DE10126118A1

DE10126118A1 - Modifizierter DLC-Schichtaufbau

Info

Publication number: DE10126118A1
Application number: DE2001126118
Authority: DE
Inventors: Reinhard Hoefer; Guenther Durst
Original assignee: Saxonia Umformtechnik GmbH
Current assignee: Saxonia Textile Parts GmbH
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2002-12-12
Also published as: EP1397526A2; WO2002097157A2; WO2002097157A3

Abstract

Verschleißteil mit einer aufgebrachten Hartstoffschicht bzw. Verfahren zur Herstellung eines solchen Verschleißteils, welches trotz einfachem und leicht herzustellendem Schichtaufbau eine gute Haftung und Verschleiß-Beständigkeit beibehält oder verbessert. Das Verschleißteil besteht aus einem Basismaterial und darauf aufgebrachter Hartstoffschicht, welche Kohlenstoff enthält, wobei das Basismaterial an Stelle von Kohlenstoff-Stahl hochlegierter Stahl, insbesondere hochlegierter Chromstahl, ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beschichten eines Basismaterials eines Verschleißteils mit einer Hartstoffschicht kennzeichnet sich dadurch, daß sich zwischen dem Basismaterial und der Hartstoffschicht eine Vermittlerschicht befindet, und daß die amorphen Kohlenstoff enthaltende Hartstoffschicht mittels eines CVD-Verfahrens und/oder mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht wird, insbesondere in der gleichen Reaktionskammer wie das spätere Aufbringen der Hartstoffschicht.

Description

I. Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verschleißteil, dessen Basismaterial mittels einer sehr dünnen Verschleißschicht, welche vernetzten amorphen (sp²-Bindunganteil) und/oder kristallinen (sp³-Bindunganteil) Kohlenstoff enthält, geschützt ist. Derarti ge Kohlenstoffschichten werden Diamond Like Carbon = DLC-Schicht oder Amor pheus Hydrogenetic Carbon = a-C:H-Schicht genannt.

II. Technischer Hintergrund

Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zum Beschichten des Basismaterials mit einer solchen Hartstoffschicht. Diese sehr dünnen, nur einige µm dicken Hartstoff schichten werden auf dem Basismaterial aus der Gas- bzw. Plasmaphase abge schieden, und zwar entweder mittels chemischer Verfahren (Chemical Vapour Deposition = CVD) oder mittels physikalischer Verfahren (Physical Vapour Depo sition = PVD), wobei die Abgrenzung zwischen den beiden Verfahrensgattungen teilweise schwierig ist.

CVD

Aus einem Gas werden Ionen durch energetische Anregung, z. B. mittels Hoch frequenz oder mittels Gleichspannung oder gepulster Spannung, erzeugt, die sich dann auf dem, auf Kathoden-Potential liegenden, Substrat abschneiden.

Neben dem thermischen CVD, bei der die Abscheidung der Gas-Ionen durch thermische Energie gefördert wird, spielt vor allem das plasma-enhanced CVD (PE-CVD) in der Praxis eine Rolle, bei der die Erzeugung von Ionen aus dem Gas mittels Energie-Einkopplung über Hochfrequenz (z. B. 13,56 MHz) oder über Mi krowellen-Frequenz in den (2,45 GHz) erfolgt.

PVD

Aus einem Target (Feststoff, in der Regel eine Platte z. B. aus Metall oder Nicht- Metall) werden Ionen herausgelöst mittels physikalischer Einflussnahme, z. B. Be schuss durch andere Ionen, die beispielsweise aus einem Edelgas, vorzugsweise einem schweren Edelgas, erzeugt wurden.

Diese physikalischen Verfahren (PVD) werden in der Regel nach ihren Methoden der Zerstäubung des Feststoffes eingeteilt.

