DE102012219897A1

DE102012219897A1 - Mehrlagige Beschichtung für eine Form

Info

Publication number: DE102012219897A1
Application number: DE102012219897.0A
Authority: DE
Inventors: Sung Chul Cha
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-02-13
Also published as: CN103572289A; KR101628426B1; US8746027B2; CN103572289B; KR20140019673A; US20140041435A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt eine mehrlagige Beschichtung für ein Werkzeugstück bereit. Das Werkzeugstück kann zum Beispiel eine Form oder eine Gussform sein, die zum Bilden eines ultrahochfesten Stahlblechs verwendet wird. Die mehrlagige Beschichtung für die Form kann eine CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht, eine erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht und eine zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht umfassen. Die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht kann auf ein Grundmaterial des Werkzeugstücks (z. B. eine Form) zum Bilden des Stahlblechs aufgebracht sein. Die erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht kann als Zwischenschicht auf die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht aufgebracht sein. Die zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht kann als äußerste funktionelle Schicht auf der Oberfläche auf die erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht aufgebracht sein und kann etwa 1 Atom-% bis etwa 30 Atom-% Kohlenstoff (C) für hohe Temperaturen und eine geringe Reibung enthalten.

Description

(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrlagiges Beschichtungsmaterial für eine Form zur Verwendung beim Bilden eines ultrahochfesten Stahlblechs. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung ein mehrlagiges Beschichtungsmaterial für eine Form zum Bilden eines ultrahochfesten Stahlblechs, die der Oberfläche der Form Wärmebeständigkeit, Abrasionsbeständigkeit und Eigenschaften im Hinblick auf eine geringe Reibung verleiht.
(b) Stand der Technik
Ein Stahlblech kann durch eine Vielzahl von Prozessen gebildet werden, wie beispielsweise Tiefziehen, einer inkrementellen Blechumformung, Stanzen, Walzen, Prägen usw. Zum Bilden des Stahlblechs ist bei diesen Prozessen üblicherweise ein Werkzeugstück (z. B. eine Form, eine Gussform, eine Stanze usw.) erforderlich. Während des Metallformungsprozesses sind solche Werkzeugstücke einem extremen Verschleiß ausgesetzt. Üblicherweise werden die Werkzeugstücke behandelt oder beschichtet (z. B. mittels chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD), physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD), durch Abschrecken, Tempern oder Glühen, Diffusionshärten usw.), um so ihre Langlebigkeit für eine Verwendung im Metallformungsprozess zu erhöhen.
Herkömmliche Beschichtungsmaterialien zum Bilden eines Stahlblechs für Fahrzeuge aus dem Stand der Technik schließen gewöhnlich zum Beispiel Toyota Diffusion (TD), TiAlN und AlTiCrN+MoS₂ ein. Diese Beschichtungsmaterialien werden häufig für Formen verwendet, die dazu eingesetzt werden, ein Stahlblech mit einer Zugfestigkeit von 800 MPa oder weniger zu bilden, und sie verleihen einem Werkzeugstück (z. B. einer Form/Gussform) eine Lebensdauer von etwa 70.000 Presswegen.
Neuere Trends in der Entwicklung von Stahlblechen gehen in Richtung eines hochfesten/leichten, dünnwandigen Stahls (z. B. für Anwendungen bezüglich der Fahrzeugsicherheit). Den herkömmlichen Beschichtungsmaterialien für Formen fehlen infolgedessen eine Haltbarkeit und eine Abrasionsbeständigkeit, wenn sie zum Bilden von Stahlblechen mit einer Zugfestigkeit von 980 MPa oder mehr verwendet werden. Anders ausgedrückt ist ein großer Nachteil der herkömmlichen Beschichtungsmaterialien der, dass sie eine Lebensdauer für ein Werkzeugstück von nur etwa 50.000 Presswegen oder weniger bereitstellen, da sich die Beschichtungsschicht nach dieser Zeit von der Oberfläche des Werkzeugstücks (z. B. der Form) ablöst. Eine Form mit einer üblichen TD-Beschichtungsschicht weist zum Beispiel eine Lebensdauer von nur etwa 30.000 Arbeitstakten auf, wobei eine Verformung infolge der Wärmebehandlung manuell modifiziert wird.
Ein weiterer Nachteil von herkömmlichen Beschichtungsmaterialien ist der, dass sie die Verwendung eines Schmiermittels während des Formens des Stahlblechs erfordern. Beschichtungsmaterialien wie TiAlN und AlTiCrN+MoS₂ erfordern aufgrund der mangelnden Haltbarkeit des beschichteten Werkzeugstücks zum Beispiel üblicherweise die Verwendung eines Ziehöls. Obwohl die Verwendung eines Schmiermittels eine vorübergehende Abnahme der Reibung und der Abrasion ermöglicht, kann das Ziehöl Verunreinigungen in das Stahlblech einbringen, die einen nachfolgenden Prozess, z. B. einen Schweißprozess, negativ beeinflussen können, was zu einer Verminderung der Qualität der geformten Produkte führt.
Es besteht dementsprechend der Bedarf nach Beschichtungsmaterialen für Werkzeugstücke mit einer Abrasionsbeständigkeit, einer Wärmebeständigkeit, einer Beständigkeit gegen Ermüdungserscheinungen, einer hohen Schmierwirkung und Eigenschaften im Hinblick auf eine geringe Reibung zum Formen eines Stahlblechs mit einer Zugfestigkeit von 980 MPa oder mehr.
