DE102021123832A1 - Mehrschichtsystem, Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrschichtsystems oder Bauteils - Google Patents

Mehrschichtsystem, Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrschichtsystems oder Bauteils Download PDF

Info

Publication number
DE102021123832A1
DE102021123832A1 DE102021123832.3A DE102021123832A DE102021123832A1 DE 102021123832 A1 DE102021123832 A1 DE 102021123832A1 DE 102021123832 A DE102021123832 A DE 102021123832A DE 102021123832 A1 DE102021123832 A1 DE 102021123832A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
metal
corrosion
wear
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021123832.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Ricardo Henrique Brugnara
Nazlim Bagcivan
Edgar Schulz
Markus Schmalwasser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to KR1020227046003A priority Critical patent/KR20230019457A/ko
Priority to US18/030,526 priority patent/US20230407464A1/en
Priority to PCT/DE2021/100764 priority patent/WO2022073541A1/de
Priority to CN202180068234.8A priority patent/CN116324034A/zh
Priority to JP2023504292A priority patent/JP7508691B2/ja
Priority to EP21786327.3A priority patent/EP4225972A1/de
Publication of DE102021123832A1 publication Critical patent/DE102021123832A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • C23C16/345Silicon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0664Carbonitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26Deposition of carbon only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/36Carbonitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/046Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material with at least one amorphous inorganic material layer, e.g. DLC, a-C:H, a-C:Me, the layer being doped or not
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/343Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one DLC or an amorphous carbon based layer, the layer being doped or not
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/347Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtsystem (1, 1', 1 '', 1'''), umfassend zumindest eine Korrosionsschutzschicht (2) und eine Verschleißschutzschicht (3), wobei die Korrosionsschutzschicht (2) durch ein Metallnitrid oder ein Metallkarbonitrid gebildet ist, welches als Metall zumindest Titan und Magnesium enthält, wobei das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid weiterhin mindestens ein Seltenerdmetall umfasst, und die Verschleißschutzschicht (3) durch mindestens eine diamantähnliche metallfreie Kohlenstoffschicht gebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil (8) mit einem solchen Mehrschichtsystem (1, 1', 1 '', 1''') sowie ein Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtsystems (1, 1', 1 '', 1''') oder des Bauteils (8).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtsystem, umfassend zumindest eine Korrosionsschutzschicht und eine Verschleißschutzschicht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil umfassend ein metallisches Substrat mit einer Oberfläche und ein Mehrschichtsystem. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrschichtsystems oder Bauteils.
  • Als Korrosions- und Verschleißschutzschichten sind in der Automobilindustrie derzeit Hartchromschichten im Einsatz, die die verwendeten Stähle vor Korrosion und mechanischem Verschleiß schützen. Zur Herstellung solcher Hartchromschichten sind üblicherweise Chrom(VI)-haltige Elektrolytbäder im Einsatz, die inzwischen unter Umweltgesichtspunkten als bedenklich eingestuft sind und deren Verwendung verstärkt legislativen Beschränkungen unterliegt. Es besteht demnach ein Bedürfnis, die Hartchromschicht durch eine umweltfreundlicher herstellbare Beschichtung zu ersetzen.
