최근 산업에서 내마모와 마찰 개선에 많이 사용되고 있는 코팅 중에 DLC가 있습니다. DLC는 SP2와 SP3의 조성에 따라, 첨가물에 따라 여러가지 종류로 나뉩니다. DLC 코팅 종류에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
DLC 코팅이란?
비정질 상의 카본 필름으로 흑연구조인 Sp2와 다이아몬드 구조인 Sp3가 섞여 있는 구조입니다. 흑연과 다이아몬드가 섞여 있어 두 물질의 장점을 갖고 있습니다. DLC 특성 및 응용에 대해서 자세히 알고 싶은 분들은 아래 포스팅 참고하시기 바랍니다.
DLC 코팅의 종류
카본 구조에 따른 종류
DLC 코팅 종류는 SP2 (흑연 구조)과 SP3 (다이아몬드 구조) 그리고 수소의 함량에 따라 구분할 수 있습니다. 일반적으로 현재 상업용으로 가장 많이 사용되고 있는 DLC는 a-C:H라고 보시면 됩니다. 아래 그림은 SP2 카본 구조와 SP3 흑연 구조 그리고 수소 함량에 따라 DLC를 구분한 그림입니다.
- a-C: amorphous Carbon의 약자로 비정질 카본막을 의미합니다.
- a-C:H: Hydrogenated amorphous Carbon으로 a-C에 수소가 함께 존재하는 비정질 카본막을 의미합니다.
- a-C(:H): 는 수소가 미량으로 들어 있는 비정질 카본막입니다.
- ta-C: 대부분의 탄소들이 sp3 결합, 즉 tetrahedral bond를 하고 있다고 해서 a-C 앞에 t가 붙여 ta-C라고 부릅니다.
첨가물에 따른 DLC 코팅 종류
DLC 코팅에 새로운 물질을 첨가할 수 있습니다. 일반적인 DLC 보다 더 좋은 기능성 코팅을 만들기 위해 새로운 물질을 넣어 DLC 합성을 합니다. 대표적으로 산업에서 많이 사용되는 코팅이 Si-DLC입니다. Si를 첨가하여 내열성을 더 좋게 만들었습니다.
- DLC (a-C:H or a-C): 타 물질을 추가하지 않은 순수 비정질의 카본막을 의미합니다. 카본 또는 카본과 수소로만 이루어져 있습니다.
- Si-DLC: (a-C:H:Si) DLC는 내열성이 떨어지기 때문에, 내열성을 보완하기 위해 Si를 첨가하여 Si-DLC를 만들었습니다. 수고와 카본 사이의 결합이 약하기 때문에 열을 받으면 열화되는 현상이 있습니다. Si를 넣어주면 수소 자리에 Si가 들어가 더 강한 결합하게 되어 내열성이 올라가게 됩니다.
- N-DLC (a-C:N): 질소를 첨가하여 화학적 안정성, 경도, 내식성을 향상시켰습니다.
- Me-DLC (a-C:Me, Metal-Doped DLC): 금속 첨가물 (Ti, Cr, Al)를 넣어 전기 및 열 전도성 향상시켰고, 강도도 증가합니다. 추가한 금속에 따라 DLC 특성에 금속 특성이 추가되는 경향이 있습니다.
- F-DLC (a-C:H:F, Fluorinated DLC): 불소를 추가한 DLC로 내소착 향상 및 발수성이 좋아집니다.
- Cl-DLC (a-C:Cln, Amorphous Chlorinated DLC): 염소를 첨가하여 화학적 안정성과 내마모성을 향상시켰습니다.
sp2, sp3의 성분비와 첨가물에 따른 DLC 코팅의 종류에 대해 알아봤습니다. 특정 분야와 목적에 따라 DLC를 선택하여 제품에 적용하는 것을 추천드립니다.
DLC 종류에 따른 코팅 적용 예시
아래는 업종별로 DLC 코팅 적용 사례를 정리했습니다. 참고하시기 바랍니다.
자동차 회사
- 엔진 부품이 연료 효율 및 내마모 개선: DLC 코팅 적용
- 부식 개선: 특정 나라 연료에 물이 많이 나와 부품 부식이 발생하여 내구성 저하 발생 → DLC 코팅 적용하여 개선
자동화 업체
- 발수 개선: 센서에 물 맺힘으로 인식이 안되는 경우 발생 → F-DLC를 적용하여 개선
- 로봇 관절 내구성 개선: 오일 및 구리스를 사용할수 없는 관절 부품에 DLC를 적용하여 마찰 및 내구성 개선
시계 회사
- 내 스크래치성 개선: 시계의 스크래치 방지 및 테코 목적으로 DLC 적용
반도체 회사
- 정전기 방지: 자동화 라인에서 정전기 발생하여 제품에 데미지 발생 → 라인에 조립되는 부품에 DLC 코팅하여 정전기 예방