Development and applications of protective DLC-based coatings in tooling industry
Rozwój i zastosowania powłok ochronnych z warstwą DLC w przemyśle narzędziowym *
Mechanik nr 04/2026 - Obróbka skrawaniem
ABSTRACT: The article presents the state-of-the-art of the classification and fabrication methods of multilayer DLC-based coatings, as well as methods for tailoring specific physico-chemical, mechanical and tribological properties, e.g. through modification of their chemical composition and doping. The main techniques for deposition of DLC layers are discussed, with particular emphasis on the effect of process parameters on the composition, structure (sp²/sp³ bonding ratio), and internal stresses within the coatings. The paper presents extensive research results on the mechanical, tribological, and functional properties of DLC coatings under various operating conditions. Current and potential applications in various sectors of tooling industries, such as machining, metal forming, and pressure die-casting, are discussed. A substantial portion of the article is devoted to the use of multilayer, e.g. TiAlN/DLC coated cutting tools in the machining of different work materials. The article highlights the main technological limitations and the resulting directions for further development.
KEYWORDS: DLC-based coatings, deposition methods, tribological properties, tooling applications
STRESZCZENIE: Artykuł przedstawia aktualny stan wiedzy dotyczący klasyfikacji i metod wytwarzania powłok z warstwą DLC oraz sposobów uzyskania specyficznych właściwości fizykochemicznych, mechanicznych i tribologicznych, m.in. przez modyfikację składu chemicznego i domieszkowanie. Omówiono główne techniki osadzania warstw DLC ze szczególnym uwzględnieniem wpływu parametrów procesów na skład, strukturę (stosunek wiązań sp²/sp³) oraz naprężenia wewnętrzne powłok. W pracy przedstawiono obszerne wyniki badań dotyczące właściwości mechanicznych, tribologicznych i funkcjonalnych powłok z warstwą DLC w różnych warunkach eksploatacji. Omówiono aktualne i potencjalne zastosowania w różnych działach przemysłu nnarzędziowego, takich jak skrawanie, obróbka plastyczna i odlewanie ciśnieniowe. Obszerną część artykułu poświęcono zastosowaniu powłok wielowarstwowych, np. typu TiAlN/DLC, w skrawaniu różnych materiałów. W artykule wyszczególniono główne ograniczenia technologiczne oraz wynikające z nich kierunki dalszych badań rozwojowych.
SŁOWA KLUCZOWE: powłoki DLC, metody nakładania, właściwości tribologiczne, zastosowania narzędziowe
BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:
[1] Madej M., Ozimina D., Pająk M., Właściwości powłok węglowych uzyskiwanych w procesach fizycznego osadzania z fazy gazowej, Mechanik 4 (2015) 151-156. Joanna Małecka ORCID ID : 0000-0003-0974-9328
[2] Luo J., Liu M., Ma L., Origin of friction and the new frictionless technology-Superlubricity, Nano Energy 86/2 (2021) 10692
[3] Robertson J., Diamond-like amorphous carbon, Materials Science and Engineering R 37/4–6 (2002) 127–281
[4] Donnet C., Erdemir A., Tribology of Diamond-Like Carbon Films, Springer (2008)
[5] Feng X., Xia Y., Tribological properties of Ti-doped DLC coatings under ionic liquids lubricated conditions, Applied Surface Science 258 (2012) 2433–2438
[6] Musil J., Hard nanocomposite coatings: Thermal stability, oxidation resistance and toughness, Surface and Coatings Technology 207 (2012) 50–65
[7] Sánchez-López J.C., Fernández A., Doping and alloying effects on DLC coatings (Chapter), Tribology of Diamond-Like Carbon Films, Fundamentals and Applications, Springer (2008), https://link.springer.com/book/10.1007/978-0-387-49891-1
[8] Chi-Lung Chang, Jui-Yun Jao, Tang-Chun Chang, Wei-Yu Ho, Structural characterization of TiAl-doped DLC Coatings by Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, Ming Dao Journal 1(1) 115–124 (2005), Ming Dao University
