EP3129519A1 - Tribological system with reduced counter body wear - Google Patents

Tribological system with reduced counter body wear

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Publication number
EP3129519A1
EP3129519A1 EP15716018.5A EP15716018A EP3129519A1 EP 3129519 A1 EP3129519 A1 EP 3129519A1 EP 15716018 A EP15716018 A EP 15716018A EP 3129519 A1 EP3129519 A1 EP 3129519A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
layer
layers
tribological
outermost layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15716018.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Juergen Ramm
Florian Seibert
Benno Widrig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Original Assignee
Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon filed Critical Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Publication of EP3129519A1 publication Critical patent/EP3129519A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
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    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
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    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
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    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications

Definitions

  • the present invention relates to a tribological system with significantly improved tribological behavior and reduced Jacobissoneiss according to claim 1.
  • tribological body or simply as “body”
  • body the one partner of the tribological system
  • body the one partner of the tribological system
  • this coating one pursues different goals, above all, it is intended to reduce the wear of the body, for example with a cutting tool. This is especially true for tooling applications, but is also important for components.
  • Coatings of tools and components are often made by Physical Vapor Deposition (PVD) or Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) technology.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • PECVD Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • the prior art includes coating methods such as sputtering, cathodic Funkenen evaporation and plasma-assisted CVD or combinations of these methods.
  • the method of cathodic sputtering is mainly used in the field of tool coating in cutting, punching and forming tools. It is also used to a limited extent for component coating, for example, for coating piston rings with chromium nitride (CrN). This coating process is robust and reliable and allows you to synthesize a wide range of coating materials.
  • CrN chromium nitride
  • the disadvantage of this method are splashes that occur during the evaporation process of the cathode material and are partially incorporated into the coatings as so-called droplets. This increases their surface roughness and makes it necessary for these layers to be post-treated for applications where low coefficients of friction are necessary.
  • the usual layer thickness is between 30 ⁇ m and 50 ⁇ m. About 3 to 5um are removed by the post-treatment, so that the necessary for the layer surface Surface roughness is achieved.
  • the layer material is usually chosen to be harder in its mechanical properties than the counter-body material, there is a risk that counter-body material is transferred to the layer material or lubricated in deficient lubrication.
  • the vibration s-rubbing-wear test (SRV test, English, "reciprocating wear test") was developed. On the basis of this test, the problem of lubricating will now be clarified and the inventive results will be explained. All measurements in the SRV test were made with the same parameters regarding frequency, glide path, test force and test temperature, i. that all test results are comparable.
  • bodies were coated with different materials by the method of reactive cathodic sparks evaporation.
  • a body polished discs (022mm x 5.6mm) made of steel (90MnCrV8, 1.2842) were used, the one Rockwell hardness> 62HRC and possessed a surface roughness Ra ⁇ 0.05pm.
  • Polished steel balls made of 100Cr6 hardened steel, 60 - 68 HRC, 0 10mm were used as counterparts.
  • the mechanical properties of the layer materials to be compared were determined by the nanoindentation method and are summarized in Table 1.
  • Figure 2 shows the photographs taken with the light microscope after the SRV test, which characterize the wear marks on the layers (a-c) and the associated wear on the counter-bodies (d-f).
  • the top line of the table illustrates the wear of the layers in the rubbing track.
  • CrN (a) also detected by an EDX analysis
  • the wear of the counter body is shown in the bottom line of Figure 2.
  • the diameter of the wear cap, the part of the uncoated counter body that was abraded in the SRV test, is the largest in the case of the CrN coated body (d).
  • MoN For MoN (e) one finds the least wear. In this case, there is a partial transfer from the Mo-containing layer material to the counter body (darkening of the wear cap). MoCuN (f) takes a mean position with respect to wear, but also shows the Mo and Cu containing carry on the counter body. This greasing of the counter body seems to be a major reason why there is no transfer of material to the layer.
  • the MoN layers do not cause greasing of the counter-body material on the layer even though the layers were not post-treated and no lubricant was used.
