Karbon jenis berlian (DLC) ialah filem karbon amorfus yang atom karbonnya memegang ikatan sp3 jenis berlian dan ikatan sp2 jenis grafit secara serentak, lazimnya didapkan melalui PVD atau CVD. Ia bukan satu keluarga dengan salutan cair yang selalu dibincangkan di laman ini: cat mengalir dan mengerusi di udara sehingga berpuluh mikrometer, manakala filem DLC tumbuh atom demi atom di bawah pengeboman ion, daripada submikrometer hingga beberapa mikrometer. Pada permukaan komponen jentera kedua-duanya saling melengkap, kerana itulah pengguna salutan perlu mengetahui angka dan ambang kegagalan DLC.
Ringkasan Tiga garis menanggung keseluruhan hujah. Satu: tegasan dalaman. Tegasan mampat ketika pendapan sering mencecah 8-10 GPa dan bertambah bersama tebal; melepasi nilai genting, filem melendung dan tertanggal berkeping. Menebalkan bukan tanda kehebatan proses — hanya selepas tegasan diturunkan kepada 2-4 GPa satu lapisan tunggal boleh digunakan pada 0,5-5 µm. Dua: kaedah ujian tidak boleh ditukar ganti. ISO 26443:2023 memberi gred kualitatif 0-3 melalui indentasi Rockwell; ASTM C1624-22 dan ISO 20502:2016 memberi beban genting garuan; GB/T 47254-2026 (sepadan ISO 4821:2022) mengukur lekatan dinamik di bawah pelumasan. Ketiganya mengukur perkara berbeza dan tidak boleh ditukar antara satu sama lain; dua antaranya menyatakan tidak mengukur kekuatan ikatan antara muka yang hakiki. Tiga: persekitaran ialah pemboleh ubah. Filem a-C:H yang sama menunjukkan 0,03-0,05 dalam nitrogen kering, kira-kira 0,30 pada permulaan dan 0,10-0,30 pada keadaan mantap pada 60% KE, serta 0,021 dan 0,027 dalam nitrogen lembap selepas takungan jalanan. Satu catatan untuk kakisan: DLC bukan lapisan halangan — liang-jarum harus ditutup dengan salutan penutup atau lapisan bawah.
1. Angka dahulu
- Tatanama: ISO 20523:2017 tentang pengelasan dan penamaan filem berasaskan karbon (diterbitkan September 2017) terpakai bagi filem yang komponen utamanya karbon dan didapkan dengan PVD atau CVD, meliputi filem karbon amorfus (iaitu DLC), berlian CVD, grafit dan lapisan jenis polimer. Ia tidak terpakai bagi fulerena, tiub nano karbon atau grafena, dan definisinya hanya sah untuk lapisan bukan cerun; karbon yang berada sebagai karbida dalam a-C:Me atau a-C:H:Me tidak dikira dalam jumlah karbon. Di UK diguna sebagai BS ISO 20523:2017 (berkuat kuasa 2017-09-30), di Perancis sebagai NF A91-056 / NF ISO 20523:2018, dan ia merujuk VDI 2840:2012.
- Kekerasan: satu parafrasis awam gred ISO 20523 menyebut a-C 15-25 GPa, ta-C 30-50 GPa, a-C:H 10-20 GPa, a-C:H:Me 15-30 GPa dan jenis polimer <5 GPa; sebuah kajian tinjauan lain menyatakan a-C:H keras 10-40 GPa dan filem lembut bawah 5 GPa. Ukuran sebenar: ta-C pendapan laser berdenyut mencapai 55-65 GPa Vickers dengan modulus indentasi dinamik 800-900 GPa; sebuah laporan industri menyebut 40-80 GPa dan 400-800 GPa.
- Ikatan dan hidrogen: sumber kedua yang sama memberi a-C dengan sp3/sp2 0,2-0,8 dan hidrogen <1 at%; ta-C melebihi 0,8 dengan <1 at%; a-C:H 0,1-0,5 dengan 20-40 at%; a-C:H:Me 0,3-0,6 dengan 10-30 at%; jenis polimer melebihi 40 at%. Filem PLD dan arka terfiler dilaporkan mencecah sp3 85%, manakala bacaan industri meletakkan 80-87% dan menghampiri 90%.
- Tegasan dalaman: ta-C PLD pada keadaan tersimpan berada pada 8-10 GPa; bacaan industri ta-C berada pada 5-12 GPa; ta-C FCVA sangat nipis, tumbuh daripada 7,6 nm hingga 50 nm, menunjukkan tegasan sisa dan pecahan sp3 turun dahulu kemudian naik, dengan titik minimum 3,9 GPa pada 29 nm. Pematangan terma atau pematangan laser menjadikan filem hampir tiada tegasan.
- Had ketebalan: literatur menyebut dengan jelas bahawa DLC sukar ditebalkan kerana tegasan meningkat bersama tebal dan filem tertanggal selepas satu tebal genting; filem min sederhana 2 µm dilaporkan pada pelbagai substrat, dan tingkap lapisan tunggal ialah 0,5-5 µm (sasaran keseragaman ±5%). Standard ujian juga berhenti di tempat yang sama: ASTM C1624-22 merangkumi 0,10-30 µm dengan penyerut jejari 200 µm dan tidak disyorkan di bawah 0,1 µm atau di atas 30 µm; ISO 26443:2023 terpakai bagi salutan ≤20 µm.
