DE3234931A1

DE3234931A1 - Ueberzugsmasse und beschichtungsverfahren

Info

Publication number: DE3234931A1
Application number: DE19823234931
Authority: DE
Inventors: Richard C. 48174 Romulus Mich. Bergeron; James D. 48063 Rochester Mich. Flasck; John E. 48230 Grosse Ponte Park Mich. Keem; Stanford R. 48013 Bloomfield Hills Mich. Ovshinsky; John E. 48214 Detroit Mich. Tyler
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc 48084 Troy Mich; Energy Conversion Devices Inc
Current assignee: Ovonic Synthetic Materials Co Inc
Priority date: 1981-09-23
Filing date: 1982-09-21
Publication date: 1983-04-14
Also published as: IL66850A; IT8223386A0; FR2513270B1; NL8203676A; EP0075316B1; GB2106145B; SE8205408D0; GB2106145A; MX7730E; US4645715A; AU8854882A; DE3276663D1; SE8205408L; IL66850A0; EP0075316A1; FR2513270A1; ATA352782A; AT380700B; AU554557B2; CA1213245A

Description

Überzugsmasse und Beschichtungsverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf überzüge, insbesondere auf Oberflächen, die Reibung oder Verschleiß ausgesetzt sind, und für Werkzeuge, die zum Schneiden, Formen und Schleifen eingesetzt werden.

Bisher werden bei der Herstellung von Werkzeugen verschiedene Härte-, Schmierfähigkeits- und Verschleißeigenschaften durch Einstellung bestimmter Parameter erzielt. Z. B. können Werkzeuge zum Bearbeiten und Formen ungehärteter Stähle aus Stahl hergestellt werden, der ausreichend Kohlenstoff enthält, so daß sehr harter Martensit entsteht. Bei komplexeren Zusammensetzungen ermöglicht die Änderung des Kohlenstoff- und des Legierungsgehalts die Herstellung von nichtverformbaren Stählen, stoßfesten Stählen, Warmarbeitsstählen oder Schnelldrehstahlen. In einigen dieser Stähle werden Legierungselemente wie Titan, Vanadium, Molybdän, Wolfram und Chrom verwendet. Dies sind Elemente, die eine

hohe Kohlenstoffaffinität haben und harte, verschleißfeste Metallkarbide bilden. In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, ein Werkzeug mit einem Oberflächenüberzug herzustellen, um dadurch die Härte und/oder die Schmierfähigkeit des Werkzeugs zu erhöhen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert werden soll oder wenn es notwendig ist, gehärteten Stahl zu formen und zu bearbeiten. Viele Arten von verschleißfesten Überzügen erfordern jedoch zu ihrer Aufbringung hohe Temperaturen, so daß ihre Verwendung auf vielen Arten von Träger- oder Substratmaterialien nicht möglich ist, da sich unter solchen Temperaturen die Substrateigenschaften stark verändern können. Andere Überzugsarten haften unter Arbeitsbedingungen nicht ausreichend auf dem Substrat.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von verschleißfesten Überzügen, die bei relativ niedrigen Temperaturen aufbringbar sind, so daß eine erhebliche Änderung der Substrateigenschaften vermieden wird. Es besteht ein Bedarf für verschleißfeste Überzüge für Gegenstände wie etwa Werkzeuge, um verbesserte Werkzeugeigenschaften hinsichtlich Härte und Schmierfähigkeit und dementsprechend eine längere Werkzeugstandzeit sowie eine verbesserte Oberflächengüte von damit bearbeiteten Teilen zu erzielen. Solche verschleißfesten Überzüge sollen ferner verbesserte Hafteigenschaften und Bruch- bzw. Reißfestigkeit aufweisen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß Überzüge aus ungeordneten Materialien in sehr guter Verschleißfestigkeit resultieren. Werkzeuge und andere Gegenstände, die einem Verschleiß unterliegen, z. B. infolge

von Kontakt mit anderen Oberflächen, können mit ungeordneten Materialien beschichtet werden, wodurch die Lebensdauer des Werkzeugs oder Gegenstands verlängert wird. Die verschleißfesten Überzüge enthalten ein Übergangselement bzw. -metall oder eine entsprechende Legierung (unter Legierung wird hier verstanden, daß der Überzug mehr als ein Übergangselement enthalten kann) und mindestens ein nichtmetallisches Element. Bor ist ein besonders geeignetes nichtmetallisches Element für den Einsatz nach der Erfindung, und Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff sind Beispiele für weitere geeignete nichtmetallische Elemente.

Allgemein sind geeignete Übergangselemente die Elemente der Gruppen IIIB-VIB, Reihen 4-6, des Periodensystems der Elemente (Scandium, Titan, Molybdän, Hafnium, Tantal und Wolfram). Besonders geeignete Übergangselemente sind Molybdän, Yttrium, Zirkon, Wolfram und deren Legierungen. Es ist zu erwarten, daß weitere Übergangselemente ebenfalls für verschleißfeste Überzüge gemäß der Erfindung brauchbar sind.

Die verschleißfesten Überzüge werden auf der Oberfläche eines Gegenstands, etwa eines Werkzeugs oder eines anderen Substrats, gebildet und bestehen bevorzugt aus einem Überzug, der Bor und ein Übergangselement bzw. eine Legierung von Übergangselementen enthält.

Gemäß der Erfindung beschichtete Werkzeuge, wobei Bor als nichtmetallisches Element verwendet wurde, haben allgemein sehr gute Härte- und Schmierfähigkeitseigenschaften, was in längeren Standzeiten und - je nach dem Anwendungsgebiet - in

verbesserter Oberflächengüte der damit bearbeiteten Teile oder Werkstücke resultiert.

Die ungeordneten verschleißfesten Oberzüge können amorph, polykristallin (ohne weitreichende Ordnung), mikrokristallin oder ein Gemisch jeder Kombination dieser Phasen sein.

Allgemein ist die Zusammensetzung der Überzüge wie folgt:

mit M = das Übergangselement oder die Übergangselement-Legierung,
N = das mindestens eine nichtmetallische Element und

1-x = die relative Menge an Metall bzw. nichtmetallischem Element, die in dem Überzug vorhanden ist, wobei χ kleiner als 1 ist; bevorzugt ist χ kleiner oder gleich ca. 0,5 bei borhaltigen Überzügen.

