: फ़र्क हाइड्रोजन और धातु का

प्रचलित संकेत a-C (हाइड्रोजन-रहित), a-C:H (हाइड्रोजन युक्त), ta-C (टेट्राहेड्रल अक्रिय कार्बन, sp3 ऊँचा, लगभग हाइड्रोजन-रहित) तथा a-C:Me / a-C:H:Me (धातु युक्त, प्रायः कार्बाइड के रूप में)। सीमा-शर्त महत्वपूर्ण है: अतिरिक्त तत्व वाली फ़िल्में दस्तावेज़ में केवल तब आती हैं जब कार्बन प्रमुख घटक रहे, और कार्बाइड के रूप में कार्बन गिना नहीं जाता — अतः धातु-समृद्ध फ़िल्में डीएलसी की परिभाषा से फिसल जाती हैं। इतिहास में «डायमंड-लाइक» शब्द प्रारंभिक आयन-बीम से जमी कठिन, रोधक और घर्षण-रोधी अक्रिय कार्बन फ़िल्मों से आया।

2.3 सारणी 1 — वर्ग-दायरे और यांत्रिक अर्थ

कठोरता वाला स्तभ वर्गीकरण सारणी के प्रचलित पुनर्वर्णन से है, जिसके स्वयं प्रदाता ने लिखा है कि यह मानक का पाठ नहीं; मापन साहित्य में उसी वर्ग के लिए 40-80 GPa भी मिलता है। इसे कोटि का संदर्भ समझें, स्वीकृति सीमा नहीं — यही भाग छह का विषय है।

3. तंत्र: अक्रिय होते हुए भी «हीरे जैसा»

3.1 निकट क्रम, दीर्घ क्रम के बिना

कार्बन के दो सुपरिचित मार्ग हैं: ग्रेफाइट छहकोणीय sp2 परतें, और हीरा घनीय चतुष्कोणीय sp3 जालक। डीएलसी की ख़ास बात यह नहीं कि उसमें हीरे के सूक्ष्म स्फटिक हैं, बल्कि यह कि परमाणुओं का बड़ा हिस्सा स्थानीय चतुष्कोणीय समन्वय में कस दिया जाता है बिना दीर्घ-परिसर आवर्तन। कठोरता इन्हीं स्थानीय sp3 बंधनों से आती है, दाना-सीमाओं या अवक्षेपों से नहीं। चूँकि यह स्फटिक नहीं, इसमें विदलन तल नहीं होते, और बहु-स्फटिक हीरे की तुलना में दरार के प्रसार को बेहतर रोकता है। नैनो-सेरामिक कोटिंग में कठोरता-टफ़नेस पर चर्चित तनाव यहाँ असंतुलन का दूसरा रूप लेता है: आंतरिक प्रतिबल।

3.2 हाइड्रोजन का काम: नरम भी और स्नेही भी

हाइड्रोजन sp3 जाल की खुली बंधनों को समाप्त करके उसे अधिक गतिशील खंडों में काट देता है: जितना अधिक हाइड्रोजन, फ़िल्म उतनी बहुलक जैसी और नरम, साथ ही घर्षण भी घटता है। समीक्षाएँ कहती हैं कि हाइड्रोकार्बन प्रवाह में हाइड्रोजन मिलाने से बहुलक सामग्री बढ़ती है, घर्षण गुणांक घटता है और सतह चिकनी होती है; डीएलसी की सतह प्रायः हाइड्रोजन-समाप्त होती है और जलवाष्प सोखती है, जिससे घर्षण और खिसकता है। इसी से एक ही बेच पर दो वक्र — एक माध्यम में 0.03 और दूसरे में 0.30। कथा का दूसरा आधा हिस्सा फिसलन के दौरान संरचनात्मक रूपांतरण है: घर्षण a-C:H को sp2-प्रधान, अधिक निकट-क्रम वाली सामग्री में बदलता है, और क्षय उस रूपांतरण की मात्रा के अनुरूप होता है। स्नेही परत और बलि-दर्पण परत एक ही वस्तु हैं।

3.3 डोपिंग और बहु-परत सीमा को आगे खिसकाती हैं

सिलिकॉन, टंग्स्टन, फ़्लोरीन, नाइट्रोजन और धातु-भराव कामकाजी मोटाई या सेवा-दायरा बढ़ाते हैं। प्रकाशित संयोजनों में a-C:H:W तथा a-C:H:Cr बहु-परत, और क्वेंच-टेम्पर टूल स्टील पर एकल a-C:H तथा a-C:H:Si परतें शामिल हैं, जो प्रतिक्रियाशील r.f मैग्नेट्रॉन स्पत्तरिंग या PACVD से जमी और DIN 50021-SS के अनुसार लवण-कोहरे से आँकी गईं। सिलिकॉन-डोपड बहु-परत डीएलसी का संक्षारण जमा चक्र और माध्यम दोनों पर निर्भर रहता है (NaCl, H2SO4, HCl, NaOH)। बहु-परत का दूसरा काम प्रतिबल छूट है: कोमल परतों की अदला-बदली संचय काट देती है।

