Le guide complet pour Revêtement DLC (Diamond Like Coating)
Il existe différentes méthodes de traitement de surface pour les pièces métalliques et plastiques, et le revêtement DLC est l'une des techniques les plus importantes et les plus couramment utilisées. Dans cet article, nous verrons ensemble ce qu'est le revêtement DLC, ses caractéristiques, ses avantages et ses applications.
Qu'est-ce que le revêtement DLC ?
Revêtement DLCLe revêtement DLC, également connu sous le nom de revêtement en carbone de type diamant, est un revêtement de surface spécial (revêtement nanocomposite) présentant des propriétés similaires à celles du diamant, telles que la dureté, la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion et l'inertie chimique. Le revêtement DLC est généralement composé de carbone et d'hydrogène et est appliqué sur la surface de divers matériaux par dépôt physique par évaporation ou par dépôt chimique en phase vapeur.
Le DLC est une forme métastable de carbone amorphe de type diamant avec un rapport de liaisons sp2 et sp3. Il est souvent utilisé pour augmenter la dureté et la résistance à l'usure des surfaces des matériaux tout en réduisant le frottement et l'adhérence des surfaces. Le revêtement de carbone de type diamant (DLC) est une nouvelle avancée technologique dans le domaine des revêtements PVD + PECVD qui a connu un grand succès dans l'industrie commerciale.
Historique du revêtement DLC
Dans les années 1970, Sol et Ronald d'Allemagne ont utilisé le dépôt par faisceau d'ions pour déposer des ions de carbone monovalents sur un substrat à température ambiante afin de produire des films DLC.
En 1984, Lin Xigang et al. ont utilisé la technologie de dépôt par faisceau d'ions à basse énergie pour préparer des films de carbone de type diamant et ont testé au préalable leurs propriétés mécaniques, optiques et électriques.
Après les années 1990, les chercheurs ont commencé à étudier le DLC dopé et ont continué à explorer de nouveaux types de revêtements DLC et à développer des techniques de dépôt plus avancées pour améliorer leurs performances. Les revêtements DLC sont devenus une technologie mature et ont été largement utilisés dans diverses industries, notamment le secteur médical, l'aérospatiale et l'équipement électronique.
Types de revêtements DLC
- a-C = carbone amorphe sans hydrogène
- ta-C = carbone amorphe sans hydrogène lié au tétraèdre
- a-C : H = Un carbone amorphe avec de l'hydrogène
- a-C:H : Me = carbone amorphe dopé aux métaux avec de l'hydrogène (Me = W, Ti)
- ta-C:H = carbone amorphe lié au tétraèdre avec de l'hydrogène
- a-C:H:Si = Il s'agit d'un carbone amorphe dopé au Si avec de l'hydrogène.
- a-C:Me = carbone amorphe sans hydrogène dopé aux métaux (Me = Ti)
- a-C:H:X = carbone amorphe non dopé par des métaux et contenant de l'hydrogène
Propriétés du revêtement DLC
Dureté : Avec une structure semblable à celle du diamant, le revêtement DLC présente une dureté élevée, supérieure à 2300 HV, soit 10 fois plus dure que le graphite. Il est donc très efficace pour améliorer la dureté de surface et la résistance à l'usure des matériaux. Cette dureté lui permet d'être largement utilisé dans les pièces mécaniques, les outils de coupe et les roulements.
Faible coefficient de friction : La surface lisse du revêtement DLC a un faible coefficient de frottement (0,05-0,1), formant une couche de frottement autolubrifiante sur la surface du produit, ce qui contribue à réduire les pertes par frottement. Ceci est particulièrement utile dans les environnements où les lubrifiants sont limités ou ne peuvent pas être utilisés, comme dans l'aérospatiale, l'automobile et les équipements industriels.
Résistance à la corrosion : Les revêtements DLC présentent une certaine résistance à la corrosion chimique, ce qui permet d'améliorer la résistance à la corrosion des matériaux. Ils trouvent ainsi des applications dans les milieux marins, l'industrie chimique et les appareils médicaux.
Stabilité thermique : Les revêtements DLC présentent une bonne stabilité dans les environnements à haute température et peuvent supporter des températures allant jusqu'à 450°C. Ils sont donc largement utilisés dans les processus à haute température et dans les composants des moteurs automobiles.
Biocompatibilité : Certains types de revêtements DLC répondent aux normes des implants médicaux et sont biocompatibles avec le corps humain, ce qui les rend largement utilisés dans le domaine médical, notamment dans les articulations artificielles, les implants et les outils chirurgicaux.
Conductivité : Certains types de revêtements DLC présentent une bonne conductivité électrique, ce qui permet de les utiliser dans des appareils électroniques, des capteurs et des écrans.
Avantages du revêtement DLC
Résistance à la corrosion et à l'usure : La couche protectrice fournie par le revêtement DLC aide à maintenir l'intégrité et la fonctionnalité du matériau sous-jacent, même dans des conditions environnementales difficiles.
