-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung gehört zu dem technischen Gebiet,
das einen Hartbeschichtungsfilm, ein Material, das mit einem Hartbeschichtungsfilm
beschichtet ist, ein Kaltumformwerkzeug sowie ein Verfahren zum
Bilden eines Hartbeschichtungsfilms betrifft. Insbesondere gehört
die Erfindung zu dem technischen Gebiet, das einen Hartbeschichtungsfilm
betrifft, der durch eine hervorragende Verschleißfestigkeit,
einen niedrigen Reibungskoeffizienten und ein hohes Gleitvermögen
gekennzeichnet ist.
-
Stand der Technik
-
Das
Nitrieren ist ein herkömmlicher Weg zur Verbesserung der
Verschleißfestigkeit und der Fressbeständigkeit
von Vorrichtungen und Werkzeugen (wie z. B. Gesenke bzw. Matrizen
bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen) zur Metallbearbeitung. In
letzter Zeit wurden Versuche unternommen, das Nitrieren durch ein
Dampfphasenbeschichten, wie z. B. PVD, als Maßnahme zur
Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Fressbeständigkeit
zu ersetzen. Beispielsweise beschreibt die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.
2000-144376 eine Verbesserung des Gleitvermögens
durch die Bildung eines komplexen Nitrids, das mindestens zwei Spezies
von Cr, Al, Ti und V enthält. Die
japanischen Patentoffenlegungsschriften
Nr. 2002-307128 und
2002-307129 beschreiben
ein oberflächenbeschichtetes Werkzeug mit hervorragender
Verschleißfestigkeit und Fressbeständigkeit, das
einen Beschichtungsfilm aus einem Nitrid, Carbid oder Carbonitrid
von mindestens einer Spezies von Ti, V, Al, Cr und Si und gegebenenfalls
einen zweiten Beschichtungsfilm eines Sulfids von Ti, Cr und Mo
(als Rest) aufweist. Die
japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-1768 beschreibt ein oberflächenbehandeltes
Material mit hervorragender Verschleißfestigkeit und Fressbeständigkeit,
das aus einem harten Nitrid und darauf ausgebildetem MoS
2 zusammengesetzt ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Probleme,
die durch die Erfindung gelöst werden sollen
-
Das
in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2000-144376 beschriebene komplexe Nitrid, das mindestens
zwei Spezies von Cr, Al, Ti und V enthält, weist eine große
Härte und eine hervorragende Verschleißfestigkeit
auf, jedoch keine hohe Fressbeständigkeit und Standzeit
bei der Verwendung unter stark belastenden Bedingungen, wie z. B.
bei der Metallumformung bei hohem spezifischem Druck. Entsprechend weist
das Nitrid, Carbid oder Carbonitrid, das in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
2002-307128 beschrieben ist, das mindestens eine Spezies
von Ti, V, Al, Cr und Si enthält, eine große Härte
auf, jedoch eine mangelnde Fressbeständigkeit. Die in den
japanischen Patentoffenlegungsschriften
Nr. 2002-307129 und
2000-1768 beschriebene
Sulfidbildung, die zur Verbesserung der Fressbeständigkeit
entwickelt worden ist, weist eine schlechte Langzeitbeständigkeit
auf, da ein Sulfid weich ist (und folglich zunächst ein
gutes Gleitvermögen aufweist) und im Zeitverlauf einem
Verschleiß unterliegt.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Erläuterungen
gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hartbeschichtungsfilm,
ein mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtetes Material, ein Kaltumformwerkzeug
sowie ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms bereitzustellen,
wobei der Beschichtungsfilm im Vergleich zu der vorstehend genannten
herkömmlichen Oberflächenbeschichtungsschicht
eine bessere Verschleißfestigkeit sowie ein besseres Gleitvermögen
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist.
-
Mittel zum Lösen
des Problems
-
Zum
Lösen der vorstehend genannten Aufgabe haben die vorliegenden
Erfinder eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt, die
zur vorliegenden Erfindung geführt haben. Die vorstehend
genannte Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
-
Die
vorliegende Erfindung, die zum Lösen der vorstehend genannten
Aufgabe gemacht wurde, betrifft einen Hartbeschichtungsfilm (gemäß einer
ersten bis vierten Erfindung), ein mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtetes
Material (gemäß einer fünften und sechsten
Erfindung), ein Kaltumformwerkzeug (gemäß einer siebten
Erfindung) und ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms
(gemäß einer achten und neunten Erfindung). Diese
Erfindungen weisen den folgenden Aufbau auf:
Der erfindungsgemäße
Hartbeschichtungsfilm weist die Zusammensetzung (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y auf,
wobei 0,2 ≤ x ≤ 1,0 Gleichung (1) 0 ≤ a ≤ 0,3 Gleichung (2) 0 ≤ 1 – a – b ≤ 0,5 Gleichung (3) 0,5 ≤ b ≤ 1 Gleichung (4) 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9 Gleichung (5)
-
M
bezeichnet mindestens eine Spezies von Elementen, die zu den Gruppen
4a, 5a und 6a und Si und Al gehören, x, 1 – x,
a, b und 1 – a – b stellen das Atomverhältnis
von Nb, M, B, C bzw. N dar und y und 1 – y stellen das
Verhältnis von (NbxM1-x)
bzw. (BaCbN1-a-b) dar.
-
Bei
dem Hartbeschichtungsfilm ist es bevorzugt, dass x 1 ist (zweite
Erfindung).
-
Bei
dem Hartbeschichtungsfilm ist es bevorzugt, dass y in der Dickenrichtung
des Films variiert (dritte Erfindung). Alternativ ist es bei einem
Hartbeschichtungsfilm mit einer Mehrschichtstruktur, bei der zwei
oder mehr Schichten der Hartbeschichtungsfilme laminiert sind, bevorzugt,
dass sich die y-Werte der benachbarten Hartbeschichtungsfilme voneinander
unterscheiden (vierte Erfindung).
-
Das
erfindungsgemäße, mit dem Hartbeschichtungsfilm
beschichtete Material ist dadurch gekennzeichnet, dass einer der
Hartbeschichtungsfilme der ersten bis vierten Erfindung auf der
Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist (fünfte
Erfindung).