  • Es sind auch bereits Mehrschichtsysteme umfassend zumindest eine Korrosionsschutzschicht und eine Verschleißschutzschicht aus der DE 10 2013 209 030 A1 bekannt. Hier ist ein Korrosionsschutz für ein metallisches Bauteil beschrieben, welcher mindestens eine Verschleißschutzschicht in Form einer chemisch, galvanisch oder mittels PVD/PACVD-Verfahren gebildeten Schicht umfasst, die auf dem metallischen Bauteil gebildet ist. Auf der Verschleißschutzschicht ist mindestens eine Korrosionsschutzschicht, die mittels eines ALD-Verfahrens (ALD = atomic layer deposition) gebildet ist, angeordnet. Das ALD-Verfahren ist allerdings für ein Massengeschäft in der Automobilindustrie wenig geeignet.
  • Die DE 10 2004 044 919 A beschreibt eine dekorative Beschichtung zum Schutzreines Substrates vor Korrosion, Verschleiß und Oxidation auf Basis von Refraktärmetall-Magnesium-Nitriden sowie Verfahren zu deren Herstellung.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Mehrschichtsystem bereitzustellen, das einen noch zuverlässigeren Korrosions- und Verschleißschutz bietet und in großen Stückzahlen gefertigt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil mit einem derartigen Mehrschichtsystem bereitzustellen und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrschichtsystems oder Bauteils anzugeben.
  • Die Aufgabe wird für ein Mehrschichtsystem, umfassend zumindest eine Korrosionsschutzschicht und eine Verschleißschutzschicht, dadurch gelöst, dass die Korrosionsschutzschicht durch ein Metallnitrid oder ein Metallkarbonitrid gebildet ist, welches als Metall zumindest Titan und Magnesium enthält, wobei das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid weiterhin mindestens ein Seltenerdmetall umfasst, und dass die Verschleißschutzschicht durch mindestens eine diamantähnliche metallfreie Kohlenstoffschicht gebildet ist.
  • Das Mehrschichtsystem gewährleistet einen effektiven Korrosions- und Verschleißschutz für metallische Substrate. Es ist sowohl mechanischem als auch korrosivem Angriff aufgrund der die Korrosionsschutzschicht unmittelbar oder mittelbar schützenden und die mechanische Belastung tragenden Verschleißschutzschicht gewachsen. Die Verschleißschutzschicht weist dabei vorzugsweise reibmindernde Eigenschaften gegenüber einem in Reibkontakt dazu stehenden Kontaktpartner in einem tribologischen System auf.
  • Das Mehrschichtsystem ist zudem in hohen Stückzahlen bei geringen Herstellungskosten produzierbar und somit für eine Anwendung in der Automobilindustrie geeignet.
  • Die Korrosionsschutzschicht weist insbesondere 10 bis 40 at.-% Titan und/oder 15 bis 50 at.-% Magnesium auf. Die Konzentration des mindestens einen Seltenerdmetalls in der Korrosionsschutzschicht liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 15 at.-%.
  • Bevorzugt ist das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid zur Ausbildung der Korrosionsschutzschicht weiterhin umfassend mindestens ein Metall aus der Gruppe umfassend Aluminium, Chrom, Zirkon, Hafnium, ausgebildet. Deren Konzentration in der Korrosionsschutzschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 40 at.-%.
  • Besonders bevorzugt umfasst das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid als Seltenerdmetall Gadolinium oder Cer oder Lanthan oder eine Mischung aus zwei oder drei der genannten Elemente.
  • Die Korrosionsschutzschicht ist insbesondere umfassend TiMgGdN oder TiMgGdCN oder TiMgCeN oder TiMgCeCN oder TiMgLaN oder TiMgLaCN ausgebildet.
  • Korrosionsschutzschichten und ihr Korrosionsverhalten auf Basis von Metallnitriden wie TiMgREN (RE = rare earth, Seltene Erden) sind in der Publikation „Corrosion and wear protection of mild steel substrates by innovative PVD coatings“, Holger Hoche, Casper Pusch, Matthias Oechsner, Surface & Coatings Technology 391 (2020), beschrieben worden, siehe unter:
