DE102012007796A1 - Beschichtung enthaltend Si-DLC, DLC und Me-DLC und Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen - Google Patents

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Abstract

Ein Werkstück umfasst einen Grundkörper, gegebenenfalls eine oder mehrere Vermittlerschichten und eine Deckschicht, welche Si-DLC, DLC, eine oder mehrere Arten Me-DLC und 2,5 bis 20 atom-% Wasserstoff enthält, wobei Me gewählt ist aus der Gruppe umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W; die Deckschicht eine Härte von 15 bis 50 GPa aufweist; die Deckschicht aus Teilvolumina der Größe 40 × 40 × 40 nm3 bis 200 × 200 × 200 nm3 besteht und jedes Teilvolumen einen mittleren Si-Gehalt von 2,5 bis 30 atom-% und einen mittleren Me-Gehalt von 2,5 bis 30 atom-% hat. Ein Verfahren zum PVD-Beschichten von Werkstücken umfasst einen oder mehrere Schritte S1 bis SN, mit N = 1, 2, 3, ..., wobei im Schritt SN eine Si-DLC, DLC, Me-DLC und Wasserstoff enthaltende Deckschicht, worin Me gewählt ist aus der Gruppe umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W, mittels einer oder mehreren simultan betriebenen Magnetronkathoden mit gleichen oder voneinander verschiedenen Targets abgeschieden wird, wobei ein oder mehrere Targets 20 bis 100 atom-% Silizium, ein oder mehrere Targets 20 bis 100 atom-% Kohlenstoff, ein oder mehrere Targets 20 bis 100 atom-% Me enthalten und die Abscheidung in einer Atmosphäre mit einem nominellen Wasserstoffgehalt von kleiner 30 atom-% ausgeführt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkstück umfassend einen Grundkörper und eine Deckschicht, welche Si-DLC, DLC, eine oder mehrere Arten Me-DLC und 2,5 bis 20 atom-% Wasserstoff enthält, wobei Me gewählt ist aus der Gruppe umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W, und die Deckschicht eine Härte von 15 bis 50 GPa aufweist.
  • Die Verwendung von tribologischen Schichten aus Si-DLC, DLC oder Me-DLC ist im Stand der Technik bekannt.
  • DE 100 18 143 B3 beschreibt ein Schichtsystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei das Schichtsystem eine Deckschicht aus im Wesentlichen diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC) mit einer Härte von wenigstens 15 GPa und einer Haftfestigkeit von 3 HF oder besser umfasst. Neben der Deckschicht umfasst das Schichtsystem eine Haft- und eine Übergangsschicht, wobei die Haftschicht und ggf. die Übergangsschicht mindestens ein Element der 4., 5. oder 6. Nebengruppe und/oder Silizium enthalten. Die Deckschicht wird bevorzugt mittels Plasma-CVD-Abscheidung aus einem Kohlenstoff-haltigen Gas, wie Acetylen erzeugt und hat einen Wasserstoffgehalt von 5 bis 30 atom-%.
  • EP 87 836 offenbart ein DLC-Schichtsystem mit einem 0,1–49,1%igen Anteil metallischer Komponenten, welches beispielsweise mittels Kathodenzerstäubung abgeschieden wird.
  • Die DE 43 43 354 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Ti-haltigen Schichtsystems mit einer Hartstoffschicht aus Titannitriden Titancarbiden und Titanboriden sowie einer reibungsmindernden C-haltigen Oberflächenschicht, wobei der Ti- und N-Anteil in Richtung der Oberfläche fortschreitend verringert wird.
  • Einen gepulsten Plasmastrahl verwendet das in der US 5,078,848 beschriebene Verfahren zur Herstellung von DLC-Schichten. Auf Grund der gerichteten Teilchenstrahlung aus einer Quelle mit geringem Austrittsquerschnitt eignen sich aber solche Verfahren nur bedingt zur gleichmäßigen Beschichtung größerer Flächen.
  • Verschiedene CVD Verfahren bzw. mit solchen Verfahren hergestellte Si-DLC/DLC Mischschichten werden in den folgenden Dokumenten beschrieben: Die EP-A-651 069 beschreibt ein reibminderndes Verschleißschutzsystem aus 2–5000 alternierenden DLC und Si-DLC-Schichten. Ein Verfahren zur Abscheidung von a-DLC-Schichten mit einer Si-Zwischenschicht und daran anschließender a-SiC:H-Übergangszone zur Verbesserung der Haftung wird in der EP 600 533 beschrieben. Auch in der EP 885 983 und der EP 856 592 werden verschiedene Verfahren zur Herstellung solcher Schichten beschrieben. In der EP 885 983 beispielsweise wird das Plasma mit einem DC-beheizten Filament gespeist und die Substrate mit negativer Gleichspannung oder Frequenzen zwischen 30–1.000 kHz beaufschlagt.
  • Die US 4 728 529 beschreibt eine Methode zur Abscheidung von DLC unter Anwendung eines HF-Plasmas, bei der die Schichtbildung in einem Druckbereich zwischen 10–3 und 1 mbar aus einem sauerstofffreien Kohlenwasserstoffplasma, dem bei Bedarf Edelgas oder Wasserstoff beigemischt wird, erfolgt.
  • Der in der DE-C-195 13 614 beschriebene Prozess verwendet eine bipolare Substratspannung mit einer kürzeren positiven Pulsdauer in einem Druckbereich zwischen 50–1000 Pa. Damit werden Schichten im Bereich von 10 nm bis 10 μm Schichtdicke und einer Härte zwischen 15–40 GPa abgeschieden.
  • Ein CVD Verfahren mit unabhängig vom Beschichtungsplasma erzeugter Substratspannung wird in der DE-A-198 26 259 beschrieben, wobei bevorzugt bipolare, jedoch auch andere periodische veränderte Substratspannungen angelegt werden.
  • Einige der im Stand der Technik bekannten tribologischen Si-DLC-, DLC- und Me-DLC-Beschichtungen weisen eine hohe Härte von über 15 GPa und einen Gleitreibungs-Koeffizienten μ von kleiner 0,2 auf. Jedoch genügt die Verschleißbeständigkeit und damit die Laufleistung der mit den bekannten DLC-Schichten ausgerüsteten Bauteile, wie Zahnräder und Wellen für Antriebe, Motorenteile aus einem Verbrennungsmotor, Getriebeteile aus einem Automobilgetriebe, Pleuel, Getriebeteile, ein Zahnräder, Wellen, Lagerschalen, Wälzlager, Kugellager, Nadellager, Kolbenringe, Kolbenbolzen, Zylinderlaufbuchsen, Teilen von Treibstoffeinspritzvorrichtung z. B. für die Direkteinspritzung von Diesel oder Benzin für Automobilmotoren, Teilen aus dem Ventiltrieb eines Automotors, Tassenstößel, Schlepphebel, Kipphebel, Ventilstößel, Linearführungen, Schliessbügel für Automobiltüren, Gleitbuchsen nicht in jedem Fall den hohen Anforderungen der Automobil- und Flugindustrie.
  • Neben Härte, Gleitreibung und Verschleißbeständigkeit der Beschichtung werden die Lebensdauer und der Reibungswiderstand der vorstehenden Bauteile durch die komplexe Wechselwirkung der Beschichtung mit einem gegebenenfalls vorhandenen Gegenkörper und insbesondere mit Schmier- oder Betriebsstoffen, wie mineralischem oder synthetischem Motor- und Getriebeöl oder Diesel bestimmt. Eine Vielzahl der eingesetzten Schmier- und Betriebsstoffe enthält Additive, die mit den obersten Atomlagen der Beschichtung oder deren Abrieb reagieren und amorphe oder mikrokristalline Verbindungen bilden.
  • Abhängig von dem jeweiligen Bauteiltyp, den charakteristischen Betriebsparametern, wie der Temperatur und dem gegebenenfalls eingesetzten Schmierstoff ist es erforderlich, die thermischen und chemischen Eigenschaften der Beschichtung in gezielter Weise anzupassen.
  • Dementsprechend hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, Bauteile bzw. Werkstücke mit einer tribologischen Beschichtung bereitzustellen, die neben den geforderten, in normierten Messverfahren unter Laborbedingungen ermittelten mechanischen Eigenschaften wie Härte, Gleitreibung und Verschleißbeständigkeit, chemische und thermische Eigenschaften aufweisen, die eine lange Lebensdauer mit günstigen Betriebsparametern, wie beispielsweise niedrigen Reibungsverlusten gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Werkstück umfassend einen Grundkörper, gegebenenfalls eine oder mehrere Vermittlerschichten und eine Deckschicht, welche Si-DLC, DLC, eine oder mehrere Arten Me-DLC und 2,5 bis 20 atom-% Wasserstoff enthält, wobei Me gewählt ist aus der Gruppe umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W; die Deckschicht eine Härte von 15 bis 50 GPa aufweist; die Deckschicht aus Teilvolumina der Größe 40 × 40 × 40 nm3 bis 200 × 200 × 200 nm3 besteht und jedes Teilvolumen einen mittleren Si-Gehalt von 2,5 bis 30 atom-% und einen mittleren Me-Gehalt von 2,5 bis 30 atom-% hat.
  • Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Werkstücke sind dadurch gekennzeichnet, dass:
    • – jedes Teilvolumen einen Si-Gehalt von 5 bis 25 atom-%, vorzugsweise 8 bis 20 atom-% und einen Me-Gehalt von 5 bis 25 atom-%, vorzugsweise 10 bis 20 atom-% aufweist;
    • – die Deckschicht einen Wasserstoffgehalt von 5 bis 18 atom-%, vorzugsweise 5 bis 15 atom-%, und insbesondere 5 bis 10 atom-% aufweist;
    • – die Deckschicht eine Dicke von 0,4 bis 5,0 μm, vorzugsweise 0,6 bis 3,0 μm, und insbesondere 0,8 bis 2,0 μm hat;
    • – die Deckschicht eine Härte HUplast von 20 bis 40 GPa und vorzugsweise 25 bis 40 GPa aufweist;
    • – die Deckschicht einen Reibungskoeffizienten μ von 0,05 bis 0,20, vorzugsweise 0,05 bis 0,15, und insbesondere 0,05 bis 0,1 aufweist;
    • – die Deckschicht gemäß Kalotest mit einer Suspension von Al2O3-Pulver in Glyzerin einen Verschleißkoeffizienten von 0,5 × 10–15 bis 4,0 × 10–15 m3/(N·m), vorzugsweise 0,5 × 10–15 bis 2,5 × 10–15 m3/(N·m), und insbesondere 0,5 × 10–15 bis 1,5 × 10–15 m3/(N·m) aufweist;
    • – die Deckschicht eine mittels Rockwell A Test für Grundkörper aus Hartmetall und ansonsten mittels Rockwell C Test gemessene Haftfestigkeit HF1 bis HF4, vorzugsweise HF1 bis HF3, und insbesondere HF1 bis HF2 aufweist;
    • – die Deckschicht einen Gehalt von 0,01 bis 6,0 atom-% eines Additivs gewählt aus Bor, Schwefel und Mischungen davon, aufweist;
    • – Me Wolfram ist;
    • – die Deckschicht eine oder mehrere Dreifachlagen umfasst und jede der Dreifachlagen aus einer ersten Lage Si-DLC, einer zweiten Lage DLC und einer dritten Lage Me-DLC besteht und die erste, zweite und dritte Lagen in einer beliebig festgelegten periodischen Reihenfolge angeordnet sind;
    • – die erste, zweite und dritte Lage unabhängig voneinander jeweils eine Dicke von 0,1 bis 20 nm, vorzugsweise 1 bis 10 nm, und insbesondere 1 bis 5 nm haben;
    • – der Silizium-Anteil in der Deckschicht mit zunehmendem Abstand vom Grundkörper ansteigt;
    • – die mittels Benetzung der Deckschicht mit Wasser gemäß DIN 55660 oder ASTM D7334-08 gemessene Oberflächenenergie der Deckschicht 35 bis 60 mN/m, vorzugsweise 40 bis 60 mN/m und insbesondere 45 bis 60 mN/m beträgt;