Zu den konventionellen Zerstäubungsmethoden zählen neben der DC- Diodenzerstäubung, der Trioden-Zerstäubung und dem Ionen-Plattieren die

HF-Zerstäubung

Dabei wird die Ionisierung des Sputtergases durch Anlegen einer Hochfrequenz spannung von einigen kHz bis MHz, bei Me-a-C:H-Schichten insbesondere ge pulst im 85-250 kHz-Bereich, bewirkt. Die Hochfrequenz führende Spule kann innerhalb oder außerhalb der Entladungskammer angeordnet sein. In letzterem Fall werden die Ionen im Inneren der Kammer zusätzlich durch ein elektrisches Feld beschleunigt.

Auch dabei ist die Anordnung von Doppel-Kathoden bekannt.

Die auf dem Basismaterial aufzubringenden Schichten können dabei aus leiten dem oder auch nicht-leitendem Material bestehen.

Dabei ist es auch bekannt, in einer Vorstufe die Substrate lediglich zu erhitzen und durch Ionenbeschuß zu ätzen, also von Oxidschichten zu befreien, wobei der Beschuß durch Ionen eines inerten, schweren Sputtergases, meist einem Edel gas, erfolgt.

Bias-Zerstäubung

Hierbei wird das zu beschichtende Substrat im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren gegen Masse isoliert und ihm eine kleine negative Vorspannung von 50 bis 500 V gegenüber dem Plasma gegeben. Dadurch wird die wachsende Schicht ständig mit Sputtergas-Atomen beschossen und somit die aufwachsende Schicht von adsorbierten Gaspartikeln gereinigt.

Es ist auch das Kombinieren des Bias-Sputterns mit dem Alternating Current (AC)-Sputtern bekannt, bei welchem im Gegensatz zum DC-Sputtern die Anoden und Kathoden ständig wechseln und dadurch beide Elektroden gleichmäßig ab getragen werden.

Verschiebt man das Null-Potenzial in eine Richtung, so wird der Wechselspan nung eine Gleichspannung überlagert (Bias). Die Kathode wird stärker bombar diert als die Anode, sodass netto an der Anode ein Film aufwächst.

Weiterhin sind Kombinations-Verfahren aus CVD und PVD bekannt, z. B.

Reaktives Zerstäuben

Dabei kommt mindestens eine Komponente der auf dem Substrat aufzubringen den Schicht nicht vom Target sondern aus der Gasphase. Deshalb wird ein reakti ves Gas in die Reaktionskammer eingegeben, welches mit dem Targetmaterial bzw. den aus diesem ausgeschlagenen Atomen chemisch reagiert und sich dann als chemisches Produkt auf dem Substrat ablagert.

Die Reaktion kann dabei noch am Target stattfinden, dann wird das Reaktions produkt abgesputtert, oder erst auf dem Substrat selbst beim Ablagern.

Wenn der Druck in der Kammer hoch genug ist, kann die chemische Reaktion auch im Plasma stattfinden.

Auf diese Art und Weise können auch sehr komplizierte Verbindungen als Schichtaufbau abgelagert werden, indem z. B. metallene Targets verwendet und die restlichen Komponenten in der Gasphase vorgegeben werden. Vor allem Me tallcarbide, -nitride und -oxide werden auf diese Art und Weise abgeschieden.

Kathoden-Zerstäubung durch Magnetron-Sputtern

Dabei wird dem elektrischen Feld, welches bei der Kathoden-Zerstäubung erzeugt wird, ein Magnetfeld überlagert, beispielsweise indem hinter einer Kathodenplatte Permanentmagnete angeordnet werden.

Dadurch bewegen sich die Ladungsträger im Plasma nicht mehr im wesentlichen parallel zu den elektrischen Feldlinien sondern quer oder girlandenförmig oder helixförmig oder wendelförmig hierzu.

Aufgrund der resultierenden höheren Ladungsträger-Dichte wird die DC- Entladungsspannung auf 200 bis 600 V erniedrigt und die Targetbelastbarkeit kann gesteigert werden von beispielsweise 5 bis 10 W/cm² bei der Diodenzer stäubung auf 25 W/cm².