    • https://doi. org/10.1016/j.surfcoat.2020.125659
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Korrosionsschutzschicht auf ihrer der Verschleißschutzschicht abgewandten Seite an eine metallische Haftvermittlerschicht angrenzt. Insbesondere ist die metallische Haftvermittlerschicht aus Chrom oder Titan oder Zirkon oder Magnesium oder Gadolinium oder einer Mischung aus zwei oder drei der genannten Metalle gebildet. Die Haftvermittlerschicht dient der besseren mechanischen Anbindung des Mehrschichtsystems an ein metallisches Substrat.
  • Die Korrosionsschutzschicht grenzt auf ihrer der Verschleißschutzschicht zugewandten Seite vorzugsweise an eine Zwischenschicht an, die aus einem Silizium-dotierten Metallnitrid oder einem Metallkarbonitrid, insbesondere Silizium-dotierten Metallkarbonitrid, gebildet ist. Die Zwischenschicht dient der besseren mechanischen Anbindung der Korrosionsschutzschicht die Verschleißschutzschicht.
  • Die Verschleißschutzschicht in Form mindestens einer diamantähnlichen metallfreien Kohlenstoffschicht (= DLC - diamond like coating) umfasst bevorzugt mindestens eine Schicht vom Typ a-C oder a-C:H oder ta-C oder ta-C:Si oder ta-C:H:O:Si oder a-C:H:Si oder a-C:H:O:Si oder a-C:H:N oder eine Kombination mindestens zweier solcher Kohlenstoffschichten. Dabei können mehrere Kohlenstoffschichten gleicher Zusammensetzung aufeinander gebildet werden oder aber Kohlenstoffschichten unterschiedlicher Zusammensetzung einander abwechseln oder nacheinander folgen, um eine Verschleißschutzschicht auszubilden.
  • Die Korrosionsschutzschicht weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 10 µm, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 5 µm auf. Die Verschleißschutzschicht weist bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 10 µm, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 5 µm auf.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Bauteil gelöst umfassend ein metallisches Substrat mit einer Oberfläche und ein erfindungsgemäßes Mehrschichtsystem, wobei das Mehrschichtsystem zumindest partiell auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist derart, dass die Verschleißschutzschicht eine dem Substrat abgewandte Deckschicht ausbildet. Die Reihenfolge wäre damit ausgehen vom metallischen Substrat:
    • - optionale metallische Haftvermittlerschicht
    • - Korrosionsschutzschicht
    • - optionale Zwischenschicht
    • - Verschleißschutzschicht (= Deckschicht)
  • Das metallische Substrat ist insbesondere aus Stahl gebildet. Besonders bevorzugt sind dabei die Stahlsorten 100Cr6, 42CrMo4 oder 16MnCr5.
  • Die Verschleißschutzschicht weist dabei vorzugsweise reibmindernde Eigenschaften gegenüber einem in Reibkontakt dazu stehenden Kontaktpartner auf.
  • Besonders bevorzugt sind folgende Mehrschichtsysteme auf metallischen Substraten, insbesondere aus Stahl, die hier lediglich beispielhaft genannt werden sollen: Mehrschichtsystem 1:
    Haftverm ittlerschicht: keine
    Korrosionsschutzschicht: TiMgGdN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: a-C:H
    Mehrschichtsystem 2:
    Haftverm ittlerschicht: keine
    Korrosionsschutzschicht: TiMgGdN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: a-C:H:Si
    Mehrschichtsystem 3
    Haftverm ittlerschicht: TiMg
    Korrosionsschutzschicht: TiMgGdN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: a-C:H
    Mehrschichtsystem 4:
    Haftverm ittlerschicht: Titanium
    Korrosionsschutzschicht: TiMgGdN
    Zwischenschicht: TiSiN
    Verschleißschutzschicht: a-C:H:Si
    Mehrschichtsystem 5:
    Haftverm ittlerschicht: Titanium
    Korrosionsschutzschicht: TiMgCrGdN
    Zwischenschicht: CrSiN
    Verschleißschutzschicht: a-C:H:Si
    Mehrschichtsystem 6:
    Haftverm ittlerschicht: keine
