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據(jù)說(shuō)這件幾微米薄的“衣服”可以延長(zhǎng)汽車零部件的壽命？
2019-07-10 00:13:04· 來(lái)源：博世蘇州 作者：Joanna
2019年5月15日，博世智能制造解決方案蘇州事業(yè)部（下文簡(jiǎn)稱ATMO-3CN）涂層中心在車間成功舉辦了第200萬(wàn)個(gè)柱塞涂層產(chǎn)品慶祝儀式。ATMO-3CN涂層中心于2017年4月20
2019年5月15日，博世智能制造解決方案蘇州事業(yè)部（下文簡(jiǎn)稱ATMO-3CN）涂層中心在車間成功舉辦了第200萬(wàn)個(gè)柱塞涂層產(chǎn)品慶祝儀式。ATMO-3CN涂層中心于2017年4月20日在蘇州成立，兩年時(shí)間，24個(gè)月零20天，755個(gè)日夜，他們成功運(yùn)用等離子涂層技術(shù)，將每一枚產(chǎn)品的使用壽命達(dá)到了極大延申，生產(chǎn)并成功交付了200萬(wàn)個(gè)柱塞涂層產(chǎn)品給客戶。
ATMO-3CN涂層中心所運(yùn)用的等離子涂層技術(shù)，是采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)制備DLC涂層*，主要應(yīng)用在汽車零部件的摩擦零件上，例如油泵柱塞、針閥等，以提高零部件的壽命。
*類金剛石非晶碳膜 (DLC) ：是一種具有典型金剛石特征的涂層，主要表現(xiàn)在高硬度（1000-9000HV）、低摩擦系數(shù)（可低至0.01-0.02）。DLC的沉積在零件表面進(jìn)行，通常只有幾個(gè)微米，可以在保留本底材料特征的前提下改善零件的表面特性，常被用在摩擦工件的表面改性上，例如模具、刀具、活塞、鏡片等。此外，由于沉積溫度低（<200℃），近年來(lái)也越來(lái)越多的被用于塑料元件的表面改性。
這種等離子涂層技術(shù)具體是如何實(shí)現(xiàn)的？
進(jìn)行了涂層的零部件和未涂層的零部件在使用壽命上有多大的區(qū)別呢？
讓我們通過(guò)下面這則有趣的童話，從一個(gè)柱塞的角度進(jìn)一步地了解這項(xiàng)技術(shù)吧。
一個(gè)柱塞的故事
我是一個(gè)柱塞。
經(jīng)過(guò)了熱處理的我，已經(jīng)比一般的金屬要堅(jiān)硬了許多，即使在高壓之下，我也可以完好無(wú)損。
一個(gè)柱塞
我一直為自己的堅(jiān)硬而驕傲，我以為我將在這個(gè)泵里一直這樣往復(fù)下去。
直到有一天，我發(fā)現(xiàn)不知道什么時(shí)候起，自己的頭竟變小了，再過(guò)了一陣，身子也瘦了一圈。原來(lái)，我已經(jīng)不知不覺(jué)中磨損了。
人們也發(fā)現(xiàn)了我的變化。
他們對(duì)我如此迅速的老去感到不滿。于是，他們將我的兄弟姐妹放進(jìn)了一臺(tái)大大的機(jī)器里（注釋1），去給他們做表面處理。從機(jī)器里出來(lái)的時(shí)候，我的兄弟姐妹們都變得黑乎乎的（注釋2）。
涂層后的柱塞
我笑話它們：“你們真丑！”。
它們卻說(shuō)：“你會(huì)羨慕我們的！我們比你強(qiáng)壯的多，你就等著看我們活的比你久吧！”
我笑他們不自量力。畢竟我也年輕過(guò)、強(qiáng)壯過(guò)，是時(shí)間教我認(rèn)清了自己。
隨著時(shí)間一天一天的過(guò)去，眼瞅著已經(jīng)到了我曾經(jīng)服役的周期。我抱著幸災(zāi)樂(lè)禍的心情去看望我的兄弟姐妹們，想象著它們也同我一樣磨損衰老……