Dabei besteht eine der Hauptschwierigkeiten nicht in der prinzipiellen Erzeugung einer Hartstoffschicht mit der gewünschten Härte oder Materialzusammensetzung, sondern in der ausreichenden Haftung dieser Hartstoffschicht auf dem Basismate rial, was von der Art des Basismaterials ebenfalls stark beeinflußt wird.

In der Vergangenheit sind zu diesem Zweck unterschiedliche Schichtaufbauten mit einer oder mehren Zwischenschichten zwischen dem Basismaterial und der eigentlichen Hartstoffschicht vorgeschlagen wurden, um diese Haftungsprobleme zu lösen. Dabei wurde in der Vergangenheit für Faden-führende Elemente - bei einem metallischen Basismaterial - von Kohlenstoffstahl, also einem Stahl, der außer Kohlenstoff keine wesentlichen (über 1,0 Gewichts-Prozent) anderen Legie rung-Bestandteile aufweist, ausgegangen wegen dessen guter Umformbarkeit, niedrigem Preis, großem Angebot in unterschiedlichen Formen und Dimensionen, vielen zur Verfügung stehenden Legierungen, guten Feder-Eigenschaften, guter Härtbarkeit und guter galvanischer Beschichtbarkeit.

Dies war aus der Vergangenheit betrachtet auch nahe liegend, da bei bisherigen Metallteilen als Basis-Material immer Kohlenstoff-Stahl verwendet worden war.

Dennoch waren bisher für eine gute Haltbarkeit der Hartstoff-Schicht eine oder gar zwei Zwischen-Schichten als Vermittler-Schicht zwischen dem Basismaterial und der Hartstoff-Schicht notwendig, wobei insbesondere das Basismaterial vollstän dig beschichtet werden musste, da verbleibende freie Flächen Korrosions-anfällig waren, und damit auch die abdeckende Schicht, beispielsweise die Zwischen- Schicht, ebenfalls nicht Korrosions-anfällig sein durfte.

Ein weiterer Nachteil war die geringe Anlassbeständigkeit, die bei Anlassen auf 200 Grad Celsius bis 220 Grad Celsius nur eine Härte von 54 bis 56 HRC ergab.

Zusätzlichen war es mit den bisherigen Beschichtungsmethoden schwierig, kom plizierte Geometrien, beispielsweise Innen-Durchmesser und deren Kanten, gleichmäßig und lückenlos zu Beschichten.

III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verschleißteil mit einer aufgebrachten Hartstoffschicht bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verschleißteiles zu schaffen, welches trotz einfachem und leicht herzustellendem Schichtaufbau ihre gute Haftung und Verschleiß-Beständigkeit beibehält oder ver bessert.

b) Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es bestand bisher ein technisches Vorurteil bei der Beschichtung von Faden- führenden Elementen dergestalt, daß derartige DLC- bzw. a-C:H-Schichten für diesen Zweck nur auf Kohlenstoffstahl mit guter Haftung aufgebracht werden kön nen.

Erfindungsgemäß hat es sich jedoch gezeigt, daß dies auch auf wenigstens teil weise Korrosion-beständigen und/oder Säurebeständigen Stahl, insbesondere einem hochlegierten Stahl wie hochlegiertem Chromstahl, der wenigstens 10 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 12 Gew.-% Chrom enthält, möglich ist.

Insbesondere ist ein solches Aufbringen möglich auf Basismaterial der Stahlsor te 1.4110 nach DIN 17007 (= Legierung × 55 Cr Mo 14).

Als Basismaterial wird insbesondere ein solcher Stahl verwendet, der ein Anlas sen nach dem Härten bei einer Anlass-Temperatur von 500°Celsius nicht unter eine Härte von 54 HRC, insbesondere nicht unter eine Härte von 50 HRC, abfällt.