4. चार जमा मार्ग और उनकी विंडो

4.1 PECVD / PACVD: ठंडा, चिकना, प्लास्टिक पर भी

उद्यम में समानांतर-प्लेट r.f रिएक्टर प्रधान हैं, कार्बन स्रोत एसिटिलीन, एथिलीन, मीथेन से हेक्सेन, बेन्ज़ीन और साइक्लोहेक्सेन तक; प्रयोगशाला विंडो 0.11-1.07 W/cm² और 0.67-40 Pa के पास। चूँकि जमा करना ठंडा संभव है, प्लास्टिक भी कोटने योग्य बन जाते हैं — खरोंच-रोधी पॉलीकार्बोनेट लेंस सार्वजनिक उदाहरण हैं — कीमत यह कि हाइड्रोजन अधिक और कठोरता 10-20 GPa की पट्टी में। एसिटिलीन से आर्गन सहायक गैस रखकर धातु पर डीएलसी जमाने और ध्रुवण एवं लवण-कोहरे से जाँचने वाले काम भी प्रकाशित हैं।

4.2 FCVA: ऊँचा sp3 और ऊँचा प्रतिबल साथ आते हैं

ग्रेफाइट कैथोड पर आर्क को त्रिज्या-दिशात्मक चुंबकीय क्षेत्र से गुज़ारा जाता है जो बूँदें व बड़े कण रोक लेते हैं, अतः केवल आयन सतह तक पहुँचते हैं; 40-100 eV ऊर्जा sp3 को 80% से ऊपर ले जाती है, वृद्धि 1-10 nm/s, और सतह Ra 1 nm से नीचे। उच्च ऊर्जा और उच्च प्रतिबल एक ही वक्र के दो सिरों हैं: उद्यम आधार-योजना लगभग 10 GPa पर है और उसे पल्स्ड बायस -50 V से -200 V से 2-4 GPa तक लाना पड़ता है। विपरीत दिशा का प्रायोगिक निष्कर्ष शिक्षाप्रद है: फ़्लोटिंग विभव पर फ़िल्टर्ड आर्क सतही परमाणु-मिश्रण के लिए पर्याप्त ऊर्जा देता है पर उच्च ऊर्जा वाला विशाल आंतरिक प्रतिबल नहीं बनाता, और उसने a-C:H से अधिक क्रांतिक बल दिए। एड्हेज़न सदा ऊर्जा वाली ओर नहीं मिलती।

4.3 PLD और आयन प्लेटिंग: अति-कठिन फ़िल्मों के दो स्रोत

PLD ग्रेफाइट को 248 nm एक्सीमर लेज़र से उड़ाता है; 6 J/cm² से अधिक फ़्लुएंस, 30 eV से अधिक औसत गतिज ऊर्जा और 100 ℃ से कम आधार उच्च sp3 हेतु आवश्यक हैं, फलत फ़िल्म पूर्णतः अक्रिय, sp3 85% तक और जमा प्रतिबल 8-10 GPa। ऊष्म या लेज़र एकनीलिंग के बाद कुछ µm मोटी, लगभग प्रतिबल-रहित फ़िल्म सिलिकॉन तथा सख्त मिश्र-धातु पर अच्छी एड्हेज़न के साथ 55-65 GPa विकर्स देती है। आयन प्लेटिंग 100-750 eV की विंडो, लगभग 1 µm/h वृद्धि और बेहद कम हाइड्रोजन के साथ नूप कठोरता लगभग 6000 kg/mm² देता है।

