DE102012213766A1

DE102012213766A1 - Oberflächenbeschichtungsfolie für eine Formgebungsmaschine und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102012213766A1
Application number: DE102012213766A
Authority: DE
Inventors: Sung Chul Cha; Byung Kyu Cho; Ho Young Kong; Soo Jin Chung; Jun Seok Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2013-04-25
Also published as: CN103060749A; KR101316376B1; KR20130042698A; US20130101818A1

Abstract

Offenbart ist eine Oberflächenbeschichtungsfolie oder ein Oberflächenbeschichtungsfilm für eine Formgebungsmaschine, welche aufweist: ein Substrat; eine Nitridschicht auf dem Substrat; eine mehrschichtige Folienschicht, die durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial oder TiAl-Target und einem Cr-Zielmaterial oder Cr-Target auf der Nitridschicht abgeschieden ist; und eine Carbonitridschicht, die durch eine Reaktion von Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) mit einem TiAl-Zielmaterial auf der mehrschichtigen Folienschicht abgeschieden ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Gemäß 35 U.S.C. § 119(a) beansprucht die Anmeldung die Priorität der koreanischen Anmeldung mit der Nr. 10-2011-0106723 , die am 19. Oktober 2011 eingereicht wurde und auf deren Offenbarung hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenbeschichtungsfolie oder einen Oberflächenbeschichtungsfilm für eine Formgebungsmaschine und ein Verfahren zum Herstellen derselben. Genauer gesagt wird eine Oberflächenbeschichtungsfolie bereitgestellt, die die physikalischen Eigenschaften der Formgebungsmaschine, auf der sie unter Verwenden einer mehrschichtigen Beschichtungsschicht und einer Kohlenstoff enthaltenden Beschichtungsschicht abgeschieden wird, verbessern kann.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Aufgrund des neuerlichen Anstiegs der Ölpreise weltweit und weil die globale Erwärmung, die der Klimaänderung zugeschrieben werden kann, immer mehr zu einem ernst zu nehmenden Problem wird, wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, um die Energieeffizienz von Fahrzeugen zu steigern und die Fahrtstrecke pro Liter Kraftstoff zu verbessern.
Solche Bestrebungen schließen die Verwendung einer hochfesten, stark spannbaren Stahlfolie für eine Fahrzeugkarosserie ein. Durch Aufbringen der hochfesten, stark spannbaren Stahlfolie kann das Gewicht einer Fahrzeugkarosserie um etwa 5–10% reduziert werden und es wird erwartet, dass die Fahrtstrecke des Fahrzeugs pro Liter Kraftstoff proportional zur Abnahme des Gewichts der Fahrzeugkarosserie steigen wird.
Eine Formgebungsmaschine, wie beispielsweise ein Pressformbauteil, wird dazu verwendet, so eine hochfeste, stark spannbare Stahlfolie für einen Fahrzeugkörper zu bilden. Um die Formbarkeit einer Stahlfolie durch das Pressformbauteil zu erhöhen, wird gerade ein Verfahren zum Aufbringen verschiedener Beschichtungsschichten auf die Oberfläche des Pressformbauteils entwickelt, wodurch die physikalischen Eigenschaften der Oberfläche des Pressformbauteils verbessert werden sollen. Typische Beispiele für Beschichtungsmaterialien, die auf das Pressformbauteil aufgebracht wurden, schließen TD (Toyota Diffusion), TiAlN, AlTiCrN + MoS₂, usw. ein.
Solche Beschichtungsmaterialien weisen jedoch das Problem auf, dass die aus ihnen gebildeten Beschichtungsschichten eine nur sehr kurze Haltbarkeit zeigen und nur wenig abriebfest sind. Insbesondere, wenn eine solche Beschichtungsschicht bei der Bildung einer hochfesten Stahlfolie von 980 MPa oder mehr eingesetzt wird, schält sich die Beschichtungsschicht ab und bekommt Kratzer, wie in 1 gezeigt ist.