-
Alternativ
ist das erfindungsgemäße, mit dem Hartbeschichtungsfilm
beschichtete Material durch eine Beschichtungsfilmschicht, die ein
Nitrid von mindestens einer Spezies von Elementen, die zu den Gruppen
4a, 5a und 6a und Si und Al gehören, umfasst, die auf der
Oberfläche eines Substrats, das aus einer Eisen-enthaltenden
Legierung besteht, ausgebildet ist, und einen der Hartbeschichtungsfilme
der ersten bis vierten Erfindung, der darauf ausgebildet ist, gekennzeichnet
(sechste Erfindung).
-
Das
erfindungsgemäße Kaltumformwerkzeug ist dadurch
gekennzeichnet, dass dafür das mit dem Hartbeschichtungsfilm
der fünften oder sechsten Erfindung beschichtete Material
verwendet wird (siebte Erfindung).
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms
ist ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms durch
Bilden von einem der Hartbeschichtungsfilme der ersten bis vierten Erfindung
unter Verwendung eines Kathodenlichtbogenionenplattierungssystems
in einer Gasatmosphäre, die ein Kohlenwasserstoffgas enthält,
dadurch ge kennzeichnet, dass der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases
in der Gasatmosphäre auf höher als 0,8 Pa, jedoch
auf nicht höher als 4 Pa eingestellt wird (achte Erfindung).
Es ist bevorzugt, dass das Kohlenwasserstoffgas mindestens eines
von Methangas, Acetylengas und Toluolgas ist (neunte Erfindung).
-
Effekt der Erfindung
-
Der
erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm weist bezogen
auf herkömmliche Oberflächenbeschichtungsschichten
eine bessere Verschleißfestigkeit und ein besseres Gleitvermögen
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Daher wird er in
geeigneter Weise als Hartbeschichtungsfilm auf Gesenke bzw. Matrizen
bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen, Vorrichtungen und Werkzeuge
angewandt, um deren Standzeit zu verbessern. Das mit dem erfindungsgemäßen
Hartbeschichtungsfilm beschichtete Material weist eine hervorragende
Verschleißfestigkeit und ein hervorragendes Gleitvermögen
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auf und es ist zur Verwendung
als Gesenke bzw. Matrizen bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen,
Vorrichtungen und Werkzeuge mit verbesserter Standzeit geeignet.
Das erfindungsgemäße Kaltumformwerkzeug weist
eine hervorragende Verschleißfestigkeit und ein hervorragendes
Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten
auf und es zeigt eine gute Standzeit. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms kann der erfindungsgemäße
Hartbeschichtungsfilm mit einer glatten Oberfläche gebildet
werden.
-
Beste Art und Weise der Ausführung
der Erfindung
-
Die
vorliegenden Erfinder haben eine Reihe von Untersuchungen zum Lösen
der vorstehend genannten Aufgabe durchgeführt, die zu der
Erkenntnis führten, dass ein Beschichtungsfilm, der eine
Verbindung auf Nb-Carbidbasis umfasst, die im Wesentlichen aus Nb
als Metallelement und im Wesentlichen aus C als Nichtmetallelement
besteht, eine hervorragende Verschleißfestigkeit und ein
hervorragendes Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten
aufweist und sehr gute Gleiteigenschaften bei einem hohen spezifischen Druck
aufweist.
-
Da
NbC eine sehr große Härte aufweist und zum Aufrechterhalten
der Verschleißfestigkeit erforderlich ist, ist das Verhältnis
(Atomverhältnis x) von Nb der Metallelemente (Nb, M) im
Wesentlichen 0,2 oder höher, vorzugsweise 0,5 oder höher
und mehr bevorzugt 0,8 oder höher. Bezüglich der
von Nb verschiedenen Metallelemente (M), kann mindestens eine Spezies
von Elementen, die zu den Gruppen 4a, 5a und 6a und Si und Al gehören,
zugesetzt werden, solange die Verschleißfestigkeit nicht
verschlechtert wird. Da die Nb (CN)-Verbindungen keine hohe Oxidationsbeständigkeit
aufweisen (obere Grenztemperatur bei der Anwendung: etwa 500°C),
können diesen Verbindungen Elemente wie Ti, Al, Cr und
Si in einem Verhältnis von 0,8 oder weniger zugesetzt werden,
um die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen zu
verbessern. Darüber hinaus ist es zur Verbesserung der
Gleiteigenschaften bei niedrigen Temperaturen effektiv, ein Element
zuzusetzen, das ein Oxid mit einem niedrigen Schmelzpunkt bildet,
wie z. B. V.
-
Bezüglich
der Nichtmetallelemente (B, C, N) basiert die Verbindung, die den
vorstehend genannten Beschichtungsfilm bildet, auf Carbiden, die
grundsätzlich Gleiteigenschaften aufweisen. Daher beträgt
das Verhältnis von C (Atomverhältnis b) im Wesentlichen
0,5 oder mehr, vorzugsweise 0,7 oder mehr und mehr bevorzugt 0,8
oder mehr. BN-Verbindungen, die ein hervorragendes Gleitvermögen
bei einer hohen Temperatur aufweisen, und Verbindungen von Metallelementen
und Stickstoff können in dem Beschichtungsfilm durch Zusetzen
von B und N gebildet werden, jedoch vermindert das Zusetzen solcher
Elemente in einer übermäßigen Menge die
Härte des Beschichtungsfilms. Daher beträgt das
Verhältnis von B (Atomverhältnis a) im Wesentlichen
0,3 oder weniger und vorzugsweise 0,1 oder weniger, und das Verhältnis
von N (Atomverhältnis: 1 – a – b) beträgt
im Wesentlichen 0,5 oder weniger, vorzugsweise 0,3 oder weniger
und mehr bevorzugt 0,2 oder weniger.
-
Das
Verhältnis der Nichtmetallelemente (B, C, N) zu den Metallelementen
[Nb, M (Element mindestens einer Spezies, die aus den Elementen,
die zu den Gruppen 4a, 5a und 6a und Si und Al gehören,
ausgewählt ist)] beträgt im Wesentlichen 1:1,
was nahe an der stöchiometrischen Zusammensetzung liegt.