Zusammenfassung der Offenbarung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Form mit einer Multischicht zur Verwendung beim Bilden eines ultrahochfesten Stahls bereit. Gemäß den hierin beschriebenen Techniken kann eine mehrlagige Form gebildet werden, indem die Oberfläche der Form mit CrN oder Ti(C)N, einer TiAlN/CrN-Nanomultischicht und einer TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht beschichtet wird, die einem Werkzeugstück (z. B. einer Form) Wärmebeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Abrasionsbeständigkeit und Eigenschaften im Hinblick auf eine geringe Reibung verleihen können und ebenso in hohem Maße die Lebensdauer der Form verlängern.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Form mit einer Multischicht bereit, die aufweist: eine CrN- oder Ti(C)N-Verbindungs- oder Fügeschicht, die auf ein Grundmaterial der Form aufgebracht ist; eine erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht, die als Zwischenschicht auf die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht aufgebracht ist; und eine zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht, die als äußerste Oberflächenschicht auf die erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht aufgebracht ist und etwa 1 Atom-% bis etwa 30 Atom-% Kohlenstoff (C) für hohe Temperaturen und eine geringe Reibung enthält.
In einer beispielhaften Ausführungsform können die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht und die erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht und die zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht mit einer Dicke von etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm aufgebracht sein.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht TiAlN und CrN enthalten, die unter Bilden einer Multischicht abwechselnd aufeinander aufgebracht sind.
In einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht TiAlCN und CrCN enthalten, die unter Bilden einer Multischicht abwechselnd aufeinander aufgebracht sind.
In einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform können die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht und die erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht und die zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht mit Hilfe eines Verfahrens, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus PVD-, PACVD-(plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung), HIPIMS- und ICP-Verfahren, aufgebracht sein.
Weitere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden erörtert.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorstehend angegebenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben, die in den beigefügten Figuren veranschaulicht sind, welche lediglich zu Veranschaulichungszwecken angegebenen sind und die vorliegende Erfindung daher in keiner Weise einschränken sollen. In den Figuren gilt:
1 ist eine Querschnittansicht, die eine beispielhafte mehrlagige Beschichtung für eine Form gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Aufnahme mit einem Elektronenmikroskop, die eine Textur einer beispielhaften mehrlagigen Beschichtung für eine Form gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; die 3A–3C sind Aufnahmen, die die Oberflächen einer beispielhaften mehrlagigen Beschichtung für eine Form gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Beschichtungsschicht gemäß Vergleichsbeispielen zeigen; und
4 ist eine Ansicht, die eine Vorrichtung zur physikalischen Dampfphasenabscheidung (PVD) zum Bilden einer mehrlagigen Beschichtung für eine Form gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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. In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen jeweils gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die beispielhaft in den beigefügten Figuren veranschaulicht und nachfolgend beschrieben ist. Obwohl die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, soll verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaft angegebenen Ausführungsformen einschränken soll. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur diese beispielhaft angegebenen Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen abdecken, die im Geiste und Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, enthalten sein können.
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 Nutzfahrzeuge, 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 es 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 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.
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 vorliegende Erfindung basiert wenigstens zum Teil auf der Entdeckung, dass die Lebensdauer eines Werkzeugstücks für ein Stahlblech (zum Beispiel eine Form, eine Gussform usw.) verlängert werden kann und die Qualität einer mit dem Werkzeugstück hergestellten ultrahochfesten Stahlplatte verbessert werden kann, wenn das Werkzeugstück mit Hilfe eines Verfahrens der physikalischen Dampfphasenabscheidung (PVD) mit einer CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht, einer ersten TiAlN/CrN-Nanomultischicht und einer zweiten TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht, welche die äußerste Oberfläche darstellt, beschichtet wird.
Die Multibeschichtungsschicht für die Form gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht, die mit einer Dicke von etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm aufgebracht ist, eine erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht, die mit einer Dicke von etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm als Zwischenstützschicht auf die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht aufgebracht ist, und eine zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht, die mit einer Dicke von etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm als äußerste funktionelle Oberflächenschicht auf die erste TiAlN/CrCN-Nanomultischicht aufgebracht ist, umfassen. Im Folgenden wird, wie folgt, jede Schicht separat beschrieben.
CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht
Die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht kann eine ausgezeichnete Bindungsfestigkeit mit dem Grundmaterial besitzen und dazu dienen, die Restspannung der anderen Beschichtungsschichten zu verringern und zu kontrollieren. Ebenso kann die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht mit einer Dicke von etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm auf das Grundmaterial aufgebracht werden, so dass sie die gewünschten Eigenschaften, wie beispielsweise Zähigkeit, Beständigkeit gegen Ermüdungserscheinungen und Beständigkeit gegen Stöße aufweisen kann.
Erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht
Die erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht kann wärmebeständige Elemente (z. B. TiAl und Cr) aufweisen, um eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit bereitzustellen. Ebenso können TiAlN und CrN abwechselnd in einer Multischicht auf die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht aufgebracht werden, um eine Oxidationsbeständigkeit und eine ausgezeichnete Zähigkeit bereitzustellen. Die TiAlN- und CrN-Nanoschichten können abwechselnd aufgebracht werden, so dass sie eine Gesamtdicke von etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm ausmachen.
Zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht
Die zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht kann neben den Bestandteilen, die die erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht bilden, ferner etwa 1 Atom-% bis etwa 30 Atom-% Kohlenstoff (C) mit ausgezeichneten Eigenschaften im Hinblick auf eine geringe Reibung aufweisen und als äußerste Schicht auf der Oberfläche dienen. Unter Bilden einer Multischicht können TiAlCN und CrCN abwechselnd abgeschieden werden. Die TiAlCN- und CrCN-Nanoschichten können abwechselnd abgeschieden werden, so dass sie eine Gesamtdicke von etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm ausmachen.
Im Folgenden wird ein beispielhaftes Verfahren zum Aufbringen einer Multibeschichtungsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie folgt beschrieben.
Die mehrlagige Beschichtung oder Multischichtbeschichtung kann mit Hilfe eines Verfahrens der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) gebildet werden. Daneben können ebenso Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern (High Power Impulse Magnetron Sputtering, HIPIMS), Magnetronsputtern mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) und Bogentechniken zum Erzeugen eines hochdichten Plasmas zum Erzeugen nanogroßer Partikel der Beschichtungsmaterialien und Hochgeschwindigkeitsbeschichten verwendet werden.
4 zeigt eine Vorrichtung zum Beschichten mittels PVD. Die Vorrichtung zum Beschichten mittels PVD kann ein Paar Ti- oder Cr-Zielmaterialien oder -Targets, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, ein Paar TiAl-Targets, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und eine Gaszuführungseinheit zum Zuführen von Ar, N₂ und Kohlenwasserstoff-(C_xH_y) Prozessgasen aufweisen.
Für einen Beschichtungsprozess unter Verwenden der Vorrichtung zum Beschichten mittels PVD kann – unter Verwenden von Ar-Gas – in einem Vakuumzustand vor dem Beschichten ein Plasmazustand erzeugt werden. Danach kann eine Beschichtungskammer auf eine Temperatur von etwa 80°C erwärmt werden, um die Oberfläche des Grundmaterials der Form zu aktivieren und dann kann die Oberfläche des Grundmaterials der Form gereinigt werden, indem eine Vorspannung angelegt wird und gleichzeitig eine Kollision von Ar-Ionen mit der Oberfläche des Grundmaterials der Form ermöglicht wird (z. B. Ausheizen und Reinigen).
Um eine ausgezeichnete Bindungsfestigkeit mit dem Grundmaterial bereitzustellen und um die Restspannung in der Beschichtung zu vermindern, kann danach eine CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht mit einer Dicke von etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm auf der Oberfläche des Grundmaterials aufgebracht werden.
Zum Bereitstellen von Wärmebeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Abrasionsbeständigkeit und Zähigkeit kann anschließend eine erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht auf die TiN- oder TiCN-Schicht aufgetragen werden, indem das Prozessgas N₂ in die Beschichtungskammer einströmen gelassen wird. Die TiAlN-Nanoschicht und die CrN-Nanoschicht können abwechselnd mit einer Dicke von etwa 10 nm bis etwa 50 nm aufgebracht werden, indem TiAl-Ionen und Cr-Ionen aus dem TiAl- und dem Cr-Target umgesetzt werden. Die Gesamtdicke der ersten TiAlN/CrN-Nanomultischicht kann hier in einem Bereich von etwa 0,5 μm bis etwa 5 μm liegen. Das Verhältnis von Ti:Al:Cr kann 1:1:1 betragen.
Um eine geringe Reibung, eine Wärmebeständigkeit, eine Oxidationsbeständigkeit und eine Abrasionsbeständigkeit zu erreichen, kann anschließend eine zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht aufgebracht werden. Die zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht kann eine TiAlCN-Nanoschicht und eine CrCN-Nanoschicht umfassen, die unter Verwenden des TiAl-Targets, des Cr-Targets und der Prozessgase C₂H₂ und N₂ mit einer Dicke von etwa 10 nm bis etwa 50 nm abwechselnd aufgebracht werden.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben.
Beispiel

