다이아몬드상 탄소(DLC)는 탄소 원자가 다이아몬드형 sp3 결합과 흑연형 sp2 결합을 동시에 갖는 비정질 탄소막이며, 보통 PVD 또는 CVD 로 기판 표면에 증착합니다. 이 사이트가 다루는 액상 도장 계통과는 공정 가문이 다릅니다. 도료는 공기 중 흐름과 가교로 수십 µm 의 피막을 만들지만, DLC 는 이온 충돌로 표면에서 원자 단위로 쌓여 두께가 서브마이크로미터에서 수 µm 입니다. 기계 부품에서는 두 기술이 상호 보완이므로, 도료 쪽 실무자라도 DLC 의 수치와 고장 한계값은 알아 둘 필요가 있습니다.
요약 논지는 세 갈래로 됩니다. 첫째, 내부 응력. 증착 직후 압축 응력은 8-10 GPa 에 닿기 쉽고 두께에 따라 축적됩니다. 임계값을 넘으면 막이 좌굴되어 판째 벗겨지므로, 두껍게 만드는 것은 공정 능력의 증명이 아닙니다. 응력을 2-4 GPa 로 낮춰야 비로소 단층이 0,5-5 µm 에서 실용됩니다. 둘째, 판정 수단이 호환되지 않습니다. ISO 26443:2023 은 루크웰 압입의 정성 등급 0-3 을, ASTM C1624-22 와 ISO 20502:2016 은 흠집 시험의 임계 하중을, GB/T 47254-2026(ISO 4821:2022 와 동일) 은 윤활 하 동적 부착을 다룹니다. 재는 대상이 달라 서로 환산할 수 없고, 그중 둘은 계면의 본질 강도를 재지 않는다고 명시합니다. 셋째, 환경이 변수입니다. 같은 a-C:H 막이 건조 질소에서 0,03-0,05, 상대습도 60% 에서 초기 약 0,30·정상 0,10-0,30, 습윤 질소에서는 길들임 후 0,021 과 0,027 을 냅니다. 방식 관점의 주의도 보탭니다. DLC 는 장벽이 아니며, 기공은 실러나 하도 쪽의 일입니다.
1. 검증 가능한 수치부터
- 명명: ISO 20523:2017(탄소계 막의 분류와 명칭, 2017 년 9 월 발행)은 주성분이 탄소이고 PVD 또는 CVD 로 증착된 막에 적용되며, DLC 로 불리는 비정질 탄소막, CVD 다이아몬드, 흑연, 고분자형 막을 포괄합니다. 풀러렌, 탄소나노튜브, 그래핀에는 적용되지 않습니다. 정의는 경사 없는 층에만향하며, a-C:Me 나 a-C:H:Me 에서 탄화물 형태로 존재하는 탄소는 탄소량에 산입하지 않습니다. 영국은 BS ISO 20523:2017 로 2017-09-30 시행, 프랑스는 NF A91-056 / NF ISO 20523:2018 이며, 참조 규격으로 VDI 2840:2012 가 제시되어 있습니다.
- 경도: ISO 20523 분류표를 옮겨 적은 공개 2차 자료는 a-C 15-25 GPa, ta-C 30-50 GPa, a-C:H 10-20 GPa, a-C:H:Me 15-30 GPa, 고분자형 <5 GPa 로 적습니다. 다른 총설은 경질 a-C:H 를 10-40 GPa, 연질은 5 GPa 미만으로 봅니다. 실측값에서는 펄스 레이저 증착 ta-C 가 비커스 55-65 GPa, 동적 압입 탄성률 800-900 GPa. 산업 자료는 ta-C 를 40-80 GPa, 탄성률 400-800 GPa 로 제시합니다.
- 결합과 수소: 같은 2차 자료에서 a-C 는 sp3/sp2 0,2-0,8 에 수소 <1 at%, ta-C 는 0,8 초과에 <1 at%, a-C:H 는 0,1-0,5 에 20-40 at%, a-C:H:Me 는 0,3-0,6 에 10-30 at%, 고분자형은 >40 at%. PLD 와 필터드 애크 막은 sp3 이 85% 에 달하고, 산업 측 읽기는 80-87% 로 90% 에 근접하다고 적습니다.
- 내부 응력: PLD 의 ta-C 는 증착 직후 8-10 GPa, 산업 자료의 ta-C 는 5-12 GPa. FCVA 초박막은 7,6 nm 에서 50 nm 로 가는 과정에서 잔류 응력과 sp3 비율이 먼저 내려갔다 다시 올라, 29 nm 에서 3,9 GPa 의 골짜기를 만듭니다. 열 또는 레이저 어닐링으로 응력은 거의 0 에 가까워집니다.
- 두께 상한: 문헌은 DLC 가 두껍게 어렵다는 이유를 분명히 씁니다. 응력이 두께와 함께 커지고 임계 두께를 넘으면 박리되기 때문입니다. 여러 기판에서 평균 2 µm 가 안정품으로 보고되고, 단층 실용 창은 0,5-5 µm(균일도 목표 ±5%) 입니다. 시험 규격의 두께 상한도 같은 자리에 있습니다. ASTM C1624-22 은 침 끝 반경 200 µm 로 0,10-30 µm 를 다루고 0,1 µm 미만과 30 µm 초과는 권하지 않습니다. ISO 26443:2023 은 ≤20 µm 에 적용됩니다.