Durabilité : Les revêtements DLC sont connus pour leur extrême durabilité. Grâce à leur dureté élevée, leur résistance à la corrosion et à l'usure, ces revêtements peuvent être utilisés pendant de longues périodes. Cette durabilité garantit que le matériau revêtu reste résistant à l'usure ou à la décoloration, tant que le matériau sous-jacent est bien entretenu.
Respect de l'environnement : Les revêtements DLC n'utilisent pas de produits chimiques nocifs et sont généralement plus sûrs pour l'environnement et les opérateurs impliqués dans le processus de revêtement.
Amélioration de l'apparence : Les revêtements DLC peuvent donner aux objets un bel aspect gris-noir et améliorer la qualité visuelle des produits.
Polyvalence : En modifiant les conditions de dépôt et en ajoutant des dopants, les performances des revêtements DLC peuvent être adaptées pour répondre aux besoins de diverses applications.
Dépôt d'un revêtement DLC
Il existe plusieurs méthodes sur le marché pour le dépôt de revêtements DLC, notamment le faisceau d'ions et le faisceau d'électrons, PAVCDLes revêtements DLC sont obtenus par des procédés tels que la pulvérisation cathodique, l'arc cathodique et le laser. Sur le marché actuel, l'utilisation du PVD et du PAVCD pour les revêtements DLC est utilisée parce qu'elle est considérée comme la plus cohérente et de la meilleure qualité. Les paragraphes qui suivent traitent principalement de la technologie PVD et de la technologie PACVD :
Technologie PVD
Le dépôt physique en phase vapeur (PVD) est une nouvelle technologie de dépôt de couches minces qui consiste à transformer physiquement le matériau cible (matériau source) en gaz ou en plasma dans un environnement sous vide, puis à le déposer sur la surface du substrat. C'est l'une des principales techniques de fabrication de surface actuellement utilisées. Elle englobe principalement trois catégories : le revêtement par évaporation sous vide, le revêtement par pulvérisation cathodique sous vide et le placage ionique par arc sous vide.
Les films déposés à l'aide de la technologie de revêtement PVD présentent une dureté élevée, une grande résistance à l'usure (faible coefficient de frottement), une excellente résistance à la corrosion et une stabilité chimique, ce qui prolonge la durée de vie du film. En outre, le film améliore considérablement les propriétés décoratives de la pièce.
La technologie de revêtement PVD est une méthode de traitement de surface respectueuse de l'environnement qui permet d'obtenir des revêtements de l'ordre du micron sans pollution. Elle peut être utilisée pour préparer divers films monométalliques (aluminium, titane, zirconium, chrome, etc.), des films de nitrure (TiN, ZrN, CrN, TiAlN) et des films de carbure (TiC, TiCN), ainsi que des films d'oxyde (tels que TiO).
L'épaisseur du film de revêtement PVD est de l'ordre du micron, avec une épaisseur relativement fine, généralement de 0,3μm à 5μm. L'épaisseur des films de revêtement décoratifs est généralement de 0,3μm à 1μm. Par conséquent, il peut améliorer diverses propriétés physiques et chimiques de la surface de la pièce sans affecter de manière significative ses dimensions d'origine, ce qui élimine la nécessité d'un post-traitement.
Avantages du dépôt en phase vapeur (PVD)
Résistance à l'usure : Les revêtements PVD sont très durs et résistants à l'usure, ce qui les rend idéaux pour les surfaces soumises à une utilisation et à une usure fréquentes.
Résistance à la corrosion : Les revêtements PVD peuvent fournir une couche supplémentaire de protection contre la corrosion, ce qui en fait un bon choix pour les environnements extérieurs ou marins.
Esthétique améliorée : Les revêtements PVD peuvent être appliqués dans différentes couleurs, ce qui offre un large éventail d'options esthétiques.
Respectueux de l'environnement : Les procédés de revêtement PVD ne libèrent pas de produits chimiques nocifs, ce qui les rend plus respectueux de l'environnement que les autres procédés de revêtement.
Technologie PACVD
PACVD est l'abréviation de Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition (dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma). Cette méthode de dépôt est largement utilisée pour déposer des revêtements de carbone semblable au diamant. Ce processus est basé sur le vide et tous les produits du processus PACVD se produisent à l'état gazeux. Contrairement au dépôt en phase vapeur (PVD), le dépôt à l'état gazeux permet de réaliser des revêtements en trois dimensions, sans qu'aucune rotation ne soit nécessaire. Les revêtements PACVD contiennent environ 70% de liaisons sp3 et sont amorphes. La liaison sp3 est à l'origine de la très grande dureté (10-40GPa) du revêtement. À une température inférieure à 200℃, le procédé PACVD permet de déposer des revêtements sur une large gamme de substrats conducteurs et non conducteurs.
