DE19822935A1 - Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und triologisch beanspruchte Oberfläche eines Formwerkzeuges, insbesondere eines Umformwerkzeuges wie Tiefziehpressen und dgl. sowie Formwerkzeug mit auf seiner freiliegenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht - Google Patents
Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und triologisch beanspruchte Oberfläche eines Formwerkzeuges, insbesondere eines Umformwerkzeuges wie Tiefziehpressen und dgl. sowie Formwerkzeug mit auf seiner freiliegenden Oberfläche haftenden SchmierstoffschichtInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Formwerkzeuges sowie ein entsprechendes Formwerkzeug, wobei die Schmierstoffschicht im Einsatzfall Borsäure aufweist. Zur Herstellung wird das Formwerkzeug in einen Reaktor eingebaut und der Reaktor evakuiert. Zur Herstellung einer Haftvermittlerschicht wird anschließend ein Prozeßgas eingeleitet, das Bor, Stickstoff und/oder Kohlenstoff zumindest als Verbindung aufweist oder bei Prozeßbedingungen das entsprechende Element freigibt und im Bereich der Oberfläche des Gegenstandes, insbesondere durch Diffusion, eindringt. Zur Herstellung einer Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht wird ein Bor zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebendes zweites Vormaterial und ein Sauerstoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterial in die abscheidende Gasphase eingeleitet. Spätestens im Einsatzfall wird zumindest teilweise das Bor und der Sauerstoff der Zwischenschicht zumindest im Bereich ihrer frei zugänglichen Oberfläche unter Zuhilfenahme von Wasserstoff zu Borsäure als Trockenschmiermittel umgewandelt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum haftenden Aufbringen
einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribolo
gisch beanspruchte Oberfläche eines Formwerkzeuges sowie ein
Formwerkzeug mit auf seiner freiliegenden Oberfläche haftenden
Schmierstoffschicht gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1
bzw. 30, wie beides bspw. aus der DE 296 15 040 U1 als bekannt
hervorgeht.
Aus der gattungsbildend zugrundegelegten DE 296 15 040 U1 ist
ein Formwerkzeug bekannt, das auf seiner tribologisch bean
spruchten Oberfläche mit einer Schmierstoffschicht aus dem
Trockenschmiermittel Molybdändisulfid (MoS2) beschichtet ist.
Aus dem Artikel "Formation and self-lubricating mechanisms of
boric acid on borided steel surfaces" von A. Erdemir et al in
Surface & Coating Technology 76-77, 1995, Seite 443-490 ist
eine Beschichtung eines Trockenschmiermittels aus Borsäure auf
Stählen bekannt sowie ein Verfahren zur Aufbringung der Be
schichtung. Bei dem aus dieser Schrift vorbekannten Verfahren
wird ein Stahl zuerst boriert. Die borierte Oberfläche des
Stahls weist eine gute Härte und Korrosionsbeständigkeit auf.
Allerdings ist ihr Reibwert (Reibkoeffizient) sehr hoch. Daher
wird die borierte Oberfläche des Stahles mit einer Schmier
stoffschicht aus Borsäure versehen, die als Trockenschmiermit
tel wirkt. Zum Borieren wird der Stahl in ein Salzbad getaucht,
das eine Borverbindung aufweist und das auf 940°C erhitzt
wird. Nach dem Salzbad wird der borierte Stahl auf 750°C er
hitzt, wodurch die Boratome tiefer in den Oberflächenbereich
des Stahles diffundieren können. Es wird vermutet, daß einige
der Atome auch an die freie Oberfläche diffundieren, wo sie bei
Anwesenheit von Sauerstoff sofort zu Boroxid reagieren. Dadurch
scheidet sich an der Oberfläche des Stahls eine Boroxidschicht
ab, die beim späteren Abkühlen und in Anwesenheit von Wasser
stoff in Borsäure umgewandelt wird. Zur Bildung des Boroxids
darf die Temperatur allerdings nicht unter 750°C abgesenkt
werden und der borierte Stahl auch nicht länger als 8 min auf
diese Temperatur erhitzt sein, da sich ansonst kein Boroxid
bildet. Abgesehen davon, daß diese Temperaturbehandlung eine
immense Belastung für den Stahl darstellt, ist auch die Prozeß
führung zur Herstellung der Boroxid-Schicht sehr empfindlich,
weshalb das vorbekannte Verfahren auch sehr aufwendig, kompli
ziert und teuer ist. Desweiteren sind mit diesem Verfahren end
formnahe, insbesondere genau bemaßte Bauteile nur sehr schwer
und mit einer großen Ausschußrate herzustellen. Auch ist das
gesamte Verfahren insbesondere für veränderte Schichtdicken
sehr inflexibel.
Aus dem Artikel "A study of the formation and self-lubrication
mechanisms of boric acid folms on boric oxide coatings" von A.