- 에너지와 증착 속도: 이온 도금(이온 플레이팅)은 탄소 이온 100-750 eV, 성장 약 1 µm/h. 필터드 캐소드 애크(FCVA)는 sp3 을 80% 넘기려 이온 에너지 40-100 eV 를 요하고 속도는 1-10 nm/s. PLD 는 플루언스 6 J/cm² 초과, 평균 운동 에너지 30 eV 초과, 기판 100 ℃ 미만이 조건. r.f-PECVD 는 0,11-1,07 W/cm², 압력 0,67-40 Pa 에서 메탄을 단일 탄소원으로 실시되었습니다.
- 분위기에 의존하는 마찰: r.f-PECVD 의 a-C:H(표면 거칠기 1-4 nm) 를 질화규소 위로 미끄러뜨리면 건조 질소에서 0,03-0,05. 상대습도 60% 에서는 초기 약 0,30, 정상 0,10-0.30. 습윤 질소(0,7-40 %RH 와 4,2-40 %RH)에서는 길들임 과정 후 a-C 와 a-C:H 가 각각 0,021 과 0,027 에 도달하고 습도에 의존하지 않습니다. 총설은 DLC 를 약 0,1, PTFE 와 동급, 수소화물과 불소화물은 더 낮고, 무수소 a-C 는 불활성 기체에서 상대적으로 마찰이 높다고 정리합니다.
- 마모량의 자릿수: Al2O3-TiC 위 50 nm ta-C 는 압입 깊이 25 nm 에서 51 GPa, 접촉압 37 GPa 에서 마모율 1,8×10⁻⁴ mm³/(N·m). a-C:H 는 건조 질소에서 10⁻⁸ 에서 10⁻⁶ mm³/(N·m), 상대습도 60% 에서는 2,0×10⁻⁹ 에서 8,9×10⁻⁸ mm³/(N·m) 분포입니다.
- 부착 판정 기준: ISO 26443:2023 은 루크웰 다이아몬드 압자로 정성 판정하며, 하중은 기판에 따라 54 HRC 초과에 1471,5 N(C 눈금), 54 HRC 이하에 981 N(D 눈금), 세라믹·초경질 합금에 588,6 N(A 눈금) 을 택합니다. 하중 시간 1-8 s, 유지 (4±2) s, 최소 3 점, 배율은 100× 이상으로 읽습니다. 등급은 0-3 으로, 0 은 균열·박리 없음, 1 은 균열은 있으나 접착 박리 없음(둘 다 합격), 2 는 부분 접착 박리(면적 비율 기재), 3 는 완전 접착 박리(r/a 기재) 입니다. ASTM C1624-22 은 정각 120°, 끝 반경 200 µm 의 루크웰 C 침을 등속으로 그어, 특정 손상 수준을 만드는 수직력을 임계 흠집 하중으로 정의합니다.
- 중국 측 규격: GB/T 47254-2026 「미끄럼 베어링 — 윤활 조건에서 DLC 코팅 부품의 동적 부착 시험 방법」은 2026-02-27 공포, 2026-06-01 시행, ISO 4821:2022 를 동일 채택했으며 전국미끄럼베어링표준화기술위원회(SAC/TC236) 소관입니다. 방법은 윤활 하 볼온디스크와 음향 방출의 조합이고, 적용 범위 조항은 윤활 없는 조건에는 적용하지 않는다고 못 박으며, DLC 정의는 ISO 20523 을 따릅니다. 머리말에는 공식 시험 방법이 없어 완성차 업체와 협력사가 실제 엔진 부품으로 전용 시험기에서 결합 강도를 확인해야 했던 사정이 기록되어 있습니다. 부록 B 는 엔진 시험기 성적과의 상관을 다룹니다.
- 기공과 봉합: CrN 과 DLC 의 결함을 50 nm 층별 증착(Al2O3 와 Ta2O5 의 나노 적층 또는 혼합)으로 봉합한 결과, CrN 강철의 전류 밀도가 2 자릿수 이상 떨어지고 중성 염수 분무에서 부식점 출현이 2 h 에서 168 h 로 미뤄졌습니다. DLC 위에서는 봉합층의 부착이 약했지만 염수 분무 지연은 분명했고, 이는 기공이 막혔다는 증거입니다. 도료 쪽 교훈은, DLC 는 내마모·끼임 용이지 부식 장벽이 아니라는 점입니다.
- 온도와 표면 품질: 총설은 흑연화의 시작을 약 300 ℃ 이상에 둡니다. 산업 자료의 응력 완화 창은 200-400 ℃, 펄스 바이어스 -50 V 에서 -200 V 로 내부 응력을 약 10 GPa 에서 2-4 GPa 로 낮추고, 전이층은 2-10 nm(Si, SiC, TiC, Ti/Cr). 표면은 a-C:H 거칠기 1-4 nm, FCVA 막은 Ra 1 nm 미만으로 무처리 실리콘 웨이퍼의 0,412 nm 보다 매끄럽습니다.
2. 명칭 정리: ISO 20523 이 실제로 다루는 범위
2.1 규격이 다루는 것은「층」이지「계」가 아니다
ISO 20523:2017 적용 범위 중 한 문장은 자주 흘립니다. 이 문서는 탄소계 막의 재료를 다루고 피막 전체를 다루지 않습니다. 실제 부품은 주 기능층 위에 또는 아래에 추가 층을 갖는 것이 보통입니다. 두께 방향으로 조성이 바뀌는 층은 경사층이라 부르고, 정의는 경사 없는 층에만향합니다. 따라서 「이 부품의 DLC」라는 표기는 부정확하고, 견적서와 인수 사양에는 주층 + 전이층 + 하도층 + 최상층을 층별로 나열해야 합니다. 이는 용사 아연·알루미늄 계통의 서술 방식과 같은 방침입니다.