他們卻依然如初見時(shí)那般黝黑，也如初見時(shí)那樣強(qiáng)壯，未見絲毫的磨損和衰老。原來(lái)那薄如蟬翼的黝黑外套（注釋3），竟真的幫我那些兄弟姐妹延長(zhǎng)了他們的壽命！
我不解，更不甘。不過(guò)是多穿了件那么薄的外套，為何就與我似乎不再是一個(gè)物種？我甚至開始思考，我是不是也可以去穿上那樣一件外套，再次變得強(qiáng)壯。
“這究竟是為什么呢？”我執(zhí)著于那背后的原因。
“你聽過(guò)金剛石嗎？”兄弟姐妹問(wèn)道。
“嗯，鉆石。”我說(shuō)。
“那金剛石有什么特征？”它們問(wèn)。
“……好看？”我絞盡腦汁，用我僅有的一點(diǎn)知識(shí)回答。
“膚淺！”它們笑起來(lái)，“那金剛石有什么特征？”
“金剛石十分的堅(jiān)硬，是天然存在的物質(zhì)里最堅(jiān)硬的。”我不知道它們想表達(dá)什么，“可是你們穿的外套是黑色的，金剛石是透明的呀！”
“這不還沒(méi)說(shuō)完嘛！那你聽說(shuō)過(guò)石墨嗎？”它們又問(wèn)我。
“?。∥抑懒?！所以你們的秘密在于石墨對(duì)不對(duì)？黑色的石墨起到了潤(rùn)滑作用，所以磨損小了！”我好像漸漸明白了其中的秘密。
“其實(shí)不完全是石墨。我們那層外衣是類金剛石碳膜，它既有金剛石的成分也有石墨的成分。金剛石的成分會(huì)讓表面十分堅(jiān)硬，石墨的成分就會(huì)起到潤(rùn)滑的作用，雙重作用下，我們又堅(jiān)硬又耐磨，所以壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于你。”
類金剛石碳膜
聽著它們的解釋，我充滿羨慕。我多么想我也立馬穿上一件這樣的外套。
然而它們告訴我，這不可能了。“它需要生長(zhǎng)在我們的表面（注釋4），成為我們身體的一部分。現(xiàn)在你的表面已經(jīng)磨損的凸凹不平，有很多地方會(huì)長(zhǎng)得不穩(wěn)定，摩擦的時(shí)候會(huì)剝落。而且你的已經(jīng)變小了，即使再穿上這件衣服，它也不過(guò)是幾個(gè)微米，不夠的（注釋5）。”
“所以我是再也沒(méi)有機(jī)會(huì)了是嗎？”我已經(jīng)知道了自己的命運(yùn)。
“是的。下輩子我們?cè)僖黄鹑ゴ┥线@類金剛石的衣服吧。待那個(gè)時(shí)候，它一定又有了新的發(fā)展，可以更好地保護(hù)我們，讓我們活的更久一些！”
注釋：
注釋1 大大的機(jī)器：指等離子體涂層設(shè)備。該設(shè)備通過(guò)真空泵維持高真空環(huán)境，向腔體內(nèi)通入氣體后施加高的電壓將氣體離化為等離子體，從而沉積到材料表面形成涂層。
注釋2 變得黑乎乎的：類金剛石非晶碳膜（DLC）外觀為炭黑色。
注釋3 薄如蟬翼的黝黑外套：DLC涂層通常僅有1~5µm厚。因其只在材料最表層進(jìn)行處理，因此可以在保留基底材料本體特性的基礎(chǔ)上，引入DLC堅(jiān)硬、耐磨的優(yōu)點(diǎn)。
注釋4 生長(zhǎng)在我們的表面：DLC涂層的原理是化學(xué)氣相沉積，期間碳源氣體與基底材料生成了化學(xué)鍵，因此，涂層工藝對(duì)基底材料表面潔凈有較高要求。
注釋5 它也不過(guò)是幾個(gè)微米，不夠的：DLC涂層因?yàn)閮H有1~5µm厚，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品尺寸造成大的影響。因此，有些情況下，在產(chǎn)品已經(jīng)按照?qǐng)D紙要求加工完成之后再進(jìn)行涂層，也不會(huì)影響產(chǎn)品的使用。
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