采用激光弧技术沉积超硬碳基涂层

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采用激光弧技术沉积超硬碳基涂层

　轻量化并不是提高汽车燃料效率的唯一方法。在一些发动机零部件（如齿轮、活塞环和活塞销）上涂覆硬碳涂层，可将其摩擦减小到几乎为零。为此，德国夫琅和费材料和波束技术研究所的研究人员开发了一种利用激光弧模块（LAM）在生产线上涂覆碳基涂层的新工艺。

　　在《国际摩擦学》杂志上的一项研究结果表明，在今后10年中，这项新技术的系统性应用每年可以为该研究所节约超过1,000亿公升燃油。

　　虽然碳基涂层已被应用于大批量生产，但该研究所的研究人员在成功生产出质量水平稳定一致的工业级无氢四面体非晶碳（ta-C）涂层。这种商标名为“Diamor”的涂层具有极高的硬度（40—70GPa），因此与传统的类金刚石碳（DLC）涂层相比，具有更为优异的耐磨损性能。

　　激光弧模块（LAM）的工作原理与幻灯机有些类似，它可以在真空环境中的阳极与阴极（碳靶）之间产生激光弧。激光弧由打到碳靶上的激光脉冲引起，它能产生由碳离子组成的等离子体。将这些等离子体沉积在真空中的工件上，即可形成ta-C涂层。

　　在将该工艺应用于规模化工业生产时，采用脉冲激光对一个旋转的石墨圆柱体进行纵向扫描，以实现对激光弧的控制。为确保涂层具有均匀一致的光滑表面，利用磁场来引导等离子体，并过滤掉其中的污物颗粒。

　　该工艺方法可沉积出厚度达20μm的ta-C涂层。厚涂层对于某些应用领域至关重要，尤其是在零部件需要长时间承受巨大载荷的汽车工业。

　　为确保激光弧涂层设备有别于任何专用涂层设备，研究所对其采用了模块化设计。LAM 500型设计用于沉积高度达500mm的涂层，非常适合提供涂层服务的企业批量生产PVD涂层。该PVD涂层设备的所有基本功能（如抽真空、移动工件和清洁等离子体）都能保持完好且不受干扰。

　　为了降低油耗，汽车和摩托车制造商宝马（BMW）公司正致力于在其各种车型上实现ta-C涂层发动机零部件的工业规模化生产。

　　除了汽车工业以外，激光弧涂层技术的适用对象还包括铣刀和钻头、医用植入物、用于食品加工和包装行业的温度敏感材料及零部件的保护膜等。