  • the reason for this is that the counter body is at least partially lubricated by a Mo-containing layer. If one compares with the CrN, one can conclude that the lubrication of the counter body for its wear reduction of greater importance than an adaptation to its hardness.
  • An adaptation of the layer hardness is used, for example, in the case of CrN, by reducing it for steel counter-bodies, which can be achieved by changing the coating parameters.
  • the lower layer hardness leads to less wear of the counter body in lack lubrication, of course, on the other hand, the risk of higher Schichtversch leisses.
  • the curve (2) shows the course for dry conditions, for the coated body with aftertreatment and the uncoated polished counter-body.
  • the coefficient of friction at the end of the test is between 0.5 and 0.6 across much of the curve, so it is not very different from the one obtained without post-treatment of the layer (see Figure 1).
  • the course of the coefficient of friction was recorded, which for dry conditions, coated body and coated counter-body, but on both sides not after treated layer resulted (3). Surprisingly, this curve usually runs below (2) and ends well below this curve.
  • the MoN-based layers also wear the counter body under these conditions, there is no material transfer from the counter body to the layer. The reason for this is that the MoN-based layers smear the counterbody with a Mo-containing layer,
  • the described problem is solved by a coating not only of the body, but in addition of the counter body, wherein the coatings of the body and the counter body have substantially the same material related layers on their surface.
  • the layers are selected in such a way that the essentially related coatings of body and counter-body smooth themselves with the addition of a lubricant, without the need for aftertreatment even for one of the layers.
  • Material-related layers in the context of the present invention are layers that have an elemental composition that is not necessarily the same but that is at least 80 atomic percent.
  • a first layer or a first coating and a second layer or coating are material related layers or related coatings if the elemental composition of the first layer or coating matches the elemental composition of the second layer or coating at least 60 atomic percent.
  • Another condition for solving the problem is the property of the layer material to lubricate the counter body at least partially.
  • Another condition for solving the problem is the property of the layer material that the existing in the layer or its surface splashes (also called Droplets) are not intimately connected to the layer, ie can be easily removed, demonstrable by about a post-treatment and determination of the Surface finish, wherein after the post-treatment Rpk and Rpkx are smaller than Rvk and Rvkx.
  • the solution is based on a coating containing Mo or MoN consisting of a MoN-based layer material that may contain additional dopants of other elements.
  • the coating of body and counter-body is carried out by means of a PVD method or a PECVD method or a combination of these methods.
  • the preferred method for the coating is reactive cathodic sputtering.
  • the process is well known to those skilled in the art and has been used for industrial scale coatings for many years.
  • the dopants can also be introduced via a further target from the doping material or else into the coating for the addition of gases.
  • the gas is supplied to the spark discharge or another gas discharge via a controllable gas inlet and correspondingly decomposed or excited wholly or partly in the plasma of the spark discharge or another auxiliary plasma.
  • MoN or MoCuN ie MoN layers with Cu doping
  • Characteristic of layers that are produced by means of spark evaporation the roughness of the layer surface, which is mainly due to macroparticles ⁇ or splashes), which arise in the sparks evaporation, but which can also occur in an evaporation by sputtering, for example.
  • the increase in roughness in / on the layer by these spatters is striking, especially in cathodic sputtering.
  • a post-treatment for example, by polishing or
  • this increase in roughness can be different, as shown by the values in the figure for a MoN (black) and a MoCuN (gray) layer.
  • two layers are compared, which have approximately the same layer thickness of 2 pm.
  • the layer roughness in the spark coating not only depends on the coating material but also increases with the layer thickness, since the number of splashes striking the substrate surface accumulate. Aftertreatment of the layers should therefore either remove the splashes from the layer surface or they should be smoothed easily.
  • the MoN-based layers can be easily post-treated and there is a significant reduction in the characteristic of the peak roughness Rpk and Rpkx.