    Korrosionsschutzschicht: TiMgGdCN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: a-C:H:Si
    Mehrschichtsystem 7:
    Haftverm ittlerschicht: TiMg
    Korrosionsschutzschicht: TiMgGdCN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: a-C:H:Si
    Mehrschichtsystem 8:
    Haftverm ittlerschicht: TiMg
    Korrosionsschutzschicht: TiMgLaCN oder TiMgCeCN oder TiMgLaN oder TiMgCeN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: a-C:H:Si
    Mehrschichtsystem 9:
    Haftverm ittlerschicht: TiMgGd
    Korrosionsschutzschicht: TiMgGdN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: mindestens eine Schicht vom Typ a-C:H und/oder a-C:H:Si
    Mehrschichtsystem 10:
    Haftverm ittlerschicht: TiMgGd
    Korrosionsschutzschicht 1: TiMgGdN
    Korrosionsschutzschicht 2: TiMgGdCN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: mindestens eine Schicht vom Typ a-C:H und/oder a-C:H:Si
    Mehrschichtsystem 11:
    Haftverm ittlerschicht: TiMgGd
    Korrosionsschutzschicht: TiMgGdCN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: mindestens eine Schicht vom Typ a-C:H und/oder a-C:H:Si
    Mehrschichtsystem 12:
    Haftverm ittlerschicht: TiMgGd
    Korrosionsschutzschicht: TiMgGdCN
    Zwischenschicht: keine
    Verschleißschutzschicht: mindestens eine Schicht vom Typ ta-C:Si und/oder ta-C:H:O:Si
    Mehrschichtsystem 13:
    Haftverm ittlerschicht: TiMgGd
    Korrosionsschutzschicht 1: TiMgGdN
    Korrosionsschutzschicht 2: TiMgGdCN
    Zwischenschicht: TiCN oder TiSiCN
    Verschleißschutzschicht: mindestens eine Schicht vom Typ ta-C:Si und/oder ta-C:H:O:Si
  • Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil handelt es sich insbesondere um ein Wälzlagerbauteil oder ein Gleitlagerbauteil oder Bauteile, die in tribologischem Kontakt in Zusammenhang mit korrosiven Medien eingesetzt werden. Als korrosive Medien werden hier insbesondere wasserbasierte Schmiermittel, wässrige Medien und im Betrieb gealterte Schmiermittel auf Kohlenwasserstoffbasis angesehen.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Mehrschichtsystems oder eines erfindungsgemäßen Bauteils gelöst, wobei das Mehrschichtsystem mittels eines PVD-Verfahrens und/oder eines PACVD-Verfahrens ausgebildet wird. Diese Verfahren sind zum Einsatz für eine Massenproduktion auch im automobilen Umfeld kostengünstig einsetzbar.
  • Die 1 bis 6 sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt
    • 1 ein erstes Mehrschichtsystem umfassend eine Korrosionsschutzschicht und eine Verschleißschutzschicht;
    • 2 ein zweites Mehrschichtsystem umfassend eine Korrosionsschutzschicht, eine Zwischenschicht und eine Verschleißschutzschicht;
    • 3 ein drittes Mehrschichtsystem umfassend eine Haftvermittlerschicht, eine Korrosionsschutzschicht, eine Zwischenschicht und eine Verschleißschutzschicht;
    • 4 ein viertes Mehrschichtsystem umfassend eine Haftvermittlerschicht, eine Korrosionsschutzschicht und eine Verschleißschutzschicht;
    • 5 ein Bauteil mit einem Mehrschichtsystem gemäß 3; und
    • 6 ein Bauteil in Form eines Wälzlagerringes.
  • 1 zeigt ein erstes Mehrschichtsystem 1 im Schnittbild senkrecht zur Schichtebene umfassend eine Korrosionsschutzschicht 2 und eine Verschleißschutzschicht 3. Die Korrosionsschutzschicht 2 ist durch ein Metallnitrid oder ein Metallkarbonitrid gebildet ist, welches als Metall zumindest Titan und Magnesium enthält, wobei das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid weiterhin mindestens ein Seltenerdmetall umfasst. Die Verschleißschutzschicht 3 ist durch mindestens eine diamantähnliche metallfreie Kohlenstoffschicht (DLC) gebildet.