Gemäß der Erfindung sind also auch nichtstochiometrische und stöchiometrische Überzüge umfaßt. Vorteilhafterweise sind die Überzüge nach der Erfindung ungeordnet, wenn sie gebildet werden. Es wird angenommen, daß ungeordnete verschleißfeste Überzüge bessere Eigenschaften haben als einphasige kristalline überzüge. Ungeordnete Überzüge gehen leichter als einphasige kristalline Überzüge Diffusionsbindungen zwischen der Substratoberfläche und dem Überzug ein, so daß eine bessere Haftfähigkeit erzielbar ist. Ferner haben ungeordnete Materialien keine ausgedehnten Gitterebe-

nen, durch die Risse sich ausbreiten können, und sind ganz allgemein beständig gegen hohe Verformungskräfte, ohne daß ein Bruch bzw. Reißen auftritt. Solche Materialien sind im allgemeinen weniger anfällig für Korrosion als einphasige
kristalline Materialien. Es wird angenommen, daß die vorgenannten Vorteile mit amorphen oder im wesentlichen amorphen Oberzügen vollständig realisierbar sind.

Es können nichtstöchiometrische verschleißfeste überzüge
verwendet werden, bei denen die Überzugszusammensetzung
gezielt zum Erhalt erwünschter Eigenschaften gewählt wird, wobei gleichzeitig die Bildung ausgedehnter Gitterebenen
vermieden wird, die die Haftfähigkeit, die Verschleißfestigkeit oder andere Eigenschaften des Überzugs nachteilig
beeinflussen könnten.

Es kann jedes geeignete Verfahren zur Bildung der Überzüge angewandt werden. Eine Möglichkeit der Herstellung der
überzüge ist die Metallzerstäubung. Dabei resultieren die
durch Metallzerstäubung aufgebrachten Überzüge nach der
Erfindung, die Bor enthalten, in unerwartet günstigen
Eigenschaften einschließlich erhöhter Verschleißfestigkeit und sehr guter Schmierfähigkeit, so daß damit bearbeitete
Teile eine verbesserte Oberflächengüte aufweisen. Da die
Zerstäubung bei relativ niedrigen Substrattemperaturen (im wesentlichen z. B. ca. 200 ⁰C oder weniger) erfolgen kann, können die Überzüge gebildet werden unter gleichzeitiger
Vermeidung von merklichen Änderungen der Eigenschaften des Substratmaterials, wobei eine Oberfläche mit erhöhter
Verschleißfestigkeit und sehr guter Schmierfähigkeit erzielt wird. Infolgedessen eignet sich die Erfindung insbesondere

zum Beschichten von Werkstoffen wie z. B. Werkzeugstahl und Wolframkarbid, da die Bearbeitungstemperatür die Eigenschaften dieser Werkstoffe nicht verschlechtert. Die Zerstäubung bei niedrigen Substrat- oder Trägertemperaturen ermöglicht ferner die Bildung der Überzüge in ungeordnetem Zustand.

Die Überzüge können auf eine Werkzeug- oder Trägeroberfläche aufgebracht werden, ohne daß die Abmessungen des Werkzeugs erheblich geändert werden, da die Dicke des Überzugs relativ gering und außerdem genau kontrolliert sein kann. Nachdem ein beschichtetes oder unbeschichtetes Werkzeug bereits benutzt wurde, kann ein Überzug nach der Erfindung aufgebracht werden, um eine erwünschte Toleranz zu erzielen oder Material zu ersetzen, das von dem Werkzeug abgetragen wurde. Somit ermöglicht die Erfindung den Wiedereinsatz von Werkzeugen, die sonst nicht mehr benutzt werden wurden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verbundüberzug verwendet, wobei eine erste Überzugsschicht oder Haftbeschichtung, die sich hinsichtlich Struktur oder Zusammensetzung von dem verschleißfesten Überzug unterscheidet, auf die Werkzeug- oder Substratoberfläche aufgebracht wird, um die Haftung des vorher erläuterten verschleißfesten Überzugs zu erhöhen, der auf die erste Überzugsschicht aufgebracht wird. Im allgemeinen wird die erste Überzugsschicht aufgedampft und kann aus irgendeinem Werkstoff bestehen, der die Haftung des verschleißfesten Überzugs erhöht und diesen nicht merklich nachteilig beeinflußt. Die erste Überzugsschicht kann stöchiometrisch oder nichtstöchiometrisch und ungeordnet oder geordnet sein. Normalerweise sind geeignete Verbindungen für Haftbeschichtung.en

Oxide, Karbide und Nitride derjenigen Übergangselemente, die ohne weiteres eine Vielzahl von stöchiometrischen Borid-, Oxid-, Carbid- oder Nitridverbindungen (z. B. Titanoxide) bilden oder die einen umfassenden Bereich von nichtstöchioraetrischen Verbindungen mit dem gleichen Gefüge (z. B. Titancarbide innerhalb des Qrdnungszahl-Zusammensetzungsbereichs von Ti_58-50C_32-50) bilden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigens

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Werkzeugs, das gemäß der Erfindung beschichtet ist;

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines weiteren beschichteten Werkzeugs; und

Fig. 3 eine Perspektivansicht eines dritten gemäß der Erfindung beschichteten Werkzeugs.

Die verschleißfesten Überzüge nach der Erfindung sind bevorzugt durch Zerstäuben aufgebracht und sind vorteilhafterweise ungeordnet. Zerstäubungsverfahren sind dem Fachmann bekannt, so daß eine detaillierte Erläuterung und Beschreibung derselben entfallen kann. Geeignete Zerstäubungsverfahren sind z. B. HF-Dioden-, HF-Magnetron- und Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubung. Erwünschtenfalls kann an das Substrat während des Aufbringens des Überzugs durch Zerstäubung eine Gleich- oder HF—Vorspannung angelegt werden. Die Vorspannung kann die Haftung des auf dem Substrat gebildeten Überzugs erhöhen, mechanische Spannungen in dem Überzug vermindern und die Überzugsdichte erhöhen.

Vor dem Aufdampfen ist es ganz allgemein von Wichtigkeit, auf demjenigen Teil der Werkzeug- oder Substratfläche, der mit einem Überzug zu versehen ist, eine atomar saubere Oberfläche bereitzustellen (im vorliegenden Zusammenhang bedeutet "Substrat" denjenigen Teil eines Werkzeugs oder Substrats ohne Überzug oder Überzüge nach der Erfindung). Dies erlaubt die Bildung eines gleichmäßigen Überzugs, der auf der Werkzeugoberfläche haftet. Es sind verschiedene Verfahren bekannt zur Erzielung einer bedampfbaren atomar sauberen Oberfläche, und jedes dieser Verfahren kann angewandt werden. Die folgende Oberflächenvorbereitung dient nur als Beispiel.