  • the present invention is an excellent solution for improving the tribological behavior and reducing the wear of:
  • Sharing pumps such as push pins, plungers, pistons
  • Tools such as injection molding tools, forming and punching tools, thread cutting tools, cutting tools
  • Parts of machine tools such as clamping systems, fittings, guide rails
  • Parts of internal combustion engines and their propulsion systems such as cylinders, pistons, piston pins, plungers, key plungers, pestles, flat plungers, mushroom plungers, roller plungers, pistons, piston rings, piston pump, connecting rod, connecting rod bearings, radial shaft seals, bearings, bushes, crankshaft shafts, crankshaft bearings, camshafts, camshaft bearings, Gear drive, crank rod, oil pump, water pump injection system, rocker arm, rocker arm, tow lift], body, turbocharger parts, vanes, bolts, valve timing, valvetrain, intake and exhaust valves, bearings of coolant pumps, parts of injection pumps
  • Figure 1 Time course of the friction coefficients under the SRV test conditions A1 / B1 / C2 for the coatings of the body with CrN (1), MoN (2) and MoCuN (3).
  • Figure 5 Time course of the coefficients of friction in the case of MoN coatings for the test conditions A2 / B1 / C1 (1), A1 / B1 / C1 (2) and A1 / B2 / C2.
  • Figure 8 Photomicrographs of the wear track on the CrN (a), MoN (b) and MoCuN (c) layer (top line) with the corresponding wear of the same layer coated counter body (df, bottom line) for the test conditions A1 / B2 / C2.
  • Figure 10 Time course of the friction coefficients under the SRV test conditions A2 / B2 / C2 for the coatings of the body with CrN (1), MoN (2) and MoCuN (3).
  • Figure 11 Photomicrographs of the wear track on the CrN (a), MoN (b) and MoCuN (c) layer (upper line) with the corresponding wear of the uncoated counter body (df, bottom line) for the test conditions A2 / B2 / C2.
  • the invention relates to a triboiogical system comprising a body having a first contact surface at least partially coated with a first coating, a counter body having a second contact surface at least partially coated with a second coating and lubricant as an intermediate means, characterized in that the first and the second coating each having a layer as the outermost layer, wherein the composition of the outermost layer of the first coating and the composition of the outermost layer of the second coating are selected, wherein
  • the droplets according to this preferred embodiment of the present invention are not detrimental but, on the contrary, are very advantageous because these droplets contribute to the mutual smoothing without producing layer damage or layer flaking.
  • the inventors observed very good tribological behavior when the droplets were not intimately bonded to the layers.
  • the inventors have further found that in these cases, the roughness values Rpk and Rpkx of the examined exposed layers after mechanical post-treatment or after tribological contact during operation of the tribological system were smaller than the roughness values Rvk and Rvkx.
  • the outermost layer of the first coating and / or the outermost layer of the second coating contains molybdenum. Even more preferably, the outermost layer of the first coating and / or the outermost layer of the second coating contain molybdenum nitride.
  • the inventors have also found it to be very advantageous that at least one of the molybdenum nitride-containing layers contains a doping element or a combination of doping elements composed of the elements Cu, Cr, Ti, Zr. Si, O, C, Zr, Nb, Ag, Hf, Ta, W, B, Y, Pt, Au, Pd and V.
  • the doping element is Cu or the combination of doping elements contains mostly Cu.
  • the first and / or the second coating has at least one further layer below the outer layer, wherein the lower layer is an oxide layer.
  • the oxide layers are deposited by means of are-evaporation. The exposed layers may then function as sacrificial layers to initiate the saturation of the coated contact surfaces. In this way, the droplets of the oxide layers are gently smoothed or removed without causing the droplets in the oxide layers to damage or flake the coatings.
  • the first and second coatings each have an oxide layer below the outermost layer, wherein the coalescence of the two oxide layers is selected such that the oxide layers are material-related layers, such that the composition of the oxide layer in the first coating coincides with the composition of the oxide layer the second coating is at least 60 atomic percent.
  • At least the outermost layers of the coatings are deposited by means of arc evaporation.
  • at least the droplets present in the outermost layers are "characteristic droplets produced by means of arc vaporization" and the layers have an excellent layer quality with regard to further layer properties.
  • the oxide layers are deposited by means of Are evaporation and therefore have "characteristic Droplets” and excellent layer quality.
