DE102008022039A1 - Wear-resistant coating of amorphous carbon, is deposited in layers with varying oxygen content to control hardness, friction and wear rate - Google Patents

Wear-resistant coating of amorphous carbon, is deposited in layers with varying oxygen content to control hardness, friction and wear rate Download PDF

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Abstract

The coating includes at least locally, 0.5 at% of oxygen or more. The maximum oxygen content is 25 at%. There are several layers in the coating, one above the other, each differing in oxygen content. At least one layer contains no oxygen. Moving outward, the oxygen content increases in successive layers, or at least the outer surface layer contains oxygen. From the surface of the object to the surface of the coating, the proportion of oxygen in the coating varies continuously. It is greatest at the surface of the coating. The amorphous carbon is a: ta-C:O, a-C:O or a-C:H:O. At least one further chemical element is doped into the amorphous carbon. The method of layer formation is chemical- or plasma vapor deposition using graphite and/or at least one hydrocarbon compound as the source of carbon. At least for an interval, pure oxygen, an oxygen-containing gas or gas mixture is supplied into the layer-formation zone. This incorporates oxygen in the amorphous carbon. Optionally carbon monoxide, carbon dioxide or a mixture containing at least one of these gases is supplied. The gas partial pressure, composition and/or volumetric flowrate are adjusted to vary the proportion of oxygen in the coating; optionally with local differentiation. An independent claim IS INCLUDED FOR the method of forming the layer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschleißschutzbeschichtung, die auf Oberflächen von auf Reibung und Verschleiß beanspruchten Bauteilen aufgebracht werden kann sowie Verfahren zur Ausbildung solcher Beschichtungen. Dabei können auch Werkzeuge, als mögliche Beispiele für bei der Erfindung einsetzbare Bauteile mit einer Verschleißschutzbeschichtung versehen werden. Die erfindungsgemäße Verschleißschutzbeschichtung ist als wesentlicher Bestandteil mit amorphem Kohlenstoff, der häufig auch als diamantähnlicher Kohlenstoff bezeichnet wird, gebildet, der in den verschiedensten an sich bekannten Modifikationen, d. h. amorph und mit einer Mischung von Diamantbindungen (sp3-Hybridisierung) und Graphitbindungen (sp2-Hybridisierung), z. B. als tetraedisch gebundener Kohlenstoff (ta-C) vorliegen kann.The invention relates to a wear protection coating which can be applied to surfaces of components subject to friction and wear and to processes for the formation of such coatings. In this case, tools, as possible examples of usable in the invention components can be provided with a wear protection coating. The wear protection coating according to the invention is formed as an essential component with amorphous carbon, which is often referred to as diamond-like carbon, which in various known per se modifications, ie amorphous and with a mixture of diamond bonds (sp 3 hybridization) and graphite bonds (sp 2 Hybridization), e.g. B. may be present as tetrahedral bound carbon (ta-C).

Oberflächen von Bauteilen, die beispielsweise beim Einsatz in Kontakt mit einem Gegenkörper gelangen und dabei mechanisch beansprucht werden, sind häufig mit Verschleißschutzbeschichtungen an ihren kritischen Oberflächen versehen worden. Hierfür werden neben den klassischen mit Hartstoffen gebildeten Beschichtungen auch solche, die mit diamatähnlichem Kohlenstoff DLC gebildet sind, eingesetzt. Es ist dabei bekannt, dass solche Beschichtungen die Gleiteigenschaften insbesondere bei Misch- und Trockenreibungsbedingungen verbessern und so der Verschleiß und der Reibkoeffizient verringert werden kann.surfaces of components that, for example, when used in contact with a Reach the opposite body and thereby become mechanically stressed, are often on with wear protection coatings their critical surfaces have been provided. Therefor Beyond the classic hard coatings even those formed with diamond-like carbon DLC are used. It is known that such coatings the sliding properties, especially at mixed and dry friction conditions improve and so reduces wear and friction coefficient can be.

Dabei werden Beschichtungen eingesetzt in denen neben Kohlenstoff meist herstellungsbedingt noch Wasserstoff enthalten ist. DLC-Schichten werden z. T. auch gezielt mit zusätzlichen Dotierungselementen, wie z. B. W, Cr oder Si hergestellt.there Coatings are usually used in addition to carbon production-related hydrogen is still included. DLC coatings be z. T. also specifically with additional doping elements, such as For example, W, Cr or Si.

