La guía completa para Recubrimiento DLC (Diamond Like Coating)

Existen varios métodos de tratamiento de superficies tanto para piezas de metal como de plástico, y el revestimiento DLC es una de las técnicas más importantes y utilizadas. En este artículo, aprenderemos juntos qué es el recubrimiento DLC, sus características, ventajas y aplicaciones.

¿Qué es el revestimiento DLC?

Revestimiento DLCEl DLC, también conocido como recubrimiento de carbono tipo diamante, es un recubrimiento superficial especial (recubrimiento nanocompuesto) con propiedades similares a las del diamante, como dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión e inercia química. El recubrimiento DLC suele estar compuesto de carbono e hidrógeno y se aplica sobre la superficie de diversos materiales mediante deposición por evaporación física o deposición química en fase vapor.

El DLC es una forma metaestable de carbono amorfo similar al diamante con una proporción de enlaces sp2 y sp3. Suele utilizarse para aumentar la dureza y la resistencia al desgaste de las superficies de los materiales, al tiempo que reduce la fricción y la adherencia superficial. El recubrimiento de carbono tipo diamante (DLC) es un nuevo avance tecnológico en recubrimientos PVD + PECVD que ha alcanzado un gran éxito en la industria comercial.

Historia básica del revestimiento DLC

En la década de 1970, Sol y Ronald, de Alemania, utilizaron la deposición por haz de iones para depositar iones de carbono monovalentes sobre un sustrato a temperatura ambiente y producir películas de DLC.

En 1984, Lin Xigang et al. utilizaron la tecnología de deposición por haz de iones de baja energía para preparar películas de carbono tipo diamante y probaron preliminarmente sus propiedades mecánicas, ópticas y eléctricas.

A partir de los años 90, los investigadores empezaron a estudiar el DLC dopado y siguieron explorando nuevos tipos de recubrimientos de DLC y desarrollando técnicas de deposición más avanzadas para mejorar su rendimiento. Los recubrimientos de DLC se han convertido en una tecnología madura y se han utilizado ampliamente en diversas industrias, como la médica, la aeroespacial y la de equipos electrónicos.

Tipos de revestimiento DLC

• a-C = carbono amorfo sin hidrógeno
• ta-C = carbono amorfo libre de hidrógeno ligado tetraédricamente
• a-C: H = Un carbono amorfo con hidrógeno
• a-C:H: Me = carbono amorfo dopado con metal e hidrógeno (Me = W, Ti)
• ta-C:H = Un carbono amorfo unido tetraédricamente con hidrógeno
• a-C:H:Si = Carbono amorfo dopado con Si e hidrógeno.
• a-C:Me = carbono amorfo sin hidrógeno dopado con metales (Me = Ti)
• a-C:H:X = Carbono amorfo no dopado con metales e hidrógeno

Propiedades del revestimiento DLC

Dureza: Con una estructura similar al diamante, el recubrimiento DLC tiene una gran dureza, con una dureza de recubrimiento superior a 2300HV, que es 10 veces más dura que el grafito. Esto lo hace muy eficaz para mejorar la dureza superficial y la resistencia al desgaste de los materiales. Esta dureza permite su uso generalizado en piezas mecánicas, herramientas de corte y cojinetes.

Bajo coeficiente de fricción: La superficie lisa del revestimiento de DLC tiene un bajo coeficiente de fricción (0,05-0,1), formando una capa de fricción autolubricante en la superficie del producto, lo que ayuda a reducir las pérdidas por fricción. Esto resulta especialmente útil en entornos en los que los lubricantes son limitados o no pueden utilizarse, como en equipos aeroespaciales, de automoción e industriales.

Resistencia a la corrosión: Los recubrimientos de DLC tienen cierta resistencia a la corrosión química, lo que ayuda a mejorar la resistencia a la corrosión de los materiales. Esto da lugar a aplicaciones en entornos marinos, la industria química y dispositivos médicos.

Estabilidad térmica: Los recubrimientos de DLC presentan una buena estabilidad en entornos de altas temperaturas y pueden soportar temperaturas de hasta 450 °C. Esto permite su uso generalizado en procesos de alta temperatura y componentes de motores de automoción.

Biocompatibilidad: Algunos tipos de recubrimientos de DLC cumplen las normas sobre implantes médicos y son biocompatibles con el cuerpo humano, por lo que se utilizan ampliamente en el campo de la medicina, como en articulaciones artificiales, implantes y herramientas quirúrgicas.

Conductividad: Algunos tipos de recubrimientos de DLC tienen una buena conductividad eléctrica, lo que permite aplicaciones en dispositivos electrónicos, sensores y pantallas.

Ventajas del revestimiento DLC

Resistencia a la corrosión y al desgaste: La capa protectora que proporciona el recubrimiento DLC ayuda a mantener la integridad y funcionalidad del material subyacente, incluso en condiciones ambientales adversas.