    • – die Deckschicht 2 bis 10 atom-% Stickstoff enthält;
    • – die Röntgenbeugungsspektren der Deckschicht keine Intensitätsmaxima für kristalline Phasen aus Wolframcarbid oder Siliziumcarbid aufweisen;
    • – die Deckschicht eine glasartige Morphologie aufweist;
    • – die Deckschicht keine in elektronenmikroskopischen Aufnahmen erkennbare Säulenstrukturen aufweist;
    • – das Werkstück eine zwischen der Deckschicht und dem Grundkörper angeordnete und zum Grundkörper benachbarte Haftschicht aus Ti, V, Cr, CrN, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Si oder Ni umfasst;
    • – das Werkstück eine zwischen der Deckschicht und dem Grundkörper oder der Haftschicht angeordnete und zum Grundkörper oder zur Haftschicht benachbarte erste Vermittlerschicht aus SiCX, MeCX oder WCX umfasst sowie gegebenenfalls eine zwischen der ersten Vermittlerschicht und der Deckschicht angeordnete und zur ersten Vermittlerschicht benachbarte zweite Vermittlerschicht aus DLC, Si-DLC oder Me-DLC, insbesondere aus W-DLC umfasst und in den Vermittlerschichten die folgenden Materialpaarungen vorliegen:
    erste Vermittlerschicht zweite Vermittlerschicht
    SiCX
    SiCX DLC
    SiCX Si-DLC
    SiCX Me-DLC
    WCX
    WCX DLC
    WCX Si-DLC
    WCX Me-DLC
    MeCX
    MeCX DLC
    MeCX Si-DLC
    MeCX Me-DLC
    wobei Me-DLC vorzugsweise als W-DLC ausgeführt ist;
    • – ein zwischen der Deckschicht und dem Grundkörper oder der Haftschicht angeordnetes und zum Grundkörper oder zur Haftschicht benachbartes erstes Schichtsystem aus einer oder mehreren Doppelschichten aus (SiCX/WCX), (SiCX/MeCX), (WCX/SiCX) oder (MeCX/SiCX) sowie gegebenenfalls ein zwischen der Deckschicht und dem ersten Schichtsystem angeordnetes und zum ersten Schichtsystem benachbartes zweites Schichtsystem umfasst, wobei das zweite Schichtsystem eine Schicht oder zwei Schichten gewählt aus SiCX, (SiCX/DLC), (SiCX/Si-DLC), (SiCX/Me-DLC), insbesondere (SiCX/W-DLC), oder MeCX, (MeCX/DLC), (MeCX/Si-DLC), (MeCX/Me-DLC), insbesondere (MeCX/W-DLC), wobei MeCX vorzugsweise als WCX ausgeführt ist, umfasst und in den Schichtsystemen die folgenden Materialpaarungen vorliegen:
    erstes Schichtsystem zweites Schichtsystem
    n × (SiCX/WCX) SiCX
    n × (SiCX/WCX) SiCX DLC
    n × (SiCX/WCX) SiCX Si-DLC
    n × (SiCX/WCX) SiCX Me-DLC
    n × (SiCX/MeCX) SiCX
    n × (SiCX/MeCX) SiCX DLC
    n × (SiCX/MeCX) SiCX Si-DLC
    n × (SiCX/MeCX) SiCX Me-DLC
    n × (WCX/SiCX) MeCX
    n × (WCX/SiCX) MeCX DLC
    n × (WCX/SiCX) MeCX Si-DLC
    n × (WCX/SiCX) MeCX Me-DLC
    n × (MeCX/SiCX) MeCX
    n × (MeCX/SiCX) MeCX DLC
    n × (MeCX/SiCX) MeCX Si-DLC
    n × (MeCX/SiCX) MeCX Me-DLC
    wobei n eine ganze Zahl größer/gleich 1 und Me-DLC vorzugsweise als W-DLC und MeCX vorzugsweise als WCX ausgeführt ist;
    • – ein zwischen der Deckschicht und dem Grundkörper oder der Haftschicht angeordnetes und zum Grundkörper oder zur Haftschicht benachbartes erstes Schichtsystem aus einer oder mehreren Doppelschichten aus (SiCX/DLC), (SiCX/Si-DLC), (SiCX/Me-DLC), insbesondere (SiCX/W-DLC) oder (MeCX/DLC), (MeCX/Si-DLC), (MeCX/Me-DLC), insbesondere (MeCX/W-DLC) sowie gegebenenfalls ein zwischen der Deckschicht und dem ersten Schichtsystem angeordnetes und zum ersten Schichtsystem benachbartes zweites Schichtsystem umfasst, wobei das zweite Schichtsystem zwei Schichten gewählt aus (SiCX/DLC), (SiCX/Si-DLC), (SiCX/Me-DLC), insbesondere (SiCX/W-DLC) oder (MeCX/DLC), (MeCX/Si-DLC), (MeCX/Me-DLC), insbesondere (MeCX/W-DLC) umfasst und in den Schichtsystemen die folgenden Materialpaarungen vorliegen:
    erstes Schichtsystem zweites Schichtsystem
    n × (SiCX/DLC) SiCX DLC
    n × (SiCX/DLC) SiCX Si-DLC
    n × (SiCX/DLC) SiCX Me-DLC
    n × (SiCX/Si-DLC) SiCX DLC
    n × (SiCX/Si-DLC) SiCX Si-DLC
    n × (SiCX/Si-DLC) SiCX Me-DLC
    n × (SiCX/Me-DLC) SiCX DLC
    n × (SiCX/Me-DLC) SiCX Si-DLC
    n × (SiCX/Me-DLC) SiCX Me-DLC
    n × (SiCX/DLC) MeCX DLC
    n × (SiCX/DLC) MeCX Si-DLC
    n × (SiCX/DLC) MeCX Me-DLC
    n × (SiCX/Si-DLC) MeCX DLC
    n × (SiCX/Si-DLC) MeCX Si-DLC
    n × (SiCX/Si-DLC) MeCX Me-DLC
    n × (SiCX/Me-DLC) MeCX DLC
    n × (SiCX/Me-DLC) MeCX Si-DLC
    n × (SiCX/Me-DLC) MeCX Me-DLC
    n × (MeCX/DLC) SiCX DLC
    n × (MeCX/DLC) SiCX Si-DLC
    n × (MeCX/DLC) SiCX Me-DLC
    n × (MeCX/Si-DLC) SiCX DLC
    n × (MeCX/Si-DLC) SiCX Si-DLC
    n × (MeCX/Si-DLC) SiCX Me-DLC
    n × (MeCX/Me-DLC) SiCX DLC
    n × (MeCX/Me-DLC) SiCX Si-DLC
    n × (MeCX/Me-DLC) SiCX Me-DLC
    n × (MeCX/DLC) MeCX DLC
    n × (MeCX/DLC) MeCX Si-DLC
    n × (MeCX/DLC) MeCX Me-DLC
    n × (MeCX/Si-DLC) MeCX DLC
    n × (MeCX/Si-DLC) MeCX Si-DLC
    n × (MeCX/Si-DLC) MeCX Me-DLC
    n × (MeCX/Me-DLC) MeCX DLC
    n × (MeCX/Me-DLC) MeCX Si-DLC
    n × (MeCX/Me-DLC) MeCX Me-DLC
    wobei n eine ganze Zahl größer/gleich 1 und Me-DLC vorzugsweise als W-DLC und MeCX vorzugsweise als WCX ausgeführt ist;
    • – ein zwischen der Deckschicht und dem Grundkörper oder der Haftschicht angeordnetes und zum Grundkörper oder zur Haftschicht benachbartes erstes Schichtsystem aus einer oder mehreren Doppelschichten gewählt aus (Si-DLC/SiCX), (Si-DLC/MeCX), vorzugsweise (Si-DLC/WCX) oder (Me-DLC/SiCX), insbesondere (W-DLC/SiCX), (Me-DLC/MeCX), insbesondere (W-DLC/WCX) oder (DLC/SiCX), (DLC/MeCX), vorzugsweise (DLC/WCX) sowie gegebenenfalls ein zwischen der Deckschicht und dem ersten Schichtsystem angeordnetes und zum ersten Schichtsystem benachbartes zweites Schichtsystem umfasst, wobei das zweite Schichtsystem zwei Schichten gewählt aus (SiCX/DLC), (MeCX/DLC), (SiCX/Si-DLC), (MeCX/Si-DLC), (SiCX/Me-DLC), insbesondere (SiCX/W-DLC) oder (MeCX/Me-DLC), insbesondere (MeCX/W-DLC) umfasst und in den Schichtsystemen die folgenden Materialpaarungen vorliegen:
    erstes Schichtsystem zweites Schichtsystem
    n × (Si-DLC/SiCX) SiCX DLC
    n × (Si-DLC/MeCX) SiCX DLC
    n × (Si-DLC/SiCX) MeCX DLC
    n × (Si-DLC/MeCX) MeCX DLC
    n × (Si-DLC/SiCX) SiCX Si-DLC
    n × (Si-DLC/MeCX) SiCX Si-DLC
    n × (Si-DLC/SiCX) MeCX Si-DLC
    n × (Si-DLC/MeCX) MeCX Si-DLC
    n × (Si-DLC/SiCX) SiCX Me-DLC
    n × (Si-DLC/MeCX) SiCX Me-DLC
    n × (Si-DLC/SiCX) MeCX Me-DLC
    n × (Si-DLC/MeCX) MeCX Me-DLC
    n × (Me-DLC/SiCX) SiCX DLC
    n × (Me-DLC/MeCX) SiCX DLC
    n × (Me-DLC/SiCX) MeCX DLC
    n × (Me-DLC/MeCX) MeCX DLC
    n × (Me-DLC/SiCX) SiCX Si-DLC
    n × (Me-DLC/MeCX) SiCX Si-DLC
    n × (Me-DLC/SiCX) MeCX Si-DLC
    n × (Me-DLC/MeCX) MeCX Si-DLC
    n × (Me-DLC/SiCX) SiCX Me-DLC
    n × (Me-DLC/MeCX) SiCX Me-DLC
    n × (Me-DLC/SiCX) MeCX Me-DLC
    n × (Me-DLC/MeCX) MeCX Me-DLC
    n × (DLC/SiCX) SiCX DLC
    n × (DLC/MeCX) SiCX DLC
    n × (DLC/SiCX) MeCX DLC
    n × (DLC/MeCX) MeCX DLC
    n × (DLC/SiCX) SiCX Si-DLC
    n × (DLC/MeCX) SiCX Si-DLC
    n × (DLC/SiCX) MeCX Si-DLC
    n × (DLC/MeCX) MeCX Si-DLC
    n × (DLC/SiCX) SiCX Me-DLC
    n × (DLC/MeCX) SiCX Me-DLC
    n × (DLC/SiCX) MeCX Me-DLC
    n × (DLC/MeCX) MeCX Me-DLC
    wobei n eine ganze Zahl größer/gleich 1 und Me-DLC vorzugsweise als W-DLC und MeCX vorzugsweise als WCX ausgeführt ist;
    • – das Werkstück ein zwischen der Deckschicht und dem Grundkörper oder der Haftschicht angeordnetes und zum Grundkörper oder zur Haftschicht benachbartes Schichtsystem aus einer oder mehreren Doppelschichten aus (Si-DLC/DLC), (Si-DLC/Me-DLC), insbesondere (Si-DLC/W-DLC) oder (DLC/Si-DLC), (DLC/Me-DLC), insbesondere (DLC/W-DLC) oder (Me-DLC/Si-DLC), insbesondere (W-DLC/Si-DLC), (Me-DLC/DLC), insbesondere (W-DLC/DLC) sowie gegebenenfalls eine zwischen der Deckschicht und dem Schichtsystem angeordnete und zum Schichtsystem benachbarte Vermittlerschicht aus DLC, Si-DLC oder Me-DLC, insbesondere aus W-DLC umfasst und in dem Schichtsystem und der Vermittlerschicht die folgenden Materialpaarungen vorliegen:
    Schichtsystem Vermittlerschicht
    n × (Si-DLC/DLC)
    n × (Si-DLC/DLC) Si-DLC
    n × (Si-DLC/DLC) Me-DLC
    n × (Si-DLC/Me-DLC)
    n × (Si-DLC/Me-DLC) Si-DLC
    n × (Si-DLC/Me-DLC) DLC
    n × (DLC/Si-DLC)
    n × (DLC/Si-DLC) DLC
    n × (DLC/Si-DLC) Me-DLC
    n × (DLC/Me-DLC)
    n × (DLC/Me-DLC) DLC
    n × (DLC/Me-DLC) Si-DLC
    n × (Me-DLC/Si-DLC)
    n × (Me-DLC/Si-DLC) DLC
    n × (Me-DLC/Si-DLC) Me-DLC
    n × (Me-DLC/DLC)
    n × (Me-DLC/DLC) Si-DLC
    n × (Me-DLC/DLC) Me-DLC
    wobei n eine ganze Zahl größer/gleich 1 und Me-DLC vorzugsweise als W-DLC ausgeführt ist;
    • – das Werkstück eine zwischen der Deckschicht und dem Grundkörper angeordnete und zur Deckschicht benachbarte Schicht aus DLC umfasst;
    • – der Grundkörper aus einem Werkstoff gewählt aus Stahl, Stahllegierungen, Titan, Titanlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium, Magnesiumlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Keramikmaterial, Hartmetall, Wolfram, Wolframlegierungen, Tantal, Tantallegierungen, Nickel, Nickellegierungen, Silizium, Siliziumverbindungen, Bronze, Kunststoff oder einer Mischung aus diesen Werkstoffen besteht; und
    • – das Werkstück ein Motorenteil aus einem Verbrennungsmotor, ein Getriebeteil aus einem Automobilgetriebe, ein Pleuel, ein Getriebeteil, ein Zahnrad, eine Welle, eine Lagerschale, ein Wälzlager, ein Kugellager, ein Nadellager, ein Kolbenring, ein Kolbenbolzen, eine Zylinderlaufbuchse, ein Teil einer Treibstoffeinspritzvorrichtung z. B. für die Direkteinspritzung von Diesel oder Benzin für Automobilmotoren, ein Teil aus dem Ventiltrieb eines Automotors, ein Tassenstößel, ein Schlepphebel, ein Kipphebel, ein Ventilstößel, eine Linearführung, ein Schließbügel für Automobiltüren, eine Gleitbuchse oder eine Solarzelle ist.
  • Diamant-artiger Kohlenstoff bzw. DLC sowie Verfahren zum Abscheiden von Beschichtungen aus DLC mittels CVD und/oder PVD sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. In DLC-Schichten sind die Kohlenstoffatome in einem dreidimensionalen unregelmäßigen Gitter angeordnet, wobei ein großer Teil der Kohlenstoffatome sp3-hybridisiert und jeweils mit vier benachbarten Kohlenstoffatomen kovalent gebunden ist.