  • first and the second coating may also have further lower layers, which may be, for example, one or more support layers, or one or more adhesion layers to increase the adhesion between the coating and the substrate.

Abstract

The invention relates to a tribological system with a substantially improved tribological behavior, said system at least partly covering a body with a first contact surface by means of a first coating and a counter body with a second contact surface by means of a second coating and comprising lubricant as an intermediate agent. The invention is characterized in that the first and the second coating each has a layer as the outermost layer. The composition of the outermost layer of the first coating and the composition of the outermost layer of the second coating are selected such that • both outermost layers lubricate steel surfaces upon being exposed to steel so as to make tribological contact, and • both outermost layers are materially related layers such that the element composition of the first outermost layer and the element composition of the second outermost layer match by at least 60 at.%.

Description

Tribologisches System mit reduziertem Gegenkörperverschleiss  Tribological system with reduced counter body wear
Die vorliegende Erfindung betrifft ein tribologisches System mit erheblich verbessertem tribologischen Verhalten und reduziertem Gegenkörperverschleiss gemäss dem Anspruch 1. The present invention relates to a tribological system with significantly improved tribological behavior and reduced Gegenkörperverschleiss according to claim 1.
Die Optimierung des tribologischen Verhaltens ist ein wesentliches Ziel beim Design von Werkzeugen und Bauteilen, die in Maschinen, Verbrennungsmotoren und Getrieben Verwendung finden. In vielen Fällen wird der eine Partner (im Weiteren als„tribologischer Körper" oder einfach als„Körper" bezeichnet) des tribologischen Systems mit einer Schicht versehen. Mit dieser Beschichtung verfolgt man verschiedene Ziele, Vor allem soll damit der Verschleiss des Körpers, beispielsweise bei einem Schneidwerkzeug, reduziert werden. Das trifft besonders für Werkzeuganwendungen zu, ist aber auch für Bauteile wichtig. Oft soll bei tribologischen Systemen, in welchen zwei Bauteile im tribologischen Kontakt sind, nicht nur der Verschleiss des eines Partners d.h. des Körpers, sondern zusätzlich noch der Verschleiss des anderen Partners im tribologischen Kontakt (im Weiteren als„Gegenkörper" bezeichnet) verringert werden. Bei vielen Bauteileanwendungen, z.B. im. Motorenbereich, soll schliesslich noch der Reibungskoeffizient im tribologischen System reduziert werden, was meist eine Voraussetzung dafür ist, dass der Verschleiss im Tribokontakt (Tribokontakt = tribologischer Kontakt) verringert wird. Die Nutzung von Beschichtungen für solche Anwendungen ist seit Jahrzehnten erprobt und sowohl Werkzeugbeschichtungen wie auch Bauteilebeschichtungen werden grosstechnisch angewendet. The optimization of tribological behavior is an essential goal in the design of tools and components used in machinery, internal combustion engines and transmissions. In many cases, the one partner (hereinafter referred to as "tribological body" or simply as "body") of the tribological system is provided with a layer. With this coating, one pursues different goals, above all, it is intended to reduce the wear of the body, for example with a cutting tool. This is especially true for tooling applications, but is also important for components. Often, in tribological systems in which two components are in tribological contact, not only is the wear of a partner, i. In addition, the wear of the other partner in tribological contact (hereinafter referred to as "counter-body") can be reduced In many component applications, eg in the engine area, the friction coefficient in the tribological system is ultimately reduced, which is usually a prerequisite This is because wear on the tribocontact (tribocontact = tribological contact) is reduced.The use of coatings for such applications has been proven for decades and both tool coatings and component coatings are widely used.