Wie in Tabelle 1 unten gezeigt ist, kann eine CrN-Verbindungsschicht mit einer Dicke von etwa 4,9 μm mittels des vorstehend beschriebenen PVD-Verfahrens auf die Oberfläche des Grundmaterials einer Form aufgebracht werden und dann kann eine erste TiAlCrN-Nanomultischicht mit einer Dicke von etwa 4,2 μm auf die CrN-Verbindungsschicht aufgebracht werden. Anschließend kann eine zweite TiAlCrCN-Nanomultischicht mit einer Dicke von etwa 1,1 μm als äußerste Schicht auf der Oberfläche aufgebracht werden. Die Textur der resultierenden Beschichtung ist in 2 gezeigt. Tabelle 1

	Vgl.-Bsp. 1	Vgl.-Bsp. 2	Vgl.-Bsp. 3	Vgl.-Bsp. 4	Ausführungsform
Oberflächenbehandlung/Beschichtung	VC	TiAlN	AlCrN	AlTiCrN + MoS₂	TiAlCrCN
Verfahren	TD	PVD	PVD	PVD (+Aufsprühen)	PVD
Dicke (μm)	8,4	9,5 (5CrN-4,5TiAlN)	9,8 (5CrN-4,8AlCrN)	9,5 (4,9CrN-4,6AlTiCrN) + 20 μm MoS₂	10,2 (4,9CrN/4,2Ti AlCrN-1,1TiAlCrCN)

Vergleichsbeispiele 1 bis 4
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wurde in Vergleichsbeispiel 1 mit Hilfe des TD-Verfahrens eine Nitridschicht mit einer Dicke von 8,4 μm auf einem Grundmaterial gebildet. In Vergleichsbeispiel 2 wurden mit Hilfe des PVD-Verfahrens eine CrN-Schicht mit einer Dicke von etwa 5 μm und eine TiAlN-Schicht mit einer Dicke von etwa 4,5 μm auf der Oberfläche des Grundmaterials gebildet. In Vergleichsbeispiel 3 wurden mit Hilfe des PVD-Verfahrens eine CrN-Schicht mit einer Dicke von etwa 5 μm und eine AlCrN-Schicht mit einer Dicke von etwa 4,8 μm gebildet. In Vergleichsbeispiels 4 wurde ebenso eine Beschichtungsschicht [(4,9CrN-4,6AlTiCrN) + 20 μm MoS₂] mit einer Dicke von etwa 9,5 μm gebildet.
Versuchsbeispiel
Versuchsproben gemäß dem Beispiel und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 wurden an der oberen Form der Form und der Halterung für die Rohlinge angebracht und dann durch Formen der Rohlinge für ein ultrahochfestes Stahlblech (z. B. 980 MPa) unter den folgenden Bedingungen für das Formen behandelt.

• Bedingungen beim Formen: 250 Tonnen Pressdruck, Pufferungsdruck; 5 kgf/cm², rpm (Umdrehungen pro Minute) 22 bis 23 und 10.000 Arbeitstakte.
• Rohling für das Formen: 350 × 296 × 1 mm

Die Bindungsfestigkeit, die Härte, der Reibungskoeffizient, die Oxidationstemperatur und die Dicke oder das Ausmaß der Abrasion wurden mit einer standardmäßig verwendeten Ausstattung gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