- Tenaga dan kadar pendapan: plat ion bekerja dengan ion karbon 100-750 eV dan tumbuh kira-kira 1 µm/h; arka katod terfiler (FCVA) memerlukan 40-100 eV untuk melepasi 80% sp3 pada 1-10 nm/s; PLD memerlukan fluens melebihi 6 J/cm², tenaga kinetik min melebihi 30 eV dan substrat di bawah 100 ℃; r.f-PECVD dijalankan pada 0,11-1,07 W/cm² dan 0,67-40 Pa dengan metana sebagai satu-satunya sumber karbon.
- Geseran ikut atmosfera: a-C:H r.f-PECVD (kekasaran 1-4 nm) yang meluncur di atas silirium nitrida memberi 0,03-0,05 dalam nitrogen kering; pada 60% KE nilai awal kira-kira 0,30 dan keadaan mantap 0,10-0.30; dalam nitrogen lembap (0,7-40 %KE dan 4,2-40 %KE), tempoh jalanan menurunkan a-C dan a-C:H kepada 0,021 dan 0,027 tanpa kebergantungan pada kelembapan. Kajian tinjauan menyebut sekitar 0,1 untuk DLC, setaraf PTFE, lebih rendah bagi gred berhidrogen dan berfluor, manakala a-C tanpa hidrogen bergeser agak tinggi dalam gas lembam.
- Susunan magnitud hakisan: ta-C 50 nm pada Al2O3-TiC mengukur 51 GPa pada kedalaman 25 nm dan kadar hakisan 1,8×10⁻⁴ mm³/(N·m) di bawah tekanan sentuh 37 GPa; a-C:H bergerak antara 10⁻⁸ hingga 10⁻⁶ mm³/(N·m) dalam nitrogen kering dan 2,0×10⁻⁹ hingga 8,9×10⁻⁸ mm³/(N·m) pada 60% KE.
- Menilai lekatan: ISO 26443:2023 menggunakan penyerut berlian Rockwell untuk pembacaan kualitatif; beban mengikut substrat — 1471,5 N (skala C) di atas 54 HRC, 981 N (skala D) sehingga 54 HRC, 588,6 N (skala A) untuk seramik dan karbid sinter — dengan masa pembebanan 1-8 s, penahanan (4±2) s, sekurang-kurangnya 3 indensi dan pembacaan optik tidak kurang 100×. Gred 0-3: 0 tiada retak tiada tanggal, 1 retak tanpa tanggal lekatan (dua-dua boleh diterima), 2 tanggal lekatan separa (nyatakan peratusan luas), 3 tanggal lekatan lengkap (nyatakan nisbah r/a). ASTM C1624-22 menarik penyerut berlian Rockwell C dengan sudut 120° dan jejari 200 µm: daya normal yang menghasilkan tahap kerosakan tertentu ditakrif sebagai beban genting garuan.
- Sisi China: GB/T 47254-2026 tentang kaedah ujian lekatan dinamik komponen bergesel berlumuran DLC diterbitkan pada 2026-02-27 dan berkuat kuasa 2026-06-01, diadopsi sama daripada ISO 4821:2022 di bawah SAC/TC236. Kaedahnya menggabungkan sentuhan bebola-cakera dengan pancuran akustik di bawah pelincir, menyatakan bahawa keputusan tidak terpakai bagi keadaan tidak pelumasan, dan mentakrif DLC melalui ISO 20523. Bahagian pendahulunya merekod bahawa apabila tiada kaedah rasmi, pengeluar dan pembekal terpaksa mengesahkan ikatan pada reruai khas menggunakan komponen enjin sebenar. Lampiran B membina korelasi dengan keputusan reruai enjin.
- Liang-jarum dan penutupan: selepas kecacatan salutan CrN dan DLC ditutup dengan 50 nm pendapan lapisan demi lapisan (Al2O3 dan Ta2O5 sebagai nano laminate atau campuran), ketumpatan arus keluli bersalut CrN jatuh lebih dua tertib magnitud dan titik kakisan dalam kabus garam neutral lewat daripada 2 h menjadi 168 h; pada DLC lekatan lapisan penutup lebih lemah tetapi kelewatan kabus garam masih jelas, bukti bahawa liang-jarum telah ditutup. Bacaan dari sudut cat: DLC menanggung hakisan dan calar, bukan halangan kakisan.
- Suhu dan kualiti permukaan: kajian tinjauan meletakkan grafitisasi di luar kira-kira 300 ℃; tingkap pematangan industri disebut 200-400 ℃, kecondongan berdenyut -50 V hingga -200 V menurunkan tegasan daripada sekitar 10 GPa kepada 2-4 GPa, dengan lapisan penampan 2-10 nm (Si, SiC, TiC atau Ti/Cr). Dari segi permukaan: kekasaran a-C:H 1-4 nm, filem FCVA di bawah Ra 1 nm dan lebih licin daripada wafer silikium kosong pada 0,412 nm.
2. Tatanama: apa yang sebenarnya dikawal ISO 20523
2.1 Standard ini mengurus lapisan, bukan keseluruhan sistem
Sebutir ayat dalam skop ISO 20523:2017 selalu terlepas: dokumen ini mengenai bahan filem berasaskan karbon, bukan salutan keseluruhan — sedangkan komponen sebenar membawa satu lapisan fungsi utama ditambah lapisan tambahan di atas atau di bawahnya. Lapisan yang komposisinya berubah ikut tebal dipanggil lapisan cerun, dan definisinya hanya sah untuk lapisan bukan cerun. Justeru menulis «DLC pada komponen ini» tidak tepat: sebut harga dan penerimaan harus menyenaraikan lapisan utama + lapisan peralihan + lapisan bawah + lapisan atas satu demi satu, sebagaimana sistem zink-aluminium semburan terma.