  • Im Rahmen der Erfindung bezeichnen die Abkürzungen ”SiCX”, ”MeCX” und ”WCX” Schichtmaterialien, die einen metallischen oder carbidischen Charakter aufweisen und die insbesondere überwiegend aus Silizium oder Siliziumcarbid (SiC), aus einem Metall, gewählt aus Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni oder Metallcarbid (MeC), bzw. aus Wolfram oder Wolframcarbid (WC) bestehen. In reinem SiC, MeC oder WC beträgt das stöchiometrische Verhältnis von Si, Me bzw. W zu C genau 1 atom-% zu 1 atom-%. Die in der vorliegenden Anmeldung mit ”SiCX”, ”MeCX” und ”WCX” bezeichneten Schichtmaterialien weisen in der Regel eine von reinem SiC, MeC bzw. WC abweichende Stöchiometrie auf, wobei X das Verhältnis des Kohlenstoffanteils relativ zum Silizium-, Metall- bzw. Wolframanteil angibt und typischerweise im Bereich 0,1 < X < 2,0 liegt, d. h. je 1 atom-% Silizium, Metall bzw. Wolfram enthalten die Schichten 0,1 bis 2,0 atom-% Kohlenstoff. Derartige Schichten bestehen im Allgemeinen aus einer Mischung mehrerer Phasen, z. B. aus SiC-, MeC- oder WC-Kristalliten, die in eine Matrix aus metallischem Silizium, Metall bzw. Wolfram (X < 1) oder eine Matrix aus graphitartigem, sp2-hybridisiertem oder ggf. diamantartigem, sp3-hybridisiertem Kohlenstoff (1 < X < 2) eingebettet sind. Erfindungsgemäß sind zudem ”gradierte” SiCX-, MeCX- oder WCX-Schichten vorgesehen, in denen X, d. h. das stöchiometrische Verhältnis von Kohlenstoff zu Silizium, Metall bzw. Wolfram durch gezielte Änderung der Abscheideparameter derart variiert wird, dass es stetig zu oder abnimmt. Im Rahmen der Erfindung sind vor Allem SiCX-, MeCX- oder WCX-Schichten mit zunehmendem X bzw. Kohlenstoffgehalt vorgesehen, um einen mehr oder minder kontinuierlichen Übergang zu einer nachfolgend abgeschiedenen Deckschicht aus Si-DLC oder Vermittlerschichten aus DLC oder Me-DLC zu schaffen. Derartig gradierte SiCX-, MeCX- oder WCX-Schichten reduzieren die thermische Fehlanpassung und verbessern die Haftung.
  • Im Weiteren bezeichnet der Begriff ”Me-DLC” Schichtmaterialien aus Diamant-artigem Kohlenstoff (DLC), die bis zu 40 atom-%, vorzugsweise 5 bis 25 atom-% und insbesondere 5 bis 20 atom-% eines Metalls, gewählt aus Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni und W enthalten, wobei Wolfram bevorzugt ist. In gleicher Weise bezeichnet der Begriff ”Si-DLC” Schichtmaterialien aus Diamant-artigem Kohlenstoff (DLC), die bis zu 30 atom-%, vorzugsweise 5 bis 25 atom-% und insbesondere 5 bis 20 atom-% Silizium enthalten.
  • Vorzugsweise sind die erfindungsgemäß abgeschiedenen Si-DLC- und Me-DLC-Materialien röntgenamorph, d. h. dass Röntgenbeugungsspektren der Deckschicht bei den für Siliziumcarbid und Me-Carbiden charakteristischen Bragg-Winkeln keine Intensitätsmaxima aufweisen. Dessen ungeachtet können die röntgenamorphen Deckschichten vereinzelt eingebettete SiC- und/oder MeC-Kristallite mit einem äquivalenten Durchmesser von kleiner 10 nm enthalten, wobei der Begriff ”äquivalenter Durchmesser” sich auf eine Kugel mit gleichem Volumen wie der Nanokristallit bezieht. Sofern vorhanden, sind derartige vereinzelte Nanokristallite in mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) aufgenommenen Bildern von Bruch- oder Schnittkanten der Deckschichten sichtbar.
  • Neben röntgenamorphen Deckschichten sind im Rahmen der Erfindung auch Deckschichten vorgesehen, die einen in Röntgenbeugungsspektren und TEM-Aufnahmen deutlich sichtbaren Anteil an eingebetteten Me-Carbid-Kristalliten mit einem äquivalenten Durchmesser von kleiner 10 nm enthalten.
  • Vorzugsweise zeigen die erfindungsgemäßen Deckschichten in elektronenmikroskopischen REM- oder TEM-Aufnahmen eine glasartige Morphologie. Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Deckschichten frei von Säulenstrukturen jeglicher Art.
  • Die Kombination der drei Materialkomponenten Si-DLC, DLC und Me-DLC in der Deckschicht in der oben beschriebenen Weise, d. h. in einer nahezu homogenen Verteilung, bildet einen wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung. Sie ermöglicht die Abscheidung von Deckschichten mit einem an die mechanische Spezifikation und die Betriebsbedingungen des jeweiligen Bauteils angepassten Eigenschaftsprofil. Durch die Kombination der drei Materialkomponenten Si-DLC, DLC und Me-DLC werden zusätzliche Möglichkeiten bzw. Freiheitsgrade für die Modifizierung und Anpassung der Eigenschaften von beschichteten Bauteilen geschaffen.
  • Die Eigenschaften typischer, im Stand der Technik bekannter, einlagiger Beschichtungen aus Si-DLC, DLC und Me-DLC sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.
    Si-DLC DLC Me-DLC
    Härte HUplast 23 bis 30 GPa 20 bis 40 GPa 15 bis 20 GPa
    Reibungskoeffizient μ 0,05 bis 0,15 0,15 bis 0,2 0,1 bis 0,3
    Verschleißkoeffizient 1,2 × 10–15 bis 4,0 × 10–15 m3/(N·m) 0,5 × 10–15 bis 1,0 × 10–15 m3/(N·m) 2 × 10–15 bis 10 × 10–15 m3/(N·m)
    Oberflächenenergie 30 bis 35 mN/m 35 bis 40 mN/m 40 bis 50 mN/m
    Temperaturbeständigkeit bis ~500°C bis ~350°C bis ~350°C
    Zähigkeit gering gering hoch
    Haftung mittel mittel gut
    Morphologie glasartig glasartig neigt zu Säulenbildung
  • Überraschenderweise haben erfindungsgemäße Deckschichten Eigenschaften, die nicht durch eine gewichtete Mittelung der Eigenschaften der einzelnen Komponenten Si-DLC, DLC und Me-DLC erklärt werden können. Vielmehr scheinen die jeweilig vorteilhaften Eigenschaften der Si-DLC-, der DLC- oder der Me-DLC-Komponente die Schwächen der anderen Komponenten zu kompensieren. Bei der Härte HUplast werden teilweise sogar Werte gemessen, welche die mit DLC erzielbare Härte übertreffen.
  • Neben einer Härte HUplast von bis zu 50 GPa und einem niedrigen Reibungskoeffizienten μ von 0,05 bis 0,20 zeichnet sich die erfindungsgemäße Beschichtung durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus. Im Gegensatz zu Schichten aus DLC und Me-DLC, die bereits ab 350°C degradieren, halten die Deckschichten der vorliegenden Erfindung im bestimmungsgemäßen Betrieb Temperaturen von bis zu 500°C stand.
  • Die Erfindung hat im Weiteren die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit einem Beschichtungssystem der vorstehend beschriebenen Art bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum PVD-Beschichten von Werkstücken, umfassend einen oder mehrere Schritte S1 bis SN, mit N = 1, 2, 3, ..., wobei im Schritt SN eine Si-DLC, DLC, Me-DLC und Wasserstoff enthaltende Deckschicht, worin Me gewählt ist aus der Gruppe umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W, mittels einer oder mehreren simultan betriebenen Magnetronkathoden mit gleichen oder voneinander verschiedenen Targets abgeschieden wird, wobei ein oder mehrere Targets 20 bis 100 atom-% Silizium, ein oder mehrere Targets 20 bis 100 atom-% Kohlenstoff, ein oder mehrere Targets 20 bis 100 atom-% Me enthalten und die Abscheidung in einer Atmosphäre mit einem nominellen Wasserstoffgehalt von kleiner 30 atom-% ausgeführt wird.
  • Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass:
    • – ein oder mehrere Targets aus Silizium, Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Graphit und gegebenenfalls Additiven, ein oder mehrere Targets aus Graphit und gegebenenfalls Additiven, und ein oder mehrere Targets aus Me, insbesondere Wolfram, Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Graphit und gegebenenfalls Additiven bestehen;
    • – ein oder mehrere Targets aus Graphit, in das Graphit eingebetteten Formkörpern aus Silizium oder Siliziumcarbid und gegebenenfalls Additiven bestehen, wobei die eingebetteten Formkörper vorzugsweise gleichmäßig im Bereich der Targeterosion angeordnet sind;
    • – ein oder mehrere Targets aus Graphit, in das Graphit eingebetteten Formkörpern aus Me oder Me-Carbid und gegebenenfalls Additiven bestehen, wobei die eingebetteten Formkörper vorzugsweise gleichmäßig im Bereich der Targeterosion angeordnet sind;
    • – ein oder mehrere Targets aus Graphit, in das Graphit eingebetteten Formkörpern aus Silizium oder Siliziumcarbid, in das Graphit eingebetteten Formkörpern aus Me oder Me-Carbid und gegebenenfalls Additiven bestehen, wobei die eingebetteten Formkörper vorzugsweise gleichmäßig im Bereich der Targeterosion angeordnet sind;
    • – ein oder mehrere Targets aus Materialien gewählt aus SiC, einer Mischung aus Si und SiC, einer Mischung aus Graphit und SiC, einer Mischung aus Graphit und Si, einer Mischung aus Graphit und Si und SiC, W, WC, Ti, TiC, V, VC, Cr, CrC, Zr, ZrC, Nb, NbC, Mo, Mo2C, Hf, HfC, Ta, TaC, Ni oder NiCX und gegebenenfalls Additiven bestehen;
    • – ein oder mehrere Targets aus Materialien gewählt aus Me-Carbid, einer Mischung aus Me und Me-Carbid, einer Mischung aus Graphit und Me-Carbid, einer Mischung aus Graphit und Me, einer Mischung aus Graphit und Me und Me-Carbid und gegebenenfalls Additiven bestehen;
    • – das Verfahren einen oder mehrere Schritte S1 bis SN-1, mit N = 2, 3, ... umfasst, wobei durch Magnetronsputtern eines oder mehrerer Targets aus Materialien gewählt aus Graphit, W, WC, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Si, Ni und SiC oder einer Mischung dieser Materialien in einem inerten oder reaktiven, gegebenenfalls wasserstoffhaltigen Plasma eine Haftschicht und/oder eine oder mehrere Vermittlerschichten bzw. Schichtsysteme abgeschieden werden;
    • – in einem oder mehreren der Schritte S1 bis SN Targets oder Gase verwendet werden, die einen Dotierstoff, wie Bor oder Schwefel enthalten;
    • – unbalancierte Magnetronkathoden verwendet und/oder an die zu beschichtenden Werkstücke ein Biaspotential von bis zu –300 V, vorzugsweise von –50 bis –200 V, und insbesondere von –100 bis –200 V angelegt wird; und/oder
    • – vor Ausführung der Schritte S1 bis SN die Oberfläche der Werkstücke mittels Ionenätzen, insbesondere mit Ar-Ionen vorbehandelt wird.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Abscheidung der Deckschicht und der optionalen Vermittlerschichten in einer Atmosphäre, umfassend ein inertes, aus Argon, Neon, Helium, Xenon, Krypton oder einer Mischung davon bestehendes Gas und ggf. ein oder mehrere Reaktivgase, wie Acetylen (C2H2), Methan (CH4), Stickstoff (N2), Silane (SimHn), insbesondere Monosilan (SiH4), Organosilane, insbesondere Tetramethylsilan (C4H12Si) und Hexamethyldisiloxan (C6H18OSi2) und Organosilazane.
  • Die Atmosphäre bzw. das Plasma, in dem die Abscheidung der Deckschicht aus Si-DLC erfolgt, hat einen Wasserstoffgehalt von nominell kleiner 30 atom-%. Im Rahmen der Erfindung bezieht sich die nominelle Angabe des Wasserstoffgehaltes auf vollständig dissoziierte Gasmoleküle. Wird z. B. eine Mischung aus 80 vol-% Argon (Ar) und 20 vol-% Acetylen (C2H2) als Atmosphäre für die Abscheidung verwendet, so wird der nominelle Wasserstoffgehalt gemäß der folgenden Gleichung (I) berechnet: 20 × 2H/(80 × 1Ar + 20 × 2C + 20 × 2H) = 40H/160 (Ar + C + H) ≡ 25 atom-% (I)
  • Nach Gleichung (I) werden sämtliche Gasmoleküle bzw. -atome als vollständig dissoziiert betrachtet. Während der Abscheidung bzw. während des Sputterns wird der Atmosphäre kontinuierlich frisches Gas zugeführt. Die pro Zeiteinheit zugeführte Menge der verschiedenen Gase bzw. der Gasfluss wird mittels, einschlägig als Massflow-Controllern (MFC) bezeichneten Reglern eingestellt, die über eine Speicher-programmierbare-Steuerung (SPS) oder einen Computer programmatisch angesteuert werden. Üblicherweise wird der Gasfluss in der Einheit ”standard cubic centimeter per minute” (sccm) angegeben. Während der Abscheidung der Deckschicht aus Si-DLC wird die Menge der pro Minute zugeführten bzw. eingelassenen Gase jeweils so geregelt, dass in dem resultierenden Gasgemisch der gemäß Gleichung (I) berechnete nominelle Wasserstoffgehalt kleiner/gleich 30 atom-% ist. Die tatsächliche stöchiometrische Zusammensetzung der Atmosphäre bzw. des Plasmas, in dem die Abscheidung erfolgt, weicht aufgrund verschiedener Effekte, wie z. B. der von der Gasspezies abhängigen Pumpleistung von Turbomolekularpumpen, der gasartabhängigen Leitwerte der Vakuumverrohrung und Ventile zwischen Pumpe(n) und Rezipient und der Einlagerung der Gasatome in der abgeschiedenen Schicht von dem nach Gleichung (I) berechneten nominellen Wert ab. Der nominelle Wert ist mittels MFC präzise regelbar und wird deshalb zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet.