Bei einem herkömmlichen TD-Prozess besteht insbesondere das Problem, dass die Beschichtungsschicht zum Zeitpunkt der Wärmebehandlung stark thermisch verformt wird, so dass der verformte Teil der Beschichtungsschicht vor der Verwendung neu gebildet werden muss.
Wenn TiAlN oder AlTiCrN + MoS₂ als Beschichtungsmaterialien verwendet werden, ist ferner die Haltbarkeit des gebildeten Beschichtungsmaterials unzureichend. Daher wird zudem ein Abziehöl dazu verwendet, die Reibung und die Abrasion oder Abschälung zu verringern. Es besteht jedoch das Problem, dass das Abziehöl während der Nachverarbeitung, wie beispielsweise beim Schweißen oder dergleichen, wie eine Verunreinigung wirkt und daher die Qualität der hochfesten Stahlfolie beeinträchtigt wird.
Es soll verstanden werden, dass die vorstehend angegebene Beschreibung lediglich dazu dient, das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern und die vorliegende Erfindung keinesfalls Teil des Standes der Technik ist, wie er einem Fachmann bereits bekannt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde entsprechend gemacht, um die vorstehend angegebenen Probleme zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Oberflächenbeschichtungsfolie oder einen Oberflächenbeschichtungsfilm für eine Formgebungsmaschine und ein Verfahren zum Herstellen derselben bereitzustellen. Es wird insbesondere eine Oberflächenbeschichtungsfolie bereitgestellt, die eine mehrschichtige Beschichtungsschicht und eine Kohlenstoff enthaltende Beschichtungsschicht aufweist und die physikalischen Eigenschaften der Formgebungsmaschine, auf der sie abgeschieden wird, verbessern kann.
Um das vorstehend beschriebene Ziel zu erreichen, stellt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Oberflächenbeschichtungsfolie für eine Formgebungsmaschine bereit, die aufweist: ein Substrat; eine Nitridschicht, die auf dem Substrat gebildet ist; eine mehrschichtige Folienschicht, die auf der Nitridschicht abgeschieden ist; und eine Carbonitridschicht, die durch eine Reaktion von Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) mit einem TiAl-Zielmaterial oder TiAl-Target auf der mehrschichtigen Folienschicht abgeschieden ist. Die mehrschichtige Folienschicht ist vorzugsweise durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial und einem Cr-Zielmaterial oder Cr-Target auf der Nitridschicht abgeschieden. Ferner ist die Carbonitridschicht vorzugsweise durch eine Reaktion von Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) mit einem TiAl-Zielmaterial abgeschieden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die mehrschichtige Folienschicht auf: eine CrN-Schicht, die auf der Nitridschicht abgeschieden ist; und eine TiAlN-Schicht, die auf der CrN-Schicht abgeschieden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wurde die CrN-Schicht durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem Cr-Zielmaterial abgeschieden und die TiAlN-Schicht ist durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial abgeschieden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere CrN-Schichten und TiAlN-Schichten vorgesehen sein, so dass diese abwechselnd und wiederholt abgeschieden sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die CrN-Schichten und die TiAlN-Schichten so abgeschieden sein, dass sie eine Dicke im Nanometerbereich aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dicke der Schichten jeweils gleich sein oder variieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die auf der Nitridschicht abgeschiedene CrN-Schicht so abgeschieden, dass ihre Dicke größer ist als die Dicke der anderen CrN-Schichten (d. h. der nachfolgend abgeschiedenen CrN-Schichten).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Carbonitridschicht eine TiAlCN-Schicht sein und auf der äußersten CrN-Schicht der mehrschichtigen Folienschicht abgeschieden sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Menge an Kohlenstoff, die in der TiAlCN-Schicht enthalten ist, etwa 20–30 Atom-% betragen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenbeschichtungsfolie für eine Formgebungsmaschine bereitgestellt, welches die Schritte umfasst: Bilden einer Nitridschicht auf einem Substrat; Bilden einer mehrschichtigen Folienschicht auf der Nitridschicht; und Bilden einer Carbonitridschicht auf der mehrschichtigen Folienschicht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die mehrschichtige Folienschicht gebildet, indem Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial und einem Cr-Zielmaterial umgesetzt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird die Carbonitridschicht gebildet, indem Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) mit einem TiAl-Zielmaterial umgesetzt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mehrschichtige Folienschicht und die Carbonitridschicht mittels PVD (physikalischer Gasphasenabscheidung) oder PACVD (plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung) gebildet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mehrschichtige Folienschicht und die Carbonitridschicht mittels PVD (physikalischer Gasphasenabscheidung), PACVD (plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung), HIPIMS (Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern) oder ICP (Abscheidung mittels induktiv gekoppeltem Plasma) gebildet werden.