In dem Fall eines Carbids wurde jedoch gefunden, dass hervorragende
Gleiteigenschaften auftraten, wenn das Verhältnis der Nichtmetallelemente
(1 – y) in dem Bereich von 0,4 bis 0,9 (d. h. 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9)
liegt. Es wurde auch gefunden, dass dann, wenn das Verhältnis
der Nichtmetallelemente (1 – y) höher als 0,5
ist, der Reibungskoeffizient beim Gleiten vermindert werden kann.
Der detaillierte Mechanismus ist nicht genau bekannt, jedoch wird
angenommen, dass dann, wenn das Verhältnis der Nichtmetallelemente
höher als 0,5 ist, der Anteil der Nichtmetallelemente über
0,5 durch C gebildet wird, das keine Bindung mit Metallelementen
eingeht, und dieser Anteil von C das Schmiervermögen erhöht.
Um den Reibungskoeffizienten beim Gleiten weiter zu vermindern,
ist demgemäß das Verhältnis der Nichtmetallelemente
(1 – y) vorzugsweise höher als 0,5, mehr bevorzugt
0,7 oder höher und noch mehr bevorzugt 0,8 oder höher.
Da ein Beschichtungsfilm mit einer C-Komponente, die keine Bindung
mit Metallen eingeht, keine hohe Wärmebeständigkeit
aufweist, muss die C-Komponente jedoch abhängig von der
Betriebstemperatur eingestellt werden. Verbindungen, bei denen das
Verhältnis der Nichtmetallelemente höher als 0,5
ist, wie z. B. die vorstehend beschriebenen Verbindungen, können mit
einem Filmbildungsverfahren gebildet werden, das die Ionisierung
von Kohlenwasserstoffgas fördert. Ein solches Filmbildungsverfahren
ist ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms mit dem Kathodenlichtbogenionenplattierungsverfahren
in einer später beschriebenen Gasatmosphäre, die
ein Kohlenwasserstoffgas enthält.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde auf der Basis solcher Erkenntnisse gemacht.
Der so gefundene erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm
ist ein Hartbeschichtungsfilm, der (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y umfasst,
wobei die nachstehend gezeigten Gleichungen (1) bis (5) erfüllt
sind (erste Erfindung). Der erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm
weist eine bessere Verschleißfestigkeit und ein besseres
Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten
auf als herkömmliche Oberflächenbeschichtungsschichten.
Daher wird er zweckmäßig als Hartbeschichtungsfilm
auf Gesenke bzw. Matrizen bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen,
Vorrichtungen und Werkzeuge angewandt, um deren Standzeit zu verbessern.
Da der erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm
darüber hinaus hervorragende Gleiteigenschaften bei einem
hohen spezifischen Druck aufweist, kann er in geeigneter Weise als
Hartbeschichtungsfilm von Kaltumformwerkzeugen eingesetzt werden,
um deren Standzeit zu verbessern. 0,2 ≤ x ≤ 1,0 Gleichung (1) 0 ≤ a ≤ 0,3 Gleichung (2) 0 ≤ 1 – a – b ≤ 0,5 Gleichung (3) 0,5 ≤ b ≤ 1 Gleichung (4) 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9 Gleichung (5)
-
In
dem vorstehend gezeigten (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y ist M mindestens
eine Spezies von Elementen, die zu den Gruppen 4a, 5a und 6a und
Si und Al gehören. In den vorstehenden Gleichungen (1)
bis (5) stellen x, 1 – x, a, b und 1 – a – b
das Atomverhältnis von Nb, M, B, C bzw. N dar und y und
1 – y stellen das Verhältnis von (NbxM1-x) bzw. (BaCbN1-a-b) dar.
-
Wenn
das Verhältnis von 1 – y (das Verhältnis
von (BaCbN1-a-b), d. h. das Verhältnis von
Nichtmetallelementen) höher als 0,5 ist, wird der Reibungskoeffizient
beim Gleiten vermindert, jedoch wird auch die Hochtemperaturstabilität
vermindert. Demgemäß beträgt 1 – y
in dem Fall einer hohen Temperatur vorzugsweise etwa 0,5 (0,4 bis
0,5), während 1 – y vorzugsweise höher
als 0,5 ist, wenn die Verwendung bei einer relativ niedrigen Temperatur
erfolgt. Der Wert von 1 – y kann auf diese Weise abhängig
von der Anwendung ausgewählt werden. Ein Beschichtungsfilm,
bei dem 1 – y höher als 0,5 ist, kann z. B. mit
dem folgenden Verfahren gebildet werden: Ein solcher Beschichtungsfilm
kann mit einer Lichtbogenverdampfungsquelle gebildet werden, die
mit einem Magnetfeldanwendungsmechanismus ausgestattet ist, in dem
die magnetische Feldstärke auf der Oberfläche
eines Targets 100 Gauss oder höher ist und die Richtung
der magnetischen Kraftlinien etwa senkrecht zur Oberfläche
eines Targets ist, wobei der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases
1,33 Pa oder höher ist.
-
Wenn
bei dem erfindungsgemäßen Hartbeschichtungsfilm
x 1 ist, d. h., wenn von den Metallelementen nur Nb vorliegt, kann
ein Beschichtungsfilm erhalten werden, der bei niedriger Temperatur
(ungefähre Angabe der Betriebstemperatur: 300°C
oder weniger) ganz hervorragende Gleiteigenschaften aufweist (zweite
Erfindung).
-
Der
erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm kann eine
Struktur aufweisen, bei der y in der Dickenrichtung des Films variiert
(dritte Erfindung). Beispielsweise kann der Hartbeschichtungsfilm
eine Struktur aufweisen, bei der y von der Substratseite zur Seite
der Filmoberfläche abnimmt (d. h. 1 – y zunimmt).