Die Beschichtung des Basismaterials, also entweder unmittelbar die Hartstoff schicht oder eine zwischen Basismaterial und Hartstoffschicht angeordnete, ins besondere einzige, Vermittlerschicht, befinden sich direkt auf der metallisch blan ken, nicht oxidierten Oberfläche des Basismaterials.

Falls eine solche Vermittlerschicht vorhanden ist, ist dies vorzugsweise nur eine einzige Schicht, welche insbesondere Silicium und/oder einen Carbid-Bildner (Ti, Cr, W, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo) enthält, insbesondere von 30 Gew.-% bis 100 Gew.- %, insbesondere mehrheitlich, insbesondere bei einem Metall-Carbid in den Sub strat-nahen Bereichen, enthält. Diese Zwischenschicht ist dann ebenfalls mittels CVD oder PVD, jedenfalls mittels Abscheidung aus der Gas- oder Plasmaphase oder durch Sputtern, aufgebracht, und nicht galvanisch mittels chemischer oder elektrolytischer Abscheidung, also mittels Naßplattieren.

Die Vermittlerschicht enthält dabei entweder Silicium, insbesondere SiliziumCar bid, oder ein reines Metall, insbesondere ein Metall-Carbid.

Die Hartstoffschicht selbst besteht zu wenigstens 30 Gewichtsprozent, insbeson dere mehrheitlich aus Kohlenstoff oder einem Gemisch von Nichtmetall-Kompo nenten (Si, F, O, N, Br, Cl) und Kohlenstoff. Sie kann darüber hinaus Metallionen (Ti, Cr, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo) enthalten, insbesondere in einem Umfang von 5 bis 40 Gew.-%, insbesondere von 10 bis 30 Gew.-%, insbesondere von 15 bis 25 Gew.-% am Gesamtgewicht der Hartstoffschicht.

Die Hartstoffschicht besitzt dabei eine Dicke von 1 bis 10 µm, insbesondere von 2 bis 4 µm, während eine Vermittlerschicht - sofern vorhanden - eine Dicke von maximal 1 µm insbesondere maximal 200 nm beträgt und im Idealfall so dünn wie möglich ausgebildet ist.

Desweiteren soll die Außenseite des fertig beschichteten Verschleißteiles wenig stens über einen Teil der Oberfläche eine helle Farbe aufweisen, insbesondere metallisch glänzend sein.

Dies kann durch eine zusätzliche Deckschicht auf der Hartstoffschicht erreicht werden, oder dadurch, daß die Hartstoffschicht, wenigstens in ihrem äußersten Bereich, eine solche helle Farbe bzw. metallisches Glänzen aufweist. Die Hartstoffschicht kann neben Kohlenstoff und Wasserstoff statt Metallionen auch Nichtmetall-Ionen enthalten.

Ein Silicium-Anteil, insbesondere von 10 Gew.-% bis 30 Gew.-%, insbesondere in Form von Siliciumcarbid oder Siliciumoxid, erhöht die Temperaturbeständigkeit.

Andere eingelagerte Metall- und/oder nicht Metall-Ionen beeinflussen die Farbe, den Reibungskoeffizienten, das Benetzungsverhalten, die Eigen-Spannung, die elektrische Leitfähigkeit, die Temperatur-Beständigkeit oder auch die Transpa renz.

Deshalb ist es möglich, die Deckschicht nicht als separate Schicht auf der Hart stoffschicht auszubilden, sondern im Verlauf des Aufbaus der Hartstoffschicht die Zudotierung in Richtung solcher Ionen zu verändern, die die gewünschte Farbwir kung, also auch Aufhellung, ergeben.

Dabei kommt insbesondere das HF-Kathoden-Zerstäuben durch Magnetron- Sputtern in die engere Wahl, mit dessen Hilfe Metalle einfach und kostengünstig aufgebracht werden können, die die gewünschte helle Farbe und gar den metalli schen Glanz aufweisen.