4.4 सारणी 2 — मार्गों की तुलना

5. आंतरिक प्रतिबल: मोटाई तय करने वाला असली द्वार

5.1 प्रतिबल कहाँ से आता है

दो प्रभाव जुड़ते हैं। उच्च-ऊर्जा आयन बढ़ती सतह को घनी मेटा-स्टेबल संरचना में पीटते हैं, और जाल बनते ही संपीडन जम जाता है; साथ ही फ़िल्म तथा इस्पात, सिरेमिक या सख्त मिश्र-धातु के ऊष्मा-प्रसार गुणांक का अंतर ठंडा होते समय दूसरा घटक चढ़ा देता है। GB/T 47254-2026 की भूमिका कारण-श्रृंखला सीधे रखती है: कठिन डीएलसी उच्च ताप पर बनाई जाती हैं, कोटिंग और इंजन अवयव का प्रसार भिन्न होता है, अतः आंतरिक प्रतिबल ऊँचा है, और बनाने के बाद कोटिंग तथा आधार के बंधन की गुणवत्ता-नियंत्रण निर्णायक हो जाता है। समीक्षाएँ और जोड़ती हैं कि रिक्तियाँ और सूक्ष्म-संरचना गैस सोखकर प्रतिबल और बढ़ाती हैं।

5.2 क्रांतिक मोटाई और बकलिंग

प्रतिबल तल में होता है, उसकी संचित ऊर्जा मोटाई के साथ बढ़ती है, और छूटने का एक ही रास्ता है: उभरना, दरार आना, टुकड़ों में छूटना। साहित्य यही लिखता है — मोटी फ़िल्में मुश्किल से बनती हैं और क्रांतिक मोटाई के बाद छूट जाती हैं — और अनेक आधारों पर औसत 2 µm की स्थिर परतें दर्ज करता है। यांत्रिक अनुवाद: एकल परत 0.5-5 µm में बसती है; उससे ऊपर जाने के लिए बहु-परत, ग्रेडिएंट परत या प्रतिबल-बफ़र चाहिए; और परीक्षण मानकों की मोटाई-छतें (इंडेंटेशन ≤20 µm, स्क्रैच 0.10-30 µm) इसी कामकाजी दायरे पर पड़ती हैं।

5.3 प्रतिबल घटाने के चार उपाय और उनके दुष्प्रभाव

• पल्स्ड बायस: -50 V से -200 V, लगभग 10 GPa को 2-4 GPa तक; परंतु ऊर्जा का बदलाव sp3 अनुपात खिसका देता है, अतः कठोरता दोबारा पुष्टि करनी पड़ती है।
• निम्न-ताप एकनीलिंग: 200-400 ℃ प्रतिबल का कुछ भाग छोड़ देती है और sp3 अधिक नहीं गिरता — करीब 300 ℃ पर ग्रेफाईटीकरण की रोक।
• बहु-परत तथा ग्रेडिएंट: ta-C और a-C की अदला-बदली, या 2-10 nm की Si, SiC, TiC, Ti/Cr — कीमत चक्र-समय और बैच-समरूपता।
• आधार तैयारी: Ar+ आयन-बमबारी से सफ़ाई और अंतरापृष्ठ मिश्रण। आधार स्वयं निर्णायक: समीक्षाएँ सिलिकॉन पर अच्छा चिपकना तथा सोना, तांबा, टंग्स्टन और स्टैंलेस पर कठिनाई बताती हैं, और माप दिखाते हैं कि a-C:H सिलिकॉन पर बेहतर चिपकता है जबकि ta-C सुचालक सिरेमिक पर बेहतर।

आधार की स्वच्छता वही समस्या है जो पेंट में: शॉट-ब्लास्टिंग के बाद घुलनशील लवण और अंतरापृष्ठ प्रदूषण डीएलसी के लिए भी पूर्व-शर्त हैं — देखें कोटिंग से पहले घुलनशील लवण प्रदूषण।

6. अर्हता: क्या मापते हैं, किस मानक से, और यह क्या सिद्ध नहीं करता

6.1 कठोरता और मापांक: संख्याएँ इतनी खु क्यों

सामान्य माँगें ASTM E2546-15 (DOI 10.1520/E2546-15) में हैं: जब नमूने का आकार या स्थिति रूढ़ विधियों को अयोग्य बना दे, तब यह पतली फ़िल्मों को नैनो से मैक्रो तक परिमाणात्मक मापता है (ISO 14577-1 की ओर संकेत) — परंतु जानबूझकर पार्श्व विस्थापन यानी स्क्रैच को बाहर रखता है। दो बातें भ्रम डालती हैं। पहली गहराई और आधार का प्रभाव: वही 50 nm फ़िल्म 25 nm गहराई पर 51 GPa देती है। दूसरी इंडेंटर का कुंद होना: कठिन ta-C हीरे को कुंद कर देता है, इतना कि प्रत्येक अवमर्दन के बाद क्षेत्रफल-फलन दोबारा अंशांकित करना पड़ा, और लेखकों ने न्यून-ज्यामिति से स्वतंत्र ढलान-अनुपात प्रस्तावित किया। निष्कर्ष सीधा: भिन्न गहराइयों, भिन्न अंशांकन और भिन्न विधियों (विकर्स, गतिशील इंडेंटेशन, उपकरणित इंडेंटेशन) की कठोरताएँ सीधे तुलनीय नहीं — आपूर्तिकर्ता की 80 GPa और ग्राहक की 45 GPa दोनों सही हो सकती हैं। विधियों के बीच यही अंतराल ऑटो क्लियर-कोट की खरोंच-प्रतिरोध पर भी दिखता है।