Erdemir et al in Surface & Coating Technology 43/44, 1990, Sei
te 588-596 ist ebenfalls eine Beschichtung eines Trocken
schmiermittels aus Borsäure sowie ein Verfahren zur Auftragung
dieser Beschichtung bekannt. Bei diesem Verfahren wurden die
Oberflächen eines Formwerkzeuges aus α-Aluminiumoxid und eines
Formwerkzeuges aus Stahl (M50) durch einen Argon-Ionenstrahl
gereinigt und anschließend mittels einer Elektronenstrahlver
dampfung im Vakuum mit dem Boroxid beschichtet. Die Reibkoeffi
zienten der einige µm dicken Schmierstoffschichten waren in
beiden Fällen sehr gut, wobei allerdings die Standzeit der Be
schichtung auf Stahl gering war. Desweitern ist die Haftung der
Schmierstoffschichten aus Borsäure auf den Substraten gering,
so daß auch dieses Verfahren eine hohe Ausschußrate aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit
dem ein insbesondere metallisches Formwerkzeug in preisgünsti
ger Weise und innerhalb geringer Herstellungstoleranzen sowie
bei möglichst geringen Ausschußraten mit einer guthaftenden
Schmierstoffschicht aus einem Trockenschmiermittel versehen
werden kann, wobei das Trockenschmiermittel einen möglichst ge
ringen Reibwert und eine möglichst lange Standzeit aufweisen
soll. Desweiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein insbesondere
metallischen Formwerkzeug mit einer guthaftenden Schmierstoff
schicht aus einem Trockenschmiermittel zu entwickeln, welche
Schmierstoffschicht preisgünstig und innerhalb geringer Her
stellungstoleranzen sowie mit möglichst kleinen Ausschußraten
aufgebracht ist, wobei das Trockenschmiermittel einen möglichst
geringen Reibwert und eine möglichst hohe Standzeit aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den
Verfahrensschritten des Anspruchs 1 bzw. mit einer Beschichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 30 gelöst. Durch den erfin
dungsgemäßen Schichtaufbau und die Aufbringung der einzelnen
Schichten, bevorzugt mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens, kön
nen die Schichtdicken in einfacher Weise im µm-Bereich reprodu
zierbar aufgebracht werden, so daß zumindest eine aufwendige
Nachbearbeitung entfällt. Desweiteren ist die Haftung der Be
schichtung auf der zuvor freiliegenden, insbesondere metalli
schen Oberfläche des Formwerkzeuges durch das erfindungsgemäße
Vorgehen verbessert.
Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Un
teransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand
von Beispielen und nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Schnittes durch einen erfin
dungsgemäßen Schichtaufbau eines beschichteten Form
werkzeuges,
Fig. 2 ein Diagramm des Reibkoeffizienten in Abhängigkeit der
Zeit bei mit unterschiedlichen Trockenschmiermitteln
beschichteten Formwerkzeugen bei einem Schwingver
schleißtest und
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Beschichtung eines Formwerkzeuges und
Fig. 4 ein Gasflußdiagramm bei der Herstellung einer erfin
dungsgemäßen Beschichtung.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Schnittes durch einen er
findungsgemäßen Schichtaufbau eines beschichteten Formwerkzeu
ges 1 dargestellt, wobei der Maßstab stark verzerrt ist. Das
aus Stahl hergestellte metallische Formwerkzeug 1 weist im Be
reich seiner nach außen gerichteten und mit der Beschichtung
bedeckten Oberfläche 2 eine borierte Haftvermittlerschicht 3
mit Boriden des Werkstoffs des Formwerkzeuges 1 auf. Im vorlie
genden Fall sind innerhalb der Haftvermittlerschicht 3 Boride
des Eisens angeordnet. Innen beginnend liegt zuerst zumindest
vermehrt Fe2B und anschließend FeB vor.
Anstelle einer reinen Borierung können zur Herstellung der
Haftvermittlerschicht 3 die oberflächennahen Bereiche des Form
werkzeuges 1 auch nitriert und/oder carboniert und/oder carbo
nitriert werden. Derartige Haftvermittlerschichten 3 können zu
sätzlich auch noch boriert werden. Anstelle eines Formwerkzeu
ges 1 aus Stahl kann auch einen Formwerkzeug mit zumindest ei
ner zu beschichtenden Oberfläche aus einem anderen Werkstoff,
vorzugsweise jedoch aus einem Ti- und/oder Al- und/oder Mg-
Werkstoff, mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehen wer
den.
Auf der zuvor freiliegenden Oberfläche 2 des Formwerkzeuges 1
folgt der Haftvermittlerschicht 3 eine Zwischenschicht 4, die
Bor und dessen Oxide aufweist. Insbesondere weist die Zwischen
schicht 4 - beginnend von der zuvor freiliegenden Oberfläche 2
des Formwerkzeuges 1 - zuerst zumindest vorwiegend Bor, nach
folgend zumindest vorwiegend B6O und zuletzt zumindest vorwie
gend B2O3 auf. Auf dem B2O3 ist die Borsäure (H3BO3) aufweisende
Schmierstoffschicht 5 angeordnet. Der Anteil der Borsäure in
der Schmierstoffschicht 5 beträgt zumindest oberflächennah min
destens 5%, bevorzugt 10% und besonders bevorzugt 30%.
Die als Trockenschmiermittel verwendete Borsäure kann insbeson
dere erst oder auch zusätzlich, insbesondere bei einem Ver
schleiß der bisherigen Borsäure aufweisenden Schmierstoff
schicht 5, im Einsatzfall durch eine oberflächennahe Umwandlung
des B2O3 bei Anwesenheit von Wasser bzw. Wasserstoff gebildet
werden.
In vorteilhafter Weise kann also die Bor und Sauerstoff, insbe
sondere B2O3, aufweisende Zwischenschicht 4 im Verschleißfall
in der Art eines Reservoirs für die Borsäure der Schmierstoff
schicht 5 verwendet werden.
In Fig. 2 ist ein Diagramm des Reibkoeffizienten in Abhängig
keit der Zeit bei mit unterschiedlichen Trockenschmiermitteln
beschichteten Gegenständen dargestellt, welche einem Schwing
vergleichstest unterzogen wurden.