Durabilidad: Los revestimientos de DLC son conocidos por su extrema durabilidad. Gracias a su gran dureza, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste, estos revestimientos pueden utilizarse durante largos periodos de tiempo. Esta durabilidad garantiza que el material revestido siga siendo resistente al desgaste o la decoloración, siempre que el material subyacente esté bien mantenido.

Respetuoso con el medio ambiente: Los revestimientos de DLC no utilizan productos químicos nocivos y, en general, son más seguros tanto para el medio ambiente como para los operarios que intervienen en el proceso de revestimiento.

Aspecto mejorado: Los revestimientos de DLC pueden dar a los objetos un bello aspecto gris-negro y mejorar la calidad visual de los productos.

Versatilidad: Modificando las condiciones de deposición y añadiendo dopantes, el rendimiento de los recubrimientos de DLC puede adaptarse a las distintas necesidades de aplicación.

Deposición del revestimiento DLC

En el mercado existen varios métodos para la deposición de recubrimientos de DLC, como el haz de iones y el haz de electrones, PAVCDLa tecnología de DLC se basa en el DVD, la pulverización catódica, el arco catódico y el láser. En el mercado actual, el uso de PVD y PAVCD para recubrimientos DLC se utiliza porque se considera el más consistente y el de mayor calidad. A continuación trataremos principalmente la tecnología PVD y la tecnología PACVD:

Tecnología PVD

La deposición física de vapor (PVD) es una novedosa tecnología de deposición de películas finas que consiste en transformar físicamente el material objetivo (material fuente) en un gas o plasma en un entorno de vacío y depositarlo después sobre la superficie del sustrato. Es una de las principales técnicas de fabricación de superficies utilizadas en la actualidad. Abarca principalmente tres categorías principales: recubrimiento por evaporación en vacío, recubrimiento por pulverización catódica en vacío y recubrimiento iónico por arco en vacío.

Las películas depositadas mediante la tecnología de revestimiento PVD presentan una gran dureza, alta resistencia al desgaste (bajo coeficiente de fricción), excelente resistencia a la corrosión y estabilidad química, lo que se traduce en una mayor duración de la película. Además, la película mejora significativamente las propiedades decorativas de la pieza.

La tecnología de revestimiento PVD es un método de tratamiento de superficies respetuoso con el medio ambiente que puede conseguir realmente revestimientos de nivel micrométrico sin contaminación. Puede utilizarse para preparar diversas películas de un solo metal (como aluminio, titanio, circonio, cromo, etc.), películas de nitruro (TiN, ZrN, CrN, TiAlN) y películas de carburo (TiC, TiCN), así como películas de óxido (como TiO).

El grosor de la película de revestimiento PVD está en el rango de micras, con un grosor relativamente fino, generalmente de 0,3μm a 5μm. El grosor de las películas de revestimiento decorativo suele ser de 0,3μm a 1μm. Por lo tanto, puede mejorar diversas propiedades físicas y químicas de la superficie de la pieza de trabajo sin afectar significativamente a sus dimensiones originales, eliminando la necesidad de post-procesamiento.

Ventajas del PVD

Resistencia al desgaste: Los revestimientos de PVD son muy duros y resistentes al desgaste, por lo que resultan ideales para superficies que sufren un uso y un desgaste frecuentes.

Resistencia a la corrosión: Los revestimientos de PVD pueden proporcionar una capa adicional de protección contra la corrosión, lo que los convierte en una buena opción para entornos exteriores o marinos.

Estética mejorada: Los revestimientos de PVD pueden aplicarse en varios colores, lo que ofrece una amplia gama de opciones estéticas.

Respetuoso con el medio ambiente: Los procesos de revestimiento PVD no liberan sustancias químicas nocivas, por lo que son más respetuosos con el medio ambiente que otros procesos de revestimiento.

Tecnología PACVD

PACVD es la abreviatura de Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition. Este método de deposición se utiliza ampliamente para depositar revestimientos de carbono tipo diamante. Este proceso se basa en el vacío y toda la educación del proceso PACVD se produce en estado gaseoso. A diferencia del PVD, el proceso de deposición gaseosa lo hace adecuado para el recubrimiento 3D sin necesidad de rotación. Los revestimientos PACVD contienen alrededor de 70% de enlace sp3 y son amorfos. El enlace sp3 explica la elevada dureza (10-40GPa) del revestimiento. A una temperatura inferior a 200℃, el PACVD puede depositar revestimientos para una amplia gama de materiales de sustrato no conductores y conductores.