2.2 Empat penamaan: bezanya terletak pada hidrogen dan logam
Simbol lazim ialah a-C (tanpa hidrogen), a-C:H (berhidrogen), ta-C (karbon amorfus tetrahedron, sp3 tinggi, hampir tiada hidrogen) dan a-C:Me / a-C:H:Me (mengandung logam, biasanya sebagai karbida). Klausa sempadan itu penting: filem dengan unsur tambahan hanya termasuk dalam dokumen jika karbon kekal komponen utama, dan karbon dalam bentuk karbida tidak dikira — filem sarat logam dengan itu tergelincir keluar daripada definisi DLC. Secara sejarah, istilah «jenis berlian» lahir daripada pendapan awal karbon amorfus yang keras, penebat dan tahan haus menggunakan berkas ion.
2.3 Jadual 1 — tingkap gred dan bacaan kejuruteraan
| Penamaan | sp3/sp2 | Hidrogen | Kekerasan lazim | Bacaan kejuruteraan |
|---|---|---|---|---|
| karbon jenis polimer | dominan sp2 | lebih 40 at% | <5 GPa | lembut, seperti plastik; melicinkan tetapi kurang menanggung beban |
| a-C:H | 0,1-0,5 | 20-40 at% | 10-20 GPa | kerja utama PECVD: tegasan lebih rendah, lekatan lebih baik, permukaan lebih licin |
| a-C | 0,2-0,8 | <1 at% | 15-25 GPa | tanpa hidrogen; geseran agak tinggi dalam gas lembam, ditentuk oleh atmosfera dan jalanan |
| a-C:H:Me | 0,3-0,6 | 10-30 at% | 15-30 GPa | logam menaikkan daya tahan beban dan tebal berguna; kekonduksian mengikut |
| ta-C | lebih 0,8 | <1 at% | 30-50 GPa (55-65 GPa diukur) | sp3 dan kekerasan tinggi, berserta tegasan tinggi dan risiko penyerut tumpul |
Lajur kekerasan datang daripada parafrasis awam jadual pengelasan, dan laman itu sendiri memberi amaran bahawa ia bukan teks standard; literatur ukuran juga melaporkan 40-80 GPa bagi gred yang sama. Guna sebagai susunan magnitud, jangan sebagai had penerimaan — itulah topik bahagian 6.
3. Mekanisme: amorfus namun «jenis berlian»
3.1 Susunan jarak dekat tanpa susunan jarak jauh
Karbon mempunyai dua jalan yang dikenali: grafit, berlapis heksagon dengan ikatan sp2, dan berlian, kekisi kubus dengan koordinasi tetrahedron sp3. Yang istimewa pada DLC bukan ketiadaan hablur kecil berlian, tetapi terkuncinya sebahagian besar atom dalam koordinasi tetrahedron setempat tanpa periodisiti jarak jauh. Kekerasan lahir daripada ikatan sp3 setempat itu, bukan daripada sempadan butiran atau pemendakan. Oleh sebab bukan hablur, ia tiada satah belahan dan lebih menyerak perambatan retak daripada berlian polihablur. Ketegangan antara keras dan lasak yang dibincangkan untuk salutan nano seramik muncul di sini sebagai ketidakseimbangan jenis lain: tegasan dalaman.
3.2 Peranan hidrogen: melembutkan dan melicinkan serentak
Hidrogen menamatkan ikatan terggantung jaringan sp3 dan memotongnya kepada segmen yang lebih mudah bergerak: makin tinggi kandungan hidrogen, makin menghampiri polimer dan makin lembut filem, manakala geseran turut turun. Kajian tinjauan menyatakan menambah hidrogen kepada suapan hidrokarbon menaikkan kandungan polimer, menurunkan pekali geseran dan meratakan permukaan; permukaan DLC biasanya ditamatkan oleh hidrogen dan menyerap wap air, yang sekali lagi menggeser geseran. Dari situ datang dua keluk — 0,03 dalam satu atmosfera dan 0,30 dalam satu lagi. separuh lagi ceritanya ialah perubahan struktur semasa meluncur</strong]: geseran menukar a-C:H kepada bahan dominan sp2 dengan susunan jarak dekat lebih tinggi, dan jumlah hakisan sepadan dengan sejauh mana penukaran itu berlaku. Lapisan pelincir dan lapisan korban adalah benda yang sama.
3.3 Dop dan berlapis menggerakkan sempadan
Silikium, tungsten, fluor, nitrogen dan muatan logam digunakan untuk meluaskan tebal berguna atau julat perkhidmatan. Kombinasi yang diterbitkan termasuk berlapis a-C:H:W dan a-C:H:Cr, lapisan tunggal a-C:H dan a-C:H:Si pada keluli alat yang disukar dan ditemper, dihasilkan dengan magnetron r.f reaktif atau PACVD, dan dinilai dalam kabus garam mengikut DIN 50021-SS. Kakisan DLC berlapis berdop silikon dilaporkan sensitif kepada kitaran pendapan dan kepada medium (NaCl, H2SO4, HCl, NaOH). Struktur berlapis juga mempunyai fungsi kedua: melegakan tegasan, kerana selang-seli dengan lapisan lebih lembut memutuskan pengumpulan tegasan.
4. Empat jalan pendapan dan tingkapnya
4.1 PECVD / PACVD: sejuk, licin, boleh pada plastik
Reaktor plat selari frekuensi radio menguasai amalan industri, dengan sumber karbon daripada asetilena,etilena dan metana sehingga heksana, benzena dan sikloheksana; tingkap makmal berada sekitar 0,11-1,07 W/cm² dan 0,67-40 Pa. Oleh kerana pendapan boleh dilakukan sejuk, plastik menjadi boleh disalut — kanta polikarbonat anti calar ialah contoh awam — dengan harga kandungan hidrogen tinggi dan kekerasan di jalur 10-20 GPa. Literatur teknik lazim mendap daripada asetilena dengan argon sebagai gas bantu pada logam, kemudian menilai melalui polarisasi elektrokimia dan kabus garam.