Gemäß einem Verfahren zur Erzielung einer atomar reinen Werkzeugoberfläche wird das Werkzeug mit einem Chlorkohlenwasserstoff-Entfettungsmittel entfettet. Dann wird es in Methanol gespült. Anschließend wird es entweder einer Plasma- oder Säureätzung unterzogen. Wenn Plasmaätzung angewandt wird, bedient man sich bevorzugt eines fluorierten Trägergases wie Kohlenstofftetrafluorid. Das Trägergas zersetzt sich unter Bildung von Fluor, wodurch die Werkzeugoberfläche gereinigt wird. Der letzte Schritt zur Bildung einer atomar reinen Oberfläche zum Aufbringen des Überzugs besteht in Sprühätzen in einem Argonplasma.

Nach Herstellung einer atomar reinen Oberfläche auf dem Werkzeug bzw. mindestens auf dem mit einem Überzug zu versehenden Teil des Werkzeugs kann der Überzug aufgebracht werden. Es ist normalerweise erwünscht, einen Werkzeugüberzug herzustellen, dessen Dicke zwischen ca. 1 und 8 um liegt. Selbstverständlich handelt es sich dabei um ein

bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das keine Einschränkung der Erfindung darstellt. Dickere oder dünnere Überzüge können natürlich aufgebracht werden, um optimale Ergebnisse für ein bestimmtes Anwendungsfeld zu erzielen. Werkzeuguberzüge mit größerer Dicke sind jedoch in solchen Fällen nicht besonders erwünscht, in denen genaue Toleranzen einzuhalten sind, da die Geometrie und/oder die Größe des Werkzeugs und der resultierenden Teile eventuell geändert werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Zusammensetzung und des Verfahrens nach der Erfindung wird ein verschleißfester Überzug, der Bor und ein Übergangselement oder eine Legierung aus Übergangselementen enthält, durch Zerstäubung bzw. Aufdampfen gebildet. Im allgemeinen umfassen geeignete Übergangselemente und -legierungen die Elemente der Gruppen IIIB bis VIB, Reihen 4-6 des Periodensystems. Die bevorzugten Überzüge haben folgende Zusammensetzung:

^Mx^B1-x'

mit χ = kleiner oder gleich ca. 0,5, M = das Übergangselement oder die Legierung

der Übergangselemente und B = Bor.

Besonders brauchbare Übergangselemente sind Molybdän, Yttrium, Zirkon, Wolfram und deren Legierungen. Es steht zu erwarten, daß Überzüge aus Bor und einem Übergangselement oder einer Übergangselement-Legierung, die nicht im vorliegenden Sinn "ungeordnet" sind, ebenfalls als verschleißfeste Überzüge verwendbar sind? allerdings wird angenommen, daß

die ungeordneten Überzüge die besseren Eigenschaften aufweisen, was bereits erläutert wurde. Es sind zwar Oberzüge mit Zusammensetzungen außerhalb des vorstehend genannten Bereichs eansetzbar; es wird jedoch angenommen, daß die beste Kombination von Härte und Schmierfähigkeit im allgemeinen mit Überzügen innerhalb des Bereichs, in dem χ kleiner oder gleich ca. 0,5 ist, erzielt wird. Im vorliegenden Zusammenhang umfaßt der Ausdruck "Schmierfähigkeit" drei Aspekte, deren einer ein Maß der Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug ist. Je schmierfähiger ein Überzug ist, desto geringer ist die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück. Ein weiterer Aspekt der Schmierfähigkeit bezieht sich auf die sog. "Randanhäufung". Bei stärker schmierfähigen Überzügen besteht eine geringere Tendenz der Haftung von Werkstückspänen und -teilchen an der Werkzeugoberfläche. Der dritte Aspekt der Schmierfähigkeit betrifft einen Oberflächeneffekt an der Grenzfläche zwischen Werkzeug und Werkstück. Ein Überzug auf der Oberfläche eines Werkzeugs, der am Rand des Werkstücks eine Zone bildet, die sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung vom Werkstück unterscheidet, z. B. durch Diffusion eines Teils des Überzugs in den Werkstückrand, kann die Materialabtragung vom Werkstück mittels des Werkzeugs erleichtern. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine erwünschte Schmierfähigkeit eines Werkzeugs dadurch erreicht, daß das Verhältnis zwischen Metall und Bor, die in dem auf das Werkzeug aufgebrachten Überzug vorhanden sind, kontrolliert wird. Allgemein wird angenommen, daß eine Erhöhung der Bormenge die Schmierfähigkeit steigert. Es sollen zwar keine Grenzen durch Theorien gesetzt werden; eine Erklärung hierfür besteht jedoch darin, daß beim Einsatz des Werkzeugs die

angetroffenen Betriebstemperaturen dazu führen, daß das Bor ein Oxid bildet, das einen niedrigen Reibungskoeffizienten hat.

Wenn aufgedampfte verschleißfeste amorphe Überzüge gemäß der Erfindung erzeugt werden sollen, erfolgt das Aufdampfen im wesentlichen bei Substratoberflächen-Temperaturen von weniger als ca. 200 ⁰C, üblicherweise von ca. 100 ⁰C oder weniger, um die Bildung amorpher Überzüge sicherzustellen. Somit könen die Überzüge nach der Erfindung bei relativ niedrigen Temperaturen hergestellt werden. Im allgemeinen wird auch das Target gekühlt, um eine Verdampfung, ein Schmelzen oder eine andere unerwünschte Zersetzung des Targets zu vermeiden. Infolgedessen wird der Überzug z. B. auf eine Werkzeugoberfläche aufgebracht, ohne daß die physikalischen Eigenschaften des Werkzeugs, z. B. die Abmessungen, die Härte und die Querbruchfestigkeit signifikant geändert werden. Allgemein sollten Substrattemperaturen, Targetzusammensetzungen, Aufdampfgeschwindigkeiten und Gasdrücke, die die Bildung ungeordneter Überzüge verhindern, vermieden werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verbundüberzug auf einer Substratfläche hergestellt und umfaßt einen ersten oder Haftüberzug, dessen Struktur oder Zusammensetzung sich von derjenigen des verschleißfesten Überzugs unterscheidet. Der Haftüberzug wird auf das Substrat aufgebracht und verbessert die Haftung der vorher erläuterten verschleißfesten überzüge. Dabei kann jeder überzug verwendet werden, der die Haftung des verschleißfesten Überzugs verbessert und den verschleißfesten Überzug