  • 2 zeigt ein zweites Mehrschichtsystem 1' im Schnittbild senkrecht zur Schichtebene umfassend eine Korrosionsschutzschicht 2, eine Zwischenschicht 4 und eine Verschleißschutzschicht 3. Die Korrosionsschutzschicht 2 ist durch ein Metallnitrid oder ein Metallkarbonitrid gebildet ist, welches als Metall zumindest Titan und Magnesium enthält, wobei das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid weiterhin mindestens ein Seltenerdmetall umfasst. Die Verschleißschutzschicht 3 ist durch mindestens eine diamantähnliche metallfreie Kohlenstoffschicht (DLC) gebildet. Die Zwischenschicht 4 ist aus einem Silizium-dotierten Metallnitrid oder einem Metallkarbonitrid, insbesondere einem Silizium-dotierten Metallkarbonitrid, gebildet.
  • 3 zeigt ein drittes Mehrschichtsystem 1 '' im Schnittbild senkrecht zur Schichtebene umfassend eine Haftvermittlerschicht 5, eine Korrosionsschutzschicht 2, eine Zwischenschicht 4 und eine Verschleißschutzschicht 3. Die Korrosionsschutzschicht 2 ist durch ein Metallnitrid oder ein Metallkarbonitrid gebildet ist, welches als Metall zumindest Titan und Magnesium enthält, wobei das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid weiterhin mindestens ein Seltenerdmetall umfasst. Die Verschleißschutzschicht 3 ist durch mindestens eine diamantähnliche metallfreie Kohlenstoffschicht (DLC) gebildet. Die Zwischenschicht 4 ist aus einem Silizium-dotierten Metallnitrid oder einem Metallkarbonitrid, insbesondere einem Silizium-dotierten Metallkarbonitrid gebildet. Die metallische Haftvermittlerschicht 5 ist bevorzugt aus Chrom oder Titan oder Zirkon oder Magnesium oder Gadolinium oder einer Mischung aus zwei oder drei der genannten Metalle gebildet. Insbesondere ist die Haftvermittlerschicht 5 hier aus TiMg gebildet.
  • 4 zeigt ein viertes Mehrschichtsystem 1 ‚‘‘ im Schnittbild senkrecht zur Schichtebene umfassend eine Haftvermittlerschicht 5, eine Korrosionsschutzschicht 2 und eine Verschleißschutzschicht 3. Die Korrosionsschutzschicht 2 ist durch ein Metallnitrid oder ein Metallkarbonitrid gebildet ist, welches als Metall zumindest Titan und Magnesium enthält, wobei das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid weiterhin mindestens ein Seltenerdmetall umfasst. Die Verschleißschutzschicht 3 ist durch mindestens eine diamantähnliche metallfreie Kohlenstoffschicht (DLC) gebildet. Die metallische Haftvermittlerschicht 5 ist bevorzugt aus Chrom oder Titan oder Zirkon oder Magnesium oder Gadolinium oder einer Mischung aus zwei oder drei der genannten Metalle gebildet.
  • 5 zeigt ein Bauteil 8 im Schnittbild senkrecht zur Schichtebene des Mehrschichtsystems umfassend ein metallisches Substrat 6 mit einer Oberfläche 6a und dem dritten Mehrschichtsystem 1 '' gemäß 3, wobei das dritte Mehrschichtsystem 1 '' partiell auf der Oberfläche 6a des Substrats 6 ausgebildet ist derart, dass die Verschleißschutzschicht 3 eine dem Substrat 6 abgewandte Deckschicht 7 ausbildet.
  • 6 zeigt ein Bauteil 8 in Form eines Wälzlagerringes in einer dreidimensionalen Darstellung. Das Bauteil 8 umfasst ein ringförmiges metallisches Substrat 6, welches an seiner zylindrischen Mantelfläche und seinen Stirnflächen mit einem Mehrschichtsystem 1 gemäß 1 bedeckt ist. Dabei können alternativ natürlich auch andere erfindungsgemäße Mehrschichtsysteme zum Einsatz kommen.
  • Weiterhin kann das Mehrschichtsystem ein Substrat vollständig bedecken oder nur in bestimmten Bereichen oberflächlich bedecken, je nach vorliegendem korrosivem Angriff und den konkreten Verschleißbedingungen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1, 1 ', 1 '', 1'''
    Mehrschichtsystem
    2
    Korrosionsschutzschicht
    3
    Verschleißschutzschicht
    4
    Zwischenschicht
    5
    Haftvermittlerschicht
    6
    Substrat
    6a
    Oberfläche
    7
    Deckschicht
    8
    Bauteil
  • 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 102013209030 A1 [0003]
    • DE 102004044919 A [0004]