Eine solche äußere Deck-Schicht kann insbesondere auch z. B. galvanisch, durch Nasspattieren, aufgebracht werden und insbesondere aus Nickel bestehen.

Darüber hinaus sind auch die Vermittlerschicht und die Hartstoffschicht nicht un bedingt als exakt voneinander abgegrenzte Schicht zu betrachten, sondern durch Veränderung der Prozessparameter beim Ablagern der Schicht auf dem Substrat, insbesondere Art und Zusammensetzung der Gasfüllung in der Reaktionskammer, kann ein gradueller, fließender Übergang zwischen Vermittlerschicht und Hart stoffschicht, und ebenso zwischen Hartstoffschicht und Deckschicht erreicht wer den. Deshalb ist auch die Einstufung der Deckschicht als separate Schicht oder als gradueller Übergang innerhalb der Hartstoffschicht als gleichwertig zu be trachten.

Bei der Vorgehensweise zum Aufbringen der Beschichtung besteht das Hauptau genmerk darin, im Sinne einer kostengünstigen Aufbringung die Aufbringung auch unterschiedlicher Schichten möglichst mit der gleichen Anlage, insbesondere in ein und derselben Reaktionskammer, durchführen zu können.

Hierfür werden in der Regel zwei Methoden, die des reaktiven HF-Kathoden- Zerstäubens durch Magnetron-Sputtern in Kombination mit dem HF-PE-CVD- Verfahren (Plasma-unterstütztes CVD unter Hochfrequenz) angewandt.

Vor allem das Reinigen der Oberfläche des Basismaterials bis zum metallisch blankem Zustand, also insbesondere von einer eventuell vorhandenen Oxid schicht oder anderen Verschmutzungen, soll ebenfalls mit der gleichen Anlage und insbesondere in der gleichen Reaktionskammer durchgeführt werden, um den Prozess schnell und kostengünstig ablaufen zu lassen.

Dies wird erreicht, indem die Oberfläche des Basismaterials als ersten Schritt io nengeätzt wird, indem ein Beschuss der Oberfläche des Basismaterials mit Ionen bzw. Atomen eines schweren, reaktionsarmen Gases oder Plasmas, insbesonde re eines Edelgases, ausgesetzt wird, und zwar unter Sauerstoffabschluß. An schließend wird vorzugsweise unmittelbar zum Schichtaufbau übergegangen, in dem beispielsweise das Gas in der Reaktionskammer geändert wird, was insbe sondere wiederum in einem fließenden Übergang geschieht.

Sofern nicht direkt die Hartstoffschicht sondern zuvor eine Vermittlerschicht auf gebracht wird, kann beim Aufbringen von Vermittlerschicht und Hartstoffschicht durchaus zwischen einem CVD-Verfahren und einem PVD-Verfahren gewechselt, auch mehrfach gewechselt, werden.

Gleiches gilt für das Wechseln von der Hartstoffschicht auf die äußere Deck schicht.

Vorzugsweise wird der gesamte Prozess, also von der Reinigung der Oberfläche des Basismateriales bis zum Aufbringen der Deckschicht einschließlich, in ein und derselben Reaktionskammer in einem nicht unterbrochenen Prozess mit fließen dem Wechsel der Prozessgase und fließender Änderung der sonstigen Prozess paramter durchgeführt, wobei durchgängig unter Luftabschluß, vor allem unter Sauerstoffabschluß, gearbeitet wird und/oder bei Unterdruck.

c) Ausführungsbeispiele

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schichtaufbau und

Fig. 2 eine Verfahrens-Apparatur.

Fig. 1 zeigt ein fertig beschichtetes Verschleißteil in Querschnittsdarstellung stark vergrößert.

