مروری بر کاربردها و خواص سایشی پوشش‌های کربن شبه الماس

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه تبریز

2 دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه تبریز

چکیده

مجموعه‌های متحرک مکانیکی در خلا و تماس مستقیم بین سطوح در کاربردهای فضایی، باعث شده است که تحقیقات زیادی برای یافتن پوشش‌های روان‌کننده‌ جامد-جامد با عمر طولانی انجام شود. اخیرا استفاده از پوشش کربن شبه الماس DLC رایج شده است و بسته به خواص مورد نیاز، روش‌های مختلفی برای رسوب‌دهی استفاده می‌شود. پوشش DLC هیدروژن‌دار، رشد زیادی در صنعت برای استفاده‌های گوناگون کرده است، زیرا ضریب اصطکاک کم و مقاومت به سایش بالایی دارد. بیشترین روش مورد استفاده برای سنتز فیلم‌های کربن شبه الماس روش رسوب‌نشانی شیمیایی بخار CVD، پلاسما ماکروویو در فشار کم متان و گاز هیدروژن است. اما این فرآیند‌ها هزینه‌ بالایی دارد. روش آبکاری الکتریکی از لحاظ ارزانی تجهیزات و سادگی فرآیند برای تهیه فیلم‌های DLC و مواد کربنی مربوطه در حال رقابت با سایر روش‌ها است. به دلیل اینکه پوشش کربن شبه الماس به دست آمده به روش الکتروشیمیایی دارای تنش داخلی است، برای حل این مشکل، کربن شبه الماس با عناصر مختلفی آلاییده (دوپ) می‌شود که به نظر می‌رسد فلز نیکل عملکرد بهتری از نظر خواص مکانیکی و سایشی دارد. در این مقاله انواع کربن شبه الماس، کاربرد و روش ساخت آن، فیلم‌های کربن شبه الماس آلاییده شده با فلزات و نیکل و خواص مکانیکی و سایشی آن بررسی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Review on Applications and Tribological Properties of Diamond-Like Carbon Coatings

نویسندگان [English]

  • mahshid Navvab Moghaddam 1
  • Shahin khameneh Asl 2
1 Department of metallurgy, Tabriz University
2 Department of metallurgy, Tabriz University
چکیده [English]