6.2 एड्हेज़न की पहली जाँच: ISO 26443:2023 की रॉकवेल श्रेणी

दूसरा संस्करण अक्टूबर 2023 को 2008 वाली जगह आया; यूरोप में EN ISO 26443:2023 और जर्मनी में DIN EN ISO 26443:2024-02, और पूर्ववर्ती DIN CEN/TS 1071-8:2004। हीरे का रॉकवेल शंकु इंडेंटर कोटिंग में दबाया जाता है और अवमर्दक के चारों ओर का क्षेत्र प्रकाशिक सूक्ष्मदर्शी से पढ़ा जाता है। यह ≤20 µm तक की परतों की एड्हेज़न का गुणात्मक आकलन है (कुछ धातु कोटिंग्स पर भी काम, परंतु कठिन आधार पर प्रत्यास्थ कोटिंग हेतु अनुचित)। मशीनें ISO 6508-1 तथा ISO 6508-2 के अनुसार हों, और इंडेंटर की आकृति कम से कम 200× पर जाँची जाए। इसका मूल्य तेज़ और सस्ता नमूना-निरीक्षण है, सीमा यह कि श्रेणी देती है, संख्या नहीं।

6.3 एड्हेज़न की दूसरी जाँच: ASTM C1624-22 तथा ISO 20502:2016 की स्क्रैच

ASTM C1624-22 कठिन (विकर्स ≥5 GPa) तथा पतली (≤30 µm) सिरेमिक कोटिंग — कार्बाइड, नाइट्राइड, ऑक्साइड, हीरा और डायमंड-लाइक कार्बन नाम से लिए — पर धातु या सिरेमिक आधार में कक्ष ताप पर लागू; हीरे की रॉकवेल C स्टाइलस कोण 120° और शीर्ष त्रिज्या 200 µm के साथ नियत चाल से खींची जाती है और लंबवत बल नियत या बढ़ती हुई, स्पर्शरेखीय बल तथा ध्वनिक उत्सर्जन सहायक आँकड़े। यह स्पष्ट लिखता है कि यह अंतरापृष्ठ की मूलभूत शक्ति नहीं मापता, बल्कि दिये स्टाइलस, भार-दर और विस्थापन-दर में तंत्र का अभियांत्रिकी मान देता है; बहुलक तथा तन्य धातु कोटिंग इसके बाहर हैं, और बिना रूपांतर के 0.1 µm से कम या 30 µm से ऊपर भी। दो विस्तार मान्य: स्नेहित या उच्च-ताप परीक्षण, तथा ऊष्म, ऑक्सीकरण या संक्षारण सम्पर्क के बाद परीक्षण कर शेष गुण आँकना।

सिरेमिक पक्ष पर अंतर्राष्ट्रीय कसौटी ISO 20502:2016 है (सिरेमिक कोटिंग की एड्हेज़न का स्क्रैच परीक्षण से निर्धारण, ISO/TC 206; DIN EN 1071-3:2005 का स्थान, यूरोप में EN ISO 20502:2016)। इसका अनुशासन «एक Lc संख्या» से बहुत आगे है: कोटिंग ≤20 µm, बल-परास 1-100 N; हीरे की रॉकवेल C स्टाइलस ISO 6508-2 से सत्यापित, प्रत्येक 200 परीक्षण या किसी क्षति पर बदली; आधार की खुरदुराई Ra 0.5 µm से अधिक नहीं अन्यथा लंबवत बल 0.1 N तक डगमगाता है; कोटिंग तेल, ग्रीस और जल से मुक्त; अनुशंसित परिवेश (22±2) ℃ / (50±10)% RH; एक परिणाम प्रतिनिधी नहीं, अतः कम से कम 5 वैध परीक्षण; क्रांतिक लंबवत बल 1 N से अधिक, 0.1 N रिज़ॉल्यूशन, और 95% विश्वास स्तर पर मापन अनिश्चितता प्रायः 20%, संचालक-भेद 5-10%। तीन मोड परिभाषित: प्रगामी PFST (तेज़ छँटाई), नियत-बल CFST (क्षति का आँकड़ा-विश्लेषण), और बहु-पपास MPST (थकान का अनुकरण)। शब्दों में यह कड़ा है: «क्रांतिक भार» शब्द स्वीकार नहीं, क्योंकि विफलता बल से होती है — अतः क्रांतिक लंबवत बल Lc। अंशांकन हेतु TiN/Si या CrN/Si संदर्भ नमूने, और समूचे उपकरण की स्थिति जाँचने हेतु BCR-692 जैसे प्रमाणित संदर्भ पदार्थ।