Dabei ist häufig eine hohe Härte der Beschichtung gewünscht. Es hat sich aber gezeigt, dass unter tribologischem Aspekt und für eine Verschleißreduzierung beider Tribopartner eine hohe Härte nicht der alleinige vorteilhafte Parameter ist. Bei Kontakt der Oberflächen der Beschichtung und eines Gegenkörpers kommt es zu einem Werkstoffübertrag aus der Kohlenstoffschicht, die zur Bildung einer Transferschicht führt, wodurch die Gleiteigenschaften verbessert und der Reibungskoeffizient reduziert werden können. Die Art und Ausprägung der Transferschicht wird von den in den DLC-Schichten enthaltenen Dotierungselementen maßgeblich beeinflusst.there Often a high hardness of the coating is desired. However, it has been shown that from a tribological point of view and for a reduction in wear of both Tribopartner a high Hardness is not the sole beneficial parameter. at Contact of the surfaces of the coating and a counter body is there a material transfer from the carbon layer, which leads to the formation of a transfer layer, whereby the Sliding properties improved and the friction coefficient can be reduced can. The nature and characteristics of the transfer layer is from the doping elements contained in the DLC layers significantly influenced.

Bei einem Einsatz unter Vakuumbedingungen konnte die vorteilhafte Wirkung von DLC-Schichten nicht mehr festgestellt werden und der Reibungskoeffizient sowie der aufgetretene Verschleiß erhöhten sich erheblich.at a use under vacuum conditions could the beneficial effect of DLC layers can no longer be determined and the coefficient of friction as well as the occurred wear increased considerably.

Ausnahmen stellten lediglich Verschleißschutzbeschichtungen aus amorphem Kohlenstoff mit einem sehr hohen Wasserstoffanteil ( US 6,548,173 ) dar. Solche Beschichtungen sind aber eher polymerartig und weisen aus diesem Grunde auch eine geringe Härte auf, was wiederum eine geringere Verschleißfestigkeit hervorruft und die mechanische Festigkeit verringert. Ihre Resistenz gegenüber Abrasivverschleiß ist unbefriedigend. Diese Nachteile treffen auf alle Einsatzbedingungen zu.Exceptions were only wear protection coatings made of amorphous carbon with a very high hydrogen content ( US 6,548,173 However, such coatings are rather polymer-like and therefore also have a low hardness, which in turn causes less wear resistance and reduces the mechanical strength. Their resistance to abrasive wear is unsatisfactory. These disadvantages apply to all conditions of use.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Verschleißschutzbeschichtung für Bauteile zur Verfügung zu stellen, die unter allen Einsatzbedingungen ein verbessertes Verschleiß- und Reibverhalten aufweisen.It is therefore an object of the invention is a wear protection coating to provide for components under all conditions of use improved wear and tear Have friction behavior.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Verschleißschutzbeschichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Sie kann mit einem Verfahren nach Anspruch 10 ausgebildet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen erreicht werden.According to the invention solved this problem with a wear protection coating, having the features of claim 1. She can with a procedure be formed according to claim 10. Advantageous embodiments and further developments of the invention can with in subordinate Claims mentioned characteristics can be achieved.

Die erfindungsgemäße Verschleißschutzbeschichtung ist dabei mit amorphem Kohlenstoff gebildet, enthält aber zumindest in Bereichen der Beschichtung Sauerstoff mit einem Mindestanteil von 0,5 at-%. Die Ausbildung der Beschichtung mit dem amorphen Kohlenstoff kann dabei mit allen gängigen und geeigneten Verfahren zur Abscheidung von amorphen Kohlenstoffschichten im Vakuum erfolgen. So kann z. B. mit PECVD-, PACVD-, verschiedenen Vakuumbogenverfahren, Magnetron- oder Ho chimpulssputtern gearbeitet werden.The Wear protection coating according to the invention is formed with amorphous carbon, but contains at least in areas of the coating oxygen with a minimum proportion of 0.5 at%. The formation of the coating with the amorphous carbon can do this with all common and suitable procedures for the deposition of amorphous carbon layers in a vacuum. So can z. With PECVD, PACVD, various vacuum arc processes, Magnetron or Ho chimpulssputtern be worked.

