과거 대비 기계 및 자동차의 작동 환경이 악화되면서 부품의 내마모 개선, 연료 절감을 위한 마찰 개선용 코팅 개발이 많이 되고 있습니다. DLC 코팅이 상기 문제를 해결하기 위해 많이 사용되고 있는데, 특징 대해서 소개하려고 합니다.
DLC 코팅
DLC 코팅은 ‘Diamond Like Carbon’의 줄임 말로 다이아몬드 상의 카본 필름입니다. 비정질 상의 카본 필름으로 흑연구조인 Sp2와 다이아몬드 구조인 Sp3가 섞여 있는 구조입니다. 흑연과 다이아몬드가 섞여 있어 두 물질의 장점을 갖고 있습니다.
다이아몬드와 유사한 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 전기 절연성, 화학적 안전성 그리고 광학적 특성을 갖고 있어 항공우주, 의료기기, 자동차 부품 등 다양한 산업에서 응용되어 사용되고 있습니다.
DLC 코팅의 특징 및 응용
흑연 구조와 다이아몬드 구조가 적절하게 섞여 있는 특수한 코팅이며, 주요 특징과 응용은 다음과 같습니다.
- 높은 경도 및 내마모성: 높은 경도를 갖고 있어 제품의 내마모성을 향상시킵니다. 자동차 부품, 베어링, 및 연마 도구 등 내구성이 필요한 제품에 많이 활용되고 있습니다.
- 저 마찰: 낮은 마찰 계수를 갖고 있어, 마찰 개선 목적으로 많이 사용되고 있습니다. 마찰이 발생하는 자동차 부품에 코팅을 하면 연료를 절감하는 효과를 얻을 수 있습니다.
- 내식성: 내식성이 뛰어난 성질을 갖고 있어, 부식과 화학적으로부터 부품을 보호하고 내식성이 중용한 분야에도 응용되고 있습니다.
- 절연성: 절연성을 갖고 있기 때문에, 전기부품에도 많이 사용되며 정전기 방지에도 효과적으로 사용할 수 있습니다.
- 투명성: 얇은 막은 투명하기 때문에 광학 렌즈 및 광학 장비에도 활용되고 있습니다.
** 현재 자동차 산업에서 DLC를 많이 사용하고 있습니다. 유럽 환경 규제 달성하고 마찰 감소와 내마모를 개선할 수 있기 때문입니다. 자동차의 수명을 느리고 연료 효율을 증대하고 CO2 배출 저감에 기여할 수 있습니다.
DLC 코팅의 박막은 보통 1~4um 정도 증착하여 사용하지만, 최대 10um 정도까지 증착하여 사용하는 곳도 있습니다. 적용하는 부품에 따라 두께 및 경도 스펙 설정하여 코팅하게 됩니다. DLC 코팅의 주요 스펙은 밀착력, 두께, 경도, 조도 등이 있습니다.
DLC 코팅 디자인
일반적으로 DLC는 금속 모재 위에 바로 코팅을 하지 않습니다. 카본계 코팅이 금속 바로 증착을 하면 밀착력이 좋지 않아 박리가 발생할 수 있습니다. 견고한 코팅을 위해 모재 위해 버퍼 층, 그리고 DLC 코팅을 증착하게 됩니다.
버퍼 물질은 주로, 크롬, 티타늄 또는 텅스텐을 사용하게 됩니다.
DLC 제조 공정
DLC는 PVD와 CVD 두가지 증착 코팅 방법으로 만들 수 있습니다. 세부적으로 들어가면 PVD 방식의 ARC와 Sputtering 방법, 그리고 PECVD 방식으로 제조가 가능합니다. 가격적인 이점 때문에 현재에는 PECVD 방식을 주로 활용하고 있습니다. 증착 종류와 DLC 코팅의 제조 방법인 Sputtering과 PECVD 공법에 대해서 자세히 알고 싶은 분들은 아래 포스팅 참고하시기 바랍니다.