In diesem Fall nehmen von der Substratseite zur Seite der Filmoberfläche
die Metallkomponenten nach und nach ab und die Nichtmetallkomponenten
(insbesondere C) nach und nach zu, wodurch eine bezüglich
der Verschleißfestigkeit und des Gleitvermögens
mehr bevorzugte Struktur erhalten werden kann.
-
Eine
Mehrschichtstruktur kann durch Laminieren von zwei oder mehr Schichten
der erfindungsgemäßen Hartbeschichtungsfilme,
so dass sich die y-Werte der benachbarten Hartbeschichtungsfilme
voneinander unterscheiden, bereitgestellt werden (vierte Erfindung).
Beispielsweise ist die folgende Struktur möglich: Der erfindungsgemäße
Hartbeschichtungsfilm, bei dem y auf der Substratseite höher
ist (1 – y niedriger ist), wird gebildet, wohingegen der
Hartbeschichtungsfilm, bei dem y auf der Seite der Filmoberfläche
niedriger ist (1 – y höher ist), gebildet wird.
In diesem Fall nimmt die Menge der Metallkomponenten stufenweise
ab, und die Menge der Nichtmetallkomponenten (insbesondere C) nimmt
von der Substratseite zur Seite der Filmoberfläche zu,
wodurch eine bezüglich der Verschleißfestigkeit
und des Gleitvermögens mehr bevorzugte Struktur erhalten
werden kann.
-
Eines
der mit dem erfindungsgemäßen Hartbeschichtungsfilm
beschichteten Materialien ist ein mit dem Hartbeschichtungsfilm
beschichtetes Material, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der
erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm auf der
Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist (fünfte
Erfindung). Dieses mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtete Material
weist eine hervorragende Verschleißfestigkeit und ein hervorragendes
Gleitvermögen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten
auf. Daher ist es zur Verwendung als Gesenke bzw. Matrizen bzw.
Stempel bzw. Ziehdüsen, Vorrichtungen und Werkzeuge geeignet,
um deren Standzeit zu verbessern. Da es hervorragende Gleiteigenschaften
bei einem hohen spezifi schen Druck aufweist, kann es darüber
hinaus in geeigneter Weise als Hartbeschichtungsfilm von Kaltumformwerkzeugen
verwendet werden, um deren Standzeit zu verbessern.
-
Eines
der mit dem erfindungsgemäßen Hartbeschichtungsfilm
beschichteten Materialien ist ein mit dem Hartbeschichtungsfilm
beschichtetes Material, das durch eine Beschichtungsfilmschicht,
die ein Nitrid von mindestens einer Spezies von Elementen, die zu
den Gruppen 4a, 5a und 6a und Si und Al gehören, umfasst, die
auf der Oberfläche eines Substrats, das aus einer Eisen-enthaltenden
Legierung besteht, ausgebildet ist, und den erfindungsgemäßen
Hartbeschichtungsfilm, der darauf ausgebildet ist, gekennzeichnet
ist (sechste Erfindung). Dieses mit dem erfindungsgemäßen
Hartbeschichtungsfilm beschichtete Material weist eine Beschichtungsfilmschicht
(nachstehend auch als Basisfilm bezeichnet) auf, die zwischen der
Eisen-enthaltenden Legierung und dem Hartbeschichtungsfilm ausgebildet
ist und die Haftung des Hartbeschichtungsfilms verbessert, und stellt
eine bessere Haftung und Standzeit bereit. Obwohl dieser Basisfilm
einen haftungsverbessernden Effekt auf den Hartbeschichtungsfilm
ausübt, sind diejenigen Basisfilme, die CrN und TiAlN umfassen,
zur Verbesserung der Haftung besonders effektiv und es ist daher
bevorzugt, solche Filme zu verwenden. Zur Verbesserung der Haftung
beträgt die Dicke des Basisfilms im Wesentlichen 0,1 μm
oder mehr und vorzugsweise 1 μm oder mehr, jedoch vorzugsweise
höchstens 10 μm, da die Bildung in einer Dicke
von mehr als 10 μm nur eine geringe Effektivität
bei der Haftungsverbesserung hat.
-
Das
erfindungsgemäße Kaltumformwerkzeug ist ein Kaltumformwerkzeug,
bei dem das erfindungsgemäße, mit dem Hartbeschichtungsfilm
beschichtete Material eingesetzt wird (siebte Erfindung). Das erfindungsgemäße
Kaltumformwerkzeug weist eine hervorragende Verschleißfestigkeit
und ein hervorragendes Gleitvermögen mit einem niedrigen
Reibungskoeffizienten sowie hervorragende Gleiteigenschaften bei
einem hohen spezifischen Druck auf, was zu einer hohen Standzeit
führt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms
ist ein Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms, durch
den der erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm
unter Verwendung eines Kathodenlichtbogenionenplattierungssystems
in einer Gasatmosphäre, die ein Kohlenwasserstoffgas enthält,
gebildet wird, und es ist dadurch gekennzeichnet, dass der Partialdruck
des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre auf höher
als 0,8 Pa, jedoch nicht höher als 4 Pa eingestellt wird
(achte Erfindung). Gemäß diesem Verfahren kann
der erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm so
gebildet werden, dass dessen Oberfläche glatt ist.
-
D.
h., durch Bilden von Filmen unter Verwendung des vorstehend genannten
Kathodenlichtbogenionenplattierungssystems (d. h. durch Bilden von
Filmen durch das Kathodenlichtbogenionenplattierungsverfahren) können
Filme mit einer hohen Geschwindigkeit unter Nutzung einer Schmelzverdampfung
mittels Lichtbogenentladung selbst mit einem Metall mit hohem Schmelzpunkt
wie z. B. Nb gebildet werden. Durch die Bildung von Filmen in einer
Gasatmosphäre, die ein Kohlenwasserstoffgas, wie z. B.