Die Struktur des amorphen Kohlenstoffs kann unterschiedliche Verhältnisse an sp2- und sp3-Phase aufweisen.The structure of the amorphous carbon may have different sp 2 and sp 3 phase relationships.

Der maximale Anteil an in der Beschichtung enthaltenen Sauerstoff sollte 25 at-% betragen.Of the maximum proportion of oxygen contained in the coating should 25 at-%.

Eine erfindungsgemäße Verschleißschutzbeschichtung kann vollständig homogen ausgebildet werden, also der Beschichtungswerkstoff an jeder Position eine gleiche Konsistenz aufweisen.A Wear protection coating according to the invention can be formed completely homogeneous, so the coating material have the same consistency at every position.

Vorteilhaft kann es aber auch sein, einen Mehrlagenaufbau oder einen gradierten Aufbau einer erfindungsgemäßen Verschleißschutzbeschichtung zu wählen, wobei dann unterschiedliche Sauerstoffanteile lokal differenziert vorliegen können.Advantageous but it can also be a multilayer structure or a graded Construction of a wear protection coating according to the invention choose, then different oxygen shares locally can be differentiated.

So können in übereinander ausgebildeten einzelnen Lagen einer Beschichtung unterschiedliche Anteile an Sauerstoff oder auch mindestens eine Lage, die frei von Sauerstoff ist, vorhanden sein.So can be in superimposed individual Layers of a coating different proportions of oxygen or at least one layer that is free of oxygen present be.

In diesen Fällen sollte der Sauerstoffanteil ausgehend von der Oberfläche des Bauteils bis hin zur Oberfläche in den einzelnen Lagen sukzessive ansteigen bzw. zumindest in der die Oberfläche der Beschichtung bildenden Lage Sauerstoff enthalten sein.In these cases, the oxygen content should be starting from the surface of the component up to the surface in the individual layers successively increase or at least be contained in the surface of the coating forming layer of oxygen.

Ähnlich kann eine Beschichtung ausgebildet werden, in der der Sauerstoffanteil innerhalb der Beschichtung variiert. Hier ist es besonders günstig den Sauerstoffanteil ebenfalls ausgehend von der Oberfläche des Bauteils, auf der die Beschichtung ausgebildet ist, bis hin zur Oberfläche der Beschichtung ansteigen zu lassen.Similar For example, a coating can be formed in which the oxygen content varies within the coating. Here it is particularly favorable the oxygen content also from the surface of the component on which the coating is formed up to to rise to the surface of the coating.

Es können aber auch Wechselschichtsysteme ausgebildet werden, bei denen Lagen mit geringem Sauerstoffanteil oder sauerstofffreie Lagen mit Lagen, die einen höheren Sauerstoffanteil oder überhaupt Sauerstoff enthalten, alternierend angeordnet worden sind.It but it is also possible to form alternating-layer systems, in which layers with low oxygen content or oxygen-free Layers with layers that have a higher oxygen content or at all Contain oxygen, have been arranged alternately.

Mit den genannten Möglichkeiten können die unterschiedlichen Eigenschaften der jeweiligen Kohlenstoffkonfiguration gemeinsam ausgenutzt werden. So weisen Lagen oder Bereiche mit geringerem Sauerstoffanteil oder sauerstofffreie Lagen eine höhere Härte, als andere Lagen oder Bereiche mit Sauerstoff oder höherem Sauerstoffanteil auf.With The possibilities mentioned can be different Properties of the respective carbon configuration in common be exploited. So have layers or areas with less Oxygen content or oxygen-free layers a higher hardness, as other layers or areas with oxygen or higher Oxygen content on.

Mit dem in der Beschichtung enthaltenen Sauerstoff kann eine Oxidschichtbildung auf dem jeweiligen Gegenkörper bei Reibkontakt erreicht werden, die das Gleit-, Einlaufverhalten verbessern und den Verschleiß insbesondere am Gegenkörper reduzieren kann. Dies erfolgt unabhängig davon, ob in der Umgebungsatmosphäre Sauerstoff bzw. ein Schmiermittel vorhanden ist oder nicht. Der vorteilhafte Effekt der Erfindung kann auch im Vakuum oder innerhalb inerter Atmosphäre, wie z. B. in Stickstoff ausgenutzt werden.With The oxygen contained in the coating can form an oxide layer reached on the respective counter body in frictional contact which improve slip, run-in performance and wear in particular can reduce on the opposite body. This happens independently of whether in the ambient atmosphere oxygen or a lubricant exists or not. The advantageous effect of the invention can also be used in a vacuum or in an inert atmosphere, such as B. be exploited in nitrogen.