nicht merklich nachteilig beeinflußt. Die Dicke des Haftüberzugs ist im wesentlichen größer oder gleich ca. 500 k und kann amorph oder kristallin sein. Ein beispielsweiser Dickenbereich für den Haftüberzug ist 500-1000 8. Normalerweise wird der Haftüberzug aufgedampft, und zwar üblicherweise durch Zerstäubung. Es kann z. B. auch ein chemisches Aufdampfen bei niedriger Temperatur angewandt werden. Dann wird über dem ersten Überzug ein verschleißfester Überzug gebildet. Aufdampfen durch Zerstäubung in einer Sauerstoff oder Stickstoff enthaltenden Atmosphäre mit einem geeigneten Metalltarget ist ein Verfahren, das zur Bildung einer Haftüberzugsschicht, die Sauerstoff oder Stickstoff enthält, angewandt werden kann.

Es ist erwünscht, daß der Haftüberzug ein Element enthält, das eine hohe atomare Beweglichkeit hat {z. B. Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff), und ferner ein Trägerelement enthält (z. B, ein Übergangselement, das eine Vielzahl stöchiometrischer Verbindungen oder einen weiten Bereich nichtstochiometrischer Verbindungen mit der gleichen Struktur bilden kann). Die Kombination von Atomen hoher Beweglichkeit mit einem Übergangselement in der erläuterten Weise ermöglicht die Diffusion von hochbeweglichen Atomen in das Substrat, den verschleißfesten Überzug oder den Haftüberzug, während gleichzeitig der Haftüberzug seine Integrität beibehält.

Ein ganz allgemein geeigneter Haftüberzug besteht aus wenigstens einem nichtmetallischen Werkstoff der Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Bor umfassenden Gruppe sowie mindestens einem Übergangselement, das mit dem mindestens

einen nichtmetallischen Werkstoff ohne weiteres eine Vielzahl stöchiometrischer Verbindungen bildet. Die am meisten bevorzugten Metalle sind Titan und Vanadium. Eisen ist ein Beispiel für ein weiteres Übergangselement, das ohne weiteres eine Vielzahl von Oxiden bildet. Bor allein kann ebenfalls als Haftüberzug eingesetzt werden.

Eine andere Art von Haftüberzug besteht aus Bor, Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff und einem Übergangselement, das einen weiten Bereich von nichtstöchiometrischen Verbindungen mit dem gleichen Gefüge (wie Titancarbid) bildet. Z. B. bilden Kohlenstoff und Titan solche nichtstöchiometrischen Verbindungen im Bereich von Ti (68-50 Atom-%) und C (32-50 Atom-%) unter Aufrechterhaltung eines TiC-Gefüges. Ein weiterer geeigneter Werkstoff ist Kohlenstoff und Stickstoff, der nichtstöchiometrische Verbindungen mit einem TiN-Gefüge im Bereich von Ti (68-45 Atom-%) und N (32-55 Atom-%) bilden kann.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Haft- oder Übergangsüberzug aus Titan und Sauerstoff und wird auf die Werkzeug- bzw. Substratoberfläche bevorzugt durch Aufdampfen aufgebracht. Bevorzugt hat dieser überzug eine Dicke, die größer oder gleich ca. 500 S ist. Der Titan-Sauerstoff-überzug kann z. B. durch Zerstäubung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erzeugt werden und kann amorph oder kristallin sein. Bevorzugt hat bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Überzug folgende Zusammensetzung:

^Ti1-x°x

mit χ = zwischen ca. 0,5 und ca. 0,66,

Der Titan-Sauerstoff-Überzug bildet eine Übergangsschicht für den verschleißfesten Überzug und resultiert in einer besseren Haftung des verschleißfesten Überzugs auf dem Werkzeug. Dieser Haftüberzug ist für verschleißfeste Überzüge aus Bor und Molybdän besonders vorteilhaft. Nichtstöchiometrische Anteile von Titan und Sauerstoff sind gemäß der Erfindung mit umfaßt. Da χ zwischen ca. 0,5 und 0,66 beträgt, umfassen die Verbindungen TiO und TiO₂ und die innerhalb dieses Bereichs liegenden Oxide. Bevorzugte Zusammensetzungen können auch in bezug auf die anderen Übergangselemente errechnet werden, die ohne weiteres eine Vielzahl von Oxiden, Carbiden, Nitriden oder Boriden bilden, wobei der bevorzugte Zusammensetzungsbereich durch das niedrigste und das höchste stöchiometrische Verhältnis für ein bestimmtes Übergangselement und ein nichtmetallisches Element bestimmt ist.

Es ist zu beachten, daß die vorstehend erläuterten Überzüge und Verfahren mit Werkzeugen verwendbar sind, die bereits benutzt wurden und die die erläuterten Überzüge entweder bereits aufweisen oder keine solchen Überzüge haben, z. B. kann, nachdem ein Werkzeug mit einem Überzug gemäß der Erfindung benutzt wurde und entweder verschlissen ist oder außerhalb eines Soll-Toleranzbereichs liegt, die gleiche Art von überzug oder eine andere Überzugsart nach der Erfindung auf das Werkzeug aufgebracht werden, so daß eine verlängerte Lebensdauer des Werkzeugs resultiert. Ferner kann ein Überzug auf Werkzeuge aufgebracht werden, die vorher keinen Überzug nach der Erfindung aufwiesen. So können Werkzeuge, die nicht mehr verwendbar sind, regeneriert oder erneuert werden.

Fig. 1 zeigt ein Formschneidwerkzeug 10 mit einem Überzug gemäß der Erfindung. Das Formschneidwerkzeug 10 hat eine Freifläche 12 und eine Schneidbrust 14. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist die Freifläche 12 derjenige Teil des Werkzeugs, der den zu bearbeitenden Teil des Werkstücks direkt kontaktiert. Die Schneidbrust 14 wird von dem Span oder den Teilchen während des Abhebens von dem Teil oder Werkstück kontaktiert. Im allgemeinen, ist es nicht notwendig, die Schneidbrust eines Werkzeugs zu beschichten, dies kann aber erwünschtenfalls erfolgen.