Methangas, enthält, wird das Kohlenwasserstoffgas ionisiert
und Beschichtungsfilme, die ein Carbid enthalten, können
gebildet werden. Dabei kann durch Einstellen dieser Gasatmosphäre
(Senken der Stickstoffmenge oder Einstellen von dessen Menge auf
Null) und Einstellen der Verdampfungsquelle (Verhindern, dass B
in der Verdampfungsquelle enthalten ist) der erfindungsgemäße
Hartbeschichtungsfilm gebildet werden. Wenn dabei der Partialdruck
des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre höher
als 0,8 Pa ist, kann der erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm
gebildet werden. Wenn der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases
in der Gasatmosphäre 4 Pa oder niedriger ist, wird ein
Film mit einer glatten Oberfläche gebildet. Daher kann
der Hartbeschichtungsfilm mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms mit einer hohen
Geschwindigkeit gebildet werden, wobei dessen Oberfläche
glatt ist. Von den erfindungsgemäßen Hartbeschichtungsfilmen
weist der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms gebildete Hartbeschichtungsfilm
einen besonders niedrigen Reibungskoeffizienten und ein hervorragendes
Gleitvermögen auf.
-
Wie
es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, kann der Film bei der Bildung
des erfindungsgemäßen Hartbeschichtungsfilms mit
dem Kathodenlichtbogenionenplattierungsverfahren in der Gasatmosphäre,
die ein Kohlenwasserstoffgas enthält, unter Verwendung
des Kathodenlichtbogenionenplattierungssystems gebildet werden (Partialdruck
des Kohlenwasserstoffgases: höher als 0,8 Pa, jedoch nicht
höher als 4 Pa).
-
Wie
es vorstehend erwähnt worden ist, kann der erfindungsgemäße
Hartbeschichtungsfilm gebildet werden, wenn der der Partialdruck
des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre höher
als 0,8 Pa ist. Dieser Hartbeschichtungsfilm weist eine große
Härte, eine hervorragende Verschleißfestigkeit
und ein hervorragendes Gleitvermögen mit einem niedrigen
Reibungskoeffizienten auf. Wenn im Gegensatz dazu der Partialdruck
des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre 0,8 Pa
oder niedriger ist, wird das Atomverhältnis b von C in
dem gebildeten Beschichtungsfilm vermindert. Demgemäß wird
die Härte vermindert und folglich die Verschleißfestigkeit
vermindert, während der Reibungskoeffizient erhöht
und folglich das Gleitvermögen vermindert wird. Wenn der
Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre
nicht höher als 0,8 Pa ist, kann ein Hartbeschichtungsfilm
mit einer großen Härte, einer hervorragenden Verschleißfestigkeit,
einem niedrigen Reibungskoeffizienten und einem hervorragenden Gleitvermögen
nicht gebildet werden. Diesbezüglich ist in dem erfindungsgemäßen
Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms der Partialdruck des
Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre höher
als 0,8 Pa. Im Hinblick auf die Bildung eines Hartbeschichtungsfilms
mit einer noch höheren Verschleißfestigkeit, einem
noch niedrigeren Reibungskoeffizienten und einem noch höheren
Gleitvermögen ist der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases
in der Gasatmosphäre vorzugsweise 1 Pa oder höher
und mehr bevorzugt 2 Pa oder höher. Wenn der Partialdruck
des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre erhöht
wird, wird jedoch eine große Menge an Partikeln von dem geschmolzenen
Target, die für das Lichtbogenionenplattieren charakteristisch
sind und als Makropartikel bezeichnet werden, in dem Film erzeugt,
was zu einer verminderten Glätte der Oberfläche
führt. Wenn der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases
höher als 4 Pa ist, macht sich eine solche Tendenz bemerkbar,
was zu einer verminderten Verschleißfestigkeit, einem verschlechterten
Reibungskoeffizienten und einem verminderten Gleitvermögen
des Hartbeschichtungsfilms führt. Diesbezüglich
beträgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms der obere Grenzwert des
Partialdrucks des Kohlenwasserstoffgases in der Gasatmosphäre
4 Pa. Dabei ist es bevorzugt, dass der Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases
2 Pa oder weniger beträgt.
-
In
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines
Hartbeschichtungsfilms kann das Kohlenwasserstoffgas jedwedes Gas
sein, das durch das Kathodenlichtbogenionenplattierungsverfahren
ionisiert wird. Daher ist dessen Art nicht speziell beschränkt
und es können verschiedene Gase verwendet werden. Beispielsweise
kann mindestens eine Spezies von Methangas, Acetylengas und Toluolgas
verwendet werden (neunte Erfindung).
-
Es
gibt zwei Arten von Gasatmosphären, die Kohlenwasserstoffgas
enthalten: diejenigen, die nur Kohlenwasserstoffgas enthalten, und
diejenigen, bei denen es sich um Gemische von Kohlenwasserstoffgas
und anderen Gasen (Inertgasen, usw.) handelt. Beide Arten können
verwendet werden, solange deren Partialdruck des Kohlenwasserstoffgases
höher als 0,8 Pa, jedoch nicht höher als 4 Pa
ist.
-
In
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden eines
Hartbeschichtungsfilms kann dann, wenn der Hartbeschichtungsfilm
gebildet wird, bei dem x (Atomverhältnis von Nb) = 1, d.
h. wenn der Beschichtungsfilm vorwiegend Nb-Carbid umfasst, Nb als
das Target (Verdampfungsquelle) verwendet werden. Da das Kathodenlichtbogenionenplattierungssystem
in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bilden
eines Hartbeschichtungsfilms eingesetzt wird, können Filme
mit einer hohen Geschwindigkeit unter Nutzung der Schmelzverdampfung durch
Lichtbogenentladung selbst mit einem Metall mit hohem Schmelzpunkt,
wie z. B. Nb, gebildet werden.
-
Beispiele
-
Nachstehend
werden Beispiele und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung
nicht auf diese Beispiele beschränkt ist und mit geeigneten
Modifizierungen durchgeführt werden kann, solange diese
dem Inhalt der vorliegenden Erfindung entsprechen, wobei alle diese
Modifizierungen vom technischen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
umfasst sind.
-
Beispiel 1
-
Durch
eine Filmbildungsvorrichtung mit einer Lichtbogenverdampfungsquelle,
die Nb und ein Metallelement M oder ferner B enthält, wurden
Beschichtungsfilme mit den in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen
auf Substraten gebildet. Wenn Beschichtungsfilme zur Verwendung
in Gleittests bei einer hohen Temperatur gebildet wurden, wurde
zur Verbesserung der Haftung CrN auf den Substraten in einer Dicke
von etwa 3 μm gebildet, und dann wurden Beschichtungsfilme
mit den in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen gebildet.