Der in der Verschleißschutzbeschichtung enthaltene Sauerstoff führt bei mechanischem Reibkontakt mit einem Gegenkörper zu einer schnellen und spontanen Oxidation der Gegenkörperoberfläche. Die so an der Oberfläche des Gegenkörpers gebildete Oxid-Triboreaktionsschicht schützt den Gegenkörper vor starkem Werkstoffabtrag und einer starken adhäsiven Wechselwirkung mit Kohlenstoff der Beschichtung oder abrasiven Wechselwirkung mit freigesetzten bzw. im kritischen Bereich vorhandenen abrasiv wirkenden Partikeln.Of the oxygen contained in the wear-resistant coating results in mechanical frictional contact with a counter body to a rapid and spontaneous oxidation of the counter-body surface. The thus formed on the surface of the counter body Oxide Triboreaktionsschicht protects the counter body against heavy material removal and a strong adhesive Interaction with carbon of the coating or abrasive interaction with released or present in the critical area abrasive Particles.

Wie bereits angesprochen kann die Ausbildung einer erfindungsgemäßen Verschleißschutzbeschichtung mit den verschiedensten Vakuumbeschichtungstechnologien erreicht werden. Dabei wird als Kohlenstoffquelle im Wesentlichen Graphit und/oder mindestens eine Kohlenwasserstoffverbindung eingesetzt. Bei PVD-Verfahren kann eine der Elektroden aus Graphit gebildet sein, von der ein Plasma und aus dem Plasma dann die Beschichtung auf der zu beschichtenden Oberfläche eines Bauteils gebildet werden. Die Zusammensetzung der Kohlenstoffschicht kann dabei durch das gewählte Beschichtungsverfahren und auch die Prozessparameter beeinflusst werden, wobei hier auf an sich Bekanntes zurückgegriffen werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Verschleißschutzbeschichtung wird aber zusätzlich reiner Sauerstoff, ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder Gasgemisch zugeführt, mit dem in situ der Sauerstoff in den amorphen Kohlenstoff eingebaut werden kann.As already mentioned may be the formation of an inventive Wear protection coating with various vacuum coating technologies be achieved. This is essentially a carbon source Graphite and / or at least one hydrocarbon compound used. In PVD methods, one of the electrodes can be made of graphite be from a plasma and then from the plasma to the coating formed to be coated surface of a component become. The composition of the carbon layer can by the chosen coating process and also the process parameters be influenced, in which case recourse to known can be. In the embodiment of the invention the wear protection coating is but in addition pure oxygen, an oxygen-containing gas or gas mixture supplied with the in situ the oxygen in the amorphous carbon can be installed.

Dabei muss nur dann ein solches Gas zugeführt werden, wenn in einem Bereich der Beschichtung Sauerstoff im amorphen Kohlenstoff enthalten sein soll. Die Zufuhr des jeweiligen Gases oder Gasgemisches sollte in den jeweiligen momentanen Schichtbildungsbereich erfolgen.there Only such a gas must be supplied if in a range of coating oxygen in amorphous carbon should be included. The supply of the respective gas or gas mixture should be done in the respective current layer formation area.

Vorteilhaft kann an Stelle von reinem Sauerstoff auch Kohlenmon- oder -dioxid eingesetzt werden. Es kann aber auch ein Gemisch, das mindestens zwei dieser Gase enthält, eingesetzt werden. Mit diesen Kohlenstoffoxiden kann die Beschichtungsrate gesteigert werden, da sie als zusätzliche Kohlenstoffquelle dienen können.Advantageous In place of pure oxygen, carbon monoxide or dioxide can also be used be used. But it can also be a mixture that at least contains two of these gases can be used. With these Carbon oxides, the coating rate can be increased, since they can serve as an additional carbon source.