4.2 FCVA: sp3 tinggi dan tegasan tinggi datang bersama
Arka katod pada grafit dilewatkan melalui medan magnet jejari yang menahan titisan dan zarah besar, jadi hanya ion karbon mencapai permukaan; tenaga 40-100 eV menolak sp3 melebihi 80%, pertumbuhan berjalan 1-10 nm/s dan permukaan jatuh di bawah Ra 1 nm. Tenaga tinggi dan tegasan tinggi ialah dua hujung satu keluk: skema industri asas berada hampir 10 GPa dan mesti ditarik ke 2-4 GPa dengan kecondongan berdenyut -50 V hingga -200 V. Dapatan eksperimen yang sebaliknya mengajar: arka terfiler pada keupayaan terapung membekalkan tenaga cukup untuk percampuran atom permukaan tanpa tegasan dalaman besar yang kelihatan pada tenaga lebih tinggi, dan menghasilkan beban genting lebih tinggi daripada a-C:H. Lekatan tidak sentiasa berada di sisi tenaga.
4.3 PLD dan plat ion: dua sumber filem terlalu keras
PLD menyingkir grafit dengan laser eksimer 248 nm; fluens melebihi 6 J/cm², tenaga kinetik min melebihi 30 eV dan substrat di bawah 100 ℃ diperlukan untuk sp3 tinggi, menghasilkan filem yang sepenuhnya amorfus dengan sp3 sehingga 85% dan tegasan pendapan 8-10 GPa. Pematangan terma atau pematangan laser selepas itu menghasilkan filem hampir tanpa tegasan setebal beberapa mikrometer dengan lekatan baik pada silikium dan karbid sinter, pada 55-65 GPa Vickers. Plat ion menawarkan tingkap 100-750 eV, pertumbuhan kira-kira 1 µm/h dan kekerasan Knoop menghampiri 6000 kg/mm² dengan hidrogen sangat rendah.
4.4 Jadual 2 — perbandingan jalan
| Jalan | Parameter utama | Struktur yang diperoleh | Cenderung tegasan | Harga utama |
|---|---|---|---|---|
| r.f-PECVD / PACVD | 0,11-1,07 W/cm²; 0,67-40 Pa; metana atau hidrokarbon | a-C:H, hidrogen 20-40 at% | sederhana | had kekerasan terhad, hidrogen tinggi |
| arka katod terfiler FCVA | ion karbon 40-100 eV; 1-10 nm/s; suhu bilik mungkin | ta-C, sp3 melebihi 80% | tinggi (boleh laras ke 2-4 GPa) | perlukan kecondongan, berlapis atau pematangan |
| PLD | 248 nm; fluens > 6 J/cm²; tenaga > 30 eV; substrat < 100 ℃ | ta-C, sp3 sekitar 85% | 8-10 GPa keadaan tersimpan | perlu pematangan untuk menebal |
| plat ion | 100-750 eV; kira-kira 1 µm/h | filem keras rendah hidrogen, Knoop hampir 6000 kg/mm² | agak tinggi | had peralatan danoutput |
5. Tegasan dalaman: had tebal yang sebenar
5.1 Dari mana tegasan datang
Dua kesan bertindih. Ion bertenaga tinggi menghentak permukaan yang sedang tumbuh ke dalam struktur tumpat metaestabil, lalu membekukan mampatan semasa jaringan terbentuk; dan perbezaan pekali pengembangan terma antara filem dengan keluli, seramik atau karbid sinter menambah komponen kedua semasa penyejukan. Bahagian pendahuluan GB/T 47254-2026 menyatakan rangkaian sebab itu secara langsung: salutan keras DLC disediakan pada suhu tinggi, pengembangan terma antara salutan dan komponen enjin berbeza, tegasan dalaman maka tinggi, dan kawalan kualiti ikatan selepas pendapan menjadi penentu. Kajian tinjauan menambah bahawa rongga dan struktur halus menyerap gas lalu menaikkan lagi tegasan.
5.2 Tebal genting dan lenturan
Tegasan bertindak dalam satah, tenaga simpanannya bertambah bersama tebal, dan hanya ada satu jalan untuk dilepaskan: melendung, meretak dan tertanggal berkeping. Literatur menulisnya begitu — filem tebal sukar jadi dan tertanggal selepas satu tebal genting — dan melaporkan lapisan stabil min 2 µm pada banyak substrat. Diterjemahkan ke kejuruteraan: lapisan tunggal hidup di 0,5-5 µm; untuk lebih tebal diperlukan berlapis, lapisan cerun atau lapisan penampan; dan had tebal standard ujian (indentasi ≤20 µm, garuan 0,10-30 µm) merentang tepat tingkap penggunaan itu.
5.3 Empat tuas dan kesan sampingnya
- Kecondongan berdenyut: -50 V hingga -200 V, daripada sekitar 10 GPa kepada 2-4 GPa — tetapi perubahan tenaga menggeser nisbah sp3, maka kekerasan mesti disahkan semula.
- Pematangan suhu sederhana: 200-400 ℃ melepaskan sebahagian tegasan tanpa kehilangan sp3 yang besar — dihadkan oleh ambang grafitisasi berhampiran 300 ℃.
- Berlapis dan cerun: selang-seli ta-C dengan a-C, atau 2-10 nm Si, SiC, TiC, Ti/Cr — dibayar dengan masa kitaran dan konsistensi kumpulan.
