DE102020124180A1

DE102020124180A1 - Gleitelement, insbesondere Kolbenring

Info

Publication number: DE102020124180A1
Application number: DE102020124180.1A
Authority: DE
Inventors: Gregor Englberger; Marcus Kennedy; Yuriy Ivanov
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-03-17
Also published as: WO2022058249A1; US20230332686A1; CN116194694A

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Gleitelement, insbesondere ein Kolbenring, weist eine Beschichtung auf, die von innen nach außen folgende Schichten aufweist: eine Haftschicht, eine kohlenstoffhaltige Funktionsschicht und eine äußere amorphe DLC Schicht. Dabei beträgt die Schichtdicke der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht mindestens 70%, bevorzugt mindestens 80% der Gesamtschichtdicke der Beschichtung, und das E-Modulverhältnis von kohlenstoffhaltiger Funktionsschicht zu äußerer amorpher DLC Schicht beträgt 1,2 oder mehr.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Gleitelement, insbesondere einen Kolbenring, mit einer Beschichtung.
Gleitelemente, wie zum Beispiel Kolbenringe, weisen Laufflächen auf, an denen sie mit einem Reibpartner in gleitenden Kontakt sind. Das tribologische System ist komplex und wird maßgeblich durch die Materialpaarung der Reibpartner und die Umgebungsbedingungen wie zum Beispiel Druck, Temperatur und umgebende Medien bestimmt. Gerade bei modernen Motoren treten besonders hohe Belastungen an den Kolbenringen auf. Um die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer der Bauteile zu gewährleisten und zu verlängern, können die Laufflächeneigenschaften der Gleitelemente gezielt optimiert werden.
Stand der Technik
Solche Optimierungen umfassen oft das Aufbringen mehr oder weniger komplexer Schichtsysteme mittels zum Beispiel thermischer Spritzverfahren, galvanischer Verfahren oder Verfahren der Dünnschichttechnologie. Das primäre Ziel solcher Schichten ist der Verschleißschutz, dabei wird zunächst meist auf eine hohe Härte der Schichten abgezielt. Als besonders harte und haltbare Schichten haben sich diamantähnliche Kohlenstoffschichten (diamond-like carbon, DLC) erwiesen. Diese können in vielfältiger Weise, zum Beispiel durch die Veränderung ihres C-C Bindungscharakters, der verschiedenen Bindungsanteile des Kohlenstoffs und durch die An- oder Abwesenheit von Wasserstoff und Metallen in ihren Eigenschaften variiert werden. Oft werden unter diesen Verschleißschutzschichten Haftschichten aufgebracht, die eine besonders haltbare und feste Verbindung der hochbelasteten Verschleißschutzschicht mit dem Grundwerkstoff des Gleitelements sicherstellen sollen.
Die ausschließliche Verwendung sehr harter DLC-Schichten bringt jedoch einige technologische Probleme mit sich. Zum einen müssen die Oberflächen dieser Schichten sehr glatt sein, damit es bei hoher Flächenpressung nicht zu Zerrüttungen auf der Oberfläche und damit zum Versagen des Schichtsystems kommt. Es kann ferner gezeigt werden, dass zum Beispiel der Ring- und Linerverschleiß signifikant mit der Rauheit der Verschleißschutzschichten ansteigen. Daher ist es erforderlich, die Oberflächen der Verschleißschutzschichten vor deren Einsatz weitestgehend zu glätten, dies ist aber mit hohem technischem Aufwand verbunden sowie sehr kostenintensiv. Zum Beispiel beschreibt die EP 1 829 986 B1 ein Verfahren wie solch harte Kohlenstoff-basierte Schichten mittels borsten- oder plattenförmiger Elemente bearbeitet werden können. Ferner weisen sehr harte Verschleißschutzschichten ein ungünstiges Einlaufverhalten auf. Auf Grund ihrer hohen Härte erfolgt der Einlauf auf Kosten des Reibpartners, der in der Einlaufphase erhöhten Verschleiß erfährt, zudem kann es zur Riefenbildung und/oder zu Brandspuren kommen.
In Hinblick auf das Einlaufverhalten kann es sinnvoll sein, Einlaufschichten auf den Verschleißschutzschichten vorzusehen. Das Ziel dieser Schichten ist es, eine Art tribologisches „Gleichgewicht“ zu erzeugen, indem sich die Einlaufschicht im Erstkontakt mit dem Reibpartner abträgt und sich dabei eine gegenseitige Anpassung der Reibpartner vollzieht. Nach der Einlaufphase verlangsamt und stabilisiert sich der Reibverschleiß und die harte Verschleißschutzschicht gewährleistet dann andauernd günstige Reibeigenschaften und die Lebensdauerbeständigkeit.