  • Aufgrund des Anteils von wenigstens 2,5 atom-% eines Metalls Me sind die erfindungsgemäßen Deckschichten in beschränktem Maß elektrisch leitfähig, wodurch die Ableitung von Oberflächenladungen während des Magnetronsputterns begünstigt und spontane Lichtbogenentladungen effektiv vermieden werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei
  • 1–5 beschichtete Werkstücke;
  • 6a, 6b Vorrichtungen zum PVD-Beschichten; und
  • 7 ein Target einer Magnetronkathode.
    zeigen.
  • 1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Werkstücks 10 mit einem Grundkörper 1 und einer Si-DLC, DLC und Me-DLC enthaltenden Deckschicht 6, die einen Wasserstoffgehalt von 2,5 bis 20 atom-%, vorzugsweise 5 bis 18 atom-%, insbesondere 5 bis 15 atom-%, und besonders bevorzugt 5 bis 10 atom-% aufweist. Der mit dem Bezugszeichen 16 versehene Richtungspfeil symbolisiert die Oberflächennormale des Grundkörpers 1 bzw. der Deckschicht 6. Die Deckschicht 6 enthält 2,5 bis 30 atom-% Silizium und 2,5 bis 30 atom-% eines metallischen Elements Me gewählt aus der Gruppe umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W, jeweils in einer im Wesentlichen homogenen Verteilung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff einer ”im Wesentlichen homogenen Verteilung” den Sachverhalt, dass die Abscheidung der Deckschicht 6 unter kontrollierten Bedingungen derart erfolgt, dass ein beliebiges, in 2 dargestelltes Teilvolumen 6A der Deckschicht 6 mit einer Größe von 40 × 40 × 40 nm3 bis 200 × 200 × 200 nm3 einen Silizium-Gehalt und einen Me-Gehalt von jeweils 2,5 bis 30 atom-% aufweist.
  • Im Rahmen der Erfindung sind zudem Deckschichten 6 vorgesehen, bei denen jedes Teilvolumen 6A mit einer Größe von 40 × 40 × 40 nm3 bis 60 × 60 × 60 nm3, 80 × 80 × 80 nm3 bis 100 × 100 × 100 nm3, 100 × 100 × 100 nm3 bis 120 × 120 × 120 nm3, 120 × 120 × 120 nm3 bis 140 × 140 × 140 nm3, 140 × 140 × 140 nm3 bis 160 × 160 × 160 nm3, 160 × 160 × 160 nm3 bis 180 × 180 × 180 nm3, und/oder 180 × 180 × 180 nm3 bis 200 × 200 × 200 nm3 einen Silizium-Gehalt und einen Me-Gehalt von jeweils 2,5 bis 30 atom-% aufweist. Die Größenangaben (x nm) × (y nm) × (z nm) für das Volumen 6A beziehen sich vorzugsweise auf ein kartesisches Koordinatensystem, dessen dritte Achse z parallel zu der Oberflächennormale 16 angeordnet ist. Wie nachfolgend erläutert, ist die Deckschicht 6 nach Art einer Multilayer- bzw. Mehrfachschicht oder als eine mehr oder minder homogene, gegebenenfalls in Richtung der Oberflächennormale 16 gradierte Schicht ausgebildet. Sämtliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Deckschicht 6 zeichnen sich dadurch aus, dass ein beliebiges Teilvolumen der Deckschicht 6, das in Richtung der Oberflächennormale 16 eine Dicke von größer/gleich 40 nm hat, einen Silizium-Gehalt und einen Me-Gehalt von jeweils 2,5 bis 30 atom-% aufweist. So hat beispielsweise auch ein Teilvolumen 6A mit einer Größe von 1000 × 1000 × 40 nm3 einen Silizium-Gehalt und einen Me-Gehalt von jeweils 2,5 bis 30 atom-%. Den Kern der Erfindung bildet demzufolge eine im Wesentlichen aus Si-DLC, DLC und Me-DLC bestehende Deckschicht 6 mit quasi-homogener bzw. quasi-isotroper chemischer Zusammensetzung. Der Begriff ”quasi-homogen” bzw. ”quasi-isotrop” bezeichnet den Sachverhalt, dass Anisotropien der chemischen Zusammensetzung nur dann detektierbar sind, wenn eine stöchiometrische Messmethode, wie beispielsweise Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) mit einer Ortsauflösung von unter 40 nm in Richtung der Oberflächennormale 16 verwendet wird.
  • Die Deckschicht 6 wird vorrangig nach zwei Methoden (A) oder (B) oder einer Kombination der Methoden (A) und (B) abgeschieden. Eine nach der Methode (A) erzeugte Deckschicht 6 ist in 3 dargestellt und umfasst eine oder mehrere Dreifachlagen 66, die jeweils eine erste Lage 6A, eine zweite Lage 6B und eine dritte Lage 6C umfassen. Die Dicke der Lagen 6A, 6B und 6C beträgt jeweils 0,1 bis 20 nm, vorzugsweise 1 bis 10 nm und insbesondere 1 bis 5 nm. Die Lagen 6A, 6B und 6C sind in Richtung der Oberflächennormale 16 in einer beliebig festgelegten Reihenfolge 6A/6B/6C, 6A/6C/6B, 6B/6C/6A, 6B/6A/6C, 6C/6A/6B oder 6C/6B/6A angeordnet. Gemäß der Methode (A) wird jede der Lagen 6A, 6B, 6C mittels einer separaten Magnetronkathode mit einem Target mit definierter Stöchiometrie abgeschieden. Zwecks Abscheidung der Deckschicht 6 wird vor jeder der Magnetronkathoden eine Plasmazone gebildet, deren Zusammensetzung im Wesentlichen der Stöchiometrie des jeweiligen Targets entspricht. Die chemische Zusammensetzung der Plasmazone ist vorrangig durch die Stöchiometrie des Targets bestimmt, wobei bekannte und öffentlich tabellierte Einflußfaktoren, wie die elementspezifischen Sputterraten zu berücksichtigen sind (siehe z. B. http://www.npl.co.uk/science-technology/surface-and-nanoanalysis/services/sputter-yield-values). Während der Abscheidung der Deckschicht 6 werden die zu beschichtenden Werkstücke, im folgenden auch als Substrate bezeichnet, mittels eines bekannten Substrathalters mit Planetengetriebe um eine oder mehrere Achsen rotiert und mit vorgegebener Kreisfrequenz durch die Plasmazone jeder der Magnetronkathoden geführt. Die Methode (A) entspricht der im Stand der Technik bekannten Sputtermethode für die Abscheidung von Multilayer- und Übergitterbeschichtungen. Indem die jeder Magnetronkathode zugeführte elektrische Leistung und damit verbunden die Sputterrate sowie die Rotationsgeschwindigkeit des Substrathalters bzw. die Verweildauer der Substrate in den Plasmzonen der Magnetronkathoden geeignet festgelegt wird, kann die Dicke und Stöchiometrie der Lagen 6A, 6B, 6C in gezielter Weise eingestellt werden. Um die Verfahrensparameter zu justieren, werden die Dicke und chemische Zusammensetzung der nach der Methode (A) erzeugten Lagen 6A, 6B, 6C bzw. der Deckschicht 6 mittels bekannter Messmethoden wie elektronenmikroskopischen Aufnahmen von Schnitten in einem Rasterelektronenmikroskop und/oder einem Transmissionselektronenmikroskop, mittels Electron-Probe-Micro-Analysis (bzw. EDX oder ESCA) und/oder Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) in Verbindung mit Elastic Recoil Detection (ERD) bestimmt. Dieses Vorgehen ist im Stand der Technik gebräuchlich und gestattet es, die Verfahrensparameter im Rahmen von ein bis zwei Versuchen anhand von ein bis zwei Testchargen einiger weniger beschichteter Substrate festzulegen.
  • Bei der Methode (B) wird die Deckschicht 6 mittels einer oder mehreren Magnetronkathoden mit gleichem Target abgeschieden, wobei das bzw. die Targets eine Zusammensetzung aufweisen, die der für die Deckschicht 6 vorgegebenen Stöchiometrie entspricht. Hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Targets sind bekannte und öffentlich tabellierte Einflußfaktoren, wie die elementspezifischen Sputterraten zu berücksichtigen (siehe z. B. http://www.npl.co.uk/science-technology/surface-and-nanoanalysis/services/sputter-yield-values). Wie bei der Methode (A) werden die Verfahrensparameter für Methode (B) anhand von Messungen der chemische Zusammensetzung der Deckschicht 6 mittels SIMS in Verbindung mit ERD und EDX/ESCA justiert. Bevorzugt weisen die nach der Methode (B) erzeugten Deckschichten 6 in Richtung der Oberflächennormale 16 eine homogene Zusammensetzung der Art auf, dass jedes Teilvolumen mit einer Größe 10 × 10 × 10 nm3 oder kleiner einen Si-Gehalt von 2,5 bis 30 atom-% und einen Me-Gehalt von 2,5 bis 30 atom-% hat.
  • Der Wasserstoffgehalt der Deckschicht 6 wird vor Allem durch den Wasserstoffgehalt der Plasmazonen vor den Magnetronkathoden bestimmt. Erfolgt die Abscheidung in einer industriellen Beschichtungsanlage mit einer üblichen Leistungsdichte an der Targetoberfläche von etwa 5 bis 15 W·cm–2 in einer Gasatmosphäre mit einem geringen Wasserstoffanteil, z. B. Argon zu Acetylen (C2H2) im Verhältnis 350 sccm zu 25 sccm, so liegt der Wasserstoffgehalt in der Deckschicht 6 im Bereich von 5 bis 6 atom-%. Indem der Anteil von Acetylen oder Methan (CH4) erhöht wird, kann der Wasserstoffgehalt in der Deckschicht 6 auf Werte von bis zu 20 atom-% angehoben werden. Um den Silizium- und Me-Gehalt der Deckschicht einzustellen, werden beispielsweise eine oder mehrere Magnetronkathoden mit Targets aus Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Graphit (C), einem Metall (Me), gewählt aus der Gruppe, umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W und/oder Me-Carbid verwendet.
  • Je nach Wahl der Targetmaterialien und des Sputtergases werden der Silizium-, Me- und Wasserstoff-Gehalt der Deckschicht 6 innerhalb der vorstehend erwähnten Grenzen von 5 bis 20 atom-% Wasserstoff, 2,5 bis 30 atom-% Silizium und 2,5 bis 30 atom-% Me eingestellt.
  • Gegebenenfalls beinhalten die Targets der Magnetronkathoden Zusatzstoffe wie Bor, Aluminium, Wolfram, Vanadium und/oder Schwefel, welche den Reibungskoeffizienten μ der Deckschicht 6 mindern und/oder die elektrische Leitfähigkeit der von Targetmaterialien ohne metallische Komponente erhöhen. Die in den Targets enthaltenen Zusatzstoffe werden beim Sputtern in der Deckschicht 6 deponiert. Bevorzugt weist die Deckschicht 6 einen Gehalt an Bor und/oder Schwefel von 0,01 bis 6,0 atom-% auf.
  • Die Deckschicht 6 ist 0,4 bis 5,0 μm, vorzugsweise 0,6 bis 3,0 μm, und insbesondere 0,8 bis 2,0 μm dick. Die Dicke der Deckschicht 6 ist durch das Produkt aus Abscheiderate und Abscheidedauer bzw. bei variabler Abscheiderate durch das Zeitintegral der Abscheiderate bestimmt. Die Abscheiderate wiederum ist eine Funktion mehrerer Variablen, wie Anzahl, Targetgröße und Targetmaterial der Magnetronkathoden, Sputterstrom und der verwendeten Gasmischung sowie der geometrischen Anordnung der zu beschichtenden Teile und deren Bewegung bzw. Mehrfachrotation usw. Durch entsprechende Anpassung der Abscheiderate und der Abscheidedauer wird die Dicke der Deckschicht 6 eingestellt.