Auf der Außenfläche des Basismaterials 1 ist eine Vermittlerschicht 52 mit einer Dicke von 500 nm aufgebracht, und auf dieser eine Hartstoffschicht von 3,5 µm. Im Außenbereich dieser Hartstoffschicht ist diese zur Deckschicht 54 ausgebildet mit einer Dicke von wiederum 500 nm. Das Basismaterial 51 ist ein Rost- und Säurebeständiger Stahl der Sorte 1.4110 nach DIN 17007 (= X55CrMo14).

Die Vermittlerschicht 52 besteht aus Siliciumcarbid ().

Die Hartstoffschicht 53 besteht - ausgenommen der Deckschicht (°) 54 - aus hochvernetztem amorphen Kohlenstoff (°), Wasserstoff und Silicium im Gewichts verhältnis von 70% zu 20% zu 10%.

In der Deckschicht 54 ist das Silizium und/oder der Wasserstoff und/oder der Kohlenstoff durch Metallionen (X) ersetzt.

Fig. 2 zeigt eine Beschichtungsanlage im Schnitt in einer Prinzipdarstellung.

In einer Beschichtungskammer, der sogenannten Plasmakammer 1, ist auf der Hauptebene 23, die gleichzeitig Längsmittelebene der Plasmakammer 1 und Symmetrieebene bezüglich der später beschriebenen Magnetron-Kathoden ist, ein plattenförmiger, in Richtung der Hauptebene 23 beweglicher, elektrisch iso lierter Substrathalter 12 angeordnet.

Die Plasmakammer 1 verfügt über einen Saugstutzen 21, an den eine Vakuum pumpe 11 angeschlossen ist, die die Plasmakammer 1 evakuieren kann sowie weiterhin über einen Gaseinlaß, der mittels eines Ventiles 13 absperrbar ist. Au ßerhalb des Ventiles 13 verzweigt sich der Gaseinlaß in mehrere, insbesondere drei, Arme, die jeweils von einem Einlaßventil 14, 15, 16 verschlossen werden können, und über die unterschiedliche Gase in die Plasmakammer 1 eingeleitet werden können.

Aufgrund der Regelbarkeit wenigstens der Ventile 14-16 der einzelnen Zweige, insbesondere auch des Ventils 13, kann die gewünschte Zusammensetzung und Mengendurchsatz an Gasen eingestellt werden.

Auf dem Substrathalter 12 sind - vorzugsweise beidseits - die in der Figur nicht dargestellten Verschleißteile zum Beschichten befestigt. Der elektrisch isolierte Substrathalter 12 ist mit Leitungen über eine Matchbox 17 an einen regelbaren Hochfrequenzgenerator 18 angeschlossen. Durch den Hochfrequenzgenerator 18 ist es möglich, auch elektrisch nicht leitende Schichten abzuscheiden, sowie elek trisch nicht leitende Substrate zu beschichten.

Dabei dient die Matchbox 17 dazu, die vom HF-Generator abgegebene Leistung optimal in das Plasma einzukoppeln.

Beidseits des Substrathalters 12 ist jeweils eine vorzugsweise ebene Magnetron- Kathode 7, 22 nahe der Außenwände der Plasmakammer 1 als sogenannte Dop pelkathodenanordnung positioniert, gegenüber denen der Substrathalter 12 und vor allem die darauf befestigten, nicht dargestellten Substrate, angeordnet sind.

Die Magnetron-Kathoden 7, 22 sind identisch aufgebaut wie folgt:
Auf der dem Substrathalter 12 zugewandten Seite ist ein plattenförmiges Target 8 vorhanden, auf dessen Rückseite möglichst großflächig ein Kühlsystem 6 aufliegt. Das Kühlsystem 6 dient zur Ableitung der beim Sputtern im Target 8 entstehen den Wärme, und besteht aus einem nicht magnetisierbaren Material, beispiels weise in Hohlprofilform, welches vorzugsweise von einer Kühlflüssigkeit durch strömt wird.

Auf der Rückseite des Kühlsystems ist eine Magnetanordnung angeordnet, be stehend aus einzelnen Permanentmagneten 2, 3, 4, deren Polrichtung (vom Nord- zum Südpol) innerhalb dieser Magnete 2, 3, 4 quer zur Ebene des Targets 8 ver läuft.