Die DE 10 2005 063 123 B3 beschreibt ein Schichtsystem auf einem Gleitelement von innen nach außen bestehend aus einer Verschleißschutzschicht, einer Haftschicht und einer Einlaufschicht des Typs Me-C:H in der ferner Hartstoffpartikeln zum Beispiel WC enthalten sind.
Aus der DE 10 2008 042 747 A1 geht ein Gleitelement mit einer Beschichtung hervor, die von innen nach außen eine Haftschicht, eine PVD-Schicht, optional eine Kohlenstoff-basierte Schicht des Typs a-C:H:W, eine Kohlenstoff-basierte Schicht des Typs a-C:H und eine weitere Kohlenstoff-basierte Schicht des Typs a-C:H aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die äußere Kohlenstoffschicht weicher ist als die darunter liegende Kohlenstoffschicht.
Die 10 2013 200 846 A1 beschreibt ein Gleitelement mit einer Beschichtung aufweist, die von innen nach außen eine erste Haftschicht, eine harte wasserstofffreie DLC-Schicht, eine zweite Haftschicht, eine weiche wasserstoffhaltige, metall- und/oder metallkarbidhaltige DLC-Schicht und eine harte wasserstoffhaltige DLC-Schicht aufweist, wobei die weiche wasserstoffhaltige DLC-Schicht weicher ist als die harte wasserstofffreie DLC-Schicht, und die harte wasserstoffhaltige DLC-Schicht härter ist als die weiche wasserstoffhaltige DLC-Schicht.
Darstellung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Gleitelement, insbesondere einen Kolbenring für Verbrennungsmotoren, mit optimalen mechanischen sowie tribologischen Eigenschaften zu schaffen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, ein solches Gleitelement bereitzustellen, dessen Oberfläche ein günstiges Einlaufverhalten, d.h. verkürzte Einlaufzeiten, verringerten Gegenkörperverschleiß und einen geringeren Kraftstoff- und Ölverbrauch während des Einlaufs aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Gleitelement.
Demzufolge weist dieses eine Beschichtung auf, die von innen nach außen folgende Schichten aufweist: eine Haftschicht, eine kohlenstoffhaltige Funktionsschicht und eine äußere amorphe DLC Schicht, wobei die Schichtdicke der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht mindestens 70% der Gesamtschichtdicke der Beschichtung beträgt und das E-Modulverhältnis von kohlenstoffhaltiger Funktionsschicht zu äußerer amorpher DLC Schicht 1,2 oder mehr beträgt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass einerseits eine verbesserte thermische Beständigkeit der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht durch Anhebung des E-Moduls (bzw. des sp³-Gehalts in einer DLC-Schicht) erreicht werden kann, andererseits aber die Glättung von Schichten mit erhöhtem E-Modul deutlich erschwert und damit unwirtschaftlich wird. Dieses Dilemma wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum einen eine kohlenstoffhaltige Funktionsschicht bereitgestellt wird, die einen, relativ zur äußeren DLC Schicht, hohen E-Modul aufweist und den größten Anteil an der Beschichtung trägt, namentlich mindestens 70% der Gesamtdicke. Somit trägt die genannte kohlenstoffhaltige Funktionsschicht maßgeblich zur verbesserten thermischen Beständigkeit bei. Zum anderen sorgt die äußere amorphe DLC Schicht, die relativ zur kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht dünner ist und einen substantiell geringeren E-Modul aufweist, für eine niedrige Rauheit. Letztere Schicht sorgt damit auch für ein verbessertes Einlaufverhalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der E-Modul der äußeren amorphen DLC Schicht um mindestens 50 GPa, bevorzugt mindestens 70 GPa niedriger als der E-Modul der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht. Bevorzugt besteht die Beschichtung des Gleitelements ausschließlich aus den vorgenannten Teilschichten.
Die erfindungsgemäße Haftschicht besteht vorzugsweise aus mehreren Schichtlagen.
Falls die kohlenstoffhaltige Funktionsschicht aus mehreren Teilschichten besteht, bezieht sich im Rahmen dieser Offenbarung der Wert für den E-Modul auf die äußerste Teilschicht der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gleitelements sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bevorzugt weist das Gleitelement eine Gesamtschichtdicke von mindestens 5 µm, bevorzugt zwischen 5 und 40 µm auf.
Mit Vorteil beträgt das Härteverhältnis von kohlenstoffhaltiger Funktionsschicht zu äußerer amorpher DLC Schicht 1,2 oder mehr, bevorzugt liegt das Härteverhältnis in dem Bereich von 1,2 bis 6.
