Comprendre les revêtements carbone type diamant (DLC) : guide pour concepteurs de produits

Êtes-vous un concepteur de produits cherchant à créer des pièces ou composants qui entreront en contact avec d'autres pièces ou assemblages, ou prévoyez-vous de créer des produits exposés à des produits chimiques agressifs ou des environnements difficiles ? Si oui, vous devez choisir un matériau avec des caractéristiques de résistance à l'usure et chimique élevées.

Cependant, bien que plusieurs matériaux d'ingénierie aient une résistance à l'usure et des propriétés chimiques impressionnantes, ces matériaux ne sortent généralement pas de la chaîne de production à bas prix. Par conséquent, les concepteurs et fabricants de premier plan améliorent les propriétés des métaux ordinaires en utilisant des procédés de finition de surface spéciaux tels que le revêtement carbone type diamant.

Le revêtement carbone type diamant (DLC) est formé lorsque du carbone ionisé et décomposé est amené à se déposer sur la surface d'un substrat à haute énergie. Ce revêtement améliore les propriétés du substrat (comme la résistance à l'abrasion, la résistance à la corrosion et le coefficient de frottement), les rendant idéaux dans une large gamme d'applications.

Dans cet article, nous reviendrons aux bases du revêtement type diamant. Nous couvrirons également les types et applications de ces revêtements dans plusieurs industries. Commençons !

Comprendre le revêtement type diamant

Quand vous entendez l'expression « revêtement type diamant » pour la première fois, vous vous demandez probablement comment le diamant (l'une des substances naturelles les plus dures connues) est traité pour être utilisé comme matériau de revêtement.

Mais vous ne devriez pas voir le DLC de cette façon. Au lieu de cela, vous voulez penser à l'élément chimique essentiel qui rend le revêtement type diamant si unique — le carbone. Le carbone est tétravalent — ce qui signifie qu'il a quatre électrons disponibles pour former des liaisons avec d'autres atomes. Le nombre de liaisons formées et l'arrangement de ces liaisons déterminent les propriétés qu'un composé de carbone possédera.

Par exemple, la structure moléculaire du diamant comporte plusieurs atomes de carbone, qui ont quatre électrons formant des liaisons moléculaires avec d'autres atomes de carbone. En revanche, les atomes de carbone dans la structure moléculaire du graphite n'utilisent que trois de ces électrons pour former des liaisons moléculaires entre eux. Cette légère variation est ce qui rend les cristaux de diamant très durs et les graphites très tendres.

Le film de carbone type diamant est essentiellement fait d'atomes de carbone, comme le diamant et le graphite. Cependant, un film DLC combine la structure atomique du diamant et du graphite — ce qui signifie qu'il comporte plusieurs atomes de carbone et utilise trois et quatre des électrons des atomes pour former des liaisons moléculaires. En résultat, le DLC a une combinaison des propriétés du diamant et du graphite.

Caractéristiques du revêtement type diamant

#1 Coefficient de frottement faible

Le coefficient de frottement (aussi appelé coefficient de friction) est un nombre sans dimension que les ingénieurs utilisent pour décrire à quel point un matériau (ou produit) résiste au frottement quand il glisse sur une autre surface.

Les revêtements DLC ont un coefficient de frottement très bas allant de 0,015 à 0,2. En résultat, les pièces (ou assemblages) revêtues de DLC nécessitent généralement moins d'énergie pour maintenir un processus (ou opération mécanique). Cela les rend extrêmement utiles dans les applications où vous trouvez le besoin de pièces mobiles, comme l'industrie automobile, les ateliers d'usinage et l'industrie aérospatiale.

En savoir plus : Comprendre comment les fabricants fabriquent des pièces aérospatiales.

#2 Excellente résistance à l'abrasion

L'abrasion décrit l'usure (abrasion ou frottement) de portions d'un matériau due au frottement. C'est généralement indésirable et inévitable dans les opérations mécaniques. La seule solution de contournement est de trouver un matériau avec une haute résistance à l'abrasion pour un besoin d'application particulier.

Les métaux revêtus de DLC offrent une haute résistance à l'abrasion comparée aux métaux ordinaires. Pour vous donner une idée du niveau de résistance à l'abrasion que les revêtements DLC offrent, considérons la Figure 3, qui montre un test de résistance à l'abrasion effectué sur deux métaux.

Supposons que la première pièce métallique n'a pas de revêtement additionnel tandis que l'autre est revêtue de DLC. Dans un tel scénario, si vous engagez un pénétrateur sur les deux matériaux (en utilisant la même force), vous remarqueriez que la surface revêtue de DLC ne raye pas autant que la surface sans revêtement. Cette caractéristique unique rend les pièces revêtues de DLC utiles dans les pièces d'usure de moteurs automobiles, injecteurs et applications de joaillerie.

#3 Résistance à la corrosion

Les revêtements DLC offrent une résistance à la corrosion, les rendant idéaux dans les applications où les pièces seront exposées à des environnements humides ou agressifs (par exemple, pipelines et composants aérospatiaux).

#4 Esthétique

Le revêtement DLC se démarque des autres types de revêtement car il protège les pièces métalliques contre les atmosphères agressives tout en assurant peu ou pas de changement à l'apparence esthétique de la pièce. De plus, vous pouvez obtenir une gamme de couleurs attrayantes allant de l'anthracite au noir profond en utilisant le processus de revêtement DLC.

Types de revêtement DLC

Les revêtements DLC existent en différents types, selon le métal (ou non-métal) ajouté à leur structure chimique. Par exemple, les revêtements DLC dopés aux métaux sont simplement des DLC alliés avec des métaux comme le titane, le molybdène, le tungstène, l'aluminium et le chrome. En revanche, les types DLC dopés aux non-métaux incluent le DLC-silicium, DLC-fluorine et DLC-azote.

Le choix idéal de revêtement DLC allié dépendra de vos exigences d'application. Par exemple, les revêtements DLC alliés au titane sont idéaux pour les applications médicales en raison de leurs excellentes propriétés tribologiques, bio-inertes et chimiquement inertes. En revanche, les revêtements DLC alliés au silicium sont idéaux pour les outils de coupe, blocs moteurs, pistons et engrenages.

Heureusement, les ateliers d'usinage de premier plan comme Gensun offrent généralement des services de conseil en finition de surface à leurs clients.

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