Ventajas del PACVD

• No se requiere postratamiento
• Puede depositarse en una amplia gama de sustratos
• No se producen distorsiones en un sustrato de alta precisión
• Utiliza un proceso gaseoso que permite un recubrimiento uniforme

Consejos para mejorar la adherencia del revestimiento DLC y el material del sustrato

Optimización del tratamiento de superficies: Para limpiar y dar rugosidad a la superficie del sustrato, se pueden emplear métodos como el uso de papel de lija, chorro de arena y grabado ácido para aumentar la energía superficial y el área de contacto entre el revestimiento y el sustrato, mejorando así la adhesión.

Tratamiento térmico: Ajustar el coeficiente de dilatación térmica del revestimiento y el material del sustrato para que coincidan puede reducir la tensión causada por los cambios de temperatura.

Uso de agentes de acoplamiento: La aplicación o inmersión de un agente de acoplamiento entre el revestimiento y el sustrato puede permitir que las moléculas orgánicas reaccionen químicamente con la superficie del sustrato, formando fuertes enlaces químicos que mejoran la adhesión.

Implantación de iones: La introducción de elementos metálicos en la superficie del sustrato mediante la implantación iónica puede crear una capa intermedia con buena adherencia al material de revestimiento, mejorando así la fuerza de unión.

Tratamiento de aleación: La adición de elementos de aleación al material del sustrato puede hacerlo más compatible y fuerte en la unión con el material de revestimiento.

Uso de revestimientos compuestos: La adición de una o más capas intermedias con alta adherencia entre el revestimiento y el sustrato, como metales, cerámicas u otros materiales poliméricos, puede mejorar la adherencia entre el revestimiento y el sustrato.

Aplicaciones del revestimiento DLC

El revestimiento de DLC puede mejorar el rendimiento de los materiales, prolongar su vida útil y mejorar su resistencia a la corrosión. Se utiliza ampliamente en moldes, medicina, automoción y herramientas de corte.

Moho

El revestimiento de DLC tiene las características de superficie lisa, bajo coeficiente de fricción, fácil desmoldeo, resistencia al desgaste y buena conductividad térmica. El recubrimiento tiene una dureza extremadamente alta, y es difícil que el estropajo a alta presión y las partículas del material lo dañen, lo que puede aumentar la vida útil del molde. Por lo tanto, se utiliza a menudo para hacer varios moldes, incluyendo: moldes de estampación, moldes de moldeo por inyección y moldes de semiconductores. Por ejemplo: punzones, moldes cóncavos, corte de precisión y piezas de estampado.

Médico

El revestimiento de DLC tiene una buena biocompatibilidad, que puede hacer que los tejidos biológicos y los materiales artificiales implantados coexistan pacíficamente sin reacción de rechazo. Puede utilizarse como revestimiento superficial de materiales para articulaciones artificiales, materiales dentales, huesos artificiales, materiales para válvulas cardíacas artificiales, agujas quirúrgicas y catéteres médicos.

Automoción

El revestimiento de DLC puede desempeñar un buen papel en la lubricación y la resistencia al desgaste en condiciones de fricción seca sin aceite lubricante, y es una buena opción para las piezas del motor del automóvil. El anillo del pistón en el motor del automóvil se mueve hacia arriba y hacia abajo en el cilindro, y la superficie del anillo raspa constantemente la pared interior del cilindro, lo que resulta en una gran pérdida de potencia de fricción, que afecta en gran medida el consumo de energía y la vida útil del motor.

Herramienta

El recubrimiento de DLC tiene un bajo coeficiente de fricción y una gran resistencia al desgaste. Puede mejorar eficazmente la vida útil de las herramientas de corte y permitir que las herramientas obtengan excelentes propiedades mecánicas integrales, mejorando así en gran medida la eficacia del mecanizado. El recubrimiento DLC se ha convertido en un material de recubrimiento ideal para herramientas de acero rápido y carburo.

Preguntas frecuentes

¿Qué son los colores de revestimiento DLC?

El color del recubrimiento DLC depende del grosor, la estructura y los dopantes, y no hay un color fijo. Los colores varían en función de los procesos de preparación y los componentes del material, desde incoloro y transparente a gris-negro, e incluso marrón o amarillo. El más común es el recubrimiento negro-grisáceo.

Cuáles son las limitaciones del revestimiento DLC？

Los revestimientos de DLC generan tensiones internas durante el proceso de deposición, lo que puede provocar la deformación del sustrato o incluso hacer que el revestimiento se desprenda. Una tensión excesiva también puede reducir la resistencia a la abrasión y al impacto del revestimiento. Si el revestimiento no es homogéneo, se reducirá el rendimiento de determinadas zonas. Mayor coste en comparación con otros revestimientos.

Conclusión

Después de leer este blog, creo que debe tener una comprensión más clara del recubrimiento DLC. En los últimos años, el revestimiento de DLC se ha utilizado cada vez más en diversos campos, desde piezas de automóviles hasta máquinas herramienta, pasando por dispositivos médicos de precisión y muelles comunes.

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