Es hat sich ferner herausgestellt, dass der E-Modul der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht vorteilhafterweise mindestens 200 GPa, bevorzugt mindestens 350 GPa beträgt, besonders bevorzugt in dem Bereich von 250 bis 600 GPa liegt.
Ebenso beträgt der E-Modul der äußeren amorphen DLC Schicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform maximal 500 GPa, bevorzugt maximal 350 GPa, bevorzugt liegt der E-Modul in dem Bereich von 100 bis 350 GPa.
Bevorzugt beträgt die Härte der äußeren amorphen DLC Schicht maximal 5000 HV 0.02, besonders bevorzugt liegt die Härte in dem Bereich von 1000 bis 3500 HV 0.02.
Mit Vorteil beträgt der Kohlenstoffgehalt der äußeren amorphen DLC Schicht mindestens 90 At.-%, bevorzugt mindestens 97 At.-%.
Bevorzugt weist die kohlenstoffhaltige Funktionsschicht und/oder die äußere amorphe DLC Schicht einen Wasserstoffgehalt auf, der weniger als 3 At.-%, bevorzugt weniger als 0,5 At.-% beträgt. Insbesondere wasserstofffreie DLC Schichten (wasserstofffrei entspricht in dem Kontext einem Wasserstoffgehalt von weniger als 3 At.-%) besitzen ein großes Potential hinsichtlich Reib- und Verschleißminimierung in hochbelasteten Tribosystemen, auch unter Mangelschmierungsbedingungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die kohlenstoffhaltige Funktionsschicht, bevorzugt von innen nach außen, folgende Schichten auf: eine AxCy Schicht, wobei C für Kohlenstoff sowie A für ein Metall steht, und x sowie y jeweils Werte von 1-99 umfasst, und/oder eine kristallinhaltige Kohlenstoffschicht aus einer inneren metallhaltigen Kohlenstoffteilschicht und einer äußeren kristallinhaltigen Kohlenstoffteilschicht, und/oder mindestens eine amorphe Kohlenstoffschicht, die ein höheres E-Modul aufweist als die äußere amorphe DLC Schicht. Ein derartiges Schichtsystem zeichnet sich durch besonders vorteilhafte tribologische Eigenschaften aus.
Mit Vorteil ist die Haftschicht metallhaltig und das Metall A in der AxCy Schicht entspricht einem Metall in der metallhaltigen Haftschicht, wobei das Metall A bevorzugt aus Wolfram, Titan, Chrom oder einem weiteren Übergangsmetall ausgewählt ist.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gleitelements sieht vor, dass die kohlenstoffhaltige Funktionsschicht mehrere amorphe Kohlenstoffschichten aufweist und der E-Modul der amorphen Kohlenstoffschichten von innen nach außen sinkt. Alternativ oder zusätzlich kann die kohlenstoffhaltige Funktionsschicht mindestens eine amorphe Kohlenstoffschicht aufweisen, die von innen nach außen ein gradiert sinkendes E-Modul aufweist.
Bevorzugt weist das Gleitelement zwischen der AxCy Schicht und der kristallinhaltigen Kohlenstoffschicht eine Übergangsschicht auf, die sich aus einer Mischphase der AxCy Schicht und der kristallinhaltigen Kohlenstoffschicht konstituiert, und die bevorzugt eine Dicke von 1 bis 25 nm aufweist.
Mit Vorteil weist die AxCy Schicht eine Dicke von 3 nm bis 10 nm, bevorzugt von 4 nm bis 8 nm auf.
Ebenso weist die kristallinhaltige Kohlenstoffschicht bevorzugt eine Dicke von nicht mehr als 50 nm auf.
Bevorzugt erfüllt die taktil gemessene Rauheit der Beschichtung die Bedingungen Rk < 1,4 µm und Rpk < 0,3 µm, besonders bevorzugt Rk < 0,9 µm und Rpk < 0,2 µm.
Ferner erfüllt die optisch gemessene Rauheit der Beschichtung bevorzugt die die Bedingungen Rk < 2,0 µm und Rpk < 0,5 µm, besonders bevorzugt Rk < 1,5 µm und Rpk < 0,4 µ.m.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens eine der Einzelschichten der Beschichtung über ein PVD-Verfahren hergestellt.
Ausführungsbeispiel
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde der Einfluss des erfindungsgemäßen Schichtaufbaus gegenüber zwei Referenzbeispielen untersucht. Alle Beispiele weisen eine Beschichtung mit einer Gesamtschichtdicke von etwa 23 µm auf. Die beiden Vergleichsbeispiele weisen eine kohlenstoffhaltige Funktionsschicht an der äußersten Peripherie des Gleitelements auf, während das erfindungsgemäße Beispiel zusätzlich auf der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht eine äußere amorphe DLC Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 4 µm aufweist. Das erste Vergleichsbeispiel und das zweite Vergleichsbeispiel unterscheiden sich vorrangig im E-Modul der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht: Während das erste Vergleichsbeispiel mit 200 bis 290 GPa diesbezüglich einen relativ geringen E-Modul aufweist, ist dieses mit 350 