2.2 네 가지 표기, 차이는 수소와 금속
흔한 표기는 a-C(무수소), a-C:H(수소화), ta-C(사면체 비정질 탄소, sp3 높고 수소 거의 없음), a-C:Me 와 a-C:H:Me(금속 포함, 통상 탄화물 형태) 입니다. 경계 조항이 중요합니다. 부원소를 포함한 막은 탄소가 주성분일 때만 이 문서의 대상이고, 탄화물로 존재하는 탄소는 산입되지 않습니다. 금속 비율이 높은 막은 그래서 DLC 정의에서 미끄러져 나갑니다. 용어상「다이아몬드상」은 이온 빔으로 얻은 경질·절연·내마모 비정질 탄소막에서 왔습니다.
2.3 표 1: 분류 창과 공학적 읽기
| 표기 | sp3/sp2 | 수소 | 전형 경도 | 공학 함의 |
|---|---|---|---|---|
| 고분자형 탄소막 | sp2 우세 | 40 at% 초과 | <5 GPa | 연하고 수지상. 윤활은 되나 하중 지지약함 |
| a-C:H | 0,1-0,5 | 20-40 at% | 10-20 GPa | PECVD 의 주력. 응력이 낮고 부착이 좋으며 면이 매끄러움 |
| a-C | 0,2-0,8 | <1 at% | 15-25 GPa | 무수소. 불활성 기체에서 마찰이 높아 분위기와 길들임으로 제어 |
| a-C:H:Me | 0,3-0,6 | 10-30 at% | 15-30 GPa | 금속이 하중 용량과 실용 두께를 올리고 전도도도 따라 올라감 |
| ta-C | 0,8 초과 | <1 at% | 30-50 GPa(실측 55-65 GPa) | sp3 과 경도는 높으나 응력도 높고 압자 마모 위험이 따름 |
경도 열은 분류표의 공개 전사치이며, 전사 출처 자체가 규격 본문이 아니다고 주의합니다. 실측 문헌에서는 같은 분류로 40-80 GPa 도 보고되므로, 자릿수의 기준으로만 쓰고 인수 한도로 쓰지 않습니다. 그 이유는 6 절에서 다룹니다.
3. 작용 기전: 비정질인데「다이아몬드상」
3.1 장주기 없는 근거리 질서
탄소에는 잘 알려진 두 결정 경로가 있습니다. 흑연은 육방의 sp2 층상 구조, 다이아몬드는 입방의 사면체 sp3 그물입니다. DLC 의 특이점은 미세한 다이아몬드 결정이 들어 있다는 것이 아니라, 장주기 반복성 없이 많은 원자가 국소 사면체 배위에 고정된다는 점입니다. 경도는 이 국소 sp3 결합에서 나오며, 입계나 석출물이 아닙니다. 결정이 아니므로 쪼개지는 면이 없고, 다결정 다이아몬드보다 균열 진행에 잘 버팁니다. 나노세라믹 피막의 경도와 인성 균형에서 다룬 긴장은 DLC 에서는 다른 형태의 불균형, 곧 내부 응력으로 나타납니다.
3.2 수소의 역할: 연화와 윤활을 동시에
수소는 sp3 그물의 빈 결합을 종결시켜 그물을 더 유연한 조각으로 잘라 냅니다. 함유량이 높을수록 막은 고분자 쪽으로 기워 연해지고, 동시에 마찰 계수는 내려갑니다. 총설에 따르면 탄화수소 원료에 수소를 섞으면 고분자 성분이 늘고 마찰 계수가 낮아지며 면이 매끄러워집니다. DLC 표면은 수소로 종결되는 것이 보통이고 수증기를 흡착해 마찰이 더 변동합니다. 같은 배합에서 분위기에 따라 0,03 과 0,30 두 곡선이 나오는 근본 원인입니다. 나머지 절반은 미끄러짐에 따른 구조 전환으로, 마찰은 a-C:H 를 sp2 우세·단거리 질서가 높은 물질로 바꾸고 마모량은 이 전환의 진행도에 대응합니다. 윤활층과 희생층은 같은 것입니다.
3.3 도펀트와 다층화가 경계를 밀어 올린다
규소, 텅스텐, 불소, 질소, 금속 첨가는 실용 두께나 사용 영역을 넓히는 수단입니다. 공개된 조합에는 a-C:H:W 와 a-C:H:Cr 다층, 단층 a-C:H 와 a-C:H:Si 가 있고, 담금질·램프한 공구강 위에 r.f 반응 마그네트론 스퍼터링 또는 PACVD 로 증착해 DIN 50021-SS 염수 분무로 평가했습니다. 규소 도핑 다층 DLC 의 내식성은 증착 주기와 매체(NaCl, H2SO4, HCl, NaOH) 양쪽에 의존합니다. 다층화에는 두 번째 기능이 있어, 연질층 교대로 응력 축적을 끊는 것입니다.