- Persediaan substrat: pencucian pengeboman Ar+ dan percampuran antara muka. Substrat sendiri menentukan: kajian tinjauan melaporkan lekatan baik pada silikium tetapi sukar pada emas, kuprum, tungsten dan keluli tahan karat, dan pengukuran menunjukkan a-C:H lebih melekat pada silikium manakala ta-C lebih melekat pada seramik pencon.
Kekemasan substrat ialah masalah yang sama dengan pengecatan: garam larut dan pencemaran antara muka selepas leding pasir juga prasyarat bagi DLC — lihat pencemaran garam larut pada substrat.
6. Pengesahan: apa diukur, ikut standard mana, dan apa yang tidak terbukti
6.1 Kekerasan dan modulus: mengapa angka berbeza
Kelengkapan umum indentasi berinstrumen ada dalam ASTM E2546-15 (DOI 10.1520/E2546-15): apabila saiz atau keadaan sampel menjadikan kaedah konvensional tidak boleh digunakan, ia mengukur filem nipis secara kuantitatif, dari nano hingga makro (merujuk ISO 14577-1) — dan menyampingkan sesaran sisi yang disengajakan, iaitu ujian garuan. Dua kesan mengelirukan pembaca. Pertama, kedalaman dan pengaruh substrat: filem 50 nm yang sama memberi 51 GPa pada kedalaman 25 nm. Kedua, penyerut menjadi tumpul: ta-C keras menumpulkan berlian, lalu pengkaji menentukur semula fungsi luas selepas setiap indensi dan mencadangkan nisbah kecerunan yang bebas geometri penyerut merujuk silika cair. Kesimpulannya: kekerasan yang diambil pada kedalaman, penentukuran atau kaedah berbeza (Vickers, indentasi dinamik, indentasi berinstrumen) tidak boleh dibandingkan secara langsung — 80 GPa pembekal dan 45 GPa pelanggan boleh jadi kedua-duanya betul. Jurang antara kaedah yang sama muncul dalam artikel rintan calar varnis automotif.
6.2 Ujian lekatan pertama: gred indentasi Rockwell ISO 26443:2023
Edisi kedua keluar pada Oktober 2023 menggantikan edisi 2008; Eropah mengambil EN ISO 26443:2023 dan Jerman menerbitkan DIN EN ISO 26443:2024-02, dengan pendahulu DIN CEN/TS 1071-8:2004. Penyerut kon berlian Rockwell ditekan ke dalam salutan dan kawasan sekitar indensi dibaca di bawah mikroskop optik. Ia penilaian lekatan kualitatif bagi lapisan sehingga 20 µm (boleh juga untuk beberapa salutan logam) dan tidak sesuai bagi salutan elastik pada substrat keras. Mesin menurut ISO 6508-1 dan ISO 6508-2, dan profil penyerut mesti diperiksa secara optik tidak kurang 200×. Nilainya terletak pada cepat dan murah untuk pemeriksaan kelompok; hadnya ialah ia memberi gred, bukan nombor.
6.3 Ujian lekatan kedua: garuan menurut ASTM C1624-22 dan ISO 20502:2016
ASTM C1624-22 merangkumi salutan keras (Vickers ≥5 GPa) dan nipis (≤30 µm) — karbida, nitrida, oksida, berlian dan karbon jenis berlian disebut — pada substrat logam atau seramik pada suhu persekitaran, dengan menarik penyerut berlian Rockwell C bersudut 120° dan jejari 200 µm pada kelajuan malar di bawah daya normal malar atau meningkat, manakala daya tangen dan pancuran akustik ialah data sekunder. Standard itu menulis dengan jelas bahawa ia tidak mengukur kekuatan ikatan antara muka yang hakiki, tetapi nilai kejuruteraan bagi sistem salutan-substrat pada keadaan penyerut, kadar beban dan kadar sesaran yang tertentu; salutan polimer dan logam mulur tersingkir, dan begitu juga filem di bawah 0,1 µm atau melebihi 30 µm tanpa pengubahsuaian. Dua lanjutan dibenarkan: ujian berpelumasan atau pada suhu tinggi, dan ujian selepas pendedahan terma, pengoksidaan atau kakisan untuk menilai sifat yang tinggal.
Di sisi seramik, pengukur antarabangsa ialah ISO 20502:2016 tentang penentuan lekatan salutan seramik dengan ujian garuan (ISO/TC 206; menggantikan DIN EN 1071-3:2005 dan diadopsi di Eropah sebagai EN ISO 20502:2016). Disiplinnya jauh melebihi «satu nombor Lc»: lapisan ≤20 µm, julat daya 1-100 N; penyerut berlian Rockwell C disahkan mengikut ISO 6508-2 dan diganti setiap 200 ujian atau sebaik sahaja rosak; substrat dengan Ra tidak melebihi 0,5 µm, jika tidak ayunan daya normal boleh mencecah 0,1 N; salutan bebas minyak, gris dan kelembapan; atmosfera disyorkan (22±2) ℃ / (50±10)% KE; satu keputusan tidak representatif, maka sekurang-kurangnya 5 ujian sah; daya normal genting mesti melebihi 1 N pada resolusi 0,1 N, dan ketidaktentuan ukuran biasanya mencecah 20% pada aras keyakinan 95% dengan pesongan operator 5-10%. Tiga mod didefinisikan: PFST progresif (saringan cepat), CFST daya malar (statistik kerosakan) dan MPST berbilang lintasan (hampiran keletihan). Dari segi istilah standard itu tegas: «beban genting» tidak diterima, kerana kegagalan disebabkan oleh daya — maka dipanggil daya normal genting Lc. Untuk penentukuran disyorkan spesimen rujukan TiN/Si atau CrN/Si, dan bahan rujukan bercertifikat BCR-692 untuk memeriksa keadaan keseluruhan peralatan.