Die Beschichtungen der Werkzeuge und Bauteile wird in vielen Fällen mittels der Physical Vapour Deposition (PVD) oder der Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) Technologie vorgenommen. Zum Stand der Technik gehören Beschichtungsverfahren wie Sputtern, kathodische Fun kenverdampf ung und plasmaunterstütztes CVD bzw. Kombinationen aus diesen Verfahren. Das Verfahren der kathodischen Funkenverdampfung findet vor allem auf dem Gebiet der Werkzeugbeschichtung bei Schneid-, Stanz- und Formwerkzeugen Anwendung. Es wird auch in eingeschränkterem Masse zur Bauteilebeschichtung verwendet, beispielsweise zur Beschichtung von Kolbenringen mit Chrom nitrid (CrN). Dieses beschichtungsverfahren ist robust und zuverlässig und man kann ein breites Spektrum von Schichtmaterialien damit synthetisieren. Der Nachteil dieses Verfahrens sind Spritzer, die beim Verdampfungsprozess des Kathodenmaterials entstehen und teilweise in die Beschichtungen als sogenannte Droplets eingebaut werden. Das erhöht deren Oberflächenrauhigkeit und macht es notwendig, dass diese Schichten für Anwendungen, bei denen niedrige Reibungskoeffizienten notwendig sind, nachbehandelt werden müssen. Bei den Anwendungen von CrN-Schichten auf Kolbenringen beträgt die übliche Schichtdicke zwischen 30 μm und 50 μm. Etwa 3 bis 5um werden durch die Nachbehandlung wieder entfernt, damit für die Schichtoberfläche die notwendige Oberflächenrauhigkeit erreicht wird. Falls man diese Nachbehandlung nicht durchführt, besteht zum einen die Gefahr, dass durch die Spitzenrauhigkeit der CrN-Schicht (charakterisiert durch die Rpk und Rpkx Werte) der Gegenkörper sehr stark verschlissen wird und es zudem zum Ausbruch von Spritzern oder Schichtpartikeln kommen kann, die, weil sie eine grössere Härte als der Gegenkörper haben, diesen durch„Schmirgelwirkung" zusätzlich schneller verschteissen. Die erwähnten Nachbehandlungsschritte zur Glättung der aufgebrachten Schichten sind allerdings Standardprozeduren und seit langem in die Massenproduktion eingeführt. Hier soll auch nicht auf eine spezifische Art der Nachbehandlung eingegangen werden, sondern der Begriff soll alle Arten der Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit umfassen wie beispielsweise polieren, läppen, bürsten, schleifen etc. Coatings of tools and components are often made by Physical Vapor Deposition (PVD) or Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) technology. The prior art includes coating methods such as sputtering, cathodic Funkenen evaporation and plasma-assisted CVD or combinations of these methods. The method of cathodic sputtering is mainly used in the field of tool coating in cutting, punching and forming tools. It is also used to a limited extent for component coating, for example, for coating piston rings with chromium nitride (CrN). This coating process is robust and reliable and allows you to synthesize a wide range of coating materials. The disadvantage of this method are splashes that occur during the evaporation process of the cathode material and are partially incorporated into the coatings as so-called droplets. This increases their surface roughness and makes it necessary for these layers to be post-treated for applications where low coefficients of friction are necessary. In the case of applications of CrN layers on piston rings, the usual layer thickness is between 30 μm and 50 μm. About 3 to 5um are removed by the post-treatment, so that the necessary for the layer surface Surface roughness is achieved. If one does not carry out this aftertreatment, on the one hand there is the danger that the top coarseness of the CrN layer (characterized by the Rpk and Rpkx values) causes the counterpart body to become very worn and, in addition, breakouts of splashes or layer particles can occur. because they have a higher hardness than the counter body, they additionally cause a quicker erosion due to the "emery effect." However, the after-treatment steps mentioned for smoothing the applied layers are standard procedures and long-established in the mass production and should not deal with a specific type of aftertreatment but the term is intended to encompass all types of surface roughness enhancements such as polishing, lapping, brushing, grinding, etc.