4. 네 증착 경로와 작업 창
4.1 PECVD / PACVD: 저온·매끈·수지도 가능
산업에서는 평행판 r.f 반응기가 주류이고, 탄소원은 아세틸렌·에틸렌·메탄부터 헥산·벤젠·사이클로헥산까지 증기압이 되면 쓸 수 있습니다. 실험 창은 0,11-1,07 W/cm², 0,67-40 Pa 부근. 저온 증착이 가능해 수지가 대상이 되며, 폴리카보네이트 렌즈의 흠집 방지 DLC 가 공개된 보기입니다. 대가는 수소 함유가 높아 경도가 10-20 GPa 대에 머무는 것. 금속 표면에 아세틸렌과 아르곤으로 DLC 를 증착하고 전기화학 분극 측정과 염수 분무로 내식을 평가한 보고도 있습니다.
4.2 FCVA: sp3 과 응력은 세트로 온다
흑연 캐소드 애크를 방사형 자기장에 통과시켜 액적과 큰 입자를 걸러 이온만 표면에 닿게 합니다. 이온 에너지 40-100 eV 에서 sp3 은 80% 를 넘고, 성장 속도는 1-10 nm/s, 면은 Ra 1 nm 미만까지 매끄럽습니다. 고에너지와 고응력은 같은 곡선의 양 끝이며, 산업 기본형은 약 10 GPa 에 있어 펄스 바이어스 -50 V 에서 -200 V 로 2-4 GPa 까지 끌어내리는 설계입니다. 반대 방향의 실험 소견도 시사적입니다. 플로팅 전위의 필터드 애크는 표면 원자 수준 혼합에 필요한 에너지는 주면서 고에너지 특유의 큰 내부 응력은 만들지 않아, a-C:H 보다 높은 임계 하중을 냈습니다. 부착이 꼭 고에너지 쪽에 있지 않은 보기입니다.
4.3 PLD 와 이온 도금: 초경질막의 두 원천
PLD 는 248 nm 엑시머 레이저로 흑연을 증발시킵니다. 플루언스 6 J/cm² 초과, 평균 운동 에너지 30 eV 초과, 기판 100 ℃ 미만이 고 sp3 조건이고, 막은 완전히 비정질이며 sp3 은 최대 85%, 증착 직후 응력 8-10 GPa. 열 또는 레이저 어닐링을 거치면 수 µm 두께에 응력이 거의 없고 실리콘과 초경질 합금에 부착이 좋은 막이 되며 비커스 55-65 GPa 를 냅니다. 이온 도금(이온 플레이팅)은 100-750 eV 창, 약 1 µm/h 성장, 누프 경도 6000 kg/mm² 근방, 수소는 매우 낮다는 정리입니다.
4.4 표 2: 경로 비교
| 경로 | 주요 조건 | 얻는 구조 | 응력 경향 | 주된 대가 |
|---|---|---|---|---|
| r.f-PECVD / PACVD | 0,11-1,07 W/cm²; 0,67-40 Pa; 메탄 또는 탄화수소 | a-C:H, 수소 20-40 at% | 중간 | 경도 상한 제한, 수소 많음 |
| 필터드 캐소드 애크 FCVA | 탄소 이온 40-100 eV; 1-10 nm/s; 실온 가능 | ta-C, sp3 80% 초과 | 높음(2-4 GPa 로 조정 가능) | 바이어스·다층·어닐링 필수 |
| PLD | 248 nm; 플루언스 > 6 J/cm²; 에너지 > 30 eV; 기판 < 100 ℃ | ta-C, sp3 약 85% | 증착 직후 8-10 GPa | 후막화에는 어닐링 필요 |
| 이온 도금 | 100-750 eV; 약 1 µm/h | 저수소 경질막, 누프 6000 kg/mm² 근방 | 상당히 높음 | 설비와 처리량 제약 |
5. 내부 응력: 두께를 정하는 진짜 관문
5.1 응력의 발생
두 기여인이 겹칩니다. 고에너지 이온이 자라는 표면을 고밀도 준안정 구조로 두드려 붙이기 때문에, 그물이 형성되는 순간 압축 응력이 동결됩니다. 여기에 막과 강·세라믹·초경질 합금의 열팽창 계수 차이가 냉각 과정에서 두 번째 성분을 얹습니다. GB/T 47254-2026 머리말은 인과를 거리낌 없이 씁니다. DLC 경질 피막은 고온에서 제조되고, 피막과 엔진 부품의 열팽창이 달라 내부 응력이 높으므로, 제조 후 피막과 모재의 결합 강도 품질 관리가 매우 중요해진다고 말입니다. 총설은 공극과 미세 구조가 가스를 흡착해 응력을 더 올린다고 덧붙입니다.
5.2 임계 두께와 좌굴
응력은 면 내에 작용하고 저장 에너지는 두께에 비례해 늘며, 해제 수단은 하나뿐입니다. 좌굴, 균열, 판째 박리입니다. 문헌 표현 그대로 두꺼운 막은 어렵고 임계 두께를 넘으면 박리하며, 여러 기판에서 평균 2 µm 가 안정품으로 보고됩니다. 공학 번역은 이렇습니다. 단층은 0,5-5 µm 에 살고, 그 이상은 다층·경사층·응력 완화층이 필요하며, 시험 규격의 두께 상한(압입 ≤20 µm, 흠집 0,10-30 µm)은 바로 이 작업 창에 겹칩니다.
5.3 응력을 낮추는 네 수단과 부작용
- 펄스 바이어스: -50 V 에서 -200 V 로 약 10 GPa 를 2-4 GPa 로. 다만 입사 에너지가 변해 sp3 비가 움직이므로 경도 재확인이 필요합니다.