Weitere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorstehend angegebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren besser verstanden. In den Figuren gilt:
1 ist eine Ansicht, die einen beschädigten Bereich eines herkömmlichen Pressformbauteils zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur einer Beschichtungsfolie, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf ein Substrat aufgebracht wurde, zeigt;
3 ist eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Beschichtungsfolie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Ansicht, die die Struktur einer Beschichtungsfolie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5 ist eine Tabelle, die die Beschichtungsfolie aus dem Beispiel der vorliegenden Erfindung mit einer herkömmlichen Beschichtungsfolie aus dem Vergleichsbeispiel vergleicht.
Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale zeigen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die speziellen Merkmale der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich von zum Beispiel bestimmten Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen werden zum Teil durch die Vorgaben und Bedingungen der speziell angestrebten Anwendung und Verwendung bestimmt werden.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden im Folgenden ausführlich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Es soll verstanden werden, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „-fahrzeug” oder jeder andere ähnliche Begriff, wie er hierin verwendet wird, Motofahrzeuge allgemein, wie beispielsweise Personenkraftwagen, einschließlich Geländewagen (sports utility vehicles, SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Industriefahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, umsteckbare Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge, die mit anderen alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffen, die aus einer andere Quelle als Erdöl stammen) betrieben werden, einschließt. Wie er hierin verwendet wird, bezeichnet ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das über zwei oder mehr Antriebsquellen verfügt, zum Beispiel ein Fahrzeug, das sowohl mit Benzin als auch mit Strom betrieben wird.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung daher in keiner Weise einschränken. Wie sie hierin verwendet werden, sollen die Singularformen „ein, eine, eines” und „der, die das” auch die Pluralformen umfassen, solange aus dem Kontext nicht klar etwas anderes ersichtlich ist. Weiter soll verstanden werden, dass die Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend”, wenn sie in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente und/oder Komponenten/Bestandteile angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer Merkmale, Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten/Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie er hierin verwendet wird, schließt der Begriff „und/oder” jegliche und alle Kombination eines oder mehrerer der damit verbundenen aufgelisteten Punkte ein.
Soweit nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist, soll der Begriff „etwa”, wie er hierin verwendet wird, als innerhalb eines Bereichs mit in der Wissenschaft normalen Toleranzgrenzen liegend verstanden werden, zum Beispiel als innerhalb von 2 Standardabweichungen vom Mittelwert liegend. „Etwa” kann verstanden werden als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% vom angegebenen Wert liegend. Soweit es aus dem Kontext nicht anderweitig klar hervorgeht, gelten alle hierin angegebenen Zahlenwerte als um den Begriff „etwa” erweitert.
Die hierin angegebenen Bereiche sollen als verkürzte Angabe aller Werte, die in diesem Bereich liegen, verstanden werden. Zum Beispiel soll ein Bereich von 1 bis 50 so verstanden werden, dass er jede Zahl, jede Kombination von Zahlen oder jeden Teilbereich der Gruppe umfasst, die aus 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 oder 50 besteht, sowie jede dazwischenliegende Dezimalzahl zwischen den vorstehend angegebenen ganzen Zahlen, wie zum Beispiel 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8 und 1,9. Als Teilbereiche werden insbesondere „ineinander verschachtelte Teilbereiche”, die an dem jeweiligen Endpunkt des Bereichs beginnen, in Betracht gezogen. Zum Beispiel kann ein ineinander verschachtelter Teilbereich eines beispielhaft angegebenen Bereichs von 1 bis 50 in einer Richtung 1 bis 10, 1 bis 20, 1 bis 30 und 1 bis 40 umfassen oder – in der anderen Richtung – 50 bis 40, 50 bis 30, 50 bis 20 und 50 bis 10.