  • Werden für die Abscheidung der Deckschicht 6 drei oder mehr voneinander verschiedene Magnetronkathoden bzw. Targetmaterialien verwendet, beispielsweise 1 × SiC + 1 × Graphit + 1 × Wolfram, so bilden sich in der PVD-Beschichtungsvorrichtung vor den jeweiligen Magnetronkathoden Zonen aus, deren Gehalt an Kohlenstoff-, Silizium- und Wolframatomen sich voneinander unterscheidet. So bildet sich vor einer Magnetronkathode mit Graphit- oder Wolframtarget eine Plasmazone aus, die im Wesentlichen frei von Silizium ist. Demgegenüber enthält eine Zone vor einer Magnetronkathode mit SiC-Target sowohl Silizium als auch Kohlenstoff. Alternativ werden ein oder mehrere SiC- oder Si-Targets und Wolframcarbid- oder Wolframtargets in Verbindung mit einem Kohlenstoff-haltigen Sputtergas, beispielsweise einer Mischung aus Argon und Acetylen (C2H2) in einem Volumenverhältnis von 350:40, d. h. mit einem nominellen Wasserstoffgehalt von 40 × 2/(350 × 1 + 40 × 2 + 40 × 2) = 80/510 ≡ 15,7 atom-% verwendet. Die Beschichtungszone vor einem Si-Target oder einem Wolframtarget enthält dann sowohl Silizium wie auch Kohlenstoff bzw. sowohl Wolfram wie auch Kohlenstoff, so dass auf einem in der jeweiligen Beschichtungszone befindlichen Werkstück 1 eine Si-DLC-Schicht bzw. eine Me-DLC-Schicht abgeschieden wird. Wie bereits vorstehend erläutert, wird ein Volumenverhältnis von Argon zu Acetylen in der Sputteratmosphäre von beispielsweise 350:40 eingestellt, indem die über die MFC eingelassenen Gasflüsse auf 350 sccm Argon und 40 sccm Acetylen geregelt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die zu beschichtenden Werkstücke während des Beschichtungsvorgangs mittels eines Planetenantriebs innerhalb der PVD-Beschichtungsvorrichtung durch die Beschichtungszonen bewegt und vorzugsweise mittels Magnetronkathoden, die in Verbindung mit elektromagnetischen Feldspulen ein tunnelartiges Magnetfeld und ein großvolumiges Plasma erzeugen, unter Anwendung eines negativen Substratpotentials bewirkten Ionenbeschusses beschichtet. Die zu beschichtenden Werkstücke sind auf Substrathaltern befestigt. Die Substrathalter sind auf einem Drehteller gelagert und um ihre Längsachse rotierbar. Während der Abscheidung der Deckschicht 6 werden der Drehteller und die Substrathalter mit den Werkstücken mittels des Planetenantriebs gedreht, wobei die zeitabhängige Bahn s(t) eines Werkstücks in einer durch Koordinaten (u; v) definierten horizontalen Ebene durch folgende Formel beschreibbar ist: s(t) = (u(t); v(t)) = (RD·cos(ωD·t) + RS·cos(ωS·t + Δφ); RD·sin(ωD·t) + RS·sin(ωS·t + Δφ)) mit t ≡ Zeit; RD ≡ Drehteller-Radius; RS ≡ Substrathalter-Radius;
    ωD ≡ Drehteller-Winkelgeschwindigkeit; ωS ≡ Substrathalter-Winkelgeschwindigkeit; und
    Δφ ≡ Winkelversatz zwischen Substrathalter und Drehteller
  • Vorzugsweise ist das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten ωS/ωD eine gebrochen rationale, insbesondere irrationale Zahl, so dass die Bahn s(t) nicht stationär ist.
  • Bei einer vollständigen Rotation des Drehtellers wird jedes Werkstück einmal durch die Beschichtungszone vor jeder der Magnetronkathoden geführt. Je nach Silizium-Kohlenstoff- und Me-Gehalt der verschiedenen Beschichtungszonen wird dabei auf dem Werkstück eine dünne Lage aus Si-DLC, DLC oder Me-DLC abgeschieden. Folglich weist die Deckschicht 6, wie in 3, 4, 5 dargestellt, eine Feinstruktur aus Dreifachlagen 66 mit Einzellagen 6A, 6B, 6C auf. Die Dicke der alternierenden Lagen 6A, 6B, 6C liegt jeweils unabhängig voneinander im Bereich von 0,1 bis 20 nm, vorzugsweise 1 bis 10 nm und insbesondere 1 bis 5 nm.
  • In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Siliziumgehalt der Deckschicht 6 variiert, indem das Verhältnis der elektrischen Leistungen und damit der Abscheideraten der Magnetronkathoden mit Silizium-haltigem Target relativ zu den Magnetronkathoden mit Graphit- und Me-Target erhöht oder erniedrigt wird. Alternativ oder ergänzend hierzu wird die Zusammensetzung des Sputtergases, beispielsweise das Volumenverhältnis (sccm) von Acetylen zu Argon variiert. Insbesondere wird das Beschichtungsverfahren so geführt, dass der Siliziumanteil der Deckschicht 6 in Richtung einer Oberflächennormale 16 des Grundkörpers 1 bzw. der Deckschicht 6, d. h. mit zunehmendem Abstand vom Grundkörper 1 ansteigt.
  • Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den 3, 4 und 5 gezeigt. Demnach sind zwischen dem Grundkörper 1 und der Deckschicht 6 eine Haftschicht 2 und/oder eine erste und zweite Vermittlerschicht 3, 4 bzw. ein erstes und zweites Schichtsystem 30, 40 und/oder eine dritte Vermittlerschicht 5 angeordnet. Die Haftschicht 2 grenzt unmittelbar an den Grundkörper 1 und gegebenenfalls an die Deckschicht 6. Die erste Vermittlerschicht 3 bzw. das erste Schichtsystem 30 grenzt unmittelbar an den Grundkörper 1 oder die Haftschicht 2 und ggf. an die Deckschicht 6. Die zweite Vermittlerschicht 4 bzw. das zweite Schichtsystem 40 grenzt unmittelbar an den Grundkörper 1, die Haftschicht 2, die erste Vermittlerschicht 3 oder das erste Schichtsystem 30 und ggf. an die Deckschicht 6. Die dritte Vermittlerschicht 5 grenzt unmittelbar an die Deckschicht 6 sowie an den Grundkörper 1, die Haftschicht 2, die erste Vermittlerschicht 3, das erste Schichtsystem 30, die zweite Vermittlerschicht 4 oder das zweite Schichtsystem 40.
  • Beginnend mit dem Grundkörper 1 sind die jeweiligen Schichten bzw. Schichtsysteme in Richtung einer Oberflächennormale 16 des Grundkörpers in aufsteigender Reihenfolge mit den Bezugszeichen 2, 3 bzw. 30, 4 bzw. 40, 5 und 6 gekennzeichnet. Die in den 2a, 2b, 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen repräsentieren lediglich eine Untermenge der erfindungsgemäß vorgesehenen 36 Kombinationsmöglichkeiten der zwischen dem Grundkörper 1 und der Deckschicht 6 liegenden Schichten bzw. Schichtsysteme 2, 3 bzw. 30, 4 bzw. 40 und 5. Die Zahl 36 der Kombinationsmöglichkeiten ergibt sich aus der folgenden Betrachtung:
    Schicht bzw. Schichtsystem Möglichkeiten Anzahl
    Haftschicht nein|ja 2
    erste Vermittlerschicht/erstes Schichtsystem nein|3|30 3
    zweite Vermittlerschicht/zweites Schichtsystem nein|4|40 3
    dritte Vermittlerschicht nein|ja 2
    Möglichkeiten gesamt: 2 × 3 × 3 × 2 = 36
  • Wie in 4 gezeigt, besteht das erste Schichtsystem 30 aus einer oder mehreren Doppelschichten n × (31, 32), wobei n eine ganze Zahl größer/gleich 1 ist. Das zweite Schichtsystem 40 umfasst eine oder zwei Schichten 41 bzw. 41, 42.
  • Die Dicke der Schichten 3, 31, 32, 4, 41, 42, 5 beträgt jeweils 0,1 bis 3,0 μm, bevorzugt 0,1 bis 0,8 μm, und insbesondere 0,1 bis 0,6 μm.
  • Die Haftschicht 2, die Vermittlerschichten bzw. Schichtsysteme 3 bzw. 30, 4 bzw. 40 und 5 verbessern die Haftfestigkeit der Deckschicht 6 und/oder mindern die thermische Fehlanpassung, d. h. die Differenz zwischen den Temperaturausdehnungskoeffizienten der Deckschicht 6 und des Grundkörpers 1.
  • Besteht der Grundkörper 1 aus einem weichen Werkstoff, so haben die Haftschicht 2, die Vermittlerschichten bzw. Schichtsysteme 3 bzw. 30, 4 bzw. 40 und/oder 5 die zusätzliche Funktion, eine stützende Auflage mit erhöhter Festigkeit für die Deckschicht 6 bereitzustellen.
  • Im Rahmen der Erfindung ist insbesondere die Abscheidung einer Haftschicht 2 aus Ti, V, Cr, CrN, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Si oder Ni auf dem Grundkörper 1 vorgesehen. Hierzu wird eine Magnetronkathode mit einem Target aus Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Si oder Ni eingesetzt. Eine Haftschicht 2 aus CrN wird in einer Stickstoff-haltigen Gasatmosphäre, beispielsweise einer Mischung aus Argon und Stickstoff (N2) abgeschieden, d. h. mittels reaktivem Magnetronsputtern.
  • Zur Kompensation der thermischen Fehlanpassung werden zweckmäßigerweise eine erste Vermittlerschicht 3 bzw. eine oder mehrere Doppelschichten (31, 32), eine zweite Vermittlerschicht 4, 41 bzw. (41, 42) und/oder eine dritte Vermittlerschicht 5 aus SiCX, WCX, Si-DLC, Me-DLC, insbesondere W-DLC oder DLC direkt auf dem Grundkörper 1 oder einer zuvor erzeugten Haftschicht 2 aus Ti, V, Cr, CrN, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Si oder Ni abgeschieden, wobei 0,1 < X < 2,0 ist.
  • Die Dicke der alternierenden Schichten 31 und 32 beträgt jeweils 0,1 bis 3,0 μm, vorzugsweise 0,1 bis 1,5 μm und insbesondere 0,1 bis 0,6 μm. Die Doppelschichten (31, 32) werden sequentiell abgeschieden, indem wechselweise mit ausgewählten Magnetronkathoden gesputtert wird, während die übrigen Magnetronkathoden ausgeschaltet sind bzw. mit einer geringen elektrischen Leistung unterhalb dem für Sputter-Abscheidung erforderlichen Wert betrieben werden. Alternativ zu einer Absenkung der elektrischen Leistung der Magnetronkathoden ist der Einsatz von Abschirmblenden vorgesehen, die automatisch bzw. mittels elektronischer Steuerung verfahren werden und das Target der jeweiligen Magnetronkathode freigeben oder abdecken. Derartige, im Stand der Technik gebräuchliche Abschirmblenden gestatten es, die Magnetronkathoden mit im Wesentlichen konstanter Leistung zu betreiben und die Sputterparameter zu stabilisieren.
  • Beispielsweise wird zunächst mittels einer oder mehreren Magnetronkathoden mit SiC-Target eine Si-DLC-Schicht erzeugt. Hieran anschließend wird die Magnetronkathode mit SiC-Target abgeschaltet bzw. heruntergeregelt und eine oder mehrere Magnetronkathoden mit WC-Target eingeschaltet, um eine W-DLC-Schicht abzuscheiden. Die vorstehenden Sputterschritte werden ggf. mehrfach wiederholt, um ein Schichtsystem 30 mit mehreren Doppelschichten (31, 32) zu erzeugen. In analoger Weise werden durch wechselweisen Einsatz von Magnetronkathoden mit Si-, SiC-, W-, WC-, Graphit-, MeC- oder Me-Target eine oder mehrere Doppelschichten (31, 32) der Typen (SiCX/MeCX), (MeCX, SiCX), (SiCX/DLC), (SiCX/Me-DLC), (MeCX/Si-DLC), (Si-DLC/MeCX), (W-DLC/SiCX), (Si-DLC/DLC), (Si-DLC/Me-DLC), (DLC/Si-DLC) oder (Me-DLC/Si-DLC) abgeschieden, wobei Me-DLC vorzugsweise als W-DLC und MeCX vorzugsweise als WCX ausgeführt ist.
  • Demgegenüber werden bei der Abscheidung der Deckschicht 6 alternierend Lagen aus Si-DLC, DLC und Me-DLC, insbesondere W-DLC mit einer Dicke von jeweils 0,1 bis 20 nm simultan in verschiedenen Beschichtungszonen vor den jeweiligen Magnetronkathoden abgeschieden.
  • In 6a und 6b sind schematische Draufsichten auf PVD-Beschichtungsvorrichtungen 100, 100' zum Erzeugen der erfindungsgemäßen Beschichtungssysteme wiedergegeben. Die PVD-Beschichtungsvorrichtungen 100, 100' umfassen eine Vakuumkammer 110, in welcher eine oder mehrere Magnetronkathoden (50, ..., 50; 60, ..., 60; 70, ..., 70), respektive (50, 60, 70, 120, 130, 140) mit Targets (51, ..., 51; 61, ..., 61; 71, ..., 71), respektive (51, 61, 71, 121, 131, 141) angeordnet sind. Die Magnetronkathoden (50, ..., 50; 60, ..., 60; 70, ..., 70) bzw. (50, 60, 70, 120, 130, 140) sind als unbalancierte Magnetronkathoden ausgebildet, die in Verbindung mit elektromagnetischen Feldspulen, die tunnelartige Magnetfelder an den Magnetronkathoden sowie ein Fernfeld erzeugen, welches einen großen Teil der zu beschichtenden Teile umschließt und vor den Magnetrontargets vorliegende Elektronen in den Beschichtungsraum einleitet. Hierdurch wird in einem großen Bereich um die zu beschichtenden Teile ein großvolumiges dichtes Plasma erzeugt. An die zu beschichtenden Teile wird ein negatives Biaspotential von 200 V angelegt, wodurch ein intensiver Ionenbeschuss der Teile bei der Beschichtung hervorgerufen wird. Dieser Ionenbeschuss ist notwendig zur Abscheidung von qualitativ hochwertigen Hartstoff- und DLC-Schichten aller Ausführungen. Die zu beschichtenden Werkstücke 1 sind auf Substrathaltern 90 befestigt, die auf einem, in 6a und 6b nicht gezeigten Drehteller um ihre Längsachse rotierbar gelagert sind. Mittels eines Planetenantriebs (nicht gezeigt) werden der Drehteller und simultan die Substrathalter 90 mit den Werkstücken 1 rotiert. Die Rotation des Drehtellers und der Substrathalter 90 ist durch kreisförmige Pfeile 91 bzw. 92 angedeutet.