- 저온 어닐링: 200-400 ℃ 로 응력 일부를 풀고 sp3 손실은 작습니다. 300 ℃ 부근의 흑연화가 위쪽을 제한합니다.
- 다층·경사 설계: ta-C 와 a-C 교대 적층, 또는 2-10 nm 의 Si, SiC, TiC, Ti/Cr. 대가는 사이클 시간과 로트 안정성입니다.
- 기판 전처리: Ar+ 이온 세정과 계면 혼합. 기판 자체가 큰 변수로, 총설은 실리콘에는 좋고 금·구리·텅스텐·스테인리스에는 어렵다고 전합니다. 실측에서는 a-C:H 가 실리콘 위에서 더 잘 붙고 ta-C 는 도전성 세라믹에서 더 좋다는 방향 차이도 나타납니다.
기판 청결은 도장이나 같은 문제입니다. 샌드블라스팅 후의 가용성 염과 계면 오염은 DLC 에서도 전제 조건이며, 도장 기재의 가용성 염 오염의 판단 사고를 그대로 쓸 수 있습니다.
6. 판정: 무엇을, 어느 규격으로 재고, 무엇을 증명하지 못하는가
6.1 경도와 탄성률: 수치가 이렇게 벌어지는 까닭
계측형 압입의 일반 요구사항은 ASTM E2546-15(DOI 10.1520/E2546-15) 에 있습니다. 시료 크기나 상태로 기존 방법이 못 쓸 때 박막을 나노에서 매크로까지 정량 측정하는 규격이며, ISO 14577-1 을 참조합니다. 다만 의도한 횡방향 변위, 곧 흠집 시험은 범위 밖입니다. 오해를 낳는 요인은 둘입니다. 하나는 압입 깊이와 기판 영향로, 50 nm 막도 깊이 25 nm 에서 51 GPa 가 나옵니다. 다른 하나는 압자 끝 마모입니다. 단단한 ta-C 는 다이아몬드를 무뎠게 만들어 연구자는 압입마다 면적 함수를 재보정했고, 압자 형상에 의존하지 않는 기울기 비(시료/용융 석영)를 제시했습니다. 따라서 깊이·보정·측정법(비커스, 동적 압입, 계측형 압입)이 다른 경도는 직접 비교할 수 없습니다. 공급자의 80 GPa 와 고객 측 45 GPa 가 동시에 옳을 수 있습니다. 같은 방법 간 간극은 자동차 클리어의 흠집 저항에서도 쟁점이 됩니다.
6.2 부착 판정 첫째: ISO 26443:2023 의 압입 등급
제 2 판은 2023 년 10 월 발행으로 2008 판을 대체했고, 유럽은 EN ISO 26443:2023, 독일 판은 DIN EN ISO 26443:2024-02 이며 전신은 DIN CEN/TS 1071-8:2004 입니다. 루크웰 원뿔 다이아몬드 압자를 피막에 눌러 자국 주변을 광학 현미경으로 읽습니다. ≤20 µm 피막의 부착을 정성으로 평가하는 규격으로, 일부 금속 피막에도 쓸 수 있으나 경질 기판 위의 탄성 피막에는 부적합하다고 못 박습니다. 시험기는 ISO 6508-1 과 ISO 6508-2 를 따르고, 압자 윤곽은 200 배 이상으로 정기 관찰합니다. 장점은 시료 표본 추출이 빠르고 저렴한 것, 한계는 등급만 나온다는 점입니다.
6.3 부착 판정 둘째: ASTM C1624-22 와 ISO 20502:2016 의 흠집
ASTM C1624-22 은 비커스 5 GPa 이상, 두께 ≤30 µm 의 경질 세라믹 피막(탄화물·질화물·산화물·다이아몬드·DLC 가 명시)을 금속·세라믹 기판 상에서 상온으로 다루는 규격입니다. 정각 120°, 끝 반경 200 µm 의 루크웰 C 침을 등속으로 끌고 수직력을 일정하거나 늘리며, 접선힘과 음향 방출은 보조 데이터로 위치짓습니다. 계면의 본질 결합 강도는 재지 않는다고 명시하고, 압자·하중 속도·변위 속도에 의존하는 공학적 측정치로 정의합니다. 고분자 피막과 연성 금속 피막은 대상 밖이며, 0,1 µm 미만과 30 µm 초과도 그대로는 권하지 않습니다. 단, 윤활 또는 고온 조건으로의 변경, 그리고 열·산화·부식 노출 후 시험해 잔류 특성을 보는 것은 허용됩니다.
세라믹 쪽 국제 기준이 ISO 20502:2016, 세라믹 피막의 부착을 흠집 시험으로 정하는 규격(ISO/TC 206, DIN EN 1071-3:2005 대체, 유럽은 EN ISO 20502:2016) 입니다. 「Lc 라는 숫자」 이상의 규율을 요구합니다. 두께 ≤20 µm, 힘 구간 1-100 N. 루크웰 C 다이아몬드 침은 ISO 6508-2 로 검증하고 200 회마다 또는 손상 발견 시 교체. 기판 거칠기는 Ra 0,5 µm 이하로 하지 않으면 수직력이 0,1 N 변동합니다. 피막은 기름·그리스·수분 없어야 하고, 권장 환경은 (22±2) ℃ / (50±10)% RH. 1 회는 대표성이 없어 최소 5 회, 임계 수직력은 1 N 초과·분해능 0,1 N, 신뢰도 95% 에서 측정 불확도는 보통 20%, 조작자 편차 5-10%. 모드는 셋, 증가하중 PFST(속선별), 일정하중 CFST(손상 통계), 다중 경로 MPST(피로 모사). 용어도 엄격해 「임계 하중」은 채택하지 않습니다. 파괴는 힘에 의해 일어나므로 임계 수직력 Lc 라고 부릅니다. 보정에는 TiN/Si 또는 CrN/Si 표준 시료, 장비 전체 상태 확인에는 인증 표준물질 BCR-692 가 권해집니다.