Fig. 2 zeigt ein einsetzbares Werkzeug 16 mit einer Freifläche 18 und einer Schneidbrust 20. Das einsetzbare Werkzeug 16 ist auf seiner gesamten Oberfläche mit einem aufgedampften Molybdän-Borid-Überzug gemäß der Erfindung versehen.

Fig. 3 zeigt ein Zahnschabrad 22, das aus einer Mehrzahl von radial verlaufenden Zähnen 24 besteht. Das Zahnschabrad 22 ist ein relativ komplex geformtes Werkzeug, für das sich das Verfahren und die Werkzeugüberzüge nach der Erfindung eignen.

Im allgemeinen haben die Überzüge nach der Erfindung eine Knoop-Härte von mehr als ca. 1500, gemessen an einem kristallinen Block von verschleißfestem Überzugsmaterial mit einer Kraft von 1 kg. Da die ungeordneten überzüge relativ dünn sind, ist eine direkte Messung nicht gut durchführbar, und kristallines Material ist relativ einfach in Blockform herzustellen. Es steht zu erwarten, daß das Material in ungeordnetem Zustand noch härter ist. Zusätzlich zu der

relativ großen Härte weisen die Oberzüge nach der Erfindung ferner im allgemeinen sehr gute Schmierfähigkeit auf. Infolgedessen haben Werkzeuge, die gemäß der Erfindung hergestellt werden, eine längere Lebensdauer, und die Verwendung solcher Werkzeuge kann in einer verbesserten Oberflächengüte der damit bearbeiteten Werkstücke oder Teile resultieren.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.

Beispiel

Eine Fläche eines Schnelldrehstahl-Drehmeißels von 7,94 cm wurde HF-diodenbedampft unter Verwendung eines MoB2~Targets, das durch Warmpressen von MoB^-Pulver erhalten wurde. Es wurde ein amorpher Überzug mit einer Dicke von ca. 8,7 um aus Molybdän und Bor gebildet. Bei einem Standard-Werkzeugtest wurde der Freiflächenverschleiß als eine Funktion der Schneidzeit an einem Stück 1045-Stahl mit einem Durchmesser von 10,16 cm gemessen unter Anwendung von Oberflächengeschwindigkeiten von 0,5-1,27 m/s, einer Schnittiefe von 1,52 mm und einem Vorschub von 0,15 mm pro Umdrehung. Wenn der Freiflächenverschleiß 0,25 mm erreicht, wird das Werkzeug als nicht mehr brauchbar angesehen. Der Molybdänüberzug nach der Erfindung resultierte in einer zehnmal längeren Standzeit des Werkzeugs als im Fall eines Schnelldrehstahl-Drehmeißels ohne Überzug.

Beispiel 2

Zwei Reibahlen wurden gemäß der Erfindung beschichtet. Jedes Werkzeug wurde mit einem Haftüberzug aus Titan und Sauerstoff, gefolgt von einem amorphen überzug aus Bor und Molybdän, gemäß dem folgenden Verfahren versehen. Die Reibahlen wurden in Isopropylalkohol gereinigt und dann zerstäubungsgeätzt, so daß eine atomar reine Oberfläche erhalten wurde. Dann wurde durch Zerstäuben eines Titantargets ein Titan-Sauerstoff-Überzug aufgebracht. Das Aufdampfen erfolgte in einer Argongas-Atmosphäre mit 5 % Sauerstoff unter einem Druck von ca. 7 χ 10 Torr. Es wurde eine Target-Leistung von 100 W (ca. 3-4 W je 2,54 cm² Target) HF bei 13,56 MHz verwendet. Während der Zerstäubung wurde das Werkzeug auf einer Temperatur im Bereich zwischen ca. und 100 ⁰C gehalten. Die Zerstäubung wurde fortgesetzt, bis eine Titan-Sauerstoff-Schicht mit einer Dicke von ca. 750 8 gebildet war» Danach wurde auf jedes Werkzeug ein amorpher Überzug aus Molybdän und Bor aufgebracht unter Zerstäubung eines Targets, das durch Warmpressen von Molybdändiborid erhalten wurde. Die Zerstäubungsparameter waren die gleichen wie bei der Bildung des Titan-Sauerstoff-Überzugs, wobei jedoch die Zerstäubungsatmosphäre aus Argongas mit einem Druck von ca. 7 χ 10 Torr bestand.

Die Gesamtüberzugsdicke auf dem einem Werkzeug betrug 0,55 um und auf dem anderen Werkzeug 1,1 um.

Beide Werkzeuge wurden zum Bohren von Löchern eingesetzt. Nachdem jedes Werkzeug 825 Löcher gebohrt hatte, wurden sie nachgeschliffen und zum Bohren weiterer Löcher eingesetzt.

Nachdem jedes Werkzeug weitere 576 Löcher gebohrt hatte, erfolgte ein erneutes Nachschleifen. Mit dem einen Werkzeug wurden dann weitere 726 und mit dem anderen weitere 725 Löcher gebohrt. Die Gesamtanzahl Löcher, die mit jedem Werkzeug gebohrt wurden, repräsentiert eine mehr als 200 % betragende Steigerung im Vergleich zu der Anzahl Löcher, die mit einem unbeschichteten Werkzeug bei zweimaligem Nachschleifen gebohrt werden können.

Beispiel

Eine Wolframkarbid-Reibahle, die zuerst unbeschichtet eingesetzt wurde, wurde nach ihrem Einsatz erneuert durch Aufbringen eines verschleißfesten Überzugs nach der Erfindung. Nach Reinigung und Zerstäubungsätzung wurde auf das Werkzeug entsprechend dem Verfahren nach Beispiel 2 ein Haftüberzug aus Titan und Sauerstoff mit einer Dicke zwischen ca. 500 und 1000 8 aufgebracht. Dann wurde ebenfalls gemäß Beispiel 2 ein amorpher Überzug aus Molybdän und Bor aufgebracht. Die Gesamtüberzugsdicke auf dem Werkzeug ergab eine Steigerung des Außendurchmessers um 2 um.

Das Werkzeug wurde erneut eingesetzt zum Schneiden von Werkstücken, ohne daß eine Abtragung des Außendurchmessers erfolgte, und wurde nachgeschliffen. Ein unbeschichtetes Werkzeug schneidet typischerweise ca. 200 Werkstücke, bevor sein Außendurchmesser durch Verschleiß um 0,002 mm kleiner wird. Nach dem Nachschleifen bearbeitete das beschichtete Werkzeug weitere 100 Werkstücke, bevor sein Außendurchmesser aufgrund von Verschleiß um 0,002 mm abnahm.