  • Die Abscheidung der erfindungsgemäßen Beschichtungssysteme erfolgt in einer kontrollierten Atmosphäre 80 bei einem Druck von 0,5 × 10–3 bis 0,05 mbar. Zur Aufrechterhaltung des geringen Druckes ist die PVD-Beschichtungsvorrichtung 100 mit einem Pumpenstand, insbesondere mit Turbomolekularpumpen (nicht gezeigt) verbunden. Über eine oder mehrere Zuführungen 150 werden in die PVD-Beschichtungsvorrichtung 100 kontinuierlich inerte Gase, wie Argon, Krypton oder Xenon und ggf. Reaktivgase, wie Acetylen (C2H2), Methan (CH4), Stickstoff (N2), Silane (SimHn), insbesondere Monosilan (SiH4), Organosilane, insbesondere Tetramethylsilan (C4H12Si) und Hexamethyldisiloxan (C6H18OSi2) und Organosilazane sowie ggf. Mischungen von inerten Gasen und Reaktivgasen geleitet, um die Zusammensetzung der Atmosphäre bzw. des Plasmas 80 und der auf den Werkstücken 1 abgeschiedenen Schichten in gezielter Weise zu beeinflussen. Zur Kontrolle des Volumenstroms der verschiedenen Gase sind die Zuführungen 150 mit elektrisch regelbaren Ventilen bzw. Mengenflussreglern (mass flow controller, abgekürzt MFC) ausgestattet.
  • Jede der Magnetronkathoden (50, ..., 50; 60, ..., 60; 70, ..., 70) bzw. (50, 60, 70, 120, 130, 140) ist mit einer separat regelbaren elektrischen Leistungsversorgung (nicht gezeigt) verbunden. Bevorzugt werden die Magnetronkathoden mit Gleichspannung oder gepulster Gleichspannung betrieben (sogenanntes DC-Magnetronsputtern).
  • Im Weiteren ist eine Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) zum Anlegen einer Biasspannung von bis zu –300 V, vorzugsweise –50 bis –200 V bzw. einer Ätzspannung von bis zu –2000 V, vorzugsweise –1000 V an die zu beschichtenden Werkstücke 1 vorgesehen. Hierbei ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine gepulste Gleichspannungs- bzw. DC-Spannungsquelle an die Substrate angeschlossen. Dementsprechend sind der Drehteller und die Substrathalter 90 aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, wie Stahl gefertigt und mit der Gleichspannungsquelle für die Biasspannung elektrisch leitend verbunden.
  • Durch die Biasspannung bzw. das Biaspotential werden ionisierte Gasatome, zum Beispiel Ar-Ionen aus dem Plasma 80 auf die zu beschichtenden Werkstücke beschleunigt. Durch die auf die Oberfläche der Werkstücke auftreffenden Ionen wird auf die Oberflächenatome kinetische Energie übertragen (sogenanntes Ionenbombardement). Insbesondere werden bei der Abscheidung von Me-DLC-, DLC- und Si-DLC-Schichten durch Ionenbombardement mit einem Biaspotential zwischen –50 und –300 V die Schichteigenschaften, wie Härte, Verschleißbeständigkeit und Schichtstruktur sowie der Anteil von sp3-gebundenem Kohlenstoff optimiert.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird die Oberfläche der Werkstücke 1 vor Abscheidung der Haftschicht 2, der Vermittlerschichten 3, 4 und gegebenenfalls 5 oder Schichtsysteme 30 und 40 bzw. vor Abscheidung der Deckschicht 6 mittels Ionenätzen, vorzugsweise mit Argonionen gereinigt. Hierfür wird an die Substrathalter 90 bzw. an die Werkstücke 1 eine Spannung von bis zu –1000 V angelegt.
  • 7 zeigt eine Draufsicht auf ein Target (51, 71), das einen ersten, vorzugsweise als quader-förmige oder ovale Platte ausgebildeten Träger 200 und in den Träger eingebettete Formkörper 220 umfasst. Der Träger 200 besteht bevorzugt aus Graphit oder aus Graphit und bis zu 15 Gew.-% Additiven, wie beispielsweise Bindemitteln. Die Formkörper 220 sind vorzugsweise zylinder- oder quaderförmig ausgebildet und bestehen aus Materialien, die Silizium und/oder ein Metall gewählt aus der Gruppe umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W enthalten, wobei Wolfram bevorzugt ist. In zweckmäßigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen die Formkörper 220 aus Materialien wie Silizium, Siliziumcarbid, Mischungen aus Silizium und Graphit, Wolfram, Wolframcarbid, Mischungen aus Wolfram und Graphit und/oder Mischungen der vorstehenden Materialien. Die Formkörper 220 sind bevorzugt in einem in Fachkreisen als Racetrack bezeichneten Bereich 210 maximaler Sputtererosion des Targets (51, 71) angeordnet.
  • Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Werkstücke (10, 11, 11', 12, 13) bzw. der Deckschichten 6 werden mit den nachfolgend aufgelisteten Messverfahren bestimmt:
    • – Härte HUplast gemäß ISO EN 14577 mit Fischerscope® H100C der Helmut Fischer GmbH, Sindelfingen (DE) mit Vickers Diamantspitze und einer Prüfkraft von 20 bis 50 mN;
    • – Reibungskoeffizient μ mittels Stift-Scheibe Test (pin on disk test) gemäß DIN EN 50324 (ASTM G99) mit einem Tribometer der CSM Instruments SA, Peseux (CH) in Luft mit einer relativen Feuchte von etwa 50% (~9 g/m3 Wasserdampfgehalt);
    • – Verschleißfestigkeit mittels Kalottenverschleißtest (üblicherweise auch als Ball-Crater- oder Calo-Test bezeichnet) gemäß ISO EN-1071-6 mit dem Instrument kaloMAX NT der BAQ GmbH, Braunschweig (DE) mit einer Suspension von Al2O3-Pulver mit einer Korngröße von 1 μm in Glyzerin als Abrasivpaste, einer Stahlkugel mit 30 mm Durchmesser, einer Andruck- bzw. Auflagekraft von 0,54 N, und einer Umdrehungszahl von 50 bis 55 U/min bei einer Schleifdauer von 3 bis 9 Minuten, einem Schleifweg von 17 bis 51 m und einer Schleiftiefe von 0,4 bis 1,2 μm;
    • – Haftfestigkeit mittels Rockwell A Test bei Substraten aus Hartmetall und ansonsten mittels Rockwell C Test gemäß der Richtlinie VDI 3198 bei einer Andruckkraft von 588,4 N, respektive 1471 N;
    • – Haftfestigkeit bzw. kritischer Lastwert LC2 mittels Ritztest nach ISO EN 1071-3 mit einem CSM Scratch Tester Micro der CSM Instruments SA, Peseux (CH);
    • – Silizium- und Kohlenstoffgehalt mittels Electron-Probe-Micro-Analysis (bzw. EDX oder ESCA) unter Verwendung eines Energie-dispersiven Si(Li)-Detektors;
    • – Elementzusammensetzung und Wasserstoffgehalt mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) mit Cäsium-Ionen gemäß dem Verfahren von Willich et al. (P. Willich, M. Wang, K. Wittmack, Quantitative Analysis of W-C:H Coatings by EPMA, RBS (ERD) and SIMS, Mikrochim. Acta 114/115, 525–532 (1994); P. Willich, C. Steinberg, SIMS depth profile of wear resistant coatings on cutting tools and technical components, Applied Surface Science 179 (2001) 263–268). Das Massenspektrometer des SIMS-Instruments wurde anhand der Messergebnisse aus Elastic Recoil Detection (ERD) von drei Vergleichsproben kalibriert. Als Vergleichsproben wurden Stahlplatten mit einer ersten 0,5 μm dicken Beschichtung aus Wolfram und einer zweiten 3 μm dicken Beschichtung aus Si-DLC mit einem Wasserstoffgehalt von jeweils etwa 5, 10 und 15 atom-% verwendet. Die ERD-Messungen wurden im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf mit einem 4He2 +-Primärstrahl mit einer Energie von 2,4 MeV durchgeführt; und
    • – Kontaktwinkel und Oberflächenenergie mittels Benetzung der Deckschicht mit Wasser gemäß DIN 55660-2 (Ausgabe 2011-12) und DIN 55660-5 (Ausgabe 2012-04) oder ASTM D7334-08 mit einem Instrument des Typs DSA 10 der Krüss GmbH.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10018143 B3 [0003]
    • EP 87836 [0004]
    • DE 4343354 A1 [0005]
    • US 5078848 [0006]
    • EP 651069 A [0007]
    • EP 600533 [0007]
    • EP 885983 [0007, 0007]
    • EP 856592 [0007]
    • US 4728529 [0008]
    • DE 19513614 C [0009]
    • DE 19826259 A [0010]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 55660 [0016]
    • ASTM D7334-08 [0016]
    • http://www.npl.co.uk/science-technology/surface-and-nanoanalysis/services/sputter-yield-values [0040]
    • http://www.npl.co.uk/science-technology/surface-and-nanoanalysis/services/sputter-yield-values [0041]
    • ISO EN 14577 [0069]
    • DIN EN 50324 (ASTM G99) [0069]
    • ISO EN-1071-6 [0069]
    • Richtlinie VDI 3198 [0069]
    • ISO EN 1071-3 [0069]
    • P. Willich, M. Wang, K. Wittmack, Quantitative Analysis of W-C:H Coatings by EPMA, RBS (ERD) and SIMS, Mikrochim. Acta 114/115, 525–532 (1994) [0069]
    • P. Willich, C. Steinberg, SIMS depth profile of wear resistant coatings on cutting tools and technical components, Applied Surface Science 179 (2001) 263–268 [0069]
    • DIN 55660-2 (Ausgabe 2011-12) [0069]
    • DIN 55660-5 (Ausgabe 2012-04) [0069]
    • ASTM D7334-08 [0069]

Claims (33)

  1. Werkstück (10, 11, 12, 13) umfassend einen Grundkörper (1) und eine Deckschicht (6), welche Si-DLC, DLC, eine oder mehrere Arten Me-DLC und 2,5 bis 20 atom-% Wasserstoff enthält, wobei Me gewählt ist aus der Gruppe umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W, und die Deckschicht eine Härte von 15 bis 50 GPa aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) aus Teilvolumina (6A) der Größe 40 × 40 × 40 nm3 bis 200 × 200 × 200 nm3 besteht und jedes Teilvolumen (6A) einen mittleren Si-Gehalt von 2,5 bis 30 atom-% und einen mittleren Me-Gehalt von 2,5 bis 30 atom-% hat.
  2. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teilvolumen (6A) einen Si-Gehalt von 5 bis 25 atom-%, vorzugsweise 8 bis 20 atom-% und einen Me-Gehalt von 5 bis 25 atom-%, vorzugsweise 10 bis 20 atom-% aufweist.
  3. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) einen Wasserstoffgehalt von 5 bis 18 atom-%, vorzugsweise 5 bis 15 atom-%, und insbesondere 5 bis 10 atom-% aufweist.
  4. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) eine Dicke von 0,4 bis 5,0 μm, vorzugsweise 0,6 bis 3,0 μm, und insbesondere 0,8 bis 2,0 μm hat.
  5. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) eine Härte HUplast von 20 bis 40 GPa und vorzugsweise 25 bis 40 GPa aufweist.
  6. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) einen Reibungskoeffizienten μ von 0,05 bis 0,20, vorzugsweise 0,05 bis 0,15, und insbesondere 0,05 bis 0,1 aufweist.
  7. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) gemäß Kalotest mit einer Suspension von Al2O3-Pulver in Glyzerin einen Verschleißkoeffizienten von 0,5 × 10–15 bis 4,0 × 10–15 m3/(N·m), vorzugsweise 0,5 × 10–15 bis 2,5 × 10–15 m3/(N·m), und insbesondere 0,5 × 10–15 bis 1,5 × 10–15 m3/(N·m) aufweist.
  8. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) eine mittels Rockwell A Test für Grundkörper (1) aus Hartmetall und ansonsten mittels Rockwell C Test gemessene Haftfestigkeit HF1 bis HF4, vorzugsweise HF1 bis HF3, und insbesondere HF1 bis HF2 aufweist.
  9. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) einen Gehalt von 0,01 bis 6,0 atom-% eines Additivs gewählt aus Bor, Schwefel und Mischungen davon, aufweist.
  10. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Me Wolfram ist.
  11. Werkstück (11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) eine oder mehrere Dreifachlagen (66) umfasst und jede der Dreifachlagen (66) aus einer Lage Si-DLC (6A), einer Lage DLC (6B) und einer Lage Me-DLC (6C) besteht und die Lagen (6A), (6B) und (6C) in einer beliebig festgelegten periodischen Reihenfolge angeordnet sind.
  12. Werkstück (11, 12, 13) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (6A), (6B) und (6C) unabhängig voneinander jeweils eine Dicke von 0,1 bis 20 nm, vorzugsweise 1 bis 10 nm, und insbesondere 1 bis 5 nm haben.
  13. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Silizium-Anteil in der Deckschicht (6) mit zunehmendem Abstand vom Grundkörper (1) ansteigt.