C1624 와 20502 를 나란히 놓으면 DLC 조달에서「부착」이 얼마나 모호한 말이 되었는지 보입니다. 앞것은 30 µm 상한에 음향 방출을 보조에 놓고, 뒤것은 20 µm 상한에 최소 5 회와 20% 불확도를 방법 본문에 씁니다. 사양서에는 규격명, 손상 등급, 측정 시의 거칠기와 습도를 반드시 적어야 하며, 그렇지 않으면 Lc = 50 N 같은 숫자는 비교 불가입니다. 개관 페이지 내마모 경질 나노 피막은 여러 재료 계통의 기전과 선택 나무를 다루고, 이 페이지는 DLC 한 계통의 명명·응력·두께·인수 기준을 못 박는 역할 분담으로 중복 없이 보완합니다.
6.4 부착 판정 셋째: 윤활 하 동적 부착
GB/T 47254-2026 과 ISO 4821:2022 이 채우는 것은 앞의 둘이 닿지 않는 윤활 하 구름-미끄럼 접촉, 곧 미끄럼 베어링 영역입니다. 장치는 볼온디스크에 음향 방출을 결합해, 피막이 파괴되는 순간 방출되는 탄성파를 포착하므로 실제 엔진 없이 결합 강도를 평가할 수 있고, 부록 B 가 시험기 성적과의 상관을 제시합니다. 인용 규격은 ISO 683-1:2017(베어링강), ISO 1101, ISO 21920-2(GB/T 1182-2018 MOD). 한계도 인용해야 합니다. 윤활 없는 조건에는 적용하지 않습니다. 단체 문서 T/CSAE 103-2019(엔진 부품용 저마찰 DLC 막 기술 조건)와 GB/T 6462-2021(피막 두께의 현미경 측정) 은 검사기관 규격 목록에 보이는 2차 정보로, 유효판은 발행처에 확인해야 합니다. 대조 대상으로는 MoS2 고체윤활 피막의 토크 계수 사고방식이 쓸모 있습니다.
6.5 마찰과 마모: 분위기는 배경이 아니라 변수
한 재료 계통 안의 흩어짐만으로도 선정 결론이 뒤집힙니다. 재 세 갈래는, 건조 질소 0,03-0,05, 상대습도 60% 에서 초기 0,30 부근·정상 0,10-0,30(습도는 마찰과 마모를 함께 올림), 습윤 질소 에서는 0,7-40 %RH 또는 4,2-40 %RH 로 길들임 후 0,021 과 0,027, 습도 비의존. 반직관적인 대목은 무수소 a-C 가 불활성 기체에서 상대적으로 마찰이 높다는 점입니다. 「완전 건조」가 좋은 것이 아니며, 초저마찰에는 소량의 물 또는 수소가 관여하기에 저자들은 습도를 열쇠라 부릅니다. 조달 시사점는, 마찰 계수는 분위기·대향체·하중·미끄럼 속도·길들임 이력과 세트로 전달되지 않으면 비교 불가라는 한 점입니다.
6.6 내식: 기공 때문에 장벽이 아니다
탄소막의 화학적 불활성은 진짜이지만, 얇을수록 연속성은 확보가 어렵습니다. 봉합 연구는 감사 가능한 숫자를 냅니다. 50 nm Al2O3 / Ta2O5 나노 적층은 표면 형상을 따라 기공 안까지 자라 덮었고, CrN 강철의 전류 밀도는 2 자릿수 이상 내려가고, 중성 염수 분무의 부식점은 2 h 에서 168 h 로 물러났습니다. DLC 위에서는 봉합층 부착이 약해도 지연은 분명했습니다. 규소 도핑 다층 DLC 의 부식 거동이 증착 주기와 매체에 따라 바뀌는 사실은 공정 사이클 자체가 내식 파라미터임을 뜻합니다. 방식 실무자를 위한 옳은 읽기는, DLC 는 내마모·끼임 담당, 장벽은 하도 또는 봉합의 몫이라는 것이며, 비교 상대는 ALD 막의 차습 봉합과 마이크로애크 산화막의 기공 봉쇄입니다.