Wie in den 2 bis 5 gezeigt ist, weist eine Oberflächenbeschichtungsfolie für eine Formgebungsmaschine gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf: ein Substrat 10; eine Nitridschicht 20, die auf dem Substrat 10 gebildet ist; eine mehrschichtige Folienschicht 30, die auf der Nitridschicht 20 abgeschieden ist; und eine Carbonitridschicht 40, die auf der mehrschichtigen Folienschicht 30 abgeschieden ist.
Die mehrschichtige Folienschicht 30 kann insbesondere durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial und einem Cr-Zielmaterial auf der Nitridschicht 20 abgeschieden sein.
Die Carbonitridschicht 40 kann durch eine Reaktion von Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) mit einem TiAl-Zielmaterial auf der mehrschichtigen Folienschicht 30 abgeschieden sein. Das heißt, die Carbonitridschicht 40 kann auf der äußersten Oberfläche des Substrats 10 gebildet sein, wie dies in 1 gezeigt ist, indem gemeinsam Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) zugesetzt werden. Die Carbonitridschicht 40 auf der äußersten Oberfläche verbessert den Reibungskoeffizienten und die Abriebfestigkeit des mit der Beschichtungsfolie beschichteten Substrats 10.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kohlenstoff (C) unter Verwenden eines Kohlenwasserstoffgases, wie beispielsweise Methan (CH₄), Acetylen (C₂H₂), Benzol (C₆H₆) oder dergleichen, zugesetzt werden. Daneben kann Kohlenstoff (C) auch unter Verwenden eines festen Kohlenstoff-Zielmaterials oder Kohlenstoff-Targets, wie beispielsweise eines Graphit-Zielmaterials oder Graphit-Targets oder dergleichen, zugesetzt werden. Der Stickstoff (N) kann indessen unter Verwenden von reinem Stickstoffgas (N₂) oder unter Verwenden einer Stickstoff enthaltenden Verbindung, wie beispielsweise Ammoniak (NH₃) oder dergleichen, zugesetzt werden.
Die Nitridschicht 20 kann ferner mit Hilfe eines beliebigen bekannten Verfahrens, wie beispielsweise mittels Glimmnitrieren, gebildet werden. Das Glimmnitrieren ist ein bevorzugtes Verfahren, da es, insbesondere im Vergleich zu Gasnitrieren oder Salzbadnitrieren, leicht bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann. Die Nitridschicht 20 dient dazu, die Beschichtungsfolie auf dem Substrat 10 zu stützen, wodurch die Abriebfestigkeit, der Ermüdungswiderstand, die Schlagfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtungsfolie verbessert werden.
Wie in 2 gezeigt ist, kann die mehrschichtige Folienschicht 30 aufweisen: eine CrN-Schicht, die auf der Nitridschicht 20 abgeschieden ist; und eine TiAlN-Schicht, die auf der CrN-Schicht abgeschieden ist. Die CrN-Schicht kann durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem Cr-Zielmaterial auf der Nitridschicht 20 abgeschieden sein. Die TiAlN-Schicht kann durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial auf der CrN-Schicht abgeschieden sein.
Es kann eine Vielzahl von CrN-Schichten und TiAlN-Schichten zum Beispiel abwechselnd und in einer gewünschten Anzahl wiederholt abgeschieden sein, wie dies in 2 gezeigt ist.
Vorzugsweise sind die CrN-Schicht und de TiAlN-Schicht mit einer Dicke im Nanometerbereich abgeschieden.