bis 450 im zweiten Vergleichsbeispiel deutlich höher. Das erfindungsgemäße Beispiel weist mit 350 bis 500 GPa ebenfalls einen relativ hohen E-Modul in der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht auf, der E-Modul in der äußeren amorphen DLC Schicht liegt mit 200 bis 350 GPa wiederum relativ niedrig. Das E-Modulverhältnis von kohlenstoffhaltiger Funktionsschicht zu äußerer Schicht beträgt für das erfindungsgemäße Beispiel >1,2. In Abwesenheit einer dedizierten zusätzlichen äußeren Schicht kann das E-Modulverhältnis in den Vergleichsbeispielen nicht bestimmt werden. Die Unterschiede zwischen den Beispielen lassen sich der nachfolgenden Tabelle entnehmen:
Im Anschluss an die Bearbeitung der resultierenden Beschichtungen wurden die Rauheiten Rk und Rpk gemessen. Die in Tabelle 1 wiedergegeben Werte bestätigen dabei, dass eine Beschichtung mit relativ niedrigem E-Modul in der äußersten Schicht (wie in Vergleichsbeispiel 1 und dem erfindungsgemäßen Beispiel) gegenüber einer Beschichtung mit relativ hohem E-Modul in der äußersten Schicht (wie in Vergleichsbeispiel 2) nach der Bearbeitung eine deutlich verbesserte Rauheit aufweist. Untersuchungen zum Verschleißverhalten haben in diesem Zusammenhang gezeigt, dass die Rauheitskennwerte Rk und Rpk entscheidend für das Reib- und Verschleißverhalten in der Ring-Zylinderlaufbahn-Paarung sind. Werden die Rauheitskennwerte Rk = 1,5 µm und Rpk = 0,4 µm erreicht oder überschritten, so steigt der Zylinderlaufbahnverschleiß um mehr als 75 % gegenüber den bevorzugten maximalen Rauheitskennwerten Rk = 0,9 µm und Rpk = 0,2 µm (Werte jeweils optisch vor dem Schichtrobustheitstest bei 350°C gemessen). Das Vergleichsbeispiel 2 weist somit eine unzulässig hohe Rauheit auf.
Anschließend wurde in einem Test die thermische Beständigkeit der Beschichtungen untersucht. Die Bewertung der thermischen Beständigkeit erfolgte durch die Auslagerung der Schicht für 24 Stunden bei 350 °C unter Atmosphäre und der anschließenden vergleichenden optischen Rauheitsvermessung gegenüber dem Ausgangszustand. Wird dabei ein Rauheitsanstieg des Rk- bzw. Rpk-Kennwerts von über 30 % gegenüber dem Ausgangszustand verzeichnet, so gilt die sogenannte 30 %-Regel als nicht erfüllt. In anderen Worten verschlechtert sich unter thermischer Belastung dann die Rauheit in unzulässigem Maße. Dies gilt in der vorliegenden Untersuchung für das Vergleichsbeispiel 1, siehe Tabelle 1.
Die anschließende außermotorische tribologische Untersuchung der Schichten erfolgte an realen Ringsegmenten, welche in einem oszillierend arbeitenden Tribometer unter Vollschmierungsbedingungen gegen ein reales Zylinderlaufbahnsegment bewegt und mit einer Normalkraft beaufschlagt wurden. Die untersuchten Schichten wurden, wie vorstehend dargelegt, zuvor für 24 Stunden bei 350 °C unter Atmosphäre ausgelagert. Im Anschluss an die außermotorischen tribologischen Versuche erfolgte die optische Vermessung des Ring- und Zylinderlaufbahnverschleißes. Die in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass die Vergleichsbeispiele 1 und 2 einen unzulässig hohen Linerverschleiß aufweisen und dass Vergleichsbeispiel 1 zusätzlich einen unzulässig hohen Ringverschleiß aufweist.
Die vorstehend diskutierten Untersuchungen zeigen, dass das erfindungsgemäße Bereitstellen einer äußeren amorphen DLC Schicht überraschenderweise zu einer ausgezeichneten Verschleißbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen führt.
Die Messung der im Rahmen dieser Offenbarung genannten Parameter erfolgt wie folgt: Für die Messung des E-Moduls hat ein Anschliff der Schicht von der Oberfläche ausgehend bis in den zu messenden Tiefenbereich der Schicht zu erfolgen. Die Messung des E-Moduls erfolgt mittels eines Nanoindentors. Als Härteprüfverfahren ist die Mikrohärteprüfung mittels Eindringmethode anzuwenden. Die Messpunkte sind so auszuwählen, dass sie auf dem Plateau liegen, keine Vertiefungen berühren und der Abstand die dreifache Breite der Diagonale (Berkovich-Prüfkörper) des Eindrucks zu einander beträgt. Die Eindringtiefe des Prüfkörpers nach dem Anschliff darf 10 % der Dicke des zu messenden Schichtbereiches nicht überschreiten. Die Berechnung ist nach der Methode von Oliver und Pharr definiert (s. Oliver, W.C., Pharr, G.M., „An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments“, J. Mat. Res., 7(6), June 1992, 1564-1583) .