Problematik problem
Natürlich wäre es vorteilhaft, auf eine Nachbehandlung verzichten zu können, was aber beim gegenwärtigen Stand der Technik nur für ausgewählte Beschichtungsmethoden und nur einige wenige kohlenstoffbasierende Materialien möglich ist. Mit der Nachbehandlung und Verbesserung der Schichtoberfläche sind allerdings nicht alle Probleme gelöst. In vielen Fällen werden die beschichteten Körper, wie es beispielsweise auch bei den Kolbenringen der Fall ist, gelegentlich kurzzeitig in Mangelschmierung betrieben. Eine wichtige Anforderung an solche tribologischen Systeme ist es deshalb, dass sie auch bei Mangelschmierung nicht vollständig versagen, d.h. dass es weder zu einer Zerstörung der Schicht noch zu einer Zerstörung des Gegenkörpers kommt. Da das Schichtmaterial meist in seinen mechanischen Eigenschaften härter gewählt wird als das Gegenkörpermaterial, besteht die Gefahr, dass Gegenkörpermaterial bei Mangelschmierung auf das Schichtmaterial übertragen oder aufgeschmiert wird. Zur Untersuchung solcher tribologischen Systeme, bei denen das Verhalten von Körper und Gegenkörper untersucht wird, wurde der Schwingung s-Reib-Verschleisstest (SRV Test, engl, "reciprocating wear test") entwickelt. Anhand dieses Tests soll im Folgenden nun die Problematik des Aufschmierens verdeutlicht werden und die erfinderischen Resultate erläutert werden. Alle Messungen im SRV Test wurden mit den gleichen Parametern bezüglich Frequenz, Gleitweg, Prüfkraft und Prüftemperatur durchgeführt, d.h. dass sämtliche Testresultate vergleichbar sind. Of course, it would be advantageous to be able to dispense with a post-treatment, which is possible in the current state of the art only for selected coating methods and only a few carbon-based materials. However, not all problems are solved with the aftertreatment and improvement of the layer surface. In many cases, the coated body, as is the case for example with the piston rings, occasionally operated for a short time in lack of lubrication. An important requirement of such tribological systems is therefore that they do not completely fail even in the case of insufficient lubrication, i. that neither destruction of the layer nor destruction of the counter body occurs. Since the layer material is usually chosen to be harder in its mechanical properties than the counter-body material, there is a risk that counter-body material is transferred to the layer material or lubricated in deficient lubrication. For the investigation of such tribological systems, in which the behavior of body and counter-body is examined, the vibration s-rubbing-wear test (SRV test, English, "reciprocating wear test") was developed. On the basis of this test, the problem of lubricating will now be clarified and the inventive results will be explained. All measurements in the SRV test were made with the same parameters regarding frequency, glide path, test force and test temperature, i. that all test results are comparable.
Für die Tests wurden Körper mittels des Verfahrens der reaktiven kathodischen Funkenverdampfung mit unterschiedlichen Materialien beschichtet. Als Körper wurden polierte Scheiben (022mm x 5.6mm) aus Stahl (90MnCrV8, 1.2842) verwendet, die eine Rockwellhärte >62HRC aufwiesen und eine Oberflächenrauhigkeit Ra≤ 0.05pm besessen. Als Gegenkörper wurden polierte Stahlkugeln aus 100Cr6 benutzt (gehärteter Stahl, 60 - 68 HRC, 0 10mm). Die mechanischen Eigenschaften der zu vergleichenden Schichtmaterialien wurden über das Verfahren der Nanoindentation ermittelt und sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Für den Fachmann ist es verständlich, dass diese Werte durch Änderungen im Beschichtungsprozess ebenfalls verändert werden können und sie werden hier lediglich genannt, um typische Grössenverhältnisse anzudeuten und um die Ergebnisse der SRV-Tests besser verstehen zu können. Die SRV Tests wurden an CrN, Molybdännitrid (MoN) und Molybdän-Kupfer-Nitrid (MoCuN) für unterschiedliche Bedingungen durchgeführt: For the tests, bodies were coated with different materials by the method of reactive cathodic sparks evaporation. As a body polished discs (022mm x 5.6mm) made of steel (90MnCrV8, 1.2842) were used, the one Rockwell hardness> 62HRC and possessed a surface roughness Ra≤ 0.05pm. Polished steel balls made of 100Cr6 (hardened steel, 60 - 68 HRC, 0 10mm) were used as counterparts. The mechanical properties of the layer materials to be compared were determined by the nanoindentation method and are summarized in Table 1. It will be understood by those skilled in the art that these changes may also be made by changes in the coating process, and they are only mentioned herein to indicate typical magnitude relationships and to better understand the results of the SRV tests. The SRV tests were performed on CrN, molybdenum nitride (MoN) and molybdenum-copper-nitride (MoCuN) for different conditions:
A. Trocken [A1] (d.h. ohne Schmiermittel wie öl) oder geschmiert [A2] (in den hier durchgeführten Versuchen immer mit einem Dieselöl als Schmiermittel) A. Dry [A1] (i.e., without lubricant, such as oil) or lubricated [A2] (always use a diesel oil as lubricant in the experiments carried out here)
B. Beschichteter Körper + unbeschichteter Gegenkörper [B1] oder beschichteter Körper + beschichteter Gegenkörper [B2]  B. Coated Body + Uncoated Counter Body [B1] or Coated Body + Coated Counter Body [B2]
C. Mit Nachbehandlung der Beschichtung [C1] oder ohne Nachbehandlung der Beschichtung [C2]  C. With after-treatment of the coating [C1] or without aftertreatment of the coating [C2]
Tabelle 1: Mechanische Eigenschaften der für die SRV Tests verwendeten Schichten Table 1: Mechanical properties of the layers used for the SRV tests
1. SRV-Test: trocken, beschichteter Körper und unbeschichteter Gegenkörper, ohne Nachbehandlung der Schicht 1. SRV test: dry, coated body and uncoated counter body, without post-treatment of the layer
In Abbildung 1 sind die im SRV Test erhaltenen zeitlichen Verläufe des Reibungskoeffizienten für die mit CrN, MoN und MoCuN beschichteten Körper abgebildet, welche im Kontakt mit der polierten Stahlkugel erhalten wurden, ohne ein Schmiermittel zu benutzen und ohne die Schicht nachzubehandeln. Der Reibungskoeffizient von CrN (1) liegt im Bereich zwischen 0.7 und 0.8 und ist damit am grössten unter den untersuchten Schichten. MoCuN (3) zeigt anfangs auch einen Reibungskoeffizienten von 0.7, der aber nach kurzer Zeit auf 0.6 und darunter abfällt. Diese Kurve ist charakterisiert durch hohes Rauschen. MoN (2) beginnt mit dem kleinsten Reibungskoeffizient von 0.5, welcher sich am Ende des Tests dem des MoCuN, der im Bereich zwischen 0.5 und 0.6 liegt, nähert. Im Kurvenverlauf gibt es einige „Ausbrüche", die mit kurzzeitigen Aufschmierungen des Gegenkörpermaterials erklärt werden können. Jedes Mal scheint sich aber diese Aufschmierung wieder zu lösen. Das grössere„Rauschen" in der Kurve des MoCuN, das nach etwa 10 min auftritt, wird dem Umstand zugeschrieben, dass diese Schicht eine höhere Anzahl von vor allem grösseren Spritzern aufweist. Das liegt daran, dass die MoCu-Targets, die als Kathode für die Funkenverdampfung verwendet werden, im Vergleich zu den reinen Mo-Targets üblicherweise eine grössere Neigung zur Spritzergenerierung zeigen. Diese Spritzer finden sich teilweise in der abgeschiedenen Schicht wieder. Figure 1 shows the friction coefficients obtained in the SRV test for the CrN, MoN and MoCuN coated bodies obtained in contact with the polished steel ball without using a lubricant and without post-treatment. The coefficient of friction of CrN (1) lies in the range between 0.7 and 0.8, making it the largest among the investigated layers. MoCuN (3) initially shows a coefficient of friction of 0.7, but after a short time it drops to 0.6 and below. This curve is characterized by high noise. MoN (2) starts with the smallest friction coefficient of 0.5, which at the end of the test approaches that of the MoCuN, which lies in the range between 0.5 and 0.6. As the curve progresses, there are some "breakouts" that can be explained by short-term greasing of the counter-body material, but each time it seems to be Relieve lubrication again. The greater "noise" in the curve of the MoCuN, which occurs after about 10 minutes, is attributed to the fact that this layer has a higher number of, above all, larger splashes, which is due to the fact that the MoCu targets, which serve as the cathode for When compared to the pure Mo targets, the sparks are usually more likely to spatter, and these spatters are partially reflected in the deposited layer.