C1624 को 20502 के बगल में रखकर दिखता है कि डीएलसी खरीद में «एड्हेज़न» शब्द कितना अस्पष्ट हो चुका है: पहला 30 µm पर रुकता है और ध्वनिक उत्सर्जन को सहायक रखता है, दूसरा 20 µm पर रुकता है और पाँच परीक्षण व 20% अनिश्चितता को विधि के भीतर लिख देता है। तकनीकी शर्त में मानक, क्षति का स्तर, खुरदुराई और आर्द्रता अवश्य लिखें; अन्यथा Lc = 50 N जैसी संख्या तुलनीय नहीं। सामान्य पृष्ठ नैनो कठिन घर्षण-रोधी कोटिंग अनेक पदार्थ-कुलों के तंत्र और चयन-वृक्ष देखता है; यह पृष्ठ केवल डीएलसी रेखा पर नामकरण, प्रतिबल, मोटाई और स्वीकृति के आँकड़े स्थिर करता है — दोनों पूरक हैं, दोहराते नहीं।

6.4 एड्हेज़न की तीसरी जाँच: स्नेहन के अधीन गतिशील

GB/T 47254-2026 तथा ISO 4821:2022 वह शून्य भरते हैं जो पहले दो तक नहीं पहुँचते: स्लाइडिंग बेयरिंग में स्नेहित रोलिंग-स्लाइडिंग संपर्क। उपकरण बॉल-ऑन-डिस्क साथ ध्वनिक उत्सर्जन है — कोटिंग टूटते समय निकलती प्रत्यास्थ तरंग पकड़ी जाती है, इसलिए असली इंजन के बिना बंधन आँका जा सकता है, और अनुलग्नक B टेस्ट-रीग परिणामों से सहसंबंध बनाता है। संदर्भ में ISO 683-1:2017 (बेयरिंग स्टील), ISO 1101 तथा ISO 21920-2 (ज्यामिति तथा सतह बनावट, GB/T 1182-2018 MOD)। सीमा भी उद्धृत करें: परिणाम बिना स्नेहन की अवस्था पर लागू नहीं। संस्थागत दस्तावेज़ T/CSAE 103-2019 (इंजन अवयवों हेतु निम्न-घर्षण डीएलसी फ़िल्म तकनीकी शर्त) तथा GB/T 6462-2021 (कोटिंग मोटाई का धातोग्राफ़िक सूक्ष्मदर्शी विधि) दोनों परीक्षणशाला सूचियों में दिखते हैं (द्वितीयक स्रोत); प्रचलन जारीकर्ता से पुष्टि करें। घर्षण-विज्ञान की जोड़ी हेतु MoS2 शुष्क-स्नेही कोटिंग और उसका टॉर्क गुणांक उपयोगी तुलना है।

6.5 घर्षण और क्षय: वातावरण पृष्ठभूमि नहीं, चर है

एक ही कुल के भीतर फैलाव निर्णय पलटने के लिए काफ़ी है। तीन मापित धागे: शुष्क नाइट्रोजन 0.03-0.05; 60% आर्द्रता पर आरंभ करीब 0.30 फिर स्थिर 0.10-0.30, जहाँ आर्द्रता घर्षण और क्षय दोनों बढ़ाती है; नम नाइट्रोजन में 0.7-40 %RH या 4.2-40 %RH पर रन-इन के बाद 0.021 तथा 0.027, आर्द्रता से स्वतंत्र। विपरीत-सहज बात: हाइड्रोजन-रहित a-C निष्क्रिय गैस में अपेक्षाकृत अधिक घर्षण दिखाता है, और «बिल्कुल शुष्क» स्वतः बेहतर नहीं — अति निम्न घर्षण में थोड़ा जल या हाइड्रोजन भागीदार होता है, इसी से लेखकों ने आर्द्रता को कुंजी कहा। खरीदार हेतु: घर्षण का मान वातावरण, प्रति-पिंड, भार, चाल और रन-इन-इतिहास के साथ मिले तभी तुलनीय।