Für die taktile Messung der Rauheit wird ein handelsübliches Oberflächenmessgerät der Fa. Mahr, Hommel o. ä. verwendet. Dabei werden die folgenden Parameter angewandt: Tabelle 2:

Freitastsystem	=	z. B. MFW 250 mit halbierter Messkraft (ca. 0,5 mN)
Tastspitzenradius	=	10 µm *
Tastspitzenwinkel	=	90°
Lt	=	1,75 mm
Lm	=	1,25 mm
Lc	=	0,25 mm
Profiltyp	=	R
Filter	=	vorzugsweise ISO 16610 - 31 oder DIN EN ISO 13565 **
λs	=	Ausgeschaltet
Ausdruck/Protokoll	=	Rk, Rpk und Rauheitsprofil

* Es werden ein Tastspitzenradius von 10 µm und eine reduzierte Messkraft vorgegeben, da die Schicht sehr hart ist. Die empfohlene Tastspitzengeometrie stellt sicher, dass eine praxisnahe Standzeit der Tastspitze gewährleistet ist. Die Tastspitze ist regelmäßig mit einem Tastspitzen Prüfnormal z. B. Halle KNT 4050:01 zu prüfen.
** Die Unterschiede der Kenngrößen zwischen den empfohlenen Filtern sind im einstelligen nm Bereich.

Für die optische Messung der Rauheit wird ein konfokales Weißlichtmikroskop, Nanofocus µsurf verwendet. Dabei werden die folgenden Parameter angewandt: Tabelle 3:

Auflösung	=	mind. 984 x 984 (bei Messfläche 0,8 x 0,8 mm) entspricht einem Punktabstand von 0,813 µm
Objektiv	=	20x
Lt	=	0,8 mm
Lm	=	0,75 mm
Lc	=	0,25 mm
Profiltyp	=	R
Filter	=	ISO 16610 - 31
λs	=	0,0025 mm
Messfleck: Ölringe/ Stahlbandring	=	0,05 mm × 0,8 mm, mind. jeden 5. Profilschnitt innerhalb des Messfleckes auswerten, (50/0,813/5 = 12 Messspuren)
Ausdruck/Protokoll	=	Rk, Rpk und typisches Rauheitsprofil

Die Rauheitswerte sind die Mittelwerte der ausgewerteten Messspuren innerhalb des Messfleckes.