Der jeweilige Anteil an in der Beschichtung enthaltenem Sauerstoff kann über die gezielte Beeinflussung des Partialdrucks des zugeführten Gases oder Gasgemisches, den eingestellten Volumenstrom und/oder die Zusammensetzung eines Gasgemisches, auch temporär verändert, eingestellt werden.Of the respective proportion of oxygen contained in the coating can over the targeted influencing of the partial pressure of the supplied Gas or gas mixture, the set flow rate and / or the composition of a gas mixture, also temporarily changed, be set.

Wie bereits angedeutet kann die erfindungsgemäße Verschleißschutzbeschichtung auch mit einem Metall und/oder mindestens einem der Elemente Silicium, Stickstoff, Fluor oder Bor dotiert sein, das im amorphen Kohlenstoff gebunden ist, gebildet sein.As already indicated, the wear protection coating according to the invention also with a metal and / or at least one of the elements silicon, Nitrogen, fluorine or boron may be doped in the amorphous carbon is bound to be formed.

Sowohl das Bauteil, auf dem die erfindungsgemäße Verschleißschutzbeschichtung ausgebildet werden soll, wie auch ein Gegenkörper können aus einem metallischen, keramischen oder polymeren Werkstoff gebildet sein. Bauteil und Gegenkörper können auch aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sein. Es kann auf einen Einsatz von Schmiermittel verzichtet werden. Werden Schmiermittel eingesetzt, kann deren Wirkung verbessert werden.Either the component on which the wear protection coating according to the invention should be trained, as well as a counter body can formed of a metallic, ceramic or polymeric material be. Component and counter-body can also off be formed of different materials. It can be on an assignment be dispensed with lubricant. If lubricants are used, their effect can be improved.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand eines Beispiels näher erläutert werden.following the invention will be explained in more detail with reference to an example become.

Dabei wurde für die Ausbildung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Verschleißschutzbeschichtung von einem als Kathode geschalteten Target aus Graphit mit elektrischer Bogenentladung ein ionisiertes Plasma innerhalb einer Vakuumkammer gebildet und in Richtung eines zu beschichtenden Bauteils aus Stahl gerichtet.In this case, for the formation of an example of a wear protection coating according to the invention of a switched as a cathode target made of graphite with electric arc discharge formed an ionized plasma within a vacuum chamber and directed towards a component to be coated steel.

In die Vakuumkammer wurde Kohlendioxid eingeführt und auf einen Druck von 0,5 Pa geregelt. Dadurch konnte eine amorphe Kohlenstoffbeschichtung mit einem Anteil an Sauerstoff von ca. 10 at-% ausgebildet werden.In the vacuum chamber was carbon dioxide introduced and on regulated a pressure of 0.5 Pa. This allowed an amorphous carbon coating be formed with a proportion of oxygen of about 10 at-%.

Bei Untersuchungen im Schwingverschleißtest an Luft gegen eine Stahlkugel, als Gegenkörper, konnte der Reibungskoeffizient um ca. 25% auf 0,095 reduziert werden. Beim einem weiteren Schwingverschleißtest wurden die gleichen Parameter, wie oben beschrieben, nur mit einer anfänglichen Benetzung des Oberflächenkontaktbereichs mit Öl, eingehalten. Bei Einsatz eines Schmiermittels (z. B. ein Getriebeöl 10W60 der Fa. Castrol) konnte eine Reibwertabsenkung von 3,3% auf 0,087 erreicht werden.at Investigations in the Schwingverschleißtest in air against a Steel ball, as a counter body, the coefficient of friction could be reduced by about 25% to 0.095. In another vibration wear test were the same parameters as described above, with only one initial wetting of the surface contact area with oil, respected. When using a lubricant (eg. As a gear oil 10W60 Fa. Castrol) could reduce the coefficient of friction from 3.3% to 0.087.

Dieser Sachverhalt spiegelt sich auch im mit 1 gezeigten Diagramm wieder.This fact is also reflected in the 1 shown diagram again.