Zum Beispiel kann jede CrN-Schicht mit einer Dicke von etwa 10–50 nm, vorzugsweise etwa 25–35 nm, besonders bevorzugt etwa 30 nm, abgeschieden sein und jede TiAlN-Schicht wird mit einer Dicke von etwa 10–50 nm, vorzugsweise etwa 25–35 nm, besonders bevorzugt etwa 30 nm, abgeschieden. Wie gezeigt ist, können die CrN- und die TiAlN-Schichten abwechselnd und wiederholt abgeschieden sein, um die gewünschte Wärmebeständigkeit, Sprung- oder Bruchfestigkeit, Schlagfestigkeit, Härte und Adhäsion bereitzustellen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die mehrschichtige Folienschicht 30 insbesondere eine Struktur auf, bei dem mehrere Schichten mit einer Dicke im Nanometerbereich laminiert sind, wodurch die Haltbarkeit der Beschichtungsfolie weiter verbessert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die mehrschichtige Folienschicht 30 eine Dicke von etwa 2–10 μm aufweisen. Die CrN- und TiAlN-Schichten können als solches in einer beliebigen Anzahl und mit jeder beliebigen, einheitlichen oder nicht einheitlichen, Dicke vorgesehen sein, so dass die mehrschichtige Folienschicht 30 insgesamt mit der gewünschten Dicke vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die CrN-Schicht so auf der Nitridschicht 20 der vorliegenden Erfindung abgeschieden, dass deren Dicke größer ist als die Dicke der anderen CrN-Schichten.
Die auf der Nitridschicht 20 abgeschiedene CrN-Schicht kann zum Beispiel mit einer Dicke von 0,5–4 μm gebildet sein, um die Adhäsion zwischen der Nitridschicht 20 und der TiAlN-Schicht zu verbessern und um die Härte und die Schlagfestigkeit der Beschichtungsfolie zu erhöhen.
Wie in den Figuren gezeigt ist, ist die Carbonitridschicht 40 der vorliegenden Erfindung indessen eine TiAlCN-Schicht und kann auf der äußersten Schicht gebildet sein, welche vorzugsweise eine CrN-Schicht der mehrschichtigen Folienschicht 30 ist. Die Carbonitridschicht 40 kann zum Beispiel gebildet werden, indem der TiAlN-Schicht Kohlenstoff zugesetzt wird, wodurch der Reibungskoeffizient und die Abriebfestigkeit des Substarts 10 verbessert werden, wie dies vorstehend beschrieben ist.
Die Menge des in der TiAlCN-Schicht enthaltenen Kohlenstoffs beträgt vorzugsweise etwa 20–30 Atom-%. Wenn die Menge an Kohlenstoff kleiner als 20 Atom-% ist, verändert sich die Struktur der TiAlCN-Schicht zu einer kristallinen oder polykristallinen Struktur, wodurch die TiAlCN-Schicht eine nur geringe Härte erhält. Wenn die Menge an Kohlenstoff ferner mehr als 30 Atom-% beträgt, verändert sich die Struktur der TiAlCN-Schicht zu einer amorphen Struktur, durch welche die TiAlCN-Schicht ebenfalls eine nur geringe Härte erhält.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenbeschichtungsfolie für eine Formgebungsmaschine die Schritte: Bilden einer Nitridschicht 20 auf einem Substrat 10; Bilden einer mehrschichtigen Folienschicht 30 auf der Nitridschicht 20, wie beispielsweise durch Umsetzen von Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial und einem Cr-Zielmaterial; und Bilden einer Carbonitridschicht 40 auf der mehrschichtigen Folienschicht 30, wie beispielsweise durch Umsetzen von Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) mit einem TiAl-Zielmaterial.
Die mehrschichtige Folienschicht 30 und die Carbonitridschicht 40 können mittels PVD (physikalischer Gasphasenabscheidung) oder PACVD (plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung) gebildet werden.