Meletakkan C1624 di sebelah 20502 menunjukkan betapa samarnya perkataan «lekatan» dalam pembelian DLC: yang pertama berhenti pada 30 µm dan menyenaraikan pancuran akustik sebagai data sekunder, yang kedua berhenti pada 20 µm dan menulis lima ujian serta 20% ketidaktentuan di dalam kaedah itu sendiri. Syarat teknikal mesti menyebut standard, tahap kerosakan, serta kekasaran dan kelembapan semasa pengukuran; kalau tidak, nombor seperti Lc = 50 N tidak boleh dibandingkan. Halaman gambaran salutan keras nano anti-haus mengendalikan mekanisme dan pokok pemilihan merentas banyak keluarga bahan; halaman ini memaku angka tatanama, tegasan, tebal dan penerimaan di sepanjang garis DLC sahaja — kedua-duanya saling melengkap tanpa mengulang kesimpulan.
6.4 Ujian lekatan ketiga: dinamik di bawah pelumasan
GB/T 47254-2026 dan ISO 4821:2022 mengisi jurang yang tidak mampu dicapai oleh dua yang pertama: sentuhan gelincir-guling yang berpelumasan dalam galas luncur. Peranti ialah bebola-di-atas-cakera dengan pancuran akustik — gelombang elastik yang dibebaskan apabila salutan gagal ditangkap, maka ikatan boleh dinilai tanpa enjin sebenar, dan Lampiran B membina korelasi dengan hasil reruai. Rujukan normatif termasuk ISO 683-1:2017 (keluli galas), ISO 1101 dan ISO 21920-2 untuk geometri dan tekstur permukaan (GB/T 1182-2018 MOD). Hadnya perlu dipetik: keputusan tidak terpakai bagi keadaan tidak pelumasan. Dokumen persatuan T/CSAE 103-2019 tentang filem DLC geseran rendah bagi komponen enjin dan GB/T 6462-2021 tentang pengukuran tebal salutan secara metalografi kedua-duanya muncul dalam senarai makmal ujian (sumber kedua); sahkan kesemasaan dengan badan penerbit. Bagi gandingan tribo, salutan pelincir kering MoS2 dan pekali torknya menawarkan penanda aras yang berguna.
6.5 Geseran dan kehausan: atmosfera ialah pemboleh ubah
Pecaran dalam satu keluarga sudah cukup untuk membalik keputusan pemilihan. Tiga jujuran terukur: nitrogen kering 0,03-0,05; 60% KE bermula hampir 0,30 kemudian kekal 0,10-0,30, dan kelembapan menaikkan geseran serta kehausan sekali gus; nitrogen lembap pada 0,7-40 %KE atau 4,2-40 %KE memberi 0,021 dan 0,027 untuk a-C dan a-C:H selepas tempoh jalanan, tanpa kebergantungan pada kelembapan. Bahagian yang melawan intuisi: a-C tanpa hidrogen bergeser agak tinggi dalam gas lembam, dan «kering sepenuhnya» tidak semestinya lebih baik — sedikit air atau hidrogen terlibat dalam pencapaian geseran sangat rendah, maka pengkaji menggelar kelembapan sebagai kuncinya. Bagi pembeli: nilai geseran mesti dihantar bersama atmosfera, bahan lawan, beban, kelajuan luncur dan sejarah jalanan, kalau tidak ia tidak boleh dibandingkan.
6.6 Kakisan: liang-jarum menggagalkan fungsi halangan
Inertia kimia filem karbon itu nyata, tetapi kesinambungan lebih sukar apabila filem makin nipis. Kajian penutupan memberikan angka boleh audit: nano laminate 50 nm Al2O3 / Ta2O5 yang mengikut bentuk permukaan tumbuh ke dalam liang-jarum, ketumpatan arus keluli CrN turun lebih dua tertib magnitud, dan titik kakisan dalam kabus garam neutral mundur daripada 2 h kepada 168 h; pada DLC penutupan lebih lemah lekatan tetapi kelewatan kabus garam masih jelas. Kakisan DLC berlapis berdop silikon berubah mengikut kitaran pendapan dan medium, yang bermaksud kitaran proses itu sendiri ialah parameter kakisan. Bacaan yang betul untuk jurutera kakisan: DLC memegang beban hakisan dan calar, manakala halangan tetap milik lapisan bawah atau penutup — bandingkan salutan ALD sebagai penghalang lembapan dan penutupan liang filem oksida arka mikro.