Dabei wurden im Schwingungsvergleißtest an Luft eine Stahlkugel 100Cr6 Duchmesser 10 mm und ein mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung und einer Beschichtung nach dem Stand der Technik versehenes Bauteil geprüft. Der Test wurde über eine Zeitdauer von 1 h, bei wirkender Normalkraft von 21 N, einer Schwingfrequenz von 10 Hz, einem Schwingweg von 1 mm bei einer Luftfeuchte von 45% durchgeführt.there became in the vibration displacement test in air a steel ball 100Cr6 Diameter 10 mm and one with an inventive Coating and a coating according to the prior art provided Component tested. The test was over a period of time of 1 h, with acting normal force of 21 N, a vibration frequency of 10 Hz, a vibration path of 1 mm carried out at a humidity of 45%.

Dabei wurde bei den für die Untersuchung eingesetzten Bauteilsubstraten die Beschichtung mit amorphem Kohlenstoff vom Grundtyp ta-C mittels Vakuumbogenverdampfen unter Einsatz einer Kathode aus Graphit abgeschieden. Dabei wurde in einer Vakuumkammer, in der der Vakuumbogenverdampfer mit der Graphitkathode an der Kammerseitenwand angeordnet war, gearbeitet. Im Zentrum der Vakuumkammer war ein um zwei Achsen rotierendes Substrathalter-Planetary-System, an dem die Substrate für die Bauteile befestigt waren, angeordnet. Vor der Abscheidung der Beschichtung wurden eine Plasmareinigung mit Ar-Ionen und dann eine Abscheidung einer Zwischenschicht aus Cr, mit einer Dicke von ca. 0,1 μm, durchgeführt.there was used in the component substrates used for the investigation the coating with amorphous carbon of the basic type ta-C by vacuum arc evaporation deposited using a cathode of graphite. It was in a vacuum chamber in which the vacuum arc evaporator with the Graphite cathode was arranged on the chamber side wall, worked. At the center of the vacuum chamber was a substrate holder-planetary system rotating about two axes, where the substrates for the components were attached, arranged. Before deposition of the coating, a plasma cleaning with Ar ions and then depositing an intermediate layer Cr, with a thickness of about 0.1 microns performed.

Die Abscheidung für die Beschichtungen erfolgte bei einem Ar-Druck von 5·10–3 Pa mit einer gepulst betriebenen elektrischen Bogenentladung bei einer mittleren elektrischen Stromstärke von 100 A auf die zweifach rotierende Substratoberfläche. Die Abscheidung wurde dabei über einen Zeitraum von 60 min durchgeführt. Die Dicke der Beschichtung lag bei 2,5 μm und sie wies eine Härte von 55 GPA, gemessen mit Nanointender, auf.The deposition for the coatings was carried out at an Ar pressure of 5 × 10 -3 Pa with a pulsed electric arc discharge at an average electric current of 100 A on the substrate surface rotating twice. The deposition was carried out over a period of 60 min. The thickness of the coating was 2.5 μm and it had a hardness of 55 GPA, measured with Nanointender.

Bei der Abscheidung der erfindungsgemäßen Beschichtung, die Sauerstoff enthalten sollte, wurde zusätzlich nach 15 min Abscheidezeit Kohlendioxid über ein Nadelventil eingelassen, bis ein Kammerinnendruck von 0,5 Pa eingestellt war. Dieser Druck wurde über die restliche für die Abscheidung der Beschichtung erforderliche Zeit konstant gehalten, wobei Kohlendioxid in geregelter Form zugeführt wurde. Die so erhaltene Beschichtung mit dem im amorphen Kohlenstoff enthaltenen Sauerstoff hatte ein Dicke von 3,0 μm und erreichte eine Härte von 15 GPa, ebenfalls mit Nanointender gemessen. Bei der Elementanalyse, die mit einem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt wurde, konnte ein Anteil an Sauerstoff von 10 at-% festgestellt werden.at the deposition of the coating according to the invention, which should contain oxygen, was additionally after 15 min deposition time carbon dioxide via a needle valve was admitted until an internal chamber pressure of 0.5 Pa was set. This pressure was over the rest for the Deposition of the coating required time kept constant wherein carbon dioxide was supplied in controlled form. The coating thus obtained with that contained in the amorphous carbon Oxygen had a thickness of 3.0 μm and reached one Hardness of 15 GPa, also measured with Nanointender. In elemental analysis, using a scanning electron microscope was carried out, a proportion of oxygen from 10 at% can be determined.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 6548173 [0006] US 6548173 [0006]