3 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen einer PVD. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie gezeigt ist, weist die Vorrichtung eine Pumpe 51 zum Steuern des Drucks in einer Kammer 50, und eine Heizeinrichtung 52 zum Erhöhen der Temperatur in der Kammer 50 auf. Ferner wird ein Substrat 10 in der Mitte der Kammer 50 bereitgestellt, ein TiAl-Zielmaterial und ein Cr-Zielmaterial werden auf dem Substrat 10 bereitgestellt, um die PVD durchführen zu können, und ein Gaseinlass 53 ist dazu vorgesehen, Stickstoff und Kohlenstoff in die Kammer 50 einzubringen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die mehrschichtige Folienschicht 30 und die Carbonitridschicht 40 ferner auch mittels HIPIMS (Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern) oder ICP (Abscheidung mittels induktiv gekoppeltem Plasma) gebildet werden. Das heißt, um Nanopartikel zu erhalten und eine Hochgeschwindigkeitsbeschichtung durchzuführen, können HIPIMS (Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern) oder ICP (Abscheidung mittels induktiv gekoppeltem Plasma) zusätzlich zum Bilden der mehrschichtigen Folienschicht 30 und der Carbonitridschicht 40 verwendet werden.
Im Folgenden sollen die folgenden Beispiele die vorliegende Erfindung veranschaulichen, ohne deren Umfang zu beschränken.
Beispiel
Ein Substrat 10 wurde aus dem gleichen Material (SKD11 oder dergleichen) wie das eines zum Bilden einer Stahlfolie für Fahrzeuge verwendeten Pressformbauteils hergestellt und durch Abschrecken oder Tempern wärmebehandelt.
Anschließend wurde mittels Glimmnitrieren eine Nitridschicht 20 auf dem Substrat 10 gebildet. Das Glimmnitrieren wurde durch Zugeben von N₂ und H₂, so dass das Volumenverhältnis von N₂ zu H₂ 15–20 Vol.-% betrug, 8–15 Stunden lang bei einer Temperatur von 460–490°C durchgeführt, wodurch eine Nitridschicht 20 aus Fe(N), Fe4N gebildet wurde. Die Nitridschicht wies eine Dicke von 80–120 μm und eine Härte von 800–1200 HV auf.
Anschließend wurde eine CrN-Schicht auf der Nitridschicht 20 gebildet, um die Adhäsion, die Härte und die Schlagfestigkeit zu verbessern, und eine TiAlN-Schicht mit einer Dicke von etwa 30 nm und eine weitere CrN-Schicht mit einer Dicke von etwa 30 nm wurden auf der CrN-Schicht gebildet. Dann wurden weitere CrN-Schichten und weitere TiAlN-Schichten abwechselnd und wiederholt abgeschieden, um eine Wärmebeständigkeit, Sprung- oder Bruchfestigkeit, Schlagfestigkeit, Härte und Adhäsion bereitzustellen.
Schließlich wurde eine TiAlCN-Schicht auf der äußersten CrN-Schicht abgeschieden, um gleichzeitig eine geringe Reibung, eine Wärmebeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Abriebfestigkeit bereitzustellen.
4 ist eine Ansicht, die die Struktur einer Beschichtungsfolie gemäß dem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt und 5 ist eine Tabelle, die die Beschichtungsfolie aus dem Beispiel der vorliegenden Erfindung mit der herkömmlichen Beschichtungsfolie aus dem Vergleichsbeispiel vergleicht. Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, besitzt das Pressformbauteil, das mit der Beschichtungsfolie aus dem Beispiel der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, im Vergleich zu dem Pressformbauteil, das mit der herkömmlichen Beschichtungsfolie aus dem Vergleichsbeispiel beschichtet ist, eine starke Adhäsion und eine große Härte, einen geringen Reibungskoeffizienten und eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit.