Die einzelnen Kurven betreffen Gegenstände aus folgenden Werk
stoffen:
Kurve A: ein Formwerkzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau mit einer Schmierstoffschicht aus Borsäure,
Kurve B: eine Molybdensulfid-Schicht (MoS2) auf einem Gegen stand aus einem Hartmetall,
Kurve C: amorpher Diamant auf einem Formwerkzeug aus einem Hartmetall und
Kurve D: eine Wolframcarbid/Graphitschicht auf einem Gegen stand aus einem Hochleistungs-Schnell-Schneidestahl.
Kurve A: ein Formwerkzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau mit einer Schmierstoffschicht aus Borsäure,
Kurve B: eine Molybdensulfid-Schicht (MoS2) auf einem Gegen stand aus einem Hartmetall,
Kurve C: amorpher Diamant auf einem Formwerkzeug aus einem Hartmetall und
Kurve D: eine Wolframcarbid/Graphitschicht auf einem Gegen stand aus einem Hochleistungs-Schnell-Schneidestahl.
Die Versuche wurden in trockenen Zustand, d. h. ohne zusätzli
che, insbesondere flüssige Schmierung durchgeführt. Als Test
körper wurde eine Kugel aus 100 Cr6 mit einem Radius von 4 mm
verwendet, die mit einer Last von 5 N auf das beschichtete
Substrat aufgepreßt und auf einer Länge von 600 µm mit einer
Frequenz von 10 kHz hin- und herbewegt wurde.
Der mit der WC/C-Schicht beschichtete Formwerkzeug 1 (Kurve D)
weist einen Verlauf des Reibkoeffizienten auf, der sich nach
einem anfänglichen Einlaufverhalten bei Werten zwischen 0.2 und
0.3 einstellt. Dieser Wert wird innerhalb der genannten Band
breite etwas über 100 Minuten gehalten und steigt anschließend
an. Bei ca. 4000 Minuten beträgt er etwa 0.45.
Das mit dem amorphen Diamanten beschichtete Formwerkzeug 1
(Kurve C) weist einen Verlauf des Reibkoeffizienten auf, der
sich nach einem anfänglichen etwa zehnminutigen Einlaufverhal
ten, bei dem die Werte des Reibkoeffizienten zwischen etwa 0.1
und 0.35 an- und abschwellen, auf einen Wert von ca. 0.1 ein
stellt. Ab diesem Zeitpunkt nimmt der Wert des Reibkoeffizien
ten mit zunehmender Beanspruchungszeit stetig zu. Wie aus dem
Diagramm nach Fig. 2 ersichtlich ist, steigt der Wert des
Reibkoeffizienten nach 10 Minuten innerhalb von ca. 190 min von
etwa 0.1 auf etwa 0.2 an.
Das mit MoS2 beschichtete Formwerkzeug 1 (Kurve B) weist einen
Verlauf des Reibkoeffizienten auf, der sich nach einem sehr
kurzen Einlaufverhalten, auf einen Wert zwischen etwa 0.05 und
etwa 0.1 einstellt. Dieser Wert des Reibkoeffizienten wird in
nerhalb der oberen Bandbreite etwa 100 Minuten gehalten und
steigt anschließend innerhalb sehr kurzer Zeit auf Werte über
0.4 an. Dies bedeutet, daß das Material ein sehr gutes Kurzeit
verhalten aber ein sehr schlechtes Langzeitverhalten aufweist.
Das den erfindungsgemäßen Schichtaufbau aufweisende Formwerk
zeug 1 (Kurve A) weist nach einem anfänglichen etwa einminüti
gen Einlaufverhalten einen Verlauf des Reibkoeffizienten auf,
der sich auf einen Wert von etwa 0.05 einstellt. Dieser Wert
des Reibkoeffizienten wird unverändert über die gesamte Zeit
gehalten. Insbesondere sei hier erwähnt, das der Wert des Reib
koeffizienten sogar nach einer Versuchszeit die länger als die
im Diagramm aufgeführte Zeit von 10 000 min war, immer noch
stabil blieb.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung in der Art einer Plasma-CVD-
Anlage dargestellt, die zur Durchführung des erfinderischen
Verfahrens, mit dem der erfindungsgemäße Schichtaufbau reali
sierbar ist, geeignet ist.
Die Vorrichtung weist einen Reaktor 6 auf, der durch ein flui
disch mit im verbundenes Pumpsystem 7 evakuierbar ist. Ferner
weist der Reaktor 6 ein Gasversorgungssystem mit mehreren Gas
flaschen 8-11 und einem Verdampfer 12 auf. Das Gasversor
gungssystem ist ebenso wie das Pumpsystem 7 zu- und abschalt
bar. Die Gasflaschen 8-11 und der Verdampfer 12 können ein
zeln und mit einem regelbaren Gasstrom mit dem Innenraum 13 des
Reaktors 6 verbunden werden. In den Gasflaschen 8-11 sind
bspw. die Prozeßgas, ein ein Plasma 16 unterstützendes Gas
und/oder auch Vormaterialien für den erfindungsgemäßen Schicht
aufbau gespeichert. Insbesondere handelt es sich um die Gase
Methan, Diboran, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff.
Innerhalb des Reaktors 6 ist ein Substrathalter 14 angeordnet,
auf dem ein zu beschichtender Formwerkzeug 1 angeordnet werden
kann. Der Substrathalter 14 ist zur Spannungsversorgung elek
trisch leitend mit einem Generator 15 verbunden. Der zur Plas
maerzeugung vorgesehene Generator 15 kann bspw. mit elektri
scher Wechselspannung, mit einer Wechselspannung mit gekappter
Halbwelle oder dgl., vorzugsweise mit einer gepulsten Gleich
spannung betrieben werden.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtaufbaus wird der
zu beschichtende Formwerkzeug 1 in den Reaktor 6 eingebaut und
das Reaktorinnere 13 auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevor
zugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar
evakuiert. Nach dem Evakuieren wird im Reaktorinnern 13 der er
reichte Unterdruck gehalten. Gegebenenfalls kann das Reaktorin
nere 13 auch zumindest teilweise wieder mit einem Inertgas be
füllt werden.