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Überzüge, die aus anderen als den vorgenannten Werkstoffen bestehen, können unter Anwendung ähnlicher Verfahren und ggf.unter geeigneter Wahl des Targetwerkstoffs und des Reaktionsgases für die Zerstuaubungsatmosphare hergestellt werden. Auch kann eine Vielzahl von Targets unterschiedlicher Elemente oder Zusammensetzungen eingesetzt werden. Die vorstehenden Beispiele zeigen zwar die Erzeugung der ungeordneten Oberzugsmaterialien durch Zerstäubungs- bzw. Aufdampfverfahren, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist jedes Verfahren anwendbar, mit dem ein Überzug mit dem erwünschten Ordnungsgrad (amorph, polykristallin, mikrokristallin oder irgendeine Kombination dieser Phasen) herstellbar ist. Unter "amorph" wird ein Material mit weitreichender Unordnung verstanden, obwohl es sich um ein solches mit Nahordnung oder Zwischenbereichs-Ordnung handeln und das Material sogar einige kristalline Einschlüsse aufweisen kann.

Selbstverständlich sind die Überzüge nach der Erfindung nicht auf die Anwendung bei Werkzeugen beschränkt. Die Erfindung ist für Oberflächen geeignet, die einer Reibung oder einem Verschleiß unterliegen, wobei es sich natürlich u. a. auch um Lager, Maschinenteile, Armaturen und andere Vorrichtungen handeln kann, bei denen Reibung oder Verschleiß auftritt.

In Fig. 4 und 5 sind Teilschnitte von den in Fig. 2 und 3 in Aufsicht gezeigten Werkzeugen dargestellt.

Dabei ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß die äußere Oberfläche des aus Wolframcarbid bestehenden Werkzeugs 16 sowohl an der Freifläche 18 als auch an der Schneidbrust 20 mit einem Überzug versehen ist, der amorphes Molybdäncarbid in einer Schichtdicke von 5 um aufweist.

Bei dem Werkzeug nach Fig. 5 sind die Oberflächen der Zahnschabräder 22 jedenfalls im Bereich der Zähne 24 zuerst mit einer Haftbeschichtung 28 bzw, mit einem die Haftung verbessernden überzug als Zwischenschicht versehen, der eine Schichtdicke von etwa 800 X aufweist und aus Ti_Q 4 O₀ g (als Verbindung von TiO und TiO₂) enthält. Auf die Haftbeschichtung 28 ist der Überzug 26 aus amorphem Molybdäncarbid aufgetragen.

-in-

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Claims

■» ■* · *t - Patentansprüche

1./Verschleißfester Überzug für ein Substrat, gekennzeichnet durch ein ungeordnetes Material, enthaltend mindestens ein Über_ gangselement und mindestens ein nichtmetallisches Element.

2. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen amorph ist.

3. überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen mikrokristallin ist.

4. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen polykristallin ohne weitreichende Zusanonensetzungsordnung ist.

_ 2 —

5. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material ein Gemisch aus mindestens zwei Phasenarten, umfassend die amorphe, die mikrokristalline und die polykristalline Phase, ist.

6. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Übergangselement Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Hafnium, Tantal oder Wolfram ist.

7. Überzug nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine nichtmetallische Element Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist.

8. Überzug nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Übergangselement Molybdän und das mindestens eine nichtmetallische Element Bor ist, wobei der Überzug die Zusammensetzung Μο_χΒ·,__χ hat, mit χ kleiner oder gleich ca. 0,5.

9. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Zerstäubung gebildet ist.

10. Verschleißfester Verbundüberzug für ein Substrat, gekennzeichnet durch

a) einen verschleißfesten Überzug aus einem ungeordneten

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Material, enthaltend mindestens ein Übergangselement und mindestens ein nichtmetallisches Element? und b) einen von dem verschleißfesten Überzug verschiedenen Haftüberzug, der die Haftung des verschleißfesten Überzugs auf dem Substrat verbessert.

11. Verbundüberzug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen amorph ist.

12. Verbundüberzug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen mikrokristallin ist.

13. Verbundüberzug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen polykristallin ohne weitreichende Zusammensetzungsordnung ist.

14. Verbundüberzug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material ein Gemisch aus mindestens zwei Phasenarten, umfassend die amorphe, die mikrokristalline und die polykristalline Phase, ist.

15. Verbundüberzug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug aus mindestens einem nichtmetallischen Element, das Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist, und mindestens einem Übergangselement, das mit dem

mindestens einen nichtmetallischen Element ohne weiteres eine Vielzahl von stochiometrischen Verbindungen bildet, besteht.

16. Verbundüberzug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Obergangselement des Haftüberzugs Titan, Vanadium oder Eisen ist.

17. Verbundüberzug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische Element Sauerstoff und das Übergangselement Titan ist.

18. Verbundüberzug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Haftüberzugs Ti_1- ο ist,

I a X

wobei χ zwischen ca. 0,5 und ca. 0,66 liegt.

19. Verbundüberzug nach einem der Ansprüche 15, 16, 17 oder 18,

dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Überzug Bor und ein Übergangselement, das Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Hafnium, Tantal oder Wolfram ist, umfaßt.

20. Verbundüberzug nach einem der Ansprüche 15, 16, 17 oder

dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Überzug Bor und Molybdän mit der Zusammensetzung Mo B, aufweist, wobei χ kleiner

X 1 ™" X

oder gleich ca. 0,5 ist.

21. Verbundüberzug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug mindestens ein nichtmetallisches Element, das Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist, und mindestens ein Übergangselement umfaßt, das einen weiten Bereich nichtstöchiometrischer Verbindungen gleicher Struktur mit dem mindestens einen nichtmetallischen Element bildet.

22. Verbundüberzug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug Titan und Kohlenstoff umfaßt.

23. Verbundüberzug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug Titan und Stickstoff umfaßt.

24. Verbundüberzug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide überzüge durch Zerstäubung gebildet sind.

25. Verbundüberzug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Haftüberzugs größer als oder gleich ca. 500 8 ist.

26. überzug,
gekennzeichnet durch einen verschleißfesten Überzug aus Bor und mindestens einem Übergangselement.

27. Überzug nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Übergangselement aus den Gruppen IIIB-VIB, Reihen 4-6 des Periodensystems der Elemente ausgewählt ist.

28. Überzug nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Überzug ein ungeordnetes Material ist.

29. Überzug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen amorph ist.