Mechanical moving assemblies in vacuum and direct contact between surfaces in space applications have led to extensive research into solid-solid lubricating coatings with a long life span. Recently, the use of diamond like carbon (DLC) coating has become commonplace and, depending on the properties required, different methods of deposition are used. Hydrogenated DLC coatings have grown enormously in the industry for a variety of uses, due to its low coefficient of friction and high abrasion resistance. The most commonly used method for the synthesis of Diamond like carbon films is the low-pressure microwave plasma CVD of methane and hydrogen gas mixtures. But these processes cost a lot. The electroplating method is in competition with other methods in terms of the cost of equipment and the simplicity of the process for the production of DLC films and related carbon materials. Due to the fact that the Diamond like carbon coating  is obtained by electrochemical method have the internal stress  , to solve this problem Diamond like carbon doped with various elements which seems Ni have a better performance in terms of mechanical and tribological properties. In this paper, we studied about types of DLC, its application and manufacturing method, metals dope DLC, Ni dope DLC and its mechanical and tribological properties.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Diamond like carbon coating
  • Lubricating coatings
  • Tribological properties
  • Diamond like Carbon doped Ni
  1.  Astm hand book, "Surface engineering", Astm international, VOL. 5, 11th ed. USA.
  2. م. کریمی، ف. عباسی، م. مهدویان احدی، "مروری بر پوشش های روان‌کننده"، نشریه علمی ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 8، 53-41، 1397.
  3. J. Fontaine, "Towards the use of diamond-like carbon solid lubricant coatings in vacuum and space environments", J. Eng. Mater. Technol, 222, Doi: 10.1243/13506501JET323, 2008.
  4. A. Grill, "Diamond-like carbon: state of the art", Diamond Relat. Mater. 8, 428–434, 1999.
  5. K. A. H. Al Mahmud, M. A. Kalam, H. H. Masjuki, H. M. Mobarak, and N.W. M. Zulkifli, "An updated overview of diamond-like carbon coating  in tribology", Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 40, 90-118, 2015.
  6. R. K. Roy, S. F. Ahmed, J. W. Yi, M. W. Moon, K. R. Lee, Y. Jun, "Improvement of adhesion of DLC coating on nitinol substrate by hybrid ion beam deposition technique", Vac. 1179–1183, 2009.
  7. R. K. Roy, B. Deb, B. Bhattacharjee, A.K. Pal, "Synthesis of diamond-like carbon film by novel electrodeposition route", Thin Solid Films. 422, 92–97, 2002.
  8. Kedong Ma, Guangbin Yang, Laigui Yu, Pingyu Zhang, "Synthesis and characterization of nickel-doped diamond-like carbon film electrodeposited at a low voltage", Surf. Coat. Technol. 204 , 2546–2550, 2010.
  9. J.Robertson, "Properties of diamond-like carbon", Surf. Coat. Technol. 50, 185-203, 1992.
  10. S. Gupta, M. Pal Chowdhury, A.K. Pal, "Synthesis of DLC films by electrodeposition technique using formic acid as electrolyte", Diamond Relat. Mater. 13, 1680– 1689, 2004.
  11. Ch. Cao, H. Zhu, H. Wang, "Electrodeposition diamond-like carbon films from organic liquids", Thin Solid Films. 368, 203-207, 2000.
  12. S. K. Pal, "Synthesis, characterization and tribological behavior of nitrogen-doped chromium-diamondlike carbon nanocomposite thin film", Louisiana State University Master's Theses, 2004.
  13. H. Hassannejad, F. Bogani, M. Boniardi, A. Casaroli, C. Mele, B. Bozzini, "Electrodeposition of DLC films on carbon steel from acetic acid solutions", Trans. Inst. Met. Finish. 92, 183-188, 2014.
  14. H. Panga, X.Wang, G. Zhang, H. Chen, G.Lv, S. Yanga, "Characterization of diamond-like carbon films by SEM, XRD and Raman spectroscopy", Appl. Surf. Sci. 256, 6403–6407, 2010.
  15. K. Sreejith, J. Nuwad, C.G.S. Pillai, "Low voltage electrodeposition of diamond like carbon (DLC)", Appl. Surf. Sci. 252, 296–302, 2005.
  16. B. Pandey, S.Hussain, "Effect of nickel incorporation on the optical properties of diamond-like Carbon  (DLC) matrix", J. Phys. Chem. Solids, 72, 1111–1116, 2011.
  17. M. Sedlaček, B. Podgornik, J. Vižintin, "Tribological properties of DLC coatings and comparison with test results: Development of a database", Mater. Charact. 59, 151–161, 2008.
  18. M. Scendo, K.staszewska, "Effect of temperature on anti-corrosive properties of diamond-like carbon coating on S355 Steel", Institute of chemistry, jan kochanwoski university, 2019.
  19. A. H. Lettington,"Optical properties and applications of diamond-like carbon coatings", Elsevier Science Publishers B.V, 805- 809, 1992.
  20. E.Alakoski, V. Matti Tiainena, A. Soininena, Y. T. Konttinen, "Load-bearing biomedical applications of diamond-like carbon coatings - current status", Open Orthop. J. 2,43-50, 2008.
  21. F. Guo, G.Dong, L. Qin, D. Zhang, J. Guo, "Tribological performance of DLC coating under aqueous solutions", Natural Science Foundation of Shaanxi Province of China, 2019.
  22. A. Jastrzębska,  K. Jastrzębski, "A review of mechanical properties of diamond-like carbon coatings with various dopants as candidates for biomedical applications", Acta Innovations. 2300-5599, 2017.
  23. Y. Xiao, W. Shi, L. Li, "Fatigue performance of cylindrical gearing with DLC coatings", The State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, 2014.