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

EP 1829986 B1 [0004]
DE 102005063123 B3 [0006]
DE 102008042747 A1 [0007]
DE 102013200846 A1 [0008]

Claims

Gleitelement, insbesondere Kolbenring, mit einer Beschichtung, die von innen nach außen folgende Schichten aufweist: - eine Haftschicht, - eine kohlenstoffhaltige Funktionsschicht, und - eine äußere amorphe DLC Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht mindestens 70%, bevorzugt mindestens 80% der Gesamtschichtdicke der Beschichtung beträgt und das E-Modulverhältnis von kohlenstoffhaltiger Funktionsschicht zu äußerer amorpher DLC Schicht 1,2 oder mehr beträgt, bevorzugt in dem Bereich von 1,2 bis 6 liegt.
Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtschichtdicke mindestens 5 µm beträgt, bevorzugt in dem Bereich von 5 bis 40 µm liegt.
Gleitelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Härteverhältnis von kohlenstoffhaltiger Funktionsschicht zu äußerer amorpher DLC Schicht 1,2 oder mehr beträgt, bevorzugt in dem Bereich von 1,2 bis 6 liegt.
Gleitelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der E-Modul der kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht mindestens 200 GPa, bevorzugt mindestens 350 GPa beträgt, besonders bevorzugt in dem Bereich von 250 bis 600 GPa liegt.
Gleitelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der E-Modul der äußeren amorphen DLC Schicht maximal 500 GPa, bevorzugt maximal 350 GPa beträgt, bevorzugt in dem Bereich von 100 bis 350 GPa liegt.
Gleitelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der äußeren amorphen DLC Schicht maximal 5000 HV 0.02 beträgt, bevorzugt in dem Bereich von 1000 bis 3500 HV 0.02 liegt.
Gleitelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt der äußeren amorphen DLC Schicht mindestens 90 At.-%, bevorzugt mindestens 97 At.-% beträgt.
Gleitelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltige Funktionsschicht und/oder die äußere amorphe DLC Schicht einen Wasserstoffgehalt aufweisen, der weniger als 3 At.-%, bevorzugt weniger als 0,5 At.-% beträgt.
Gleitelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltige Funktionsschicht, bevorzugt von innen nach außen, folgende Schichten aufweist: - eine AxCy Schicht, wobei C für Kohlenstoff sowie A für ein Metall steht, und x sowie y jeweils Werte von 1-99 umfasst und/oder - eine kristallinhaltige Kohlenstoffschicht aus einer inneren metallhaltigen Kohlenstoffteilschicht und einer äußeren kristallinhaltigen Kohlenstoffteilschicht, und/oder - mindestens eine amorphe Kohlenstoffschicht, die ein höheres E-Modul aufweist als die äußere amorphe DLC Schicht.
Gleitelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht metallhaltig ist und das Metall A in der AxCy Schicht einem Metall in der metallhaltigen Haftschicht entspricht, wobei das Metall A bevorzugt aus Wolfram, Titan, Chrom oder einem weiteren Übergangsmetall ausgewählt ist.
Gleitelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kohlenstoffhaltige Funktionsschicht mehrere amorphe Kohlenstoffschichten aufweist und der E-Modul der amorphen Kohlenstoffschichten von innen nach außen sinkt und/oder die kohlenstoffhaltige Funktionsschicht mindestens eine amorphe Kohlenstoffschicht aufweist, die von innen nach außen ein gradiert sinkendes E-Modul aufweist.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement zwischen der AxCy Schicht und der kristallinhaltigen Kohlenstoffschicht eine Übergangsschicht aufweist, die sich aus einer Mischphase der AxCy Schicht und der kristallinhaltigen Kohlenstoffschicht konstituiert, und die bevorzugt eine Dicke von 1 bis 25 nm aufweist.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die AxCy Schicht eine Dicke von 3 nm bis 10 nm, bevorzugt 4 nm bis 8 nm aufweist.
Gleitelement nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die kristallinhaltige Kohlenstoffschicht eine Dicke von nicht mehr als 50 nm aufweist.
Gleitelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die taktil gemessene Rauheit der Beschichtung Rk < 1,4 µm und Rpk < 0,3 µm, bevorzugt Rk < 0,9 µm und Rpk < 0,2 µm beträgt.
Gleitelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch gemessene Rauheit der Beschichtung Rk < 2,0 µm und Rpk < 0,5 µm, bevorzugt Rk < 1,5 µm und Rpk < 0,4 µm beträgt.
Gleitelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Einzelschichten der Beschichtung über ein PVD-Verfahren hergestellt wurde.