Anschließend wird an dem Generator 15 eine gewünschte Puls-
Spannung hinsichtlich ihrer Amplitude und ihrer Frequenz einge
stellt und an den elektrisch leitend mit dem Generator 15 ver
bundenen Formwerkzeug 1 angelegt. Vorzugsweise wird eine Span
nung gewählt, die bezogen auf den den Formwerkzeug 1 umgebenden
Gasraum und insbesondere auch gegenüber Masse negativ ist.
Danach wird das Prozeßgas zur Herstellung der Haftvermittler
schicht 3, die zur Verbesserung der Haftung zwischen dem später
aufgetragenen Trockenschmierstoff der Schmierstoffschicht 5 und
dem Material des Formwerkzeuges 1 oder zur Verbesserung der
Haftung zwischen einer anschließend aufgebrachten Zwischen
schicht 4 und dem Material des Formwerkzeuges 1 dient, einge
leitet.
Die Haftvermittlerschicht 3 wird günstigerweise durch Borieren
und/oder Nitrieren und/oder Carbonisieren und/oder Carbonitrie
ren erzeugt, welche Prozesse zweckmäßigerweise durch ein Plasma
16 unterstützt werden. Hierbei werden überschüssige Gaspartikel
von dem Pumpsystem 7 entfernt.
Anstelle oder ergänzend zu dem obigen Prozeß kann zur Herstel
lung der Haftvermittlerschicht 3 das bzw. die betreffenden Sub
stanzen auch mittels Ionenimplantation in die oberflächennahen
Bereiche der zu beschichtenden Oberfläche 2 des Formwerkzeuges
1 eingebracht werden.
Als Ersatzmaßnahme oder als ergänzende Maßnahme zu der/den oben
genannten Haftvermittlerschichten 3 kann auf der zu beschich
tenden Oberfläche 2 des Formwerkzeuges 1 und zwar als Haftver
mittlerschicht 3 oder als Bestandteil der Haftvermittlerschicht
3 insbesondere TiN und/oder TiC und/oder Ti(C,N) und/oder eine
Borcarbid-Schicht (B4C) abgeschieden werden.
Das unterstützende Plasma 16 wird aus der Zusammenwirkung der
gepulsten elektrischen Spannung und Wasserstoff, der hierzu ex
tra in das Reaktorinnere 13 eingeleitet wird, und/oder dem Pro
zeßgas erzeugt. Bevorzugt wird das Plasma 16 so erzeugt, daß es
die zu beschichtende Oberfläche 2 des Formwerkzeuges 1 umhüllt
und ggf. auch zumindest teilweise in Vertiefungen, wie Bohrun
gen und dergleichen, des Formwerkzeuges 1 eintaucht. Vorzugs
weise wird das Plasma 16 im Bereich der Oberfläche des Form
werkzeuges 1 erzeugt.
In günstiger Weise beheizt das Plasma 16 zumindest die zu be
schichtende Oberfläche 2 des Formwerkzeuges 1 auf Temperaturen
kleiner 750°C, vorzugsweise kleiner 700°C und besonders be
vorzugt kleiner 600°C, da hier allenfalls eine geringe Ände
rung des Gefüges des Werkstoffes des Formwerkzeuges 1 zu erar
ten ist.
Die Pulsrate der elektrischen Spannung hat u. a. eine Auswirkung
auf die räumlich Gestalt des Plasma 16. Daher wird die Pulsrate
und ggf. auch die gewählte elektrische Spannung zweckmäßiger
weise in Abhängigkeit zu der körperlichen Ausgestaltung der zu
beschichtenden Oberfläche 2 des Formwerkzeuges 1 eingestellt.
Bei den Prozeßgase handelt es zweckmäßiger um Gase, die das
Element bzw. die Elemente enthalten, die zur Herstellung der
Haftvermittlerschicht 3 benötigt werden. Dies kann bspw. da
durch erfolgen, daß das Prozeßgas das bzw. die betreffende Ele
ment(e) in reiner Form aufweist und/oder daß das bzw. die be
treffende Element(e) bei Prozeßbedingungen aus dem Prozeßgas
als Dissoziationsprodukt und/oder als Ion zur Verfügung ge
stellt werden.
Als Prozeßgas werden in den obigen Fällen Prozeßgase verwendet,
die Bor und/oder Stickstoff und/oder Kohlenstoff zumindest als
Verbindung aufweisen und/oder bei Prozeßbedingungen das ent
sprechende Element freigeben.
Bei einer Borierung handelt es sich bei dem Prozeßgas bevorzugt
um Borane (BnHm), vorzugsweise Diboran (B2H6), Borchlorid (BCl3)
oder Borfluorid (BF3) oder ein Gemische zumindest zweier dieser
Gase.
Bei einem Fe aufweisenden Formwerkzeug 1 wird beim Borieren
insbesondere Fe2B und FeB gebildet. Eine besonders gute Haftung
der nachfolgenden Schicht wird erreicht, wenn das FeB im Ver
hältnis zu allen Eisenboriden mit einem Anteil kleiner 20%,
bevorzugt kleiner 10% und besonders bevorzugt kleiner 1% ge
bildet wird.