Die Abbildung 2 zeigt die nach dem SRV Test mit dem Lichtmikroskop angefertigten Aufnahmen, die die Verschleissspuren auf den Schichten (a-c) und den dazugehörigen Verschleiss der Gegenkörper (d-f) charakterisiert. Die obere Zeile der Tabelle illustriert den Verschleiss der Schichten in der Reibspur. Dabei zeigt es sich, dass es beim CrN (a) (auch nachgewiesen durch eine EDX Analyse) zum Aufschmieren des Gegenkörpermaterials (100Cr6) auf die Schichtoberfläche kommt, während ein solches Aufschmieren bei MoN (b) und MoCuN (c) Schichten nicht feststellbar ist. Der Verschleiss des Gegenkörpers wird in der unteren Zeile der Abbildung 2 dargestellt. Der Durchmesser der Verschleisskappe, der Teil des unbeschichteten Gegenkörpers, der im SRV Test abgetragen wurde, ist am grössten im Falle des mit CrN beschichteten Körpers (d). Für MoN (e) findet man den geringsten Verschleiss. In diesem Fall kommt es zu einem teilweisen Übertrag vom Mo-haltigen Schichtmaterial auf den Gegenkörper (dunkles Einfärben der Verschleisskappe). MoCuN (f) nimmt eine mittlere Position bezüglich des Verschleisses ein, zeigt aber auch den Mo- und Cu-haltigen Übertrag auf den Gegenkörper. Dieses Einschmieren des Gegenkörpers scheint ein wesentlicher Grund dafür zu sein, dass es zu keinem Materialübertrag auf die Schicht kommt. Figure 2 shows the photographs taken with the light microscope after the SRV test, which characterize the wear marks on the layers (a-c) and the associated wear on the counter-bodies (d-f). The top line of the table illustrates the wear of the layers in the rubbing track. It turns out that the CrN (a) (also detected by an EDX analysis) comes to smear the counterbody material (100Cr6) on the layer surface, while such smearing MoN (b) and MoCuN (c) layers is not detectable , The wear of the counter body is shown in the bottom line of Figure 2. The diameter of the wear cap, the part of the uncoated counter body that was abraded in the SRV test, is the largest in the case of the CrN coated body (d). For MoN (e) one finds the least wear. In this case, there is a partial transfer from the Mo-containing layer material to the counter body (darkening of the wear cap). MoCuN (f) takes a mean position with respect to wear, but also shows the Mo and Cu containing carry on the counter body. This greasing of the counter body seems to be a major reason why there is no transfer of material to the layer.
Zusammenfassend kann man sagen, dass es, im Gegensatz zu den CrN Beschichtungen, bei den MoN-Schichten zu keinen Aufschmierungen des Gegenkörpermaterials auf der Schicht kommt, obwohl die Schichten nicht nachbehandelt wurden und kein Schmiermittel verwendet wurde. Der Grund dafür ist der, dass der Gegenkörper zumindest teilweise durch eine Mo-haltige Schicht etngeschmiert wird. Vergleicht man mit dem CrN, kann man folgern, dass das Einschmieren des Gegenkörpers für dessen Verschleissreduktion von grösserer Bedeutung ist, als eine Anpassung an dessen Härte. Eine Anpassung der Schichthärte wird beispielsweise im Falle des CrN beschritten, indem diese für Stahlgegenkörper reduziert wird, was sich durch Änderungen der Beschichtungsparameter realisieren lässt. Die geringere Schichthärte führt zu weniger verschleiss des Gegenkörpers bei Mangelschmierung, birgt natürlich andererseits die Gefahr des höheren Schichtversch leisses. In summary, it