6.6 संक्षारण: सूक्ष्म-छिद्र अवरोध बनने नहीं देते

कार्बन फ़िल्मों का रासायनिक निष्क्रियता सच्ची है, परंतु निरंतरता उतनी ही कठिन जितनी पतली फ़िल्म। सीलिंग अध्ययन सजाँच-योग्य संख्याएँ देता है: 50 nm का Al2O3 / Ta2O5 नैनो-स्तरीय सतह की बनावट के साथ चलता है और सूक्ष्म-छिद्रों के अंदर बढ़ता है, CrN इस्पात का धारा-घनत्व दो से अधिक कोटि गिरता है, और उदासीन लवण-कोहरे में संक्षारण बिंदु 2 h से 168 h खिसकता है; डीएलसी पर सील की एड्हेज़न कमजोर थी पर विलंब स्पष्ट रहा। सिलिकॉन-डोपड बहु-परत डीएलसी का संक्षारण जमा-चक्र और माध्यम से बदलता है, अर्थ प्रक्रिया-चक्र स्वयं एक संक्षारण प्राचल है। सुरक्षा इंजीनियर हेतु सही पाठ: डीएलसी घर्षण और जामन सहन करता है, अवरोध आधार-कोट या सीलिंग का काम — तुलना करें ALD फ़िल्म की जल-बाष्प अवरोध और माइक्रो-आर्क ऑक्सीकरण फ़िल्म की सीलिंग से।

6.7 सारणी 3 — अर्हता विधियाँ साथ-साथ

6.8 सारणी 4 — डीएलसी और पेंट में काम की बाँट

7. ऊष्मा और रासायनिक सीमाएँ: कब डीएलसी न चुनें

7.1 लगभग 300 ℃ से ऊपर ग्रेफाईटीकरण

समीक्षाएँ एक सुस्पष्ट दोष गिनाती हैं: डीएलसी लगभग 300 ℃ से ऊपर ग्रेफाइट बनने को झुकता है। तीन परिणाम: प्रतिबल-मुक्ति एकनीलिंग उस रेखा की सुरक्षित ओर रहे (उद्यम 200-400 ℃ लिखता है, वास्तविक मान भेद और वातावरण पर); सेवा-ताप रेखा के निकट हो तो घर्षण और कठोरता अपरिवर्तित मानना जोखिम; और वेल्डिंग, थर्मल-स्प्रे या बाद की बेकिंग जो रेखा पार करे तो डीएलसी को अनुक्रम में अंतिम रखना पड़ेगा।

7.2 घर्षण स्वयं संरचना बदल देता है

रामन स्पेक्ट्रोस्कोपी पढ़ने का उपकरण है: 785 से 229 nm उत्तेजना-तरंगदैर्ध्य के साथ शिखर स्थिति और तीव्रता का बिखराव व्यापक अव्यवस्थित तथा अक्रिय कार्बन पर मापा गया (DOI 10.1103/PhysRevB.64.075414); यही sp2/sp3 देखने हेतु रामन के प्रचलन का आधार। फिसलन-परीक्षण व्यावहारिक निष्कर्ष दे चुके: घर्षण a-C:H को sp2-प्रधान, अधिक क्रम वाली संरचना में बदलता है, और क्षय उस रूपांतरण की प्रगति के अनुरूप। अतः डीएलसी की स्नेही सतह निरंतर बनती और निरंतर घिसती रहती है, और आयु प्रारंभिक कठोरता नहीं उस संतुलन पर।

7.3 स्नेहक की रसायन-शास्त्र रीग पर सत्यापित करें

एडिटिव-युक्त तेल में अंतरापृष्ठ रसायन निर्णायक, अतः «फ़िल्म स्वीकार्य» का अर्थ «तंत्र स्वीकार्य» नहीं। GB/T 47254-2026 यही शून्य भरता है: तेल की स्थिति, बॉल-डिस्क संपर्क और ध्वनिक उत्सर्जन निर्णय एक विधि में, साथ इंजन-रीग सहसंबंध का अनुलग्नक। चयन-फ़ाइल में तेल-ग्रेड, भार-वर्णपट और सतह बनावट (ISO 21920-2 प्राचल-तंत्र) सत्यापन-योजना में रखें।