Claims (12)

  1. Mehrschichtsystem (1, 1', 1 '', 1'''), umfassend zumindest eine Korrosionsschutzschicht (2) und eine Verschleißschutzschicht (3), wobei die Korrosionsschutzschicht (2) durch ein Metallnitrid oder ein Metallkarbonitrid gebildet ist, welches als Metall zumindest Titan und Magnesium enthält, wobei das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid weiterhin mindestens ein Seltenerdmetall umfasst, und die Verschleißschutzschicht (3) durch mindestens eine diamantähnliche metallfreie Kohlenstoffschicht gebildet ist.
  2. Mehrschichtsystem (1, 1', 1 '', 1''') nach Anspruch 1, wobei das Metallnitrid oder das Metallkarbonitrid weiterhin mindestens ein Metall aus der Gruppe umfassend Aluminium, Chrom, Zirkon, Hafnium, ausgebildet ist.
  3. Mehrschichtsystem (1, 1', 1 '', 1''') nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei als Seltenerdmetall Gadolinium oder Cer oder Lanthan oder eine Mischung aus zwei oder drei der genannten Elemente vorhanden ist.
  4. Mehrschichtsystem (1, 1', 1 '', 1 ‚‘‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Korrosionsschutzschicht (2) umfassend TiMgGdN oder TiMgGdCN oder TiMgCeN oder TiMgCeCN oder TiMgLaN oder TiMgLaCN ausgebildet ist.
  5. Mehrschichtsystem (1 '', 1 ''') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Korrosionsschutzschicht (2) auf ihrer der Verschleißschutzschicht (3) abgewandten Seite an eine metallische Haftvermittlerschicht (5) angrenzt.
  6. Mehrschichtsystem (1 '', 1''') nach Anspruch 5, wobei die metallische Haftvermittlerschicht (5) aus Chrom oder Titan oder Zirkon oder Magnesium oder Gadolinium oder einer Mischung aus zwei oder drei der genannten Metalle gebildet ist.
  7. Mehrschichtsystem (1', 1 '') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Korrosionsschutzschicht (2) auf ihrer der Verschleißschutzschicht (3) zugewandten Seite an eine Zwischenschicht (4) angrenzt, die aus einem Silizium-dotierten Metallnitrid oder einem Silizium-dotierten Metallkarbonitrid gebildet ist.
  8. Mehrschichtsystem (1, 1', 1 '', 1 ''') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verschleißschutzschicht (3) mindestens eine diamantähnliche metallfreie Kohlenstoffschicht vom Typ a-C oder a-C:H oder ta-C oder ta-C:Si oder ta-C:H:O:Si oder a-C:H:Si oder a-C:H:O:Si oder a-C:H:N oder eine Kombination mindestens zweier solcher Kohlenstoffschichten umfasst.
  9. Mehrschichtsystem (1, 1', 1 '', 1 ‚‘‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Korrosionsschutzschicht (2) eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 10 µm aufweist und/oder wobei die Verschleißschutzschicht (3) eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 10 µm aufweist.
  10. Bauteil (8) umfassend ein metallisches Substrat (6) mit einer Oberfläche (6a) und ein Mehrschichtsystem (1, 1', 1", 1 ‚‘‘) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Mehrschichtsystem (1, 1', 1", 1 ‚‘‘) zumindest partiell auf der Oberfläche (6a) ausgebildet ist derart, dass die Verschleißschutzschicht (3) eine dem Substrat (6) abgewandte Deckschicht (7) ausbildet.
  11. Bauteil (8) nach Anspruch 10, wobei es sich um ein Wälzlagerbauteil oder ein Gleitlagerbauteil oder ein Bauteil, das in einem tribologischen Kontakt und weiterhin in Kontakt zu einem korrosiven Medium eingesetzt wird, handelt.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtsystems (1, 1', 1 '', 1''') nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eines Bauteils (8) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Mehrschichtsystem (1, 1', 1 '', 1'''‘) mittels eines PVD-Verfahrens und/oder eines PACVD-Verfahrens ausgebildet wird.
DE102021123832.3A 2020-10-07 2021-09-15 Mehrschichtsystem, Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrschichtsystems oder Bauteils Pending DE102021123832A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020227046003A KR20230019457A (ko) 2020-10-07 2021-09-20 다층 시스템, 부품, 및 이러한 다층 시스템 또는 부품을 제조하는 방법
US18/030,526 US20230407464A1 (en) 2020-10-07 2021-09-20 Multilayer system, component, and method for producing such a multilayer system or component
PCT/DE2021/100764 WO2022073541A1 (de) 2020-10-07 2021-09-20 Mehrschichtsystem, bauteil sowie verfahren zur herstellung eines solchen mehrschichtsystems oder bauteils
CN202180068234.8A CN116324034A (zh) 2020-10-07 2021-09-20 多层系统、部件和用于生产这种多层系统或部件的方法
JP2023504292A JP7508691B2 (ja) 2020-10-07 2021-09-20 多層システム、コンポーネント、及びそのような多層システム又はコンポーネントを生成するための方法
EP21786327.3A EP4225972A1 (de) 2020-10-07 2021-09-20 Mehrschichtsystem, bauteil sowie verfahren zur herstellung eines solchen mehrschichtsystems oder bauteils