30. Überzug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen mikrokristallin ist.

31. Überzug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen polykristallin ohne weitreichende Zusammensetzungsordnung ist.

32. Überzug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material ein Gemisch aus mindestens zwei Phasenarten, umfassend die amorphe, die mikrokristalline und die polykristalline Phase, ist.

-T-

33. Überzug nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Bor und einem Metall auf einem Substrat durch Zerstäubung gebildet ist.

34. Überzug nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß HF-Diodenzerstäubung, HF-Magnetronzerstäubung oder Gleichstrom-Magnetronzerstäubung angewandt wird.

35. Überzug nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zerstäubung an das Substrat eine Vorspannung angelegt wird.

36. Überzug nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Überzug die Zusammensetzung

^Mx^B1-x ^au£^wei^st/ wobei x weniger als ca. 0,5, M das mindestens eine Übergangselement, und zwar Molybdän, Yttrium, Zirkon oder Wolfram, und B Bor ist.

37. Überzug nach einem der Ansprüche 26, 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug MoB₂ ist.

38. Überzug nach einem der Ansprüche 26, 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug Mo B₁ „ ist, wobei χ kleiner oder gleich ca. 0,5 ist.

39. Überzug nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung bei weniger als ca. 200 ⁰C erfolgt und der verschleißfeste Überzug im wesentlichen amorph ist.

40. Überzug nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch einen von dem verschleißfesten Überzug verschiedenen Haftüberzug, der die Haftung des verschleißfesten Überzugs verbessert.

41. Überzug nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug aus mindestens einem nichtmetallischen Element, nämlich Bor, Kohlenstoff, Sauerstoff oder Stickstoff, und mindestens einem Übergangselement, das ohne weiteres eine Vielzahl von stochiometrischen Verbindungen mit dem mindestens einen nichtmetallischen Element bildet, besteht.

42. Überzug nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine in dem Haftüberzug vorhandene Übergangselement Titan, Vanadium oder Eisen ist.

43. Überzug nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Haftüberzugs Ti, ο ist, mit χ = ca. 0,5 bis ca. 0,66.

44. Werkzeug,
gekennzeichnet durch

a) einen Substrat- oder Trägerteil; und

b) einen verschleißfesten Überzug aus einem ungeordneten Material, der mindestens einen Abschnitt des Substrats überdeckt und mindestens ein nichtmetallisches Element und mindestens ein Übergangselement umfaßt.

45. Werkzeug nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen amorph ist.

46. Werkzeug nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen mikrokristallin ist.

47. Werkzeug nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material im wesentlichen polykristallin ohne weitreichende Zusammensetzungsordnung ist.

48. werkzeug nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeordnete Material ein Gemisch aus mindestens zwei Phasenarten, umfassend die amorphe, die mikrokristalline und die polykristalline Phase, ist.

49. Werkzeug nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Übergangselement Scandium, Titan,

.. „ ■. .. .V_- Case

DipL-Ing. Hans-Jürgen Mttller AO

DipL-Chem. Dr. Gerhard 8chupiner Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger

Ludta-Grstm-Str. 38 - O 8M)O München 80

Energy Conversion Devices, Inc. 1675 West Maple Road Troy, Michigan 48084 V.St.A.

Überzugsmasse und Beschichtungsverfahren

-X;

Vanadium, Chrom, Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Hafnium, Tantal oder Wolfram ist.

50. Werkzeug nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine nichtmetallische Element Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist.

51. Werkzeug nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste überzug durch Zerstäubung gebildet ist.

52. Werkzeug nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß HF-Dioden-, HF-Magnetron- oder Gleichstrom-Magnetronzerstäubung angewandt wird.

53. Werkzeug nach einem der Ansprüche 44 oder 51, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische Element Bor ist und der verschleißfeste Überzug die Zusammensetzung H b, aufweist, wobei χ kleiner oder gleich ca. 0,5, M das Metall und B Bor ist.

54. Werkzeug nach einem der Ansprüche 44, 45, 46, 47, oder 51,

dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste überzug MoB₂ ist.

55. Werkzeug nach einem der Ansprüche 44, 45, 46, 47, oder 51,

dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste überzug Mo Bi „ ist, wobei χ

X I ""X '

kleiner oder gleich ca. 0,5 ist.

56. Werkzeug nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrattemperatur während der Zerstäubung niedriger als ca. 200 °C ist.

57. Werkzeug nach Anspruch 44, gekennzeichnet durch einen von dem verschleißfesten Überzug verschiedenen Haftüberzug zwischen dem Substrat und dem verschleißfesten Überzug, wodurch die Haftung des verschleißfesten Überzugs auf dem Substrat verbessert wird.

58. Werkzeug nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug aus mindestens einem nichtmetallischen Element, das Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist, und mindestens einem Übergangselement besteht, das ohne weiteres eine Vielzahl stochioraetrischer Verbindungen mit dem mindestens einen nichtmetallischen Element bildet.

59. Werkzeug nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangselement des Haftüberzugs Titan, Vanadium oder Eisen ist.

60. Werkzeug nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet,

daß das Übergangselement des Haftüberzugs Titan ist und der Haftüberzug die Zusammensetzung Ti₁ o„ hat, wobei χ zwischen ca. 0_f5 und ca. 0,66 liegt.

61. Werkzeug nach Anspruch 57,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Haftüberzug mindestens ein nichtmetallisches Element, das Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist, und mindestens ein Übergangselement aufweist,.das einen weiten Bereich nichtstöchiometrischer Verbindungen mit dem mindestens einen nichtmetallischen Element der gleichen Struktur bildet.

62. Werkzeug nach Anspruch 57,
dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Überzug durch Zerstäubung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre gebildet wird.

63. Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer eines Werkzeugs,

dadurch gekennzeichnet, daß über mindestens einem Teil der Werkzeugoberfläche ein ungeordneter verschleißfester Überzug aus mindestens einem nichtmetallischen Element und mindestens einem Übergangselement gebildet wird.

64. Verfahren nach Anspruch 63,
dadurch gekennzeichnet,

daß das mindestens eine nichtmetallische Element Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist.

65. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Übergangselement Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Niob, Hafnium, Tantal, Molybdän, Zirkon, Wolfram oder Yttrium ist.

66. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Überzugs größer oder gleich ca. 1 um

67. Verfahren nach einem der Ansprüche 63 öder 66, dadurch gekennzeichnet,

daß der Überzug MoB^_x ist, wobei χ kleiner oder gleich ca. 0,5, M das Metall und B Bor ist.