8. विफलता-पहचान और स्वीकृति सूची

• टुकड़ों में छूटना, किनारे उठे: पहले संचित प्रतिबल को सीमा पार मानें — जाँचें कि परत 0.5-5 µm के दायरे से बाहर तो नहीं, बहु-परत या बफ़र परत अपेक्षित थी या नहीं, और आधार कठिन-चिपकने वाली धातुओं में तो नहीं।
• अवमर्दक की परिधि से छूटना (श्रेणी 2/3): ISO 26443:2023 पढ़ते समय पहले बल तथा आधार-कठोरता का मेल (54 HRC से ऊपर 1471.5 N) देखें, इंडेंटर की क्षति को सिद्ध करें; रिपोर्ट में छूटे क्षेत्र का प्रतिशत या r/a अनिवार्य।
• क्रांतिक बल का अधिक प्रकीर्णन: स्टाइलस त्रिज्या और मोटाई का मेल (200 µm 0.10-30 µm हेतु), भार-दर तथा विस्थापन-दर की घोषणा, और स्पर्शरेखीय बल को ध्वनिक उत्सर्जन के साथ पढ़ें।
• ऊँचा या अस्थिर घर्षण: फ़िल्म-भेद की बात से पहले वातावरण (शुष्क नाइट्रोजन, पर्यावरणीय आर्द्रता, नम नाइट्रोजन) तथा रन-इन इतिहास दर्ज करें; वातावरण न बताई दो डेटा-शीटों की तुलना कभी न करें।
• लवण-कोहरे में जल्दी पिटिंग: यह सूक्ष्म-छिद्र का मामला है, कार्बन की निष्क्रियता का नहीं — 50 nm श्रेणी की सीलिंग या आधार-कोट आँकें, और अंतरापृष्ठ बंधन दोबारा अर्हताएँ।
• कठोरता का विवाद: इंडेंटेशन गहराई, अंशांकन विधि और संदर्भ ब्लॉक तय करें, जरूरत पर ज्यामिति-स्वतंत्र ढलान-अनुपात लें, और इंडेंटर कुंद होने की जानकारी दर्ज करें।
• तकनीकी शर्त का लेखन: मुख्य परत का नाम ISO 20523 से, संक्रमण, आधार और उपरी परत अलग-अलग, मोटाई मापन विधि (अनुप्रस्थ-काट), एड्हेज़न मानक अपेक्षित श्रेणी या Lc स्तर सहित, और अधिकतम सेवा-ताप संलग्न करें — केवल «डीएलसी चढ़ा» न लिखें।

9. बार-बार पूछे गए प्रश्न

प्र1　क्या डीएलसी संक्षारण-रोधी पेंट का स्थान ले सकता है?

अवरोध के रूप में नहीं। कार्बन रासायनिक रूप से निष्क्रिय है, परंतु असली फ़िल्मों में सूक्ष्म-छिद्र होते हैं: सीलिंग अध्ययन में लवण-कोहरे के बिंदु 2 h से 168 h गए, ठीक इसलिए कि वे छिद्र बंद हुए थे। सही बाँट: अवरोध आधार-कोट या सीलिंग पर, डीएलसी घर्षण-सतह के रूप में — यही तर्क अति-जल-प्रतिकर्षी कोटिंग की यांत्रिक टिकाऊपन में भी है।

प्र2　डीएलसी मोटी क्यों नहीं बनती?

क्योंकि संपीडन मोटाई के साथ जमा होता है। जमा होते ही ta-C 8-10 GPa पर (उद्यम पठन 5-12 GPa); क्रांतिक मोटाई के बाद उभरकर छूट जाता है। पल्स्ड बायस, मध्यम एकनीलिंग, एकांतर बहु-परत और संक्रमण परतें इसे 2-4 GPa तक लाती हैं, मूल्य में sp3 तथा कठोरता की दोबारा पुष्टि। कामकाजी एकल परत इसी लिए 0.5-5 µm पर रुकती है।

प्र3　प्रकाशित कठोरताएँ इतनी भिन्न क्यों?

तीन प्रभाव जुड़ते हैं: निश्चित गहराई पर आधार का प्रभाव (50 nm फ़िल्म में 25 nm पर 51 GPa), कठिन फ़िल्म द्वारा हीरे के इंडेंटर का कुंद होना जिससे हर अवमर्दन बाद क्षेत्रफल-फलन का दोबारा अंशांकन, और विधियों का भेद (विकर्स, गतिशील इंडेंटेशन, उपकरणित इंडेंटेशन)। एक ही ta-C फ़िल्म 30-50 GPa, 40-80 GPa और 55-65 GPa तीनों सही रख सकती है।

प्र4　चयन हेतु कौन-सा घर्षण मान लें?