6.7 표 3: 판정 방법 대조
| 규격 | 재는 것 | 두께 창 | 판정 형식 | 얻지 못하는 것 |
|---|---|---|---|---|
| ISO 26443:2023(루크웰 압입) | 세라믹 피막 부착의 정성 평가 | ≤20 µm | 등급 0-3; 하중 1471,5 / 981 / 588,6 N | 결합 강도의 수치; 탄성 피막에 관한 결론 |
| ASTM C1624-22(단점 흠집) | 실용 부착 강도와 파괴 모드 | 0,10-30 µm, 경도 ≥5 GPa | 임계 흠집 하중, 접선힘, 음향 방출 | 계면 본질 강도; 고분자·연성 금속 피막 |
| ISO 20502:2016(세라믹 흠집) | 세라믹 피막의 부착 | ≤20 µm; 1-100 N | 임계 수직력 Lc, 최소 5 회 | 단발 결론; 신뢰도 95% 에 불확도 약 20% |
| GB/T 47254-2026 / ISO 4821:2022 | 윤활 하 동적 부착 | 엔진 미끄럼 부품 | 볼온디스크 + 음향 방출 | 무윤활 조건에서의 결론 |
| ASTM E2546-15 / ISO 14577-1 | 계측형 압입의 경도와 탄성률 | 나노~매크로 | 힘—변위 곡선, 면적 함수 | 횡방향(흠집) 역학 결론 |
| ISO 20523:2017 | 탄소계 막의 분류와 명칭 | 경사 없는 층 | 분류와 약칭 | 성능 수치와 인수 한도 |
6.8 표 4: DLC 와 액상 도료의 역할 분담
| 항목 | DLC 비정질 탄소막 | 액상 도료(이 사이트 문맥) |
|---|---|---|
| 두께 | 0,5-5 µm(단층 실용) | 수십~수백 µm(건조 막) |
| 성막 기전 | 이온과 플라즈마가 표면에서 sp3 그물을 구성 | 용제 비산·산화·가교로 굳음 |
| 주 기능 | 저마찰, 내마모·끼임, 부분적 화학 불활성 | 부식 매체 차단, 내후, 장식과 식별 |
| 약점 | 응력이 두께를 제한, 기공, 현장 수리 불가 | 경도와 하중의 상한, 마모 소진 |
| 공정 온도 | 실온까지 가능해 수지도 대상 | 상온 또는 열건조, 기판 내온에 제한 |
| 인수 수단 | 압입 등급, 임계 흠집 하중, 음향 방출, 단면 현미경 | 격자 절단, 인장 부착, 염수 분무 |
7. 온도·화학의 한계: 피해야 할 조건
7.1 약 300 ℃ 이상의 흑연화
총설은 분명한 단점으로 DLC 가 약 300 ℃ 이상에서 흑연화하기 쉽다는 것을 듭니다. 귀결은 셋. 응력 완화 어닐링은 이 선의 안전한 쪽에 두어야 하고(산업 자료는 200-400 ℃ 로 적지만 실값은 막 종류와 분위기에 좌우됨), 사용 온도가 선에 가까워지면 마찰과 경도가 불변이라고 가정할 수 없으며, 용접·용사·후행 건조가 선을 넘는다면 DLC 는 공정에서 맨 마지막에 배치해야 합니다.
7.2 마찰 스스로 구조를 바꾼다
읽기 도구는 라만 분광입니다. 785 에서 229 nm 여기 파장에 대한 피크 위치와 강도의 분산은 무질서 탄소와 비정질 탄소의 넓은 범위에 대해 측정되었고(DOI 10.1103/PhysRevB.64.075414), sp2/sp3 을 보는 정례 라만 이용의 근거입니다. 미끄럼 시험은 이미 실무 결론을 냈습니다. 마찰은 a-C:H 를 sp2 우세·질서 높은 구조로 바꾸고, 마모량은 전환 진행에 대응합니다. 즉 DLC 의 윤활 계면은 계속 재생되고 계속 소모되는 상태이며, 수명은 초기 경도가 아니라 그 균형에 걸립니다.
7.3 윤활유 첨제 화학은 시험기로 확인
첨가제가 든 기름에서는 계면 화학이 지배하므로 「막은 합격」이 「계는 합격」을 뜻하지 않습니다. GB/T 47254-2026 이 채운 것이 바로 그 빈칸으로, 윤활 조건·볼온디스크 접촉·음향 방출 판정을 한 방법 안에 묶고 엔진 시험기와의 상관 부록을 갖춥니다. 선정 문서에는 유종, 하중 스펙트럼, 표면 상태(ISO 21920-2 의 파라미터 체계)를 타당성 계획에 넣으십시오.
8. 고장 진단과 인수 체크리스트
- 넓은 박리, 가장자리 들뜸: 우선 축적 응력이 임계를 넘었는지 의심. 단층이 0,5-5 µm 창을 벗어났는지, 다층이나 완화층이 설계에 있는지, 기판이 부착 곤란 금속군 아닌지 확인.
- 압입 자국 가장자리 박리(등급 2/3): ISO 26443:2023 읽기에서는 하중과 기판 경도의 대응(54 HRC 초과는 1471,5 N)을 먼저 검증하고 압자 결함을 배제. 박리 면적 비율 또는 r/a 를 기록에 넣어야 합니다.
- 임계 하중 산포가 큼: 침 끝 반경과 두께의 정합(200 µm 는 0,10-30 µm 용), 하중 속도와 변위 속도 신고, 접선힘과 음향 방출을 함께 읽기.
- 마찰이 높거나 불안정: 막 종류를 논하기 전에 분위기(건조 질소, 환경 습도, 습윤 질소)와 길들임 이력을 기록. 분위기가 적히지 않은 데이터는 비교하지 마십시오.
- 염수 분무에서 조기 공식: 탄소의 불활성 문제가 아니라 기공 문제. 50 nm 급 봉합층 또는 하도를 검토하고 계면 부착을 재판정.
- 경도 분쟁: 압입 깊이, 보정 방법, 표준 블록을 사전 합의하고, 필요하면 압자 형상에 무관한 기울기 비를 쓰며, 압자 마모 발생 여부를 신고.
- 사양서 작성법: 주층은 ISO 20523 표기로 명명하고 전이층·하도층·최상층을 나열하며, 두께 측정법(단면 현미경), 요구 등급 또는 Lc 수준을 담은 부착 규격, 사용 온도 상한을 붙이십시오. 「DLC 처리」 세 단어로 끝나지 않습니다.