68. Verfahren nach einem der Ansprüche 63 oder 66, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug MoB„ ist.

69. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug Molybdän und Bor ist.

70. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug über mindestens einen Teil der Werkzeugoberfläche kontinuierlich ist.

71. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet,

/r

daß der Überzug Μο_χΒ·|__χ ist, wobei x kleiner oder gleich ca. 0,5 ist.

72. Nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 63, 66, 69 oder 71 hergestelltes Werkzeug

73. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Überzug durch Zerstäubung gebildet wird.

74. Verfahren nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zerstäubung an das Werkzeug eine Vorspannung angelegt wird.

75. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Werkzeugoberfläche zuerst ein von dem ungeordneten verschleißfesten Überzug verschiedener Haftüberzug aufgebracht wird, der die Haftung des ungeordneten verschleißfesten Überzugs auf dem Substrat verbessert.

76. Verfahren nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug aus mindestens einem nichtmetallischen Element, das Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist, und mindestens einem Übergangselement, das mit dem mindestens einen nichtmetallischen Element ohne weiteres eine Vielzahl stöchiometrischer Verbindungen bildet, besteht.

/U

77. Verfahren nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Übergangselentent des Haftüberzugs Titan, Vanadium oder Eisen ist.

78. Verfahren nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Überzug die Zusammensetzung Ti₁_ O hat,

ι ^X X

wobei χ ca. 0,5 bis ca. 0,66 ist.

79. Verfahren nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug aus mindestens einein nichtmetallischen Element, das Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist, und mindestens einem Übergangselement besteht, das einen weiten Bereich nxchtstochiometrischer Verbindungen mit dem mindestens einen nichtmetallischen Element gleicher Struktur bildet.

80. Verfahren zur Erzielung einer erwünschten Schmierfähigkeit eines Maschinenwerkzeugs, gekennzeichnet durch

a) Bilden eines ungeordneten verschleißfesten Überzugs aus Bor und mindestens einem Übergangselement auf wenigstens einem Teil der Werkzeugoberfläche; und

b) Einstellen des Verhältnisses zwischen dem in dem Überzug vorhandenen Metall und Bor derart, daß zur Erzielung einer erwünschten Schmierfähigkeit ein Soll-Verhältnis MetallrBor erreicht wird.

81. Verfahren nach Anspruch 80,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Überzug aus Bor und Metall durch Zerstäubung gebildet wird, und

daß das Metall-Bor-Verhältnis in dem Überzug durch Verwendung eines Zerstäubungstargets mit einem vorbestimmten Metall-Bor-Verhältnis eingestellt wird.

82. Verfahren nach Anspruch 80,
dadurch gekennzeichnet,

daß das mindestens eine Übergangselement ein Übergangselement einer der Gruppen IIIB-VIB, Reihen 4-6 des Periodensystems der Elemente, ist.

83. Verfahren nach Anspruch 80/
dadurch gekennzeichnet,

daß das mindestens eine Übergangselement Molybdän, Wolfram, Yttrium oder Zirkon ist.

84. Verfahren zum Regenerieren von benutzten Werkzeugen, bei denen mindestens eine Oberfläche oder ein Teil außerhalb einer Soll-Toleranz liegt,
gekennzeichnet durch Aufbringen eines ungeordneten verschleißfesten Überzugs aus mindestens einem nichtmetallischen Element und mindestens einem Übergangselement auf mindestens einen Teil des Werkzeugs, wobei der Überzug bis zu einer Dicke aufgebracht wird, die zur Erzielung der Soll-Toleranz ausreicht.

85. Verfahren nach Anspruch 84,
dadurch gekennzeichnet,

-IB

daß das mindestens eine Übergangselement aus einer der Gruppen IIIB-VIB, Reihen 4-6, des Periodensystems der Elemente ausgewählt ist.

86. Verfahren nach Anspruch 84,
dadurch gekennzeichnet,

87. Verfahren nach Anspruch 84, · dadurch gekennzeichnet,

daß zuerst ein Haftüberzug auf mindestens denjenigen Teil des Werkzeugs aufgebracht wird, auf den anschließend der verschleißfeste Überzug aufzubringen ist.

88. Verfahren zur Verbesserung der Haftfähigkeit eines ungeordneten verschleißfesten Überzugs auf einem Substrat, wobei der verschleißfeste Überzug aus mindestens einem nichtmetallischen Element und mindestens einem Übergangselement besteht,

dadurch gekennzeichnet, daß auf die Substratoberfläche zwischen diese und den verschleißfesten Überzug zuerst ein von letzterem verschiedener Haftüberzug aufgebracht wird, der aus mindestens einem nichtmetallischen Element, das Bor, Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff ist, und mindestens einem Übergangselement, das eines der Übergangselemente ist, die mit dem mindestens einen nichtmetallischen Element ohne weiteres eine Vielzahl stöchiometrischer Verbindungen bilden, oder eines der Ubergangselemente ist, die einen weiten Bereich nichtstöchiometrischer Verbindungen mit dem mindestens einen nichtmetallischen Element gleicher Struktur bilden, besteht.

89. Verfahren nach Anspruch 88, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug Sauerstoff und ein Übergangselement ist, das ohne weiteres eine Vielzahl von Oxiden bildet.

90. Verfahren nach Anspruch 88, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug die Zusammensetzung Ti₁ ο hat, wobei χ ca. 0,5 bis ca. 0,66 ist.

91. Verfahren nach Anspruch 88, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftüberzug durch Zerstäubung gebildet wird.

92. Verfahren zum Herstellen eines verschleißfesten Überzugs auf einem Substrat, gekennzeichnet durch

a) Zerstäubungs-Aufdampfen eines ungeordneten verschleißfesten Werkstoffs auf das Substrat, wobei der Werkstoff mindestens ein Übergangselement und mindestens ein nichtmetallisches Element enthält.

93. Verfahren nach Anspruch 92, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine nichtmetallische Element Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff ist.

94. Verfahren nach Anspruch 92, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Übergangselement Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Yttrium, Zirkon, Niob, Molybdän, Hafnium, Tantal oder Wolfram ist.

-2θ

95. Verfahren nach Anspruch 92, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Substratoberfläche während der Zerstäubung niedriger als ca. 200 ⁰C ist.

96. Verfahren nach Anspruch 92, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der verschleißfesten Zusammensetzung ein Haftüberzug aufgebracht wird.