Claims (13)

Verschleißschutzbeschichtung für auf Reibung und Verschleiß beanspruchte Oberflächen von Bauteilen, die mit amorphem Kohlenstoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in Bereichen der Beschichtung mindestens 0,5 at-% Sauerstoff enthalten ist.Wear protection coating for surfaces subject to friction and wear of components, which is formed with amorphous carbon, characterized in that at least in at least areas of the coating at least 0.5 at.% Oxygen is contained. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Anteil an Sauerstoff von 25 at-% enthalten ist.Coating according to claim 1, characterized that a maximum proportion of oxygen of 25 at% is contained. Beschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus mehreren übereinander ausgebildeten Einzellagen gebildet und dabei in den einzelnen Schichten der Anteil an Sauerstoff unterschiedlich hoch ist.Coating according to claim 1 or 2, characterized that the coating of several superposed Single layers formed while doing in the individual layers of the proportion of oxygen varies. Beschichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der einzelnen Lagen kein Sauerstoff enthalten ist.Coating according to claim 3, characterized that in at least one of the individual layers contain no oxygen is. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffanteil ausgehend von der Bauteiloberfläche bis zur an der Oberfläche der Beschichtung ausgebildeten Lage sukzessive ansteigt oder zumindest Sauerstoff in der die Oberfläche der Beschichtung bildenden Lage enthalten ist.Coating according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen content is based on the component surface up to the surface the coating formed layer successively increases or at least oxygen in the layer forming the surface of the coating is. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anteil an Sauerstoff innerhalb der Beschichtung ausgehend von der Oberfläche des Bauteils bis hin zur Oberfläche der Beschichtung kontinuierlich verändert.Coating according to one of the preceding claims, characterized in that the proportion of oxygen within the coating starting from the surface of the component up to the surface of the coating continuously changed. Beschichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffanteil an der Oberfläche der Beschichtung am höchsten ist.Coating according to claim 6, characterized that the oxygen content on the surface of the coating is highest. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der amorphe Kohlenstoff ein ta-C:O, a-C:O oder a-C:H:O ist.Coating according to one of the preceding claims, characterized in that the amorphous carbon is ta-C: O, a-C: O or a-C: H: O is. Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im amorphen Kohlenstoff zusätzlich mindestens ein weiteres chemisches Element in Form einer Dotierung enthalten ist.Coating according to one of the preceding claims, characterized in that in the amorphous carbon in addition contain at least one further chemical element in the form of a doping is. Verfahren zur Ausbildung einer Verschleißschutzbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf der Oberfläche eines Bauteils; bei dem die Beschichtung durch ein CVD- oder PVD-Verfahren unter Einsatz von Graphit und/oder mindestens einer Kohlenwasserstoffverbindung als Kohlenstoffquelle ausgebildet wird; wobei zumindest temporär zusätzlich reiner Sauerstoff, ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder Gasgemisch in den Schichtbildungsbereich zugeführt wird, mit dem Sauerstoff in den amorphen Kohlenstoff eingebaut wird.Method of forming a wear protection coating according to any one of the preceding claims on the surface a component; in which the coating by a CVD or PVD method using graphite and / or at least one hydrocarbon compound is formed as a carbon source; being at least temporary additionally pure oxygen, an oxygen-containing Gas or gas mixture fed into the layer formation area is used, with which oxygen is incorporated into the amorphous carbon. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas reiner Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder ein Gemisch mindestens zweier dieser Gase zugeführt wird.Method according to claim 10, characterized in that that as pure gas, carbon monoxide, carbon dioxide or gas a mixture of at least two of these gases is supplied. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Gas mit einstellbarem Partialdruck oder Volumenstrom zugeführt wird, um den Sauerstoffanteil in der Beschichtung lokal differenziert einzustellen.Method according to claim 10 or 11, characterized that gas is supplied with adjustable partial pressure or volume flow is differentiated locally to the oxygen content in the coating adjust. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszusammensetzung bei der Ausbildung der Beschichtung verändert wird, so dass der im amorphen Kohlenstoff enthaltene Sauerstoff innerhalb der Beschichtung gezielt beeinflusst wird.Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that the gas composition in the training the coating is changed so that the amorphous Carbon targeted oxygen within the coating targeted being affected.
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