Um dies in einfacher Weise zu realisieren kann insbesondere der
Anteil von Bor in der abscheidenden Gasphase nach der Bildung
von Fe2B im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche 2 des
Formwerkzeuges 1 innerhalb von 5 s um wenigstens 20% erhöht
und/oder die oberflächennahe Temperatur des Formwerkzeuges 1
abgesenkt werden.
Auf der Haftvermittlerschicht 3 wird sinnvollerweise eine Zwi
schenschicht 4 angeordnet. Hierzu wird als zweites Vormaterial
ein Gas in das Reaktorinnere 13 und in das Plasma 16 eingelei
tet, das Bor zumindest als Verbindung aufweist und bei Prozeß
bedingungen das Bor freigibt.
Wie schon bei der Haftvermittlerschicht 3 werden hierzu insbe
sondere Borane (BnBm), vorzugsweise Diboran (B2H6), Borchlorid
(BCl3) oder Borfluorid (BF3) oder ein Gemische zumindest zweier
dieser Gase verwendet. Sinnvollerweise wird als zweites Vorma
terial das Prozeßgas zur Herstellung der Haftvermittlerschicht
3 verwendet.
Desweiteren wird zur Bildung der Zwischenschicht 4 ein Sauer
stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe
dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterial in die
abscheidende Gasphase eingeleitet.
Aus diesen beiden Vormaterialien wird die Bor und Sauerstoff
aufweisende Zwischenschicht 4 auf der Haftvermittlerschicht 3
abgeschieden.
Durch die Variation der Temperatur und/oder des Sauerstoffs
kann hierbei der Anteil des Sauerstoff in der Zwischenschicht 4
gesteuert werden, so daß der Anteil von Sauerstoff innerhalb
der Zwischenschicht 4 einen Gradienten aufweist.
Vorzugsweise nimmt der Anteil von Sauerstoff mit zunehmendem
Abstand von der Haftvermittlerschicht 3 zu. Bevorzugt wird die
Zwischenschicht 5 mit Boroxid, insbesondere als B6O und/oder
B2O3 aufgetragen, wobei vorzugsweise zuerst B6O und anschließend
B2O3 aufgetragen wird. Vor der Aufbringung des der Boroxide
wird auf die Haftvermittlerschicht 3 sinnvollerweise zumindest
weitgehend reines Bor aufgetragen.
Analog zur Herstellung der Haftvermittlerschicht 3 wird hierbei
der Formwerkzeug 1 während des Abscheidens der Bor und Sauer
stoff aufweisenden Zwischenschicht 4 insbesondere auf Tempera
turen kleiner 750°C, vorzugsweise kleiner 700°C und besonders
bevorzugt kleiner 600°C beheizt.
Im Bereich der freiliegenden Oberfläche 2 der Zwischenschicht 4
wird zuletzt die Schmierstoffschicht 5 aus Borsäure (H3BO3) an
geordnet. Diese Schmierstoffschicht 5 kann mit den Gasen Was
serstoff, Sauerstoff und Bor gleich innerhalb des Reaktors 6
hergestellt werden.
Ebenso ist es innerhalb des Reaktors 6 möglich, die oberflä
chennahen Bereiche der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwi
schenschicht 4 durch Reaktion mit Wasserstoff in Borsäure umzu
wandeln oder die Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischen
schicht 4 gleich bei ihrer Herstellung aus der Gasphase zumin
dest teilweise in Borsäure umzuwandeln. In beiden Fällen wird
zweckmäßigerweise zumindest oberflächennah die Temperatur des
Formwerkzeuges 1 gesenkt.
Ersatzweise ist es auch möglich, daß diese Schmierstoffschicht
5 erst bei Anwesenheit von Wasserstoff und/oder Wasserdampf im
Einsatz des Formwerkzeuges 1 gebildet wird. In diesem Fall wird
durch eine chemische Reaktion der oberflächennahen Bereiche der
Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht 4 mit dem Was
serstoff der Atmosphäre zu der Borsäure aufweisenden Schmier
stoffschicht 5 umgesetzt. Diese Reaktion wird insbesondere noch
durch die beim Einsatz entstehende Wärme gefördert.
In allen Fällen weist die Schmierstoffschicht 5 sinnvollerweise
mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90% und besonders bevor
zugt mindestens 95% Borsäure auf.
In vorteilhafter Weise wird nicht nur während der Herstellung
der Haftvermittlerschicht 3 sondern auch bei der Herstellung
der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht 4 und/oder
der Schmierstoffschicht 5 innerhalb des Reaktors 6 an den Form
werkzeug 1 eine gepulste DC-Spannung angelegt, die gegenüber
dem den Formwerkzeug 1 umgebenden Gasraum ein negatives elek
trisches Potential aufweist.
Mit einer gemäß Anspruch 1 aufgetragenen Beschichtung können
insbesondere abrasiv beanspruchte Formflächen von Tiefziehpres
sen und dgl. in vorteilhafter Weise zumindest bereichsweise mit
einer sinnvollen und gut haftenden tribologischen Beschichtun
gen versehen werden, wodurch bspw. die sonst notwendige Schmie
rung zumindest verringert werden kann. Insbesondere können auch
Werkzeugteile von Maschinen beim Innenhochdruckumformen
und/oder deren zu bearbeitende Halbzeuge derartig vorbehandelt
bzw. beschichtet werden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in
Fig. 4 dargestellten Gasflußdiagramms beschrieben.
In Fig. 4 ist ein Gasflußdiagramm verschiedener Gase über der
Zeit dargestellt, wobei zusätzlich die Temperatur der zu be
schichtenden Probe mit aufgetragen ist. Das Diagramm nach Fig.