-
Das
Substrat ist entweder eine Hartmetallplatte (mit Spiegelglanz) oder
eine SKD11-Platte (mit einer Härte von HRC60). Das erstgenannte
wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm zu bilden, der
bezüglich der Zusammensetzung und der Härte untersucht
werden soll. Das letztgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm
für Gleittests bei hohen Temperaturen zu bilden. Die Beschichtungsfilme
werden auf die gleiche Weise wie folgt gebildet. Die Substratplatte
wird in der Kammer der Filmbildungsvorrichtung angeordnet. Die Kammer
wird evakuiert (auf weniger als 1 × 10–3 Pa)
und das Substrat wird auf etwa 400°C erhitzt. Das heiße
Substrat wird einem Sputterreinigen mit Ar-Ionen unterzogen. Nach
diesem Schritt wird eine Abscheidung von einer Lichtbogenverdampfungsquelle
unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Target: Durchmesser
100 mm, Lichtbogenstrom: 150 A, Atmosphäre: Methan oder
ein Gemisch aus Methan (Partialdruck: 1,3 Pa) und Stickstoff bei
einem Gesamtdruck von 1,3 Pa.
-
Die
so hergestellten Proben werden bezüglich der Filmzusammensetzung,
der Filmhärte und der Oberflächenrauhigkeit (Ra)
untersucht. Sie werden auch bezüglich der Verschleißfestigkeit
und des Reibungskoeffizienten in Gleittests bei hohen Temperaturen
getestet.
-
Die
Filmzusammensetzung wird durch Messen mit EPMA bestimmt. Die Filmhärte
wird mit einem Mikrovickers-Härtemessgerät mit
einer Belastung von 0,25 N und einer Messzeit von 15 Sekunden gemessen. Die
Oberflächenrauhigkeit (Ra) wird mit einem Oberflächenrauhigkeitsmessgerät
gemessen. Die Gleittests bei hohen Temperaturen werden unter den
folgenden Bedingungen durchgeführt.
-
Hochtemperatur-Gleittestbedingungen
-
- • Vorrichtung: Gleittestgerät
des „Vane-on-Disk”-Typs
- • „Vane”: SKD 61-Stahl (HRC 50),
3,5 × 5 mm, 20 mm lang, Spitzenradius 10R
- • „Disk”: SKD 11-Stahl (HRC 60),
mit Beschichtungsfilm
- • Gleitgeschwindigkeit: 0,2 m/s
- • Belastung: 500 N
- • Gleitdistanz: 500 m
- • Testtemperatur: 25°C (ohne Erwärmen),
400°C.
-
Die
Ergebnisse des Tests sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die Werte in
der Spalte der Filmbildungszusammensetzung in der Tabelle 1 sind
als Atomverhältnis angegeben. Obwohl die Verhältnisse
der Nichtmetallelemente (1 – y) in den Nr. 4 bis 22 in
der Tabelle 1 nicht in der Tabelle 1 gezeigt sind, betragen sie
alle 0,5. Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und einer guten Verschleißfestigkeit
mit geringer Verschleißtiefe in den Proben Nr. 4 bis 8,
10 bis 17 und 19 bis 21 besser erreicht werden als in den Vergleichsproben
Nr. 1 bis 3, 9, 18 und 22.
-
-
Beispiel 2
-
Ein
Substrat wird mittels Dampfabscheidung mit einem Film mit der in
der Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung beschichtet. Die Dampfabscheidung
wird in einer Filmbildungsvorrichtung durchgeführt, die
mit einer Lichtbogenverdampfungsquelle ausgestattet ist, die Nb
und M (Metallelement) und gegebenenfalls B enthält. Für
den Beschichtungsfilm, der bezüglich des Gleitvermögens
getestet werden soll, wird das Substrat für eine gute Haftung
des oberen Hartbeschichtungsfilms im Vorhinein mit einer Basisschicht
aus CrN (etwa 3 μm dick) beschichtet. Als letztes wird
die obere Beschichtung mit der in der Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung gebildet.
-
Das
Substrat ist entweder eine Hartmetallplatte (mit Spiegelglanz) oder
eine SKD11-Platte (mit einer Härte von HRC60). Das erstgenannte
wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm zu bilden, der
bezüglich der Zusammensetzung und der Härte untersucht
werden soll. Das letztgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm
für einen Gleittest bei hohen Temperaturen zu bilden. Die
Beschichtungsfilme werden auf die gleiche Weise wie folgt gebildet.
Die Substratplatte wird in der Kammer der Filmbildungsvorrichtung
angeordnet. Die Kammer wird evakuiert (nicht höher als
1 × 10–3 Pa) und das Substrat
wird auf etwa 400°C erhitzt. Das heiße Substrat
wird einem Sputterreinigen mit Ar-Ionen unterzogen. Nach diesem
Schritt wird eine Abscheidung von einer Lichtbogenverdampfungsquelle
unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Target: Durchmesser
100 mm, Lichtbogenstrom: 150 A, und Atmosphäre: Gasatmosphäre,
die Methangas enthält. Der Partialdruck dieses Methangases
wird verschiedenartig verändert.
-
Die
so hergestellten Proben werden in der gleichen Weise wie im Beispiel
1 bezüglich der Filmzusammensetzung, der Filmhärte
und der Oberflächenrauhigkeit (Ra) untersucht. Sie werden
auch bezüglich der Verschleißfestigkeit und des
Reibungskoeffizienten in Gleittests bei hohen Temperaturen getestet.
-
Die
Ergebnisse der Tests sind in der Tabelle 2 gezeigt. Die Werte in
der Spalte der Filmbildungszusammensetzung in der Tabelle 2 sind
als Atomverhältnis angegeben. 1 – y stellt das
Verhältnis (Anteil) von Nichtmetallelementen dar. Aus der
Tabelle 2 ist ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und eine gute Verschleißfestigkeit
mit geringer Verschleißtiefe in den Proben Nr. 6 bis 9
und 12 bis 16 besser erreicht werden als in den Vergleichsproben
Nr. 1 bis 3, 4, 5, 10 und 11.