6.7 Jadual 3 — kaedah pengesahan bersebelahan
| Standard | Apa yang diukur | Tingkap tebal | Bentuk keputusan | Apa yang tidak dapat |
|---|---|---|---|---|
| ISO 26443:2023 (indentasi Rockwell) | lekatan kualitatif salutan seramik | ≤20 µm | gred 0-3; daya 1471,5 / 981 / 588,6 N | nilai numerik ikatan; sebarang kesimpulan untuk salutan elastik |
| ASTM C1624-22 (garuan satu lintasan) | lekatan praktikal dan mod kegagalan | 0,10-30 µm, kekerasan ≥5 GPa | beban genting garuan, daya tangen, pancuran akustik | kekuatan ikatan hakiki; polimer dan logam mulur |
| ISO 20502:2016 (garuan seramik) | lekatan salutan seramik | ≤20 µm; 1-100 N | daya normal genting Lc, sekurang-kurangnya 5 ujian | keputusan satu titik; ketidaktentuan hampir 20% pada keyakinan 95% |
| GB/T 47254-2026 / ISO 4821:2022 | lekatan dinamik di bawah pelumasan | komponen gelincir enjin | bebola-cakera dengan pancuran akustik | sebarang kesimpulan tanpa pelumasan |
| ASTM E2546-15 / ISO 14577-1 | kekerasan dan modulus indentasi berinstrumen | nano hingga makro | lengkung daya—sesaran, fungsi luas | kesimpulan mekanik sisi (garuan) |
| ISO 20523:2017 | pengelasan dan penamaan filem berasaskan karbon | lapisan bukan cerun | gred dan nama pendek | nombor prestasi mahupun had penerimaan |
6.8 Jadual 4 — pembahagian kerja antara DLC dan cat
| Item | Filem karbon amorfus DLC | Salutan cair (konteks laman ini) |
|---|---|---|
| Ketebalan | 0,5-5 µm lapisan tunggal | puluh hingga ratus µm filem kering |
| Pembentukan filem | ion dan plasma membina jaringan sp3 pada permukaan | pengaliran, penguapan, pengoksidaan atau perentangan |
| Fungsi utama | menurunkan geseran, tahan hakisan dan calar, inertia kimia separa | menyekat medium kakisan, tahan cuaca, rupa dan penandaan |
| Kelemahan | tegasan mengekang tebal; liang-jarum; tiada pembaikan di tempat | had kekerasan dan beban; haus abrasif |
| Suhu proses | sehingga suhu bilik, maka plastik boleh disalut | persekitaran atau ketuhar, terikat oleh substrat |
| Alat penerimaan | gred indensi, beban genting garuan, pancuran akustik, keratan rentas | ujian grid, tarikan tegak lurus, kabus garam |
7. Had terma dan kimia: bila tidak boleh memilih DLC
7.1 Grafitisasi melebihi kira-kira 300 ℃
Kajian tinjauan menyenaraikan satu kekurangan yang jelas: DLC cenderung grafitisasi di luar kira-kira 300 ℃. Tiga akibat. Pematangan pelepasan tegasan mesti kekal di sisi selamat garisan itu (industri menyebut 200-400 ℃, nilai sebenar bergantung gred dan atmosfera); suhu perkhidmatan yang menghampirinya tidak boleh dianggap neutral terhadap geseran dan kekerasan; dan mana-mana pengimpalan, penyemburan atau pemanggunan selepas itu yang melepasi garisan ini memaksa DLC diterapkan paling akhir dalam urutan.
7.2 Geseran mengubah struktur itu sendiri
Spektroskopi Raman ialah alat bacaan: serakan kedudukan dan intensiti puncak mengikut panjang gelombang rangsangan, daripada 785 hingga 229 nm, telah diukur bagi pelbagai karbon tak tersusun dan amorfus (DOI 10.1103/PhysRevB.64.075414), yang menjadi dasar penggunaan Raman untuk menilai sp2/sp3. Eksperimen luncur sudah menyatakan kesimpulan praktikal: geseran menukar a-C:H kepada struktur dominan sp2 yang lebih tersusun, dan kehausan mengikut sejauh mana penukaran itu. Justeru antara muka pelincir DLC terus dijana semula dan terus dimusnahkan, dan jangka hayat bergantung pada imbangan itu, bukan pada kekerasan awal.
7.3 Kimia pelincir perlu disahkan pada reruai
Dalam minyak beraditif, yang menentukan ialah kimia antara muka: «filem layak» tidak bermakna «sistem layak». Di situlah GB/T 47254-2026 mengisi kekosongan: keadaan minyak, sentuhan bebola-cakera dan penilaian pancuran akustik dalam satu kaedah, dengan lampiran korelasi terhadap reruai enjin. Dokumen pemilihan harus memasukkan gred minyak, spektrum beban dan tekstur permukaan (sistem parameter ISO 21920-2) ke dalam pelan pengesahan.
8. Senarai pembezaan kerosakan dan penerimaan
- Tanggal berkeping dengan tepi terangkat: syak dahulu tegasan terkumpul melebihi nilai genting — periksa sama ada lapisan keluar dari tingkap 0,5-5 µm, sama ada berlapis atau penampan direka, dan sama ada substrat termasuk logam yang diketahui sukar melekat.
- Tanggal di sekeliling indensi (gred 2/3): semasa membaca ISO 26443:2023, sahkan dahulu kesesuaian daya dengan kekerasan substrat (1471,5 N di atas 54 HRC) dan kecualikan penyerut rosak; laporan mesti membawa pecahan luas tanggal atau nisbah r/a.
- Beban genting tersebar lebar: periksa kesesuaian jejari penyerut dengan tebal (200 µm sesuai 0,10-30 µm), kadar beban dan kadar sesaran yang dilaporkan, dan baca daya tangen bersama pancuran akustik.
- Geseran tinggi atau tidak stabil: rekod atmosfera (nitrogen kering, kelembapan persekitaran, nitrogen lembap) dan sejarah jalanan sebelum membincangkan gred filem; jangan sesekali membandingkan dua helaian data yang tidak menyatakan atmosfera.
- Titik liang awal dalam kabus garam: itu isu liang-jarum, bukan kegagalan inertia karbon — nilaikan penutup setaraf 50 nm atau lapisan bawah, dan sahkan semula lekatan antara muka.
- Pertikaian kekerasan: sepakati kedalaman indensi, kaedah penentukuran dan blok rujukan, guna nisbah kecerunan bebas penyerut jika perlu, dan nyatakan sama ada penyerut menjadi tumpul.
- Menulis syarat teknikal: namakan lapisan utama ikut ISO 20523, senaraikan lapisan peralihan, lapisan bawah dan lapisan atas secara berasingan, lampirkan kaedah ukuran tebal (keratan rentas logam), standard lekatan dengan gred atau tahap Lc yang diperlukan, dan had suhu perkhidmatan — bukan sekadar «bersalut DLC».