4 beschreibt den eingestellten Gasfluß im Reaktorinnern 13 wäh
rend der Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtaufbaus auf
einer metallischen Probe mittels eines Plasma-CVD-Prozesses.
Bei dem Plasma-CVD-Prozeß wird die Probe durch ein die Probe
umgebendes Plasma 16 geheizt. Das die zu beschichtende Oberflä
che 2 der Probe beheizende Plasma 16, das ebenfalls die Vorma
terialien sowie das Prozeßgas zur Abscheidung bzw. zur Borie
rung aktiviert, wird durch eine an der Probe anliegende Span
nung gezündet bzw. aufrechterhalten.
Zur Regelung der Temperatur wird die Temperatur der Probe ge
messen und dementsprechend die an der Probe anliegende elektri
sche Spannung für das u. a. heizend wirkenden Plasma 16 verän
dert. Die elektrische Spannung kann wie vorliegend eine reine
Gleichspannung sein. Je nach Anforderungen an das Plasma 16
wird anstelle der Gleichspannung vorzugsweise eine gepulste
Spannung, eine Wechselspannung oder eine halbwellige Wechsels
pannung angelegt.
Der Verlauf des Druckes p im Reaktorinnern ist in dem Diagramm
nach Fig. 4 als nicht gekennzeichnete Kurve, der bei der Her
stellung der Haftvermittler- und der Zwischen- und ebenfalls
der Schmierstoffschicht mit dem Prozeßgas vermischte H2-Fluß
(5% B2H6 und 95% H2) als Kurve E und der Sauerstofffluß der Kurve
G entnehmbar. Die Werte der unterschiedlichen Gasflüsse bezie
hen sich auf die Einheit Standard-Kubikzentimeter (sccm). Da
für das Bor liefernde zweite Vormaterial ebenfalls das borie
rend wirkende Prozeßgas verwendet wird, zeigt die Kurve F nach
dem Borieren (Zeitintervall H) ebenfalls den Gasfluß des zwei
ten Vormaterials (Zeitintervall I). Während des Zeitintervalls
J wird die Schmierstoffschicht 5 aufgetragen.
Die Probe wird eventuell vor dem Einbau in den Reaktor 6 vorge
reinigt und anschließend in den Reaktor 6 eingebaut. Danach
wird das Reaktorinnere 13 bis auf einen Druck kleiner 0.5 mbar
evakuiert. Zur Reinigung wird in das evakuierte Reaktorinnere
13 des Reaktor 6 ca. 30 min ein H2-Gas eingeleitet. Mit dem
H2-Gas wird in Bereich der Probe das Plasma 16 gezündet und die zu
beschichtende Oberfläche 2 der Probe unter Zuhilfenahme des H2-
Plasma 16 gereinigt. Wie aus dem Diagramm nach Fig. 4 ersicht
lich ist, steigt bei der Reinigung der Probe der Druck im Reak
torinnern 13 auf einen Wert von ca. 10 mbar an. Dieser Wert
wird bei der beschriebenen Herstellung des erfindungsgemäßen
Schichtaufbau dieses Ausführungsbeispiels zumindest weitgehend
beibehalten.
Nach der Reinigung der Oberfläche 2 der Probe wird sie für die
Zeitdauer H von ca. 6 Stunden bei einer Temperatur von ca.
750°C und einem mit 95% H2 versetzten B2H6 Gasstrom von ca. 60 sccm
aufgesetzt. Bei diesen Prozeßbedingungen wird die Haftvermitt
lerschicht 3 hergestellt. Dabei wird die Probe bei den eben ge
nannten Bedingungen einige µm oberflächennah boriert. Durch die
borierte Haftvermittlerschicht 3 ist die Haftung zwischen der
anschließend aufzutragenden Zwischenschicht 4 sowie der später
aufzutragenden Schmierstoffschicht 5 und dem Material der Probe
verbessert.
Nach dem Borieren wird die Temperatur auf ca. 500°C abgesenkt
und der Fluß des H2-versetzten Prozeßgases auf einen Fluß von
ca. 50 sccm gesenkt. Dadurch wird auf der Haftvermittlerschicht
3 für die Zeitdauer I von ca. 5 Stunden eine Borschicht herge
stellt. Diese Borschicht gehört zu der Zwischenschicht 4.
Nach dem Aufwachsen der Borschicht wird in den Reaktor 6 zu
sätzlich für ca. 1 Stunde (Zeitdauer J) Sauerstoff und zwar mit
einem Fluß von ca. 15 sccm eingeströmt, wobei die vorherigen
Prozeßparameter (Gasflüsse, Temperatur und Druck) beibehalten
wird. Hierbei bilden sich die Bor und Sauerstoff aufweisenden
Bereiche der Zwischenschicht 4.
Anschließend wird die Temperatur abgesenkt und die restlichen
Parameter konstant gehalten. Durch die Absenkung der Temperatur
bricht das Plasma 16 zusammen und der zuvor als Plasmabrenn
stoff verwendete Wasserstoff steht zur freien Verfügung. Hier
durch bildet sich bei Temperaturen unterhalb von ca. 200°C und
der Anwesenheit von Wasserstoff die weitgehend ausschließlich
das Trockenschmiermittel Borsäure (H3BO3) aufweisende Schmier
stoffschicht 5.