-
-
Beispiel 3
-
Ein
Substrat wird mittels Dampfabscheidung mit einem Film mit einer
Mehrschichtstruktur oder Gradientenstruktur beschichtet. Die Dampfabscheidung
wird in einer Filmbildungsvorrichtung durchgeführt, die
mit einer Nb-enthaltenden Lichtbogenverdampfungsquelle ausgestattet
ist. Für den Beschichtungsfilm, der bezüglich
des Gleitvermögens getestet werden soll, wird das Substrat
im Vorhinein mit einer Basisschicht aus CrN (etwa 3 μm
dick) beschichtet. Als letztes wird die obere Beschichtung, welche
die in der Tabelle 3 gezeigte Zusammensetzung aufweist, gebildet.
-
Das
Substrat ist entweder eine Hartmetallplatte (mit Spiegelglanz) oder
eine SKD11-Platte (mit einer Härte von HRC60). Das erstgenannte
wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm zu bilden, der
bezüglich der Zusammensetzung und der Härte untersucht
werden soll. Das letztgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm
für einen Gleittest bei hohen Temperaturen zu bilden. Die
Beschichtungsfilme werden auf die gleiche Weise wie folgt gebildet.
Die Substratplatte wird in der Kammer der Filmbildungsvorrichtung
angeordnet. Die Kammer wird evakuiert (nicht höher als
1 × 10–3 Pa) und das Substrat
wird auf etwa 400°C erhitzt. Das heiße Substrat
wird einem Sputterreinigen mit Ar-Ionen unterzogen. Nach diesem
Schritt wird eine Abscheidung von einer Lichtbogenverdampfungsquelle
unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Target: Durchmesser
100 mm, Lichtbogenstrom: 150 A, und Atmosphäre: Gasatmosphäre,
die Methangas enthält. Der Partialdruck dieses Methangases
wird verschiedenartig verändert.
-
Die
so hergestellten Proben werden in der gleichen Weise wie im Beispiel
1 bezüglich der Filmzusammensetzung, der Filmhärte
und der Oberflächenrauhigkeit (Ra) untersucht. Sie werden
auch bezüglich der Verschleißfestigkeit und des
Reibungskoeffizienten in Gleittests bei hohen Temperaturen getestet.
-
Die
Ergebnisse der Tests sind in der Tabelle 3 gezeigt. Der Mehrschichtfilm
in der Tabelle 3 ist aus der Schicht A und der Schicht B zusammengesetzt,
wobei die Schicht A gebildet und dann die Schicht B darauf gebildet
wird. Der Gradientenfilm ist ein Film mit einer Gradientenstruktur,
worin y in der Dickenrichtung des Films (von der Substratseite zu
der Seite der Filmoberfläche) kontinuierlich variiert.
Die Zusammensetzung von Schicht A und Schicht B ist als Atomverhältnis
angegeben. Beispielsweise bedeutet Nb0,2CO,8, dass Nb und C ein
Atomverhältnis von 0,2 bzw. 0,8 aufweisen. Der Gradientenfilm
Nr. 2 weist die Zusammensetzung Nb: 0,5 und C: 0,5 in einer Position
auf, die dem Substrat am nächsten liegt, während
in einer Position, die der äußersten Oberfläche
des Films am nächsten liegt, die Zu sammensetzung Nb: 0,2
und C: 0,8 ist. Die Zusammensetzung Nb: 0,2 und C: 0,8 kann auch
so angegeben werden, dass in NbyC1-y y 0,2 und 1 – y 0,8 betragen. Die
Zusammensetzung Nb: 0,5 und C: 0,5 kann auch so angegeben werden,
dass in NbyC1-y y
0,5 und 1 – y 0,5 betragen.
-
-
Aus
der Tabelle 3 ist ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und eine gute Verschleißfestigkeit
mit einer geringen Verschleißtiefe besser durch die Hartbeschichtungsfilme,
welche die Anforderungen der vierten und dritten Erfindung erfüllen
(Proben Nr. 3 bis 7 bzw. Nr. 2), als durch diejenigen der Vergleichsproben
im vorstehenden Beispiel 1 (Nr. 1 bis 3 in der Tabelle 1) erreicht
werden. Es ist auch ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten und eine gute Verschleißfestigkeit
mit einer geringen Verschleißtiefe besser erreicht werden
als bei dem Einzelschichtfilm (NbC) Nr. 1 in der Tabelle 3.
-
Beispiel 4
-
Ein
Substrat wird mittels Dampfabscheidung mit einem Film beschichtet,
der NbyC1-y umfasst.
Die Dampfabscheidung wird in einer Filmbildungsvorrichtung durchgeführt,
die mit einer Nb-enthaltenden Lichtbogenverdampfungsquelle ausgestattet
ist. Für den Beschichtungsfilm, der bezüglich
des Gleitvermögens getestet werden soll, wird das Substrat
für eine gute Haftung des oberen Hartbeschichtungsfilms
im Vorhinein mit einer Basisschicht aus CrN (etwa 3 μm
dick) beschichtet. Als letztes wird die obere Beschichtung, welche
die vorstehend gezeigte Zusammensetzung aufweist, gebildet.
-
Das
Substrat ist entweder eine Hartmetallplatte (mit Spiegelglanz) oder
eine SKD11-Platte (mit einer Härte von HRC60). Das erstgenannte
wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm zu bilden, der
bezüglich der Zusammensetzung und der Härte untersucht
werden soll. Das letztgenannte wird verwendet, um darauf einen Beschichtungsfilm
für einen Gleittest bei hohen Temperaturen zu bilden. Die
Beschichtungsfilme werden auf die gleiche Weise wie folgt gebildet.