Avantages du PACVD
- Le post-traitement n'est pas nécessaire
- Peut se déposer sur une large gamme de substrats
- Pas de distorsion dans un substrat de haute précision
- Utilise un procédé gazeux qui permet un revêtement uniforme
Conseils pour améliorer l'adhérence du revêtement DLC et du substrat
Optimisation du traitement de surface : Le nettoyage et la rugosité de la surface du substrat, des méthodes telles que l'utilisation de papier de verre, le sablage et la gravure à l'acide peuvent être employées pour augmenter l'énergie de surface et la zone de contact entre le revêtement et le substrat, améliorant ainsi l'adhérence.
Traitement thermique : L'ajustement du coefficient de dilatation thermique du revêtement et du matériau du substrat peut réduire les tensions causées par les changements de température.
Utilisation d'agents de couplage : L'application ou l'immersion d'un agent de couplage entre le revêtement et le substrat peut permettre aux molécules organiques de réagir chimiquement avec la surface du substrat, en formant des liaisons chimiques fortes qui améliorent l'adhérence.
Implantation d'ions : L'introduction d'éléments métalliques dans la surface du substrat par implantation ionique peut créer une couche intermédiaire avec une bonne adhérence au matériau de revêtement, améliorant ainsi la force d'adhérence.
Traitement d'alliage : L'ajout d'éléments d'alliage au matériau du substrat peut le rendre plus compatible et plus résistant à la liaison avec le matériau de revêtement.
Utilisation de revêtements composites : L'ajout d'une ou plusieurs couches intermédiaires à forte adhérence entre le revêtement et le substrat, telles que des métaux, des céramiques ou d'autres matériaux polymères, peut améliorer l'adhérence entre le revêtement et le substrat.
Applications du revêtement DLC
Le revêtement DLC peut améliorer les performances des matériaux, prolonger leur durée de vie et améliorer leur résistance à la corrosion. Il est largement utilisé dans les moules, le secteur médical, l'automobile et les outils de coupe.
Moule
Le revêtement DLC présente les caractéristiques suivantes : surface lisse, faible coefficient de frottement, démoulage facile, résistance à l'usure et bonne conductivité thermique. Le revêtement a une dureté extrêmement élevée, et il est difficile pour le décapage à haute pression et les particules du matériau de l'endommager, ce qui peut augmenter la durée de vie du moule. C'est pourquoi il est souvent utilisé pour fabriquer divers moules, notamment des moules d'emboutissage, des moules de moulage par injection et des moules pour semi-conducteurs. Par exemple : poinçons, moules concaves, découpage de précision et pièces en relief.
Médical
Le revêtement DLC présente une bonne biocompatibilité, ce qui permet aux tissus biologiques et aux matériaux artificiels implantés de coexister pacifiquement sans réaction de rejet. Il peut être utilisé comme revêtement de surface pour les matériaux d'articulation artificielle, les matériaux dentaires, les os artificiels, les matériaux de valve cardiaque artificielle, les aiguilles chirurgicales et les cathéters médicaux.
Automobile
Le revêtement DLC peut jouer un rôle important dans la lubrification et la résistance à l'usure dans des conditions de frottement sec sans huile de lubrification, et constitue un bon choix pour les pièces de moteur automobile. Le segment de piston du moteur automobile monte et descend dans le cylindre, et la surface du segment racle constamment la paroi interne du cylindre, ce qui entraîne une importante perte de puissance par frottement, qui affecte grandement la consommation d'énergie et la durée de vie du moteur.
Outil
Le revêtement DLC a un faible coefficient de frottement et une forte résistance à l'usure. Il peut améliorer efficacement la durée de vie des outils de coupe et permettre aux outils d'obtenir d'excellentes propriétés mécaniques globales, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de l'usinage. Le revêtement DLC est devenu un matériau de revêtement idéal pour les outils en acier rapide et en carbure.
FAQ
Quelles sont les couleurs du revêtement DLC ?
La couleur du revêtement DLC dépend de l'épaisseur, de la structure et des dopants, et il n'y a pas de couleur fixe. Les couleurs varient en fonction des processus de préparation et des composants des matériaux, allant de l'incolore et du transparent au gris-noir, voire au brun ou au jaune. Le revêtement noir-gris est le plus courant.
Quelles sont les limites du revêtement DLC？ ?
Les revêtements DLC génèrent des contraintes internes au cours du processus de dépôt, ce qui peut entraîner une déformation du substrat ou même provoquer l'écaillage du revêtement. Des contraintes excessives peuvent également réduire la résistance à l'abrasion et aux chocs du revêtement. Si le revêtement n'est pas homogène, les performances de certaines zones seront réduites. Coût plus élevé que les autres revêtements.
Conclusion
Après avoir lu ce blog, je pense que vous devez avoir une meilleure compréhension du revêtement DLC. Ces dernières années, le revêtement DLC a été de plus en plus utilisé dans divers domaines, des pièces automobiles aux machines-outils, en passant par les dispositifs médicaux de précision et les ressorts ordinaires.
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