Claims (37)
1. Verfahren zum außenseitigen und haftenden Aufbringen einer
Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch be
anspruchte Oberfläche eines Formwerkzeugs, wobei die Schmier
stoffschicht zumindest unter Beanspruchungsbedingungen Borsäure
(H3BO3) aufweist,
gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit
folgender Verfahrensschritte,
- - Einbau des zu beschichtenden und mit einer Haftvermittler schicht versehenen Formwerkzeuges (1) in einen Reaktor, wobei durch die Haftvermittlerschicht (3) die Haftung zwischen dem später aufgetragenen Trockenschmierstoff der Schmierstoff schicht (5) und dem Material des Formwerkzeuges (1) verbes sert wird,
- - Evakuieren des Reaktors (6) auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar, und/oder zumindest teilweises Befüllen des Reaktors (6) mit einem Inertgas,
- - Zugabe eines Bor zumindest als Verbindung aufweisenden und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebenden zweiten Vormateri als in die abscheidende Gasphase,
- - Zugabe eines Sauerstoff zumindest als Verbindung aufweisenden und bei Prozeßbedingungen den Sauerstoff freigebenden ersten Vormaterials in die abscheidende Gasphase,
- - Herstellung einer Zwischenschicht (4) mit den Bor und Sauer stoff aufweisenden Vormaterialien auf der Haftvermittler schicht (3) und
- - wenigstens im Einsatzfalle zumindest teilweise Umwandlung von Bor und Sauerstoff in der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht (4) zumindest im Bereich ihrer frei zugängli chen Oberfläche zur Bildung von Borsäure als Trockenschmier mittel der Schmierstoffschicht (5) unter Zuhilfenahme von Wasserstoff.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Formwerkzeug (1) erst nach seinem Einbau in den Reaktor
mit der Haftvermittlerschicht (3) versehen wird, daß ein Bor
und/oder Stickstoff und/oder Kohlenstoff zumindest als Verbin
dung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das entsprechende
Element freigebendes Prozeßgas in den evakuierten und/oder zu
mindest teilweise mit einem Inertgas befüllten Reaktor einge
leitet wird, und daß zur Herstellung der Haftvermittlerschicht
(3) im Bereich der freiliegenden Oberfläche (2) des Formwerk
zeuges (1), insbesondere durch Diffusion, zumindest ein Element
des Prozeßgases in das Material der freiliegenden Oberfläche
(2) des Formwerkzeuges (1) eingebracht und dort eingebaut
und/oder chemisch reagiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung der Haftvermittlerschicht (3) zumindest ein
Element des Prozeßgases in das Material der freiliegenden und
zu beschichtenden Oberfläche (2) des Formwerkzeuges (1) eindif
fundiert und/oder ionenimplantiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß unter der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht
(4) als Bestandteil der Haftvermittlerschicht (3) TiN und/oder
TiC und/oder Ti(C,N) abgeschieden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftvermittlerschicht (3) boriert und/oder nitriert
und/oder carbonisiert und/oder carbonitriert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung der Borsäure Wasserstoff und/oder eine unter
Prozeßbedingungen Wasserstoff freigebende Wasserstoffverbindung
aus der abscheidenden Gasphase verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der oberflächennahen Haftvermittlerschicht (3)
des Formwerkzeuges (1) Boride gebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Prozeßgase und/oder die Vormaterialien vor ihrem Auf
treffen auf der zu beschichtenden Oberfläche (2) des Formwerk
zeuges (1) durch ein Plasma (16) hindurchgeleitet und zumindest
zum Teil dissoziert und/oder ionisiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Plasma (16) im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche
(2) des Formwerkzeuges (1) erzeugt wird und daß mit dem Plasma
zumindest die zu beschichtenden Oberfläche des Formwerkzeuges
(1) beheizt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Formwerkzeug (1) während der Bildung der Haftvermitt
lerschicht (3) durch Einbringen von Boratomen und/oder von Koh
lenstoffatomen und/oder von Stickstoffatomen und/oder während
des Abscheidens der Bor/Sauerstoffschicht insbesondere auf Tem
peraturen kleiner 750°C, vorzugsweise kleiner 700°C und be
sonders bevorzugt kleiner 600°C beheizt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der zumindest oberflächennahen und wenigstens teil
weisen Umwandlung der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischen
schicht (4) in Borsäure zum Herstellen der Schmierstoffschicht
(5) die Temperatur gesenkt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Prozeßgas zum Einbringen des Bors und/oder zur Abschei
dung der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht (4)
eine bei den jeweiligen Prozeßbedingungen gasförmige Borverbin
dung eingeleitet wird, deren Dissoziationstemperatur bei den
vorliegenden Prozeßbedingungen maximal der herrschenden Prozeß
temperatur entspricht.
13. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Prozeßgas zum Einbringen des Bor und/oder zur Abschei
dung der Bor/ und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht (4)
Boran (BnBm) vorzugsweise Diboran (B2H6), Borchlorid (BCl3) oder
Borfluorid (BF3) oder ein Gemische zumindest zweier dieser Gase
in den Reaktor (6) eingeleitet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bor/ und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht (4)
gleich bei ihrer Herstellung aus der Gasphase zumindest teil
weise in Borsäure umgewandelt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Herstellung der Haftvermittlerschicht (3)
und/oder Bor/ und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht (4)
und/oder der Schmierstoffschicht (5) an dem Formwerkzeug (1)
eine elektrische Spannung angelegt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß als elektrische Spannung eine gepulste DC-Spannung gewählt
wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 und 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Formwerkzeug (1) ein elektrisches Potential angelegt
wird, das gegenüber dem ihn umgebenden Gasraum negativ ist.
18. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Bor/ und Sauerstoff aufweisende Zwischenschicht (4)
Boroxid, insbesondere B2O3 aufgetragen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) mit mindestens 30%, bevorzugt
mindestens 50% und besonders bevorzugt mindestens 60% Borsäu
re versehen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) mit mindestens 80%, bevorzugt
mindestens 90% und besonders bevorzugt mindestens 95% Borsäu
re versehen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Zwischenschicht (4) B6O und/oder B2O3 aufgetragen
wird.
22. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Zwischenschicht (4) zuerst B6O und anschließend B2O3
aufgetragen wird, wobei vor dem B6O vorzugsweise zuerst noch
Bor aufgetragen wird.
23. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Formwerkzeug (1) ein metallischer, insbesondere Eisen
aufweisendes Formwerkzeug (1) gewählt wird und daß als Borid
der Haftvermittlerschicht (3) ein Metallborid, vorzugsweise
Fe2B und/oder FeB, gebildet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Formwerkzeug (1) ein eine metallische Legierung, bevor
zugt eine Leichtmetall-Legierung und besonders bevorzugt eine
Titan-Legierung und/oder eine Aluminium-Legierung und/oder eine
Magnesium-Legierung aufweisendes Formwerkzeug (1) gewählt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Haftvermittlerschicht (3) auf der zu beschichtenden
Oberfläche (2) des Formwerkzeuges (1) eine Bor und Kohlenstoff,
bevorzugt eine Borcarbid-Schicht (B4C) abgeschieden wird.
26. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die oberhalb der Haftvermittlerschicht (3) abgeschiedene
Zwischenschicht (4) mit einem Sauerstoffgradienten abgeschieden
wird, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht
(3) hin zunimmt.
27. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß das FeB im Verhältnis zu allen Eisenboriden mit einem An
teil kleiner 20%, bevorzugt kleiner 10% und besonders bevor
zugt kleiner 1% gebildet wird.
28. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Bildung von Fe2B im Bereich der zu beschichtenden
Oberfläche (2) des Formwerkzeuges (1) der Anteil von Bor in der
abscheidenden Gasphase innerhalb von 5 s um wenigstens 20% er
höht wird.
29. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Bildung von Fe2B im Bereich der zu beschichtenden
Oberfläche (2) des Formwerkzeuges (1) zumindest die oberflä
chennahe Temperatur des Formwerkzeuges (1) abgesenkt wird.
30. Formwerkzeug mit einer an einer freiliegenden und zu be
schichtenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht aus einem
Trockenschmiermittel,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) zumindest im Einsatzfalle Bor
säure (B2O3) als Trockenschmiermittel aufweist, daß unterhalb
der Schmierstoffschicht (5) eine Haftvermittlerschicht (3) an
geordnet ist, daß die Haftvermittlerschicht (3) Bor und/oder
Kohlenstoff und/oder Stickstoff aufweist und daß die Schmier
stoffschicht (5) aus einer Gasphase aufgetragen ist.
31. Formwerkzeug nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) zumindest oberflächennah minde
stens 5%, bevorzugt 10% und besonders bevorzugt 30% Borsäure
(H3BO3) aufweist.
32. Formwerkzeug nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftvermittlerschicht (3) boriert und/oder carbonisiert
und/oder nitriert und/oder carbonitriert ist.
33. Formwerkzeug nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Schmierstoffschicht (5) und der Haftvermitt
lerschicht (3) eine Zwischenschicht (4) angeordnet ist.
34. Formwerkzeug nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenschicht (4) Bor und Sauerstoff aufweist.
35. Formwerkzeug nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenschicht (4) einen Sauerstoffgradienten auf
weist, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittler
schicht (3) größer wird.
36. Formwerkzeug nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenschicht (4) Bor, B6O und B2O3 aufweist.
37. Formwerkzeug nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenschicht (4) beginnend von der Haftvermittler
schicht (3) zuerst Bor nachfolgend B6O und darauf nachfolgend
B2O3 aufweist, wobei das B2O3 in direktem Kontakt zu der
Schmierstoffschicht (5) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
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DE1998122935 DE19822935C2 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Formwerkzeuges, insbesondereeines Umformwerkzeuges wie Tiefziehpressen und dgl. sowie Formwerkzeug mit auf seiner freiliegenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht |
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---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002026458A1 (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-04 | Rosmar Australia Pty Ltd | Mould release composition |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9068260B2 (en) | 2012-03-14 | 2015-06-30 | Andritz Iggesund Tools Inc. | Knife for wood processing and methods for plating and surface treating a knife for wood processing |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997040205A1 (en) * | 1996-04-24 | 1997-10-30 | Arch Development Corporation | Lubricated boride surfaces |
DE29615040U1 (de) * | 1996-08-29 | 1998-01-02 | PVD Beschichtungsservice GmbH, 58511 Lüdenscheid | Formwerkzeug mit Beschichtung |
-
1998
- 1998-05-22 DE DE1998122935 patent/DE19822935C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997040205A1 (en) * | 1996-04-24 | 1997-10-30 | Arch Development Corporation | Lubricated boride surfaces |
DE29615040U1 (de) * | 1996-08-29 | 1998-01-02 | PVD Beschichtungsservice GmbH, 58511 Lüdenscheid | Formwerkzeug mit Beschichtung |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
Appl. Phys. Lett. (1996), 1637-39 [in] CA 124:238346 * |
Lubr. Eng. (1991), 179-84 [in] CA 115:32288 * |
Surf. Coat. Technol. (1990), 588-96 * |
Surf. Coat. Technol. (1995), 443-49 * |
Surf. Coat. Technol. (1996), 507-10 [in] CA 126:121286 * |
Wear (1997), 236-39 [in] CA 127:38336 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002026458A1 (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-04 | Rosmar Australia Pty Ltd | Mould release composition |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19822935C2 (de) | 2001-11-29 |
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