Die Substratplatte wird in der Kammer der Filmbildungsvorrichtung
angeordnet. Die Kammer wird evakuiert (nicht höher als
1 × 10–3 Pa) und das Substrat
wird auf etwa 400°C erhitzt. Das heiße Substrat
wird einem Sputterreinigen mit Ar-Ionen unterzogen. Nach diesem
Schritt wird eine Abscheidung von einer Lichtbogenverdampfungsquelle
unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Target: Durchmesser
100 mm, Lichtbogenstrom: 150 A, Atmosphäre: Gasatmosphäre,
die Methangas enthält. Der Partialdruck dieses Methangases
wird verschiedenartig verändert, wodurch das Verhältnis
von C in NbyC1-y (1 – y)
variiert wird.
-
Die
so hergestellten Proben werden in der gleichen Weise wie im Beispiel
1 bezüglich der Filmzusammensetzung, der Filmhärte
und der Oberflächenrauhigkeit (Ra) untersucht. Sie werden
auch bezüglich der Verschleißfestigkeit und des
Reibungskoeffizienten in Gleittests bei hohen Temperaturen getestet.
-
Die
Ergebnisse der Tests sind in der Tabelle 4 gezeigt. Aus der Tabelle
4 ist ersichtlich, dass ein gutes Gleitvermögen mit einem
niedrigen Reibungskoeffizienten und eine gute Verschleißfestigkeit
mit einer geringen Verschleißtiefe durch die Hartbeschichtungsfilme
besser erreicht werden, wenn der Partialdruck von Methangas in der
Gasatmosphäre während der Filmbildung höher
als 0,8 Pa, jedoch nicht höher als 4 Pa ist, d. h. wenn
die Anforderungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Bildung eines Hartbeschichtungsfilms erfüllt sind (Nr.
4 bis 7), wie wenn der Partialdruck des Methangases 0,8 Pa oder
weniger beträgt oder höher als 4 Pa ist (Nr. 1
bis 3 und 8). Tabelle 4
| Nr. | Partialdruck von
Methangas | Härte | Reibungskoeffizient (25°C) | Reibungskoeffizient (400°C) | Tiefe
des Filmverschleißes (25°C) | Tiefe
des Filmverschleißes (400°C) |
| Pa | GPa | Durchschnittlich
100 bis 300 m | Durchschnittlich
100 bis 300 m | μm | μm |
| 1 | 0 | 15 | 0,8 | 0,5 | 3,00 | > 5 |
| 2 | 0,5 | 20 | 0,8 | 0,5 | 3,00 | > 5 |
| 3 | 0,8 | 24 | 0,7 | 0,4 | 2,5 | > 5 |
| 4 | 1 | 34 | 0,4 | 0,2 | 0,50 | 4,00 |
| 5 | 1,3 | 37 | 0,3 | 0,2 | 0,50 | 3,00 |
| 6 | 2 | 33 | 0,4 | 0,25 | 1 | 3,00 |
| 7 | 4 | 32 | 0,55 | 0,25 | 1,5 | 3,50 |
| 8 | 7 | 25 | 0,7 | 0,5 | 3 | > 5 |
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Der
erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm weist eine
bessere Verschleißfestigkeit und ein besseres Gleitvermögen
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten als eine herkömmliche
Oberflächenbeschichtungsschicht auf, und er wird auf Gesenke
bzw. Matrizen bzw. Stempel bzw. Ziehdüsen, Vorrichtungen
und Werkzeuge angewandt, um deren Standzeit zu verbessern. Das erfindungsgemäße
Verfahren zum Bilden eines Hartbeschichtungsfilms ist vorteilhaft,
da es von den erfindungsgemäßen Hartbeschichtungsfilmen
einen Hartbeschichtungsfilm mit einem besonders hohen Verhältnis
von Nichtmetallelementen (B, C, N) (1 – y) und Atomverhältnis
(b) von C von den Nichtmetallelementen (B, C, N), einer besonders
guten Verschleißfestigkeit, einem besonders guten Gleitvermögen
(mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten) bei einer hohen Geschwindigkeit,
wobei dessen Oberfläche glatt ist, bilden kann.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf spezifische
Ausführungsformen detailliert beschrieben und es ist für
den Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen ausgeführt
werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Anmeldung beruht auf einer
japanischen Patentanmeldung (Nr. 2007-202192) ,
die am 2. August 2007 angemeldet worden ist, und einer
japanischen Patentanmeldung (Nr. 2008-144723) ,
die am 2. Juni 2008 angemeldet worden ist, wobei deren Offenbarung
hierin unter Bezugnahme einbezogen wird.
-
Zusammenfassung
-
Die
vorliegende Erfindung stellt einen Hartbeschichtungsfilm, der eine
bessere Verschleißfestigkeit als eine herkömmliche
Oberflächenbeschichtungsschicht aufweist, einen niedrigeren
Reibungskoeffizienten und ein besseres Gleitvermögen aufweist,
ein mit dem Hartbeschichtungsfilm beschichtetes Material, ein Kaltumformwerkzeug
sowie ein Verfahren zum Bilden des Hartbeschichtungsfilms bereit.
Der erfindungsgemäße Hartbeschichtungsfilm ist
ein Hartbeschichtungsfilm, umfassend (NbxM1-x)y(BaCbN1-a-b)1-y,
wobei 0,2 ≤ x ≤ 1,0 Gleichung (1) 0 ≤ a ≤ 0,3 Gleichung (2) 0 ≤ 1 – a – b ≤ 0,5 Gleichung (3) 0,5 ≤ b ≤ 1 Gleichung (4) 0,4 ≤ 1 – y ≤ 0,9 Gleichung (5)wobei
M mindestens eine Spezies von Elementen bezeichnet, die zu den Gruppen
4a, 5a und 6a und Si und Al gehören, x, 1 – x,
a, b und 1 – a – b das Atomverhältnis
von Nb, M, B, C bzw. N darstellen und y und 1 – y das Verhältnis
von (NbxM1-x) bzw.
(BaCbN1-a-b)
darstellen.
-
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
-
- - JP 2000-144376 [0002, 0004]
- - JP 2002-307128 [0002, 0004]
- - JP 2002-307129 [0002, 0004]
- - JP 2000-1768 [0002, 0004]
- - JP 2007-202192 [0056]
- - JP 2008-144723 [0056]