Die Formgebungsmaschine (das Pressformbauteil), die mit der Beschichtungsfolie der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, weist daher einen geringen Reibungskoeffizienten und eine verbesserte Abriebfestigkeit, eine längere Haltbarkeit und eine verbesserte Wärmebeständigkeit auf.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden gemäß der vorliegenden Erfindung die CrN-Schichten und die TiAlN-Schichten mit einer Dicke im Nanometerbereich abwechselnd auf der Oberfläche einer Formgebungsmaschine abgeschieden, wodurch die Wärmebeständigkeit, die Sprung- oder Bruchfestigkeit und die Schlagfestigkeit verbessert werden. Da gemäß der vorliegenden Erfindung eine TiAlCN-Schicht, die Kohlenstoff enthält, auf der äußersten Seite der Formgebungsmaschine abgeschieden wird, kann ferner eine Beschichtungsfolie mit einer ausgezeichneten Wärmebeständigkeit, Abriebfestigkeit und Härte und einem geringen Reibungskoeffizienten hergestellt werden, wodurch die physikalischen Eigenschaften der Formgebungsmaschine, die zum Herstellen einer hochfesten Stahlfolie verwendet werden kann, verbessert werden können.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich zu Veranschaulichungszwecken offenbart wurden, werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und Auslassungen möglich sind, ohne von dem Umfang und eigentlichen Sinn der Erfindung, wie er in der beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.
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

KR 10-2011-0106723 [0001]

Claims

Oberflächenbeschichtungsfolie für eine Formgebungsmaschine, aufweisend: ein Substrat; eine Nitridschicht, die auf dem Substrat gebildet ist; eine mehrschichtige Folienschicht, die durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial oder TiAl-Target und einem Cr-Zielmaterial oder Cr-Target auf der Nitridschicht abgeschieden ist; und eine Carbonitridschicht, die durch eine Reaktion von Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) mit einem TiAl-Zielmaterial auf der mehrschichtigen Folienschicht abgeschieden ist.
Oberflächenbeschichtungsfolie nach Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Folienschicht aufweist: eine CrN-Schicht, die durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem Cr-Zielmaterial auf der Nitridschicht abgeschieden ist; und eine TiAlN-Schicht, die durch eine Reaktion von Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial auf der CrN-Schicht abgeschieden ist.
Oberflächenbeschichtungsfolie nach Anspruch 2, wobei die mehrschichtige Folienschicht eine Vielzahl abwechselnd angeordneter Cr-Schichten und TiAlN-Schichten aufweist.
Oberflächenbeschichtungsfolie nach Anspruch 2, wobei jede CrN-Schicht und jede TiAlN-Schicht eine Dicke im Nanometerbereich aufweist.
Oberflächenbeschichtungsfolie nach Anspruch 2, wobei die mehrschichtige Folienschicht eine Vielzahl von CrN-Schichten aufweist und wobei die auf der Nitridschicht abgeschiedene CrN-Schicht eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der anderen CrN-Schichten.
Oberflächenbeschichtungsfolie nach Anspruch 1, wobei die Carbonitridschicht eine TiAlCN-Schicht ist und auf der äußersten CrN-Schicht der mehrschichtigen Folienschicht abgeschieden ist.
Oberflächenbeschichtungsfolie nach Anspruch 6, wobei die Menge des in der TiAlCN-Schicht enthaltenen Kohlenstoffs etwa 20–30 Atom-% beträgt.
Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenbeschichtungsfolie für eine Formgebungsmaschine, umfassend die Schritte: Bilden einer Nitridschicht auf einem Substrat; Bilden einer mehrschichtigen Folienschicht auf der Nitridschicht, indem Stickstoff (N) mit einem TiAl-Zielmaterial und einem Cr-Zielmaterial umgesetzt wird; und Bilden einer Carbonitridschicht auf der mehrschichtigen Folienschicht, indem Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) mit einem TiAl-Zielmaterial umgesetzt werden.
Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenbeschichtungsfolie für eine Formgebungsmaschine nach Anspruch 8, wobei die mehrschichtige Folienschicht und die Carbonitridschicht mittels PVD (physikalischer Gasphasenabscheidung), PACVD (plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung), HIPIMS (Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern) oder ICP (Abscheidung mittels induktiv gekoppeltem Plasma) gebildet werden.