  14. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10, 11, 12, 13) eine zwischen der Deckschicht (6) und dem Grundkörper (1) angeordnete und zum Grundkörper (1) benachbarte Haftschicht (2) aus Ti, V, Cr, CrN, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Si oder Ni oder einer Mischung dieser Materialien umfasst.
  15. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10, 11, 12, 13) eine zwischen der Deckschicht (6) und dem Grundkörper (1) oder der Haftschicht (2) angeordnete und zum Grundkörper (1) oder zur Haftschicht (2) benachbarte erste Vermittlerschicht (3) aus SiCX, MeCX oder WCX sowie gegebenenfalls eine zwischen der ersten Vermittlerschicht (3) und der Deckschicht (6) angeordnete und zur ersten Vermittlerschicht (3) benachbarte zweite Vermittlerschicht (4) aus DLC, Si-DLC oder Me-DLC, insbesondere aus W-DLC umfasst und in den Vermittlerschichten (3, 4) die folgenden Materialpaarungen vorliegen: Vermittlerschicht (3) Vermittlerschicht (4) SiCX SiCX DLC SiCX Si-DLC SiCX Me-DLC WCX WCX DLC WCX Si-DLC WCX Me-DLC MeCX MeCX DLC MeCX Si-DLC MeCX Me-DLC
    wobei Me-DLC vorzugsweise als W-DLC ausgeführt ist.
  16. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10, 11, 12, 13) ein zwischen der Deckschicht (6) und dem Grundkörper (1) oder der Haftschicht (2) angeordnetes und zum Grundkörper (1) oder zur Haftschicht (2) benachbartes erstes Schichtsystem (30) aus einer oder mehreren Doppelschichten (31, 32) aus (SiCX/WCX), (SiCX/MeCX), (WCX/SiCX) oder (MeCX/SiCX) sowie gegebenenfalls ein zwischen der Deckschicht (6) und dem ersten Schichtsystem (30) angeordnetes und zum ersten Schichtsystem (30) benachbartes zweites Schichtsystem (40) umfasst, wobei das zweite Schichtsystem (40) eine Schicht (40) oder zwei Schichten (41, 42) gewählt aus SiCX, (SiCX/DLC), (SiCX/Si-DLC), (SiCX/Me-DLC), insbesondere (SiCX/W-DLC) oder MeCX, (MeCX/DLC), (MeCX/Si-DLC) oder (MeCX/Me-DLC), insbesondere (WCX/W-DLC), wobei MeCX vorzugsweise als WCX ausgeführt ist, umfasst und in den Schichtsystemen (30, 40) die folgenden Materialpaarungen vorliegen: Schichtsystem (30) Schichtsystem (40) n × (31/32) (41) (42) n × (SiCX/WCX) SiCX n × (SiCX/WCX) SiCX DLC n × (SiCX/WCX) SiCX Si-DLC n × (SiCX/WCX) SiCX Me-DLC n × (SiCX/MeCX) SiCX n × (SiCX/MeCX) SiCX DLC n × (SiCX/MeCX) SiCX Si-DLC n × (SiCX/MeCX) SiCX Me-DLC n × (WCX/SiCX) MeCX n × (WCX/SiCX) MeCX DLC n × (WCX/SiCX) MeCX Si-DLC n × (WCX/SiCX) MeCX Me-DLC n × (MeCX/SiCX) MeCX n × (MeCX/SiCX) MeCX DLC n × (MeCX/SiCX) MeCX Si-DLC n × (MeCX/SiCX) MeCX Me-DLC
    wobei n eine ganze Zahl größer/gleich 1 und Me-DLC vorzugsweise als W-DLC und MeCX vorzugsweise als WCX ausgeführt ist.
  17. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10, 11, 12, 13) ein zwischen der Deckschicht (6) und dem Grundkörper (1) oder der Haftschicht (2) angeordnetes und zum Grundkörper (1) oder zur Haftschicht (2) benachbartes erstes Schichtsystem (30) aus einer oder mehreren Doppelschichten (31, 32) aus (SiCX/DLC), (SiCX/Si-DLC), (SiCX/Me-DLC), insbesondere (SiCX/W-DLC) oder (MeCX/DLC), (MeCX/Si-DLC), (MeCX/Me-DLC), insbesondere (MeCX/W-DLC) sowie gegebenenfalls ein zwischen der Deckschicht (6) und dem ersten Schichtsystem (30) angeordnetes und zum ersten Schichtsystem (30) benachbartes zweites Schichtsystem (40) umfasst, wobei das zweite Schichtsystem (40) zwei Schichten (41, 42) gewählt aus (SiCX/DLC), (SiCX/Si-DLC), (SiCX/Me-DLC), insbesondere (SiCX/W-DLC) oder (MeCX/DLC), (MeCX/Si-DLC), oder (MeCX/Me-DLC), insbesondere (MeCX/W-DLC) umfasst und in den Schichtsystemen (30, 40) die folgenden Materialpaarungen vorliegen: Schichtsystem (30) Schichtsystem (40) n × (31/32) (41) (42) n × (SiCX/DLC) SiCX DLC n × (SiCX/DLC) SiCX Si-DLC n × (SiCX/DLC) SiCX Me-DLC n × (SiCX/Si-DLC) SiCX DLC n × (SiCX/Si-DLC) SiCX Si-DLC n × (SiCX/Si-DLC) SiCX Me-DLC n × (SiCX/Me-DLC) SiCX DLC n × (SiCX/Me-DLC) SiCX Si-DLC n × (SiCX/Me-DLC) SiCX Me-DLC n × (SiCX/DLC) MeCX DLC n × (SiCX/DLC) MeCX Si-DLC n × (SiCX/DLC) MeCX Me-DLC n × (SiCX/Si-DLC) MeCX DLC n × (SiCX/Si-DLC) MeCX Si-DLC n × (SiCX/Si-DLC) MeCX Me-DLC n × (SiCX/Me-DLC) MeCX DLC n × (SiCX/Me-DLC) MeCX Si-DLC n × (SiCX/Me-DLC) MeCX Me-DLC n × (MeCX/DLC) SiCX DLC n × (MeCX/DLC) SiCX Si-DLC n × (MeCX/DLC) SiCX Me-DLC n × (MeCX/Si-DLC) SiCX DLC n × (MeCX/Si-DLC) SiCX Si-DLC n × (MeCX/Si-DLC) SiCX Me-DLC n × (MeCX/Me-DLC) SiCX DLC n × (MeCX/Me-DLC) SiCX Si-DLC n × (MeCX/Me-DLC) SiCX Me-DLC n × (MeCX/DLC) MeCX DLC n × (MeCX/DLC) MeCX Si-DLC n × (MeCX/DLC) MeCX Me-DLC n × (MeCX/Si-DLC) MeCX DLC n × (MeCX/Si-DLC) MeCX Si-DLC n × (MeCX/Si-DLC) MeCX Me-DLC n × (MeCX/Me-DLC) MeCX DLC n × (MeCX/Me-DLC) MeCX Si-DLC n × (MeCX/Me-DLC) MeCX Me-DLC
    wobei n eine ganze Zahl größer/gleich 1 und Me-DLC vorzugsweise als W-DLC und MeCX vorzugsweise als WCX ausgeführt ist.
  18. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10, 11, 12, 13) ein zwischen der Deckschicht (6) und dem Grundkörper (1) oder der Haftschicht (2) angeordnetes und zum Grundkörper (1) oder zur Haftschicht (2) benachbartes erstes Schichtsystem (30) aus einer oder mehreren Doppelschichten (31, 32) gewählt aus (Si-DLC/SiCX), (Si-DLC/MeCX), insbesondere (Si-DLC/WCX) oder (Me-DLC/SiCX), insbesondere (W-DLC/SiCX), (Me-DLC/MeCX), insbesondere (W-DLC/WCX) oder (DLC/SiCX), (DLC/MeCX), insbesondere (DLC/WCX) sowie gegebenenfalls ein zwischen der Deckschicht (6) und dem ersten Schichtsystem (30) angeordnetes und zum ersten Schichtsystem (30) benachbartes zweites Schichtsystem (40) umfasst, wobei das zweite Schichtsystem (40) zwei Schichten (41, 42) gewählt aus (SiCX/DLC), (MeCX/DLC), (SiCX/Si-DLC), (MeCX/Si-DLC), (SiCX/Me-DLC), insbesondere (SiCX/W-DLC) oder (MeCX/Me-DLC), insbesondere (MeCX/W-DLC) umfasst und in den Schichtsystemen (30, 40) die folgenden Materialpaarungen vorliegen: Schichtsystem (30) Schichtsystem (40) n × (31/32) (41) (42) n × (Si-DLC/SiCX) SiCX DLC n × (Si-DLC/MeCX) SiCX DLC n × (Si-DLC/SiCX) MeCX DLC n × (Si-DLC/MeCX) MeCX DLC n × (Si-DLC/SiCX) SiCX Si-DLC n × (Si-DLC/MeCX) SiCX Si-DLC n × (Si-DLC/SiCX) MeCX Si-DLC n × (Si-DLC/MeCX) MeCX Si-DLC n × (Si-DLC/SiCX) SiCX Me-DLC n × (Si-DLC/MeCX) SiCX Me-DLC n × (Si-DLC/SiCX) MeCX Me-DLC n × (Si-DLC/MeCX) MeCX Me-DLC n × (Me-DLC/SiCX) SiCX DLC n × (Me-DLC/MeCX) SiCX DLC n × (Me-DLC/SiCX) MeCX DLC n × (Me-DLC/MeCX) MeCX DLC n × (Me-DLC/SiCX) SiCX Si-DLC n × (Me-DLC/MeCX) SiCX Si-DLC n × (Me-DLC/SiCX) MeCX Si-DLC n × (Me-DLC/MeCX) MeCX Si-DLC n × (Me-DLC/SiCX) SiCX Me-DLC n × (Me-DLC/MeCX) SiCX Me-DLC n × (Me-DLC/SiCX) MeCX Me-DLC n × (Me-DLC/MeCX) MeCX Me-DLC n × (DLC/SiCX) SiCX DLC n × (DLC/MeCX) SiCX DLC n × (DLC/SiCX) MeCX DLC n × (DLC/MeCX) MeCX DLC n × (DLC/SiCX) SiCX Si-DLC n × (DLC/MeCX) SiCX Si-DLC n × (DLC/SiCX) MeCX Si-DLC n × (DLC/MeCX) MeCX Si-DLC n × (DLC/SiCX) SiCX Me-DLC n × (DLC/MeCX) SiCX Me-DLC n × (DLC/SiCX) MeCX Me-DLC n × (DLC/MeCX) MeCX Me-DLC
    wobei n eine ganze Zahl größer/gleich 1 und Me-DLC vorzugsweise als W-DLC und MeCX vorzugsweise als WCX ausgeführt ist.
  19. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10, 11, 12, 13) ein zwischen der Deckschicht (6) und dem Grundkörper (1) oder der Haftschicht (2) angeordnetes und zum Grundkörper (1) oder zur Haftschicht (2) benachbartes Schichtsystem (30) aus einer oder mehreren Doppelschichten (31, 32) aus (Si-DLC/DLC), (Si-DLC/Me-DLC), insbesondere (Si-DLC/W-DLC) oder (DLC/Si-DLC), (DLC/Me-DLC), insbesondere (DLC/W-DLC) oder (Me-DLC/Si-DLC), insbesondere (W-DLC/Si-DLC), (Me-DLC/DLC), insbesondere (W-DLC/DLC) sowie gegebenenfalls eine zwischen der Deckschicht (6) und dem Schichtsystem (30) angeordnete und zum Schichtsystem (30) benachbarte Vermittlerschicht (4) aus DLC, Si-DLC oder Me-DLC, insbesondere aus W-DLC umfasst und in dem Schichtsystem (30, 4) die folgenden Materialpaarungen vorliegen: Schichtsystem (30) Vermittlerschicht (4) n × (Si-DLC/DLC) n × (Si-DLC/DLC) Si-DLC n × (Si-DLC/DLC) Me-DLC n × (Si-DLC/Me-DLC) n × (Si-DLC/Me-DLC) Si-DLC n × (Si-DLC/Me-DLC) DLC n × (DLC/Si-DLC) n × (DLC/Si-DLC) DLC n × (DLC/Si-DLC) Me-DLC n × (DLC/Me-DLC) n × (DLC/Me-DLC) DLC n × (DLC/Me-DLC) Si-DLC n × (Me-DLC/Si-DLC) n × (Me-DLC/Si-DLC) DLC n × (Me-DLC/Si-DLC) Me-DLC n × (Me-DLC/DLC) n × (Me-DLC/DLC) Si-DLC n × (Me-DLC/DLC) Me-DLC
    wobei n eine ganze Zahl größer/gleich 1 und Me-DLC vorzugsweise als W-DLC ausgeführt ist.
  20. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10, 11, 12, 13) eine zwischen der Deckschicht (6) und dem Grundkörper (1) angeordnete und zur Deckschicht (6) benachbarte dritte Vermittlerschicht (5) aus Me-DLC oder DLC umfasst.
  21. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) aus einem Werkstoff gewählt aus Stahl, Stahllegierungen, Titan, Titanlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium, Magnesiumlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Keramikmaterial, Hartmetall, Wolfram, Wolframlegierungen, Tantal, Tantallegierungen, Nickel, Nickellegierungen, Silizium, Siliziumverbindungen, Bronze, Kunststoff oder einer Mischung aus diesen Werkstoffen besteht.