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020126195 2020-10-07
DE102020126195.0 2020-10-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021123832A1 true DE102021123832A1 (de) 2022-04-07

Family

ID=80738190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021123832.3A Pending DE102021123832A1 (de) 2020-10-07 2021-09-15 Mehrschichtsystem, Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrschichtsystems oder Bauteils

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230407464A1 (de)
EP (1) EP4225972A1 (de)
JP (1) JP7508691B2 (de)
KR (1) KR20230019457A (de)
CN (1) CN116324034A (de)
DE (1) DE102021123832A1 (de)
WO (1) WO2022073541A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004044919A1 (de) 2004-09-14 2006-03-30 Martin Balzer Dekorative Beschichtung zum Korrosionsschutz auf Basis von Refraktärmetall-Magnesium-Nitriden sowie Verfahren zur Herstellung derselben
DE102013209030A1 (de) 2013-05-15 2014-12-04 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Korrosionsschutz für ein metallisches Bauteil und Verfahren zum Aufbringen des Korrosionsschutzes

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000008155A (ja) 1998-06-25 2000-01-11 Sumitomo Electric Ind Ltd 硬質炭素膜被覆部材
GB2450933A (en) * 2007-07-13 2009-01-14 Hauzer Techno Coating Bv Method of providing a hard coating
JP5227782B2 (ja) 2008-12-26 2013-07-03 株式会社日立製作所 摺動部材
EP2628817B1 (de) 2012-02-15 2016-11-02 IHI Hauzer Techno Coating B.V. Beschichteter Artikel aus Martensitstahl und Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Artikels aus Stahl

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004044919A1 (de) 2004-09-14 2006-03-30 Martin Balzer Dekorative Beschichtung zum Korrosionsschutz auf Basis von Refraktärmetall-Magnesium-Nitriden sowie Verfahren zur Herstellung derselben
DE102013209030A1 (de) 2013-05-15 2014-12-04 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Korrosionsschutz für ein metallisches Bauteil und Verfahren zum Aufbringen des Korrosionsschutzes

Also Published As

Publication number Publication date
CN116324034A (zh) 2023-06-23
US20230407464A1 (en) 2023-12-21
WO2022073541A1 (de) 2022-04-14
JP2023535411A (ja) 2023-08-17
JP7508691B2 (ja) 2024-07-01
EP4225972A1 (de) 2023-08-16
KR20230019457A (ko) 2023-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1774053B1 (de) Verfahren zur erzeugung einer beschichtung auf einem kolbenring sowie kolbenring
EP2257654B1 (de) Kolbenring
EP3091100B1 (de) Gleitelement, insbesondere kolbenring, mit einer beschichtung sowie verfahren zur herstellung eines gleitelements
DE102009028504C5 (de) Kolbenring mit einer Beschichtung
DE102010002686A1 (de) Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Verfahren zur Beschichtung eines Gleitelements
DE10207078B4 (de) Kolbenring mit einer PVD-Beschichtung
DE102014217040A1 (de) Beschichtung für Metallbauteile, Verfahren zum Beschichten eines Metallbauteils, Kolben für Verbrennungskraftmaschinen und Kfz
DE102016216428A1 (de) Gleitelement mit MAX-Phasen-Beschichtung
DE102016217557A1 (de) Gleitelement
DE102014213822A1 (de) Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Verfahren zur Herstellung desselben
DE112015001603T5 (de) Gleitlement, Verbrennungsmotor und Verfahren zum Erhalten des Gleitelements
DE102021123832A1 (de) Mehrschichtsystem, Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrschichtsystems oder Bauteils
DE102013209863A1 (de) Beschichtetes Bauteil
DE102004032342B4 (de) Kolbenring mit mindestens zwei unterschiedlichen Schichten auf der Lauffläche
DE102006027502A1 (de) Verschleißfeste Beschichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102012207813A1 (de) Gleitkörper mit Beschichtung
DE10011918B4 (de) Kolbenring mit Verschleissschutzschicht
EP2576858B1 (de) Kolbenring oder Zylinderlaufbuchse.
EP3294924B1 (de) Substrat mit zwischenüberzug und kohlenstoffüberzug
EP2813720B1 (de) Lagersystem
DE102011007506A1 (de) Wälzlager