9. Soalan lazim
S1 Bolehkah DLC menggantikan cat anti kakisan?
Bukan sebagai halangan. Karbon itu tidak aktif secara kimia, tetapi filem sebenar mengandungi liang-jarum: dalam kajian penutupan, titik kakisan dalam kabus garam mundur daripada 2 h kepada 168 h justru kerana liang-jarum itu ditutup. Pembahagian yang sihat: halangan pada lapisan bawah atau penutup, DLC sebagai muka tahan haus — logik yang sama dengan ketahanan mekanikal salutan superhidrofobik.
S2 Mengapa DLC tidak boleh ditebalkan?
Kerana mampatan terkumpul bersama tebal. Ta-C tersimpan berada pada 8-10 GPa (bacaan industri 5-12 GPa); melepasi tebal genting ia melendung dan tertanggal. Kecondongan berdenyut, pematangan sederhana, lapisan selang-seli dan lapisan penampan menurunkannya kepada 2-4 GPa, dengan harga pengesahan semula sp3 dan kekerasan. Lapisan tunggal yang berguna maka berhenti pada 0,5-5 µm.
S3 Mengapa angka kekerasan yang diterbitkan berbeza begitu banyak?
Tiga kesan bertingkat: pengaruh substrat pada kedalaman tertentu (51 GPa pada 25 nm dalam filem 50 nm), penyerut berlian yang ditumpulkan oleh filem keras sehingga fungsi luas perlu ditentukur semula selepas setiap indensi, dan perbezaan kaedah (Vickers, indentasi dinamik, indentasi berinstrumen). Satu filem ta-C yang sama boleh sah memegang 30-50 GPa, 40-80 GPa dan 55-65 GPa serentak.
S4 Nilai geseran mana yang patut dipakai?
Nilai yang diukur dalam atmosfera anda. Nitrogen kering 0,03-0,05; 60% KE keadaan mantap 0,10-0,30; nitrogen lembap selepas jalanan 0,021 dan 0,027 — ketiga-tiganya benar. Perhatikan juga bahawa a-C tanpa hidrogen bergeser lebih tinggi dalam gas lembam: «lebih kering» tidak otomatis lebih baik.
S5 Bolehkah keputusan ISO 26443, ASTM C1624, ISO 20502 dan GB/T 47254 dibandingkan?
Tidak boleh ditukar. Masing-masing ialah gred indensi kualitatif dalam keadaan kering, beban genting garuan dalam keadaan kering, daya normal genting garuan seramik dengan sekurang-kurangnya lima ujian, dan lekatan dinamik berpelumasan — merentasi julat tebal dan persekitaran yang berbeza; dua daripadanya menyatakan tidak mencapai kekuatan ikatan hakiki. Mereka sesuai untuk perbandingan mendatar dalam kaedah yang sama, bukan untuk penukaran aritmetik.
S6 Bolehkah DLC disalut pada plastik?
Boleh — itulah nilai jalan suhu rendah, dengan kanta polikarbonat anti calar sebagai contoh awam. Tetapi kekonduksian terma, kekakuan dan tenaga permukaan plastik mengubah taburan tegasan dan mod kegagalan: kajian tinjauan memberi amaran bahawa filem keras pada substrat polimer bermodulus rendah biasanya gagal oleh lenturan menembusi tebal sebelum gagal secara kohesif.
10. Rujukan
- ISO 20523:2017, filem berasaskan karbon — pengelasan dan penamaan; BS ISO 20523:2017 berkuat kuasa 2017-09-30; NF A91-056 / NF ISO 20523:2018; merujuk VDI 2840:2012.
- ISO 26443:2023 (edisi kedua, Oktober 2023), ujian indentasi Rockwell untuk penilaian lekatan salutan seramik; EN ISO 26443:2023 / DIN EN ISO 26443:2024-02; menggantikan ISO 26443:2008; pendahulu DIN CEN/TS 1071-8:2004; merujuk ISO 6508-1 dan ISO 6508-2.
- ISO 20502:2016, penentuan lekatan salutan seramik dengan ujian garuan (ISO/TC 206; menggantikan DIN EN 1071-3:2005; EN ISO 20502:2016, BS EN ISO 20502:2016, NF A92-815, UNE-EN ISO 20502:2016; merujuk ISO 6508-2, ISO 4288).
- ASTM C1624-22; ASTM E2546-15 (dikemas kini 2023), DOI 10.1520/E2546-15; ISO 14577-1:2015.
- GB/T 47254-2026, diterbitkan 2026-02-27, berkuat kuasa 2026-06-01, adopsi sepadan ISO 4821:2022, SAC/TC236; rujukan 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.
- Ukuran geseran dan kehausan a-C:H pada silirium nitrida dalam nitrogen kering dan 60% KE (K. Miyoshi dan rakan); kajian penutupan 50 nm Al2O3 / Ta2O5 pada CrN dan DLC; M. Cui dan rakan, RSC Advances (2016), DOI 10.1039/c6ra05527c; bahan industri dan senarai makmal (T/CSAE 103-2019, GB/T 6462-2021) dipetik sebagai sumber kedua. Kekonduksian terma muncul di sana sekali sebagai 1-5 W/(m·K) dan sekali sebagai 400-1000 W/(m·K); kedua-duanya bercanggah maka tidak digunakan di sini sebagai data reka bentuk.
Kemas kini terakhir: 2026-11-02 Disusun oleh jabatan editorial teknikal Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. berdasarkan standard dan literatur yang diterbitkan untuk pertukaran teknikal antara profesional. Angka mengikuti teks standard dan ukuran pihak ketiga; terma perdagangan hanya EXW / FOB.