  22. Werkstück (10, 11, 12, 13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10, 11, 12, 13) ein Motorenteil aus einem Verbrennungsmotor, ein Getriebeteil aus einem Automobilgetriebe, ein Pleuel, ein Getriebeteil, ein Zahnrad, eine Welle, eine Lagerschale, ein Wälzlager, ein Kugellager, ein Nadellager, ein Kolbenring, ein Kolbenbolzen, eine Zylinderlautbuchse, ein Teil einer Treibstoffeinspritzvorrichtung z. B. für die Direkteinspritzung von Diesel oder Benzin für Automobilmotoren, ein Teil aus dem Ventiltrieb eines Automotors, ein Tassenstößel, ein Schlepphebel, ein Kipphebel, ein Ventilstößel, eine Linearführung, ein Schliessbügel für Automobiltüren, eine Gleitbuchse oder eine Solarzelle ist.
  23. Verfahren zum PVD-Beschichten von Werkstücken (1), umfassend einen oder mehrere Schritte S1 bis SN, mit N = 1, 2, 3, ..., wobei im Schritt SN eine Si-DLC, DLC, Me-DLC und Wasserstoff enthaltende Deckschicht (6), worin Me gewählt ist aus der Gruppe umfassend Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Ni, W, mittels einer oder mehreren simultan betriebenen Magnetronkathoden (50, 60, 70) mit Target (51, 61, 71) abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere silizium-haltige Targets (51) mit 20 bis 100 atom-% Silizium eingesetzt werden, ein oder mehrere Targets (61) 20 bis 100 atom-% Kohlenstoff, ein oder mehrere Targets (71) 20 bis 100 atom-% Me enthalten und die Abscheidung in einer Atmosphäre (80) mit einem nominellen Wasserstoffgehalt von kleiner 30 atom-% ausgeführt wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Targets (51) aus Silizium, Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Graphit und gegebenenfalls Additiven, ein oder mehrere Targets (61) aus Graphit und gegebenenfalls Additiven, und ein oder mehrere Targets (71) aus Me, insbesondere Wolfram, Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Graphit und gegebenenfalls Additiven bestehen.
  25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Targets (51) aus Graphit, in das Graphit eingebetteten Formkörpern aus Silizium oder Siliziumcarbid und gegebenenfalls Additiven bestehen, wobei die eingebetteten Formkörper vorzugsweise gleichmäßig im Bereich der Targeterosion angeordnet sind.
  26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Targets (71) aus Graphit, in das Graphit eingebetteten Formkörpern aus Me oder Me-Carbid und gegebenenfalls Additiven bestehen, wobei die eingebetteten Formkörper vorzugsweise gleichmäßig im Bereich der Targeterosion angeordnet sind.
  27. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Targets (51) aus Graphit, in das Graphit eingebetteten Formkörpern aus Silizium oder Siliziumcarbid, in das Graphit eingebetteten Formkörpern aus Me oder Me-Carbid und gegebenenfalls Additiven bestehen, wobei die eingebetteten Formkörper vorzugsweise gleichmäßig im Bereich der Targeterosion angeordnet sind.
  28. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Targets (51) aus Materialien gewählt aus SiC, einer Mischung aus Si und SiC, einer Mischung aus Graphit und SiC, einer Mischung aus Graphit und Si, einer Mischung aus Graphit und Si und SiC, W, WC, Ti, TiC, V, VC, Cr, CrC, Zr, ZrC, Nb, NbC, Mo, Mo2C, Hf, HfC, Ta, TaC, Ni oder NiCX und gegebenenfalls Additiven bestehen.
  29. Verfahren nach Anspruch 23 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Targets (71) aus Materialien gewählt aus Me-Carbid, einer Mischung aus Me und Me-Carbid, einer Mischung aus Graphit und Me-Carbid, einer Mischung aus Graphit und Me, einer Mischung aus Graphit und Me und Me-Carbid und gegebenenfalls Additiven bestehen.
  30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass es einen oder mehrere Schritte S1 bis SN-1, mit N = 2, 3, ... umfasst, wobei durch Magnetronsputtern eines oder mehrerer Targets (51, 61, 71, 111, 121, 131) aus Materialien gewählt aus Graphit, W, WC, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Si, Ni und SiC oder einer Mischung dieser Materialien in einem inerten oder reaktiven, gegebenenfalls wasserstoffhaltigen Plasma (80) eine Haftschicht (2) und/oder eine oder mehrere Vermittlerschichten (3), (4), (5) bzw. Schichtsysteme (30), (40) abgeschieden werden.
  31. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder mehreren der Schritte S1 bis SN Targets (51, 61, 71, 111, 121, 131) oder Gase verwendet werden, die einen Dotierstoff, wie Bor oder Schwefel enthalten.
  32. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass unbalancierte Magnetronkathoden (50, 60, 70, 110, 120, 130) verwendet und/oder an die zu beschichtenden Werkstücke (1) ein Biaspotential von bis zu –300 V, vorzugsweise von –50 bis –200 V, und insbesondere von –100 bis –200 V angelegt wird.
  33. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass vor Ausführung der Schritte S1 bis SN die Oberfläche der Werkstücke (1) mittels Ionenätzen, insbesondere mit Ar-Ionen vorbehandelt wird.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014000223A1 (de) 2014-01-09 2015-07-09 Björn Schröder Gleitkörper für eine Kunststoffformmaschine
EP2963145A1 (de) * 2014-06-30 2016-01-06 IHI Hauzer Techno Coating B.V. Beschichtung und verfahren zu ihrer abscheidung zum gebrauch unter grenzschmierbedingungen und bei erhöhter temperatur
JP2016074932A (ja) * 2014-10-03 2016-05-12 神港精機株式会社 硬質被膜およびその形成方法ならびに形成装置
WO2017148582A1 (de) * 2016-03-01 2017-09-08 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Wasserstofffreie kohlenstoffbeschichtung mit zirkonium haftschicht
EP3216893A1 (de) * 2016-03-08 2017-09-13 ASIMCO Shuanghuan Piston Ring (Yizheng) Co., Ltd. Diamantähnliche beschichtung für kolbenringoberflächen und verfahren zur herstellung davon
CN108531905A (zh) * 2018-01-18 2018-09-14 合肥永信信息产业股份有限公司 一种高性能类金刚石复合涂层及其制备方法
DE102018125631A1 (de) * 2018-10-16 2020-04-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Schichtsystem, Rollelement und Verfahren
CN113853483A (zh) * 2019-05-22 2021-12-28 流体力学与摩擦公司 引导构件、包括这样的引导构件的机械系统以及用于生成这样的引导构件的方法
CN113913751A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 西安交通大学 一种Cu-高熵合金薄膜及其制备方法
CN114606548A (zh) * 2022-03-08 2022-06-10 江苏奥尔法领创高新科技有限公司 一种汽车铝合金表面改性工艺

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0087836A1 (de) 1982-02-27 1983-09-07 Philips Patentverwaltung GmbH Kohlenstoff enthaltende Gleitschicht
US4728529A (en) 1984-06-12 1988-03-01 Battelle-Institut E.V. Method of producing diamond-like carbon-coatings
US5078848A (en) 1988-01-18 1992-01-07 Asko Anttila Procedure and apparatus for the coating of materials by means of a pulsating plasma beam
EP0600533A1 (de) 1992-12-02 1994-06-08 "VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK", afgekort "V.I.T.O.",onderneming van openbaar nut onder de vorm van een n.v. Verfahren zur Beschichtung von Stahl, Eisen oder ihren Legierungen mit diamant-artigem Kohlenstoff
EP0651069A1 (de) 1993-10-29 1995-05-03 VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK, afgekort V.I.T.O., onderneming van openbaar nut onder de vorm van een n.v. Verfahren zur Herstellung einer Reibungsreduzierenden Schicht
DE4343354A1 (de) 1993-12-18 1995-06-22 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung einer Hartstoffschicht
DE19513614C1 (de) 1995-04-10 1996-10-02 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Abscheidung von Kohlenstoffschichten, Kohlenstoffschichten auf Substraten und deren Verwendung
EP0856592A1 (de) 1997-02-04 1998-08-05 N.V. Bekaert S.A. Beschichtung enthaltende Filme aus diamantartigem Kohlenstoff und diamantartigem Nanokomposit
DE19826259A1 (de) 1997-06-16 1998-12-17 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Einrichtung zum Vakuumbeschichten eines Substrates
EP0885983A1 (de) 1997-06-19 1998-12-23 N.V. Bekaert S.A. Verfahren zur Beschichtung eines Substrates mit einer diamantartigen Nanocomposit-Zusammensetzung

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0087836A1 (de) 1982-02-27 1983-09-07 Philips Patentverwaltung GmbH Kohlenstoff enthaltende Gleitschicht
US4728529A (en) 1984-06-12 1988-03-01 Battelle-Institut E.V. Method of producing diamond-like carbon-coatings
US5078848A (en) 1988-01-18 1992-01-07 Asko Anttila Procedure and apparatus for the coating of materials by means of a pulsating plasma beam
EP0600533A1 (de) 1992-12-02 1994-06-08 "VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK", afgekort "V.I.T.O.",onderneming van openbaar nut onder de vorm van een n.v. Verfahren zur Beschichtung von Stahl, Eisen oder ihren Legierungen mit diamant-artigem Kohlenstoff
EP0651069A1 (de) 1993-10-29 1995-05-03 VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK, afgekort V.I.T.O., onderneming van openbaar nut onder de vorm van een n.v. Verfahren zur Herstellung einer Reibungsreduzierenden Schicht
DE4343354A1 (de) 1993-12-18 1995-06-22 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung einer Hartstoffschicht
DE19513614C1 (de) 1995-04-10 1996-10-02 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Abscheidung von Kohlenstoffschichten, Kohlenstoffschichten auf Substraten und deren Verwendung
EP0856592A1 (de) 1997-02-04 1998-08-05 N.V. Bekaert S.A. Beschichtung enthaltende Filme aus diamantartigem Kohlenstoff und diamantartigem Nanokomposit
DE19826259A1 (de) 1997-06-16 1998-12-17 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Einrichtung zum Vakuumbeschichten eines Substrates
EP0885983A1 (de) 1997-06-19 1998-12-23 N.V. Bekaert S.A. Verfahren zur Beschichtung eines Substrates mit einer diamantartigen Nanocomposit-Zusammensetzung

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ASTM D7334-08
DIN 55660
DIN 55660-2 (Ausgabe 2011-12)
DIN 55660-5 (Ausgabe 2012-04)
DIN EN 50324 (ASTM G99)
http://www.npl.co.uk/science-technology/surface-and-nanoanalysis/services/sputter-yield-values
ISO EN 1071-3
ISO EN 14577
ISO EN-1071-6
P. Willich, C. Steinberg, SIMS depth profile of wear resistant coatings on cutting tools and technical components, Applied Surface Science 179 (2001) 263-268
P. Willich, M. Wang, K. Wittmack, Quantitative Analysis of W-C:H Coatings by EPMA, RBS (ERD) and SIMS, Mikrochim. Acta 114/115, 525-532 (1994)
Richtlinie VDI 3198

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014000223A1 (de) 2014-01-09 2015-07-09 Björn Schröder Gleitkörper für eine Kunststoffformmaschine
EP2963145A1 (de) * 2014-06-30 2016-01-06 IHI Hauzer Techno Coating B.V. Beschichtung und verfahren zu ihrer abscheidung zum gebrauch unter grenzschmierbedingungen und bei erhöhter temperatur
JP2016074932A (ja) * 2014-10-03 2016-05-12 神港精機株式会社 硬質被膜およびその形成方法ならびに形成装置
WO2017148582A1 (de) * 2016-03-01 2017-09-08 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Wasserstofffreie kohlenstoffbeschichtung mit zirkonium haftschicht
CN108884550A (zh) * 2016-03-01 2018-11-23 欧瑞康表面处理解决方案股份公司普费菲孔 具有锆附着层的无氢碳涂层
US20190249310A1 (en) * 2016-03-01 2019-08-15 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Hydrogen-Free Carbon Coating Having Zirconium Adhesive Layer
US10844493B2 (en) 2016-03-01 2020-11-24 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Hydrogen-free carbon coating having zirconium adhesive layer
US11215283B2 (en) 2016-03-08 2022-01-04 ASIMCO Shuanghuan Piston Ring(YiZheng) Co., Ltd. Diamond-like coating for piston ring surfaces, piston ring and processes for preparing the same
EP3216893A1 (de) * 2016-03-08 2017-09-13 ASIMCO Shuanghuan Piston Ring (Yizheng) Co., Ltd. Diamantähnliche beschichtung für kolbenringoberflächen und verfahren zur herstellung davon
CN108531905A (zh) * 2018-01-18 2018-09-14 合肥永信信息产业股份有限公司 一种高性能类金刚石复合涂层及其制备方法
DE102018125631A1 (de) * 2018-10-16 2020-04-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Schichtsystem, Rollelement und Verfahren
CN113853483A (zh) * 2019-05-22 2021-12-28 流体力学与摩擦公司 引导构件、包括这样的引导构件的机械系统以及用于生成这样的引导构件的方法
CN113853483B (zh) * 2019-05-22 2024-03-22 流体力学与摩擦公司 引导构件、包括这样的引导构件的机械系统以及用于生成这样的引导构件的方法
CN113913751A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 西安交通大学 一种Cu-高熵合金薄膜及其制备方法
CN114606548A (zh) * 2022-03-08 2022-06-10 江苏奥尔法领创高新科技有限公司 一种汽车铝合金表面改性工艺
CN114606548B (zh) * 2022-03-08 2024-01-30 江苏奥尔法领创高新科技有限公司 一种汽车铝合金表面改性工艺

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