Una combinazione unica di estrema durezza e basso attrito per una resistenza all'usura superiore

Nell'universo dei film sottili resistenti all'usura, il carbonio simile al diamante ( DLC ) i rivestimenti sono emersi come la soluzione ideale per applicazioni tribologiche impegnative in cui i componenti sono soggetti a carichi elevati o soggetti a attrito estremo, usura e contatto con altre parti. In questi tipi di ambienti, solo l'elevata durezza di un rivestimento DLC, insieme a un corrispondente basso coefficiente di attrito, può prevenire la vaiolatura, il grippaggio, il grippaggio e, in definitiva, il cedimento delle parti sul campo.

Le applicazioni diffuse per i rivestimenti DLC includono prestazioni automobilistiche e da corsa, cuscinetti per alberi di turbine eoliche e ingranaggi epicicloidali; lame da taglio e pompe a pistoni in acciaio inox per la lavorazione degli alimenti; e componenti scorrevoli nelle operazioni di riempimento e imbottigliamento. I rivestimenti sono anche una tecnica collaudata per l'aggiornamento di parti rotanti critiche negli azionamenti idraulici, nei sistemi di iniezione del carburante, nelle tenute meccaniche, nelle pompe e nelle valvole.

Per molti, i rivestimenti DLC sono rivestimenti a base di carbonio amorfo idrogenato (a-C:H), ma questo è un malinteso perché possono essere altamente ingegnerizzati in base al contenuto di idrogeno (idrogenato o privo di idrogeno), alla selezione di ulteriori elementi droganti metallici e non metallici , la presenza di sottostrati e la scelta dei metodi di deposizione e incollaggio.

Insieme, questi fattori possono essere controllati con precisione per creare un'ampia gamma di rivestimenti DLC applicati in modo sottile (in genere da 1 a 5 μm) con una durezza di 8 – 80 GPa o superiore (il diamante è il materiale più duro conosciuto a 70–150 GPa). Inoltre, è anche possibile manipolare il coefficiente di attrito, la finitura superficiale e persino la temperatura di applicazione desiderati.

A causa dell'ampia gamma di attributi personalizzabili possibili all'interno della categoria, i rivestimenti DLC possono svolgere un ruolo importante nell'ingegneria dei componenti sin dalle prime fasi del processo di progettazione.

Rivestimenti di carbonio amorfo idrogenato

Il tipo di rivestimento DLC più noto, il carbonio amorfo idrogenato (a-C: H), viene spesso applicato mediante deposizione chimica da vapore assistita da plasma (PACVD). Questo metodo di deposizione provoca una reazione chimica attraverso l'eccitazione e la ionizzazione del plasma che crea una durezza del rivestimento di circa 15-30 GPa, che si trova sull'estremità inferiore dei rivestimenti DLC.

Tuttavia, un rivestimento di carbonio amorfo idrogenato può essere ulteriormente manipolato attraverso il drogaggio, che è un processo di aggiunta di elementi chimici per alterare le proprietà prestazionali. Silicio, ossigeno o metalli possono essere tutti utilizzati come elementi dopanti per ottenere risultati diversi.

Rivestimenti DLC privi di idrogeno

Un'alternativa al DLC idrogenato è un rivestimento DLC a base di idrogeno che fornisce una durezza ancora maggiore insieme a un coefficiente di attrito molto basso.

Questi rivestimenti possono essere applicati negli ambienti più esigenti, compresi i veicoli ad alte prestazioni per elevato attrito, usura e aree di contatto del motore e del treno valvole. Il rivestimento può essere utilizzato sul sistema di iniezione del carburante, sull'albero a camme, sugli spinotti dei pistoni, sulle valvole, sui sollevatori e sui bilancieri, dove vi è un'elevata pressione di contatto e velocità di scorrimento. Oltre ai veicoli, il rivestimento è ideale per l'uso di parti di pompe idrauliche, tenute meccaniche e componenti di valvole ad alta pressione.

La maggior parte dei rivestimenti privi di idrogeno viene applicata utilizzando un metodo di deposizione fisica da vapore (PVD) mediante evaporazione ad arco che produce carbonio amorfo tetraedrico, o ta-C. Con un livello elevato di legami tetraedrici (per lo più 50-60%), si ottiene una resistenza all'usura abrasiva sostanzialmente maggiore rispetto alle alternative a-C:H.