	Vgl.-Bsp. 1	Vgl.-Bsp. 2	Vgl.-Bsp. 3	Vgl.-Bsp. 4	Bsp.
Bindungsfestigkeit (N)	31	49,2	48,3	43	51
Härte (HV)	2634	3179	3252	3150	3367
Reibungskoeffizient	0,571	0,562	0,621	0,523 (0,12 in der Anfangsphase)	0,354
Oxidationstemperatur (°C)	500	810	850	820 (450)	890
Ausmaß der Abrasion (μm)	0,2	0,63	0,3	0,21 (1,6)	0,12

Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, sind der Reibungskoeffizient, die Abrasionsbeständigkeit und die Oxidationsbeständigkeit der Multibeschichtungsschicht gemäß der beispielhaften Ausführungsform besser als diejenigen der Vergleichsbeispiele und ebenso sind die Bindungsfestigkeit und die Härte besser.
Nach 10.000 Arbeitstakten einer 250 Tonnen-Walze wurde das Äußere einer Versuchsprobe mit bloßem Auge untersucht. Wie in den 3A–3C gezeigt ist, traten im Vergleichsbeispiel 1 (3A) und im Vergleichsbeispiel 4 (3B) die Phänomene von Kratzern in der Oberfläche und eine örtliche oder lokale Ablösung auf, wohingegen bei einem Werkzeugstück, das gemäß den hierin beschriebenen Techniken hergestellt wurde, wie dies in 3C gezeigt ist, keine Kratzer in der Oberfläche beobachtet wurden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Form zum Bilden einer Platte aus einem ultrahochfesten Stahl eine CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht, die eine ausgezeichnete Bindungsfestigkeit zu einem Grundmaterial aufweist und auf eine Restspannung in der Beschichtung reduziert und Zähigkeit, Beständigkeit gegen Ermüdungserscheinungen und eine Beständigkeit gegen Stöße verleiht, eine erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht, die eine Wärmebeständigkeit, eine Oxidationsbeständigkeit, eine Abrasionsbeständigkeit und Zähigkeit bereitstellt, als Zwischenschicht, und eine zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht, die ferner Kohlenstoff (etwa 1 Atom-% bis etwa 30 Atom-%) für eine Verwendung bei hohen Temperaturen enthält und eine geringe Reibung verleiht, als äußerste Schicht auf der Oberfläche umfassen, wodurch eine Beständigkeit gegen Stöße und eine Zähigkeit verliehen wird.
Dementsprechend können die Lebensdauer einer Form zum Bilden einer Platte aus einem hochfesten Stahlblech verlängert werden und die Wartungskosten für die Form können erheblich reduziert werden. Ebenso kann die Qualität der geformten Produkte verbessert werden.
Die Erfindung wurde ausführlich unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben. Fachleute werden jedoch erkennen, dass an diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geiste der Erfindung, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist, abzuweichen.

Claims

Form mit einer Multischicht, aufweisend: eine Verbindungsschicht; eine erste Nanomultischicht; und eine zweite Nanomultischicht, wobei die Verbindungsschicht auf ein Grundmaterial für die Form aufgebracht ist und die erste Nanomultischicht sandwichartig zwischen der Verbindungsschicht und der zweiten Nanomultischicht angeordnet ist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsschicht CrN oder Ti(C)N ist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 1, wobei die erste Nanomultischicht eine TiAlN/CrN-Nanomultischicht ist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 1, wobei die zweite Nanomultischicht eine TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht ist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 4, wobei die zweite Nanomultischicht ferner 1 Atom-% bis 30 Atom-% Kohlenstoff (C) enthält.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 2, wobei die CrN- oder Ti(C)N-Verbindungsschicht eine Dicke in einem Bereich von 0,5 μm bis 5 μm aufweist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 3, wobei die erste TiAlN/CrN-Nanomultischicht eine Dicke in einem Bereich von 0,5 μm bis 5 μm aufweist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 4, wobei die zweite TiAlCN/CrCN-Nanomultischicht eine Dicke in einem Bereich von 0,5 μm bis 5 μm aufweist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 1, wobei die erste Nanomultischicht abwechselnd angeordnete Beschichtungen aus TiAlN und CrN aufweist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 9, wobei jede abwechselnd aufgebrachte Schicht eine Dicke in einem Bereich von 10 nm bis 50 nm aufweist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 1, wobei die zweite Nanomultischicht abwechselnd angeordnete Beschichtungen aus TiAlCN und CrCN aufweist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 11, wobei jede abwechselnd aufgebrachte Schicht eine Dicke in einem Bereich von 10 nm bis 50 nm aufweist.
Form mit einer Multischicht nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsschicht, die erste Nanomultischicht und die zweite Nanomultischicht mit Hilfe eines Verfahrens aufgebracht sind, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus PVD, PACVD, HIPIMS und ICP.