जो आपके वातावरण में मापा गया। शुष्क नाइट्रोजन 0.03-0.05; 60% आर्द्रता स्थिर 0.10-0.30; नम नाइट्रोजन में रन-इन के बाद 0.021 और 0.027 — तीनों सत्य। और ध्यान दें कि हाइड्रोजन-रहित a-C निष्क्रिय गैस में ऊँचा घर्षण रखता है, अतः «अधिक शुष्क» स्वतः बेहतर नहीं।

प्र5　क्या ISO 26443, ASTM C1624, ISO 20502 और GB/T 47254 के परिणाम आपस में बदल सकते हैं?

परिवर्तन नहीं। ये क्रमशः शुष्क कक्ष-ताप में गुणात्मक इंडेंटेशन श्रेणी, शुष्क कक्ष-ताप में क्रांतिक स्क्रैच बल, सिरेमिक स्क्रैच का क्रांतिक लंबवत बल (कम से कम पाँच मान), और स्नेहित गतिशील एड्हेज़न हैं, भिन्न मोटाई-परास तथा परिवेश में; उनमें दो अपना मूलभूत बंधन तक न पहुँचने की घोषणा करते हैं। ये एक ही विधि के भीतर क्षैतिज तुलना हेतु हैं, अंकगणितीय रूपांतर हेतु नहीं।

प्र6　क्या प्लास्टिक पर डीएलसी चढ़ सकता है?

हाँ — निम्न-ताप मार्गों का मूल्य यही है, सार्वजनिक उदाहरण खरोंच-रोधी पॉलीकार्बोनेट लेंस। परंतु प्लास्टिक की ऊष्मा-चालकता, दृढ़ता और पृष्ठ-ऊर्जा प्रतिबल-वितरण तथा विफलता-रूप बदल देती हैं: समीक्षाएँ चेताती हैं कि निम्न-मापांक बहुलक आधार पर कठिन फ़िल्में संसक्ती विफलता से पहले मोटाई के पार मुड़कर टूटती हैं।

10. संदर्भ

• ISO 20523:2017, कार्बन-आधारित फ़िल्में — वर्गीकरण तथा संज्ञाएँ; BS ISO 20523:2017 प्रवर्तन 2017-09-30; NF A91-056 / NF ISO 20523:2018; संदर्भ VDI 2840:2012।
• ISO 26443:2023 (दूसरा संस्करण, अक्टूबर 2023), Fine ceramics — Rockwell indentation test for evaluation of adhesion of ceramic coatings; EN ISO 26443:2023 / DIN EN ISO 26443:2024-02; ISO 26443:2008 का स्थान; पूर्ववर्ती DIN CEN/TS 1071-8:2004; ISO 6508-1 तथा ISO 6508-2 के संदर्भ।
• ISO 20502:2016, Fine ceramics — Determination of adhesion of ceramic coatings by scratch testing (ISO/TC 206; DIN EN 1071-3:2005 का स्थान; EN ISO 20502:2016, BS EN ISO 20502:2016, NF A92-815, UNE-EN ISO 20502:2016; ISO 6508-2, ISO 4288 के संदर्भ)।
• ASTM C1624-22; ASTM E2546-15 (अद्यतन 2023) DOI 10.1520/E2546-15; ISO 14577-1:2015।
• GB/T 47254-2026, जारी 2026-02-27, प्रवर्तन 2026-06-01, ISO 4821:2022 का समरूप अपनान, SAC/TC236; संदर्भ 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।
• K. Miyoshi तथा अन्य का a-C:H का सिलिकॉन नाइट्राइड विरुद्ध घर्षण-क्षय माप (शुष्क नाइट्रोजन और 60% आर्द्रता); 50 nm Al2O3 / Ta2O5 से CrN और डीएलसी की सीलिंग अध्ययन; M. Cui तथा अन्य, RSC Advances (2016), DOI 10.1039/c6ra05527c; उद्यम रिपोर्ट तथा परीक्षणशाला सूचियाँ (T/CSAE 103-2019, GB/T 6462-2021) द्वितीयक स्रोत के रूप में। ऊष्मा-चालकता वहाँ एक ओर 1-5 W/(m·K) और दूसरी ओर 400-1000 W/(m·K) लिखी मिलती है; दोनों परस्पर विरोधी हैं, अतः डिज़ाइन इनपुट के रूप में प्रयोग नहीं किया गया।

अंतिम अद्यतन: 2026-11-02　यह सामग्री Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. की तकनीकी संपादन समिति ने प्रकाशित मानकों तथा साहित्य से व्यवसायिक तकनीकी आदान-प्रदान हेतु संकलित की है। संख्याएँ मानक-पाठ और तृतीय-पक्ष मापन के अनुसार; वाणिज्यिक शर्तें केवल EXW / FOB।