9. 자주 묻는 질문
Q1 DLC 가 방식 도료를 대신할 수 있나요?
장벽으로는 쓸 수 없습니다. 탄소는 화학적으로 불활성이지만 실제 막에는 기공이 있고, 봉합 연구에서는 염수 분무의 부식점이 2 h 에서 168 h 로 미뤄졌습니다. 기공을 막았기 때문입니다. 건강한 분담은 장벽을 하도 또는 봉합층에, DLC 를 내마모 면에 두는 것이며, 발수 피막의 기계적 내구성과 같은 논리입니다.
Q2 왜 DLC 를 두껍게 못 만드나요?
압축 응력이 두께와 함께 쌓이기 때문입니다. 증착 직후 ta-C 는 8-10 GPa(산업 읽기 5-12 GPa) 에 있고, 임계 두께를 넘으면 좌굴해 박리합니다. 펄스 바이어스, 완만한 어닐링, 교대 다층, 전이층으로 2-4 GPa 까지 내리되, sp3 비와 경도 재확인이 대가입니다. 실용 단층은 그래서 0,5-5 µm 에서 멈춥니다.
Q3 공개 경도가 이렇게 다른 이유는?
세 효과가 겹칩니다. 지정 깊이에서의 기판 영향(50 nm 막의 25 nm 에서 51 GPa), 경질막이 다이아몬드 압자를 무뎠게 해 매 압입 뒤 면적 함수 재보정이 필요했던 사실, 그리고 측정법의 차이(비커스, 동적 압입, 계측형 압입). 같은 ta-C 막이 30-50 GPa, 40-80 GPa, 55-65 GPa 를 동시에 정당하게 가질 수 있습니다.
Q4 마찰 계수는 어떤 수치를 봐야 하나요?
자사 분위기로 재된 값입니다. 건조 질소 0,03-0,05, 상대습도 60% 정상 0,10-0,30, 습윤 질소 길들임 후 0,021 과 0,027 — 셋 다 실측입니다. 무수소 a-C 는 불활성 기체에서 상대적으로 높아진다는 점도 잊지 마십시오. 「 건조할수록 좋다」는 성립하지 않습니다.
Q5 ISO 26443, ASTM C1624, ISO 20502, GB/T 47254 을 서로 비교할 수 있나요?
환산은 불가. 각각 건조 상온의 정성 압입 등급, 건조 상온의 임계 흠집 하중, 세라믹 흠집의 임계 수직력(최소 5 회), 윤활 하 동적 부착으로, 두께 창도 환경도 다르고 둘은 계면 본질 강도에 닿지 않는다고 밝힙니다. 쓸 수 있는 것은 같은 방법 내 횡비교이고 수치 변환이 아닙니다.
Q6 수지 위에도 DLC 가 올라가나요?
올라갑니다. 저온 증착 경로의 가치이며, 공개 보기는 폴리카보네이트 렌즈의 흠집 방지막입니다. 다만 수지의 열전도·강성·표면에너지가 응력 분포와 파괴 형태를 바꾸니 주의가 필요합니다. 총설은 탄성률이 낮은 고분자 기판에서는 응집 파괴보다 막 두께 방향의 굽힘 파괴가 먼저 온다고 경고합니다.
10. 참조 규격과 문헌
- ISO 20523:2017 탄소계 막 — 분류와 명칭; BS ISO 20523:2017(2017-09-30 시행); NF A91-056 / NF ISO 20523:2018; 참조 VDI 2840:2012.
- ISO 26443:2023(제 2 판, 2023-10), 세라믹 피막 부착의 루크웰 압입 시험; EN ISO 26443:2023 / DIN EN ISO 26443:2024-02; ISO 26443:2008 대체, 전신 DIN CEN/TS 1071-8:2004; ISO 6508-1, ISO 6508-2 인용.
- ISO 20502:2016, 세라믹 피막 부착의 흠집 시험에 의한 측정(ISO/TC 206; DIN EN 1071-3:2005 대체; EN ISO 20502:2016, BS EN ISO 20502:2016, NF A92-815, UNE-EN ISO 20502:2016; ISO 6508-2, ISO 4288 인용).
- ASTM C1624-22; ASTM E2546-15(2023 갱신) DOI 10.1520/E2546-15; ISO 14577-1:2015.
- GB/T 47254-2026, 2026-02-27 공포·2026-06-01 시행, ISO 4821:2022 동일 채택, SAC/TC236 소관; 인용 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 등의 a-C:H 질화규소 대비 마찰·마모 측정(건조 질소와 상대습도 60%); 50 nm Al2O3 / Ta2O5 로 CrN 과 DLC 를 봉합한 연구; M. Cui 등, RSC Advances (2016), DOI 10.1039/c6ra05527c; 산업 자료와 검사기관 목록의 T/CSAE 103-2019, GB/T 6462-2021 은 2차 정보로 인용했습니다. 열전도율은 1-5 W/(m·K) 와 400-1000 W/(m·K) 로 엇갈려 적혀 서로 모순되므로 설계값으로 쓰지 않았습니다.
최종 갱신: 2026-11-02 커신신소재(광둥)유한공사 / Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. 기술편집부가 공개 규격과 문헌에 근거하여 작성한 B2B 기술 정보입니다. 수치는 규격 본문과 제3자 측정에 따르며, 교역 조건은 EXW / FOB 만 취급합니다.