Die in Richtung der Hauptebene 23 beabstandeten Magnete 2, 3, 4 weisen zuein ander umgekehrte Polanordnungen auf, so daß sich ein elektrischer Fluß von den dem Substrathalter zugewandten Ende der Magnete 2, 3, 4 aus zum jeweils be nachbarten Magneten in Form eines Halbkreises bzw. einer Halbellipse ergibt.

Auf der vom Target 8 abgewandten Rückseite sind die Magnete 2, 3, 4 dagegen durch eine auf die Rückseite der Magnete aufgelegte Verbundplatte, die als Flußleitstück 5 dient, verbunden, so daß über die Verbundplatte 5 der magneti sche Fluß auf der Rückseite der Magnete stattfindet.

Das Target 8 ist über eine Matchbox 9, die den gleichen Zweck erfüllt wie die Matchbox 17 beim Substrathalter 12, mit einem Hochfrequenzgenerator 10 ver bunden, oder auch mit einem Pulsgenerator oder einer Gleichspannungsquelle.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Plasmakammer

2

,

3

,

4

Magnete

5

Flußleitstück

6

Kühlsystem

7

,

22

Magnetron-Kathode

8

Target

11

Vakuumpumpe

12

Substrathalter

13

Ventil

14-16

Einlaß-Ventile

17

Matchbox

18

Hochfrequenzgenerator

21

Saugstutzen

23

Hauptebene

51

Basismaterial

52

Vermittlerschicht

53

Hartstoffschicht

54

Deckschicht

Claims

1. Verschleißteil aus einem Basismaterial (51) und darauf aufgebrachter Hart stoffschicht (53), welche Kohlenstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial (51) an Stelle von Kohlenstoff-Stahl hochlegierter Stahl, insbe sondere hochlegierter Chromstahl, ist.

2. Verschleißteil aus einem Basismaterial (51) und darauf aufgebrachter Hart stoffschicht (53), welche amorphen Kohlenstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Basismaterial (51) und der Hartstoffschicht (53) eine, insbe sondere einzige, Vermittlerschicht (52) befindet.

3. Verschleißteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlerschicht (52) bis zu 30 Gew.-%; insbesondere zu mehr als 10 Gew.- %, Silicium und/oder bis zu 100-Gewichts-% einen Carbid-Bildner (Ti, Cr, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo) enthält.

4. Verschleißteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlerschicht (52) in den Substrat-nahen Bereichen, insbesondere bei ei nem Metall-Carbid in der Vermittlerschicht, wobei zwischen der Vermittlerschicht (52) und dem Basismaterial (51) keine Schicht mittels Naßplatieren aufgebracht ist.

5. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hochlegierte Stahl 10 bis 20 Gew.-%, insbesondere 12 bis 17,5 Gewichts- Prozent, Chrom enthält.

6. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial (51) so anlaßbeständig ist, dass es beim Anlassen auf eine Temperatur von 500 Grad Celsius in seiner Härte auf nicht weiter als 50 HRC (Härte nach der Rockwell-Skala), insbesondere nicht weiter als auf 54 HRC, zu rückfällt.

7. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlerschicht (52) und/oder die Hartstoffschicht (3) direkt auf einer metal lisch blanken, nicht oxydierten, Oberfläche des Basismaterials (51) angeordnet ist.

8. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlerschicht (52) Silicium in Verbindung mit Kohlenstoff, insbesondere als Siliciumcarbid SiC, enthält.

9. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlerschicht (52) Metall-Ionen, ggfs mit Kohlenstoff, insbesondere als Metall-Carbide, enthält.

10. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (53) unmittelbar auf der Vermittlerschicht (52) aufgebracht ist.

11. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (53) neben amorphem Kohlenstoff Metallionen enthält, insbe sondere mehr als 20 Gew.-%, insbesondere mehrheitlich, enthält.

12. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (53) neben amorphem Kohlenstoff Nichtmetall-Ionen, insbe sondere bis zu 10 Gew.-%, insbesondere bis zum 30 Gew.-% der Hartstoffschicht (53) enthält.

13. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschleißteil wenigstens über einen Teil seiner Oberfläche als äußerste Schicht eine Deckschicht (54) von heller Farbe, insbesondere metallisch glän zend, aufweist.

14. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Deckschicht (54) maximal 2 µm, insbesondere maximal 500 nm be trägt und insbesondere die Deckschicht aus Metall besteht.

15. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlerschicht (52) eine Dicke von maximal 1 µm, insbesondere maximal 200 nm beträgt und insbesondere so dünn wie möglich ist.

16. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (53) eine Dicke von 1 bis 10 µm, insbesondere von 2 bis 4 µm aufweist.

17. Verschleißteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (53) auf der Außenseite als Deckschicht (54) einen metalli schen Glanz aufweist, was insbesondere durch Einlagern von Metallen in den äu ßeren Bereichen der Hartstoffschicht (53) bewirkt wird.

18. Verfahren zum Beschichten eines Basismaterials (51) eines Verschleißteils mit einer Hartstoffschicht (53), wobei sich zwischen dem Basismaterial (51) und der Hartstoffschicht (53) eine Vermittlerschicht (52) befindet, und wobei die amor phen Kohlenstoff enthaltende Hartstoffschicht (53) mittels eines CVD-Verfahrens und/oder mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das vorherige Aufbringen der Vermittlerschicht (52) auf dem Basismaterial (51) mittels CVD oder mittels PVD, insbesondere jedoch in der gleichen Reaktions kammer wie das späteres Aufbringen der Hartstoffschicht (53) erfolgt.

19. Verfahren nach einem der vorgehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Vermittlerschicht (52) ebenso wie das Aufbringen der Hart stoffschicht (53) erfolgt, insbesondere durch Abscheidung aus Kohlenstoff ent haltenden Gasen.

20. Verfahren nach einem der vorgehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Vermittlerschicht (52) mittels des gleichen Verfahrens wie das Aufbringen der Hartstoffschicht (53) erfolgt.

21. Verfahren nach einem der vorgehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Vermittlerschicht (52) durch Sputtern, insbesondere Metall- Sputtern, mittels PVD erfolgt mitanschließendem Übergang zur Abscheidung von Metall-Carbiden durch reaktives Sputtern, und die Hartstoffschicht (53) mittels Plasma-unterstütztem CVD, insbesondere unter Hochfrequenz, aufgebracht wird.

22. Verfahren nach einem der vorgehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Vermittlerschicht (52) auf dem Basismaterial (51) die Oberfläche des Basismaterials (51) von einer ggf. vorhandenen Oxidschicht ge reinigt, insbesondere durch Beschießen mit ionisierten Atomen eines schweren Edelgases gereinigt wird, und bis zum Aufbringen der ersten Schicht unter Luftab schluß verbleibt.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der Oberfläche des Basismaterials von Oxydschichten in der Reak tionskammer erfolgt, in der anschließend wenigstens das Aufbringen der Hart stoffschicht (53), insbesondere auch das Aufbringen der Vermittlerschicht (52), erfolgt.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen einer Deckschicht (54) als letzte Schicht, insbesondere einer Me tallschicht, in der gleichen Reaktionskammer wie das Aufbringen der Vermittler schicht und der Hartstoffschicht erfolgt.

25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen einer Deckschicht (54) als letzte Schicht mittels Nassplattieren, insbesondere mittels galvanischer Abscheidung, geschieht.

26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen aller Schichten auf dem Basismaterial (51) nacheinander in der selben Reaktionskammer in einem nicht unterbrochenen Prozeß mit fließendem Wechsel des Prozeßgases erfolgt.