[9] Shtansky D.V., Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Bashkova I.A., Sheveiko A.N., Levashov E.A., Multicomponent nanostructured films for tribological applications, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 28/1 (2010) 32–39
[10] Chen J., Yanqiu X., Yichao H., Bu H., Tribological performance of Ag coating under boundary lubrication, Tribology International 110 (2017) 161–172
[11] Grzesik W., Advanced protective coatings for manufacturing and engineering, Hanser Gardner Publications (2003), Cincinnati
[12] Grzesik W., Podstawy skrawania materiałów konstrukcyjnych, PWN (2018), Warszawa
[13] Haneef M., Evaristo M., Morina A., Yang L., Trindade B., New nanoscale multilayer magnetron sputtered Ti-DLC/DLC coatings with improved mechanical properties, Surface & Coatings Technology 480 (2024) 130595, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.130595
[14] Ibrahim M.S., Sulaiman M.H., Samin R., Yaakob Y., Kamiz S.L., Ridzuan M.J.M., Pauzi A.A., Sukindar N.A., Bienk K., Tool wear of DLC coating as top layer to CrN, TiAlSN, TiAlN coatings in machining of steel and aluminium alloys, Wear, 558–559 (2024), 205574, https://doi,org/10.1016/j.wear.2024.205574
[15] Sebbe N., Freitas F., Silva F., Casais R., Martinho R., Magalhães L., Alexandre R., Sales-Contini R., Characterization and wear behaviour of TiAlN/DLC coating deposited on cutting tools for milling AMPCOLOY® 83, November 2025, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, DOI: 10.1007/s00170-025-16955-0
[16] Wang Ch., Wang X., Sun F., Tribological behavior and cutting performance of monolayer, bilayer and multilayer diamond coated milling tools in machining of zirconia ceramics, Surface and Coatings Technology, Volume 353, 15 November 2018 49–57, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.08.074
[17] Chang Ch.L., Jao J.Y., Ho W.Y., Wang D.Y., Characteristics of TiAl-Doped DLC/TiAlN/TiN Multilayered Coatings Synthesized by Cathodic Arc Evaporation, Solid State Phenomena, Vol. 118 247–256, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.118.247
[18] Ucun I., Aslantas K., Bedir F., The performance of DLC-coated and uncoated ultra-fine carbide tools in micromilling of Inconel 718, Precision Engineering, Volume 41, July 2015 135–144, https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2015.01.002Get rights and content
[19] Zhao G., Li Z., Hu M., Li L., He N., Jamil M., Fabrication and performance of CVD diamond cutting tool in micro milling of oxygen-free copper, Diamond and Related Materials, Vol. 100, December 2019, 107589, https://doi.org/10.1016/j.diamond.2019.107589
[20] Wang H., Yang J., Sun F., Cutting performances of MCD, SMCD, NCD and MCD/NCD coated tools in high-speed milling of hot bending graphite molds, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 276, February 2020, 116401, https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116401
[21] Grzesik W., Wizje i strategie wytwarzania. Cz. I, Mechanik, 2010, nr 3 145–148
[22] Silva F.J.G., Martinho R.P., Baptista A.P.M., Characterization of laboratory and industrial CrN/CrCN/diamond-like carbon coatings, Thin Solid Films, Vol. 550, 1 January 2014 278–284, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.11.042
[23] Dubar M., Dubois M., Dubar L., Wear analysis of tools in cold forging: PVD versus CVD coatings, Wear 259 (2005) 1109–1116
[24] Chayeuski V., Zhylinski V., Kazachenko V., Tarasevich A., Taleb A., Structural and Mechanical Properties of DLC/TiN Coatings on Carbide for Wood-Cutting Applications, MDPI, Coatings 2023, 13, 1192, https://doi.org/10.3390/coatings13071192
DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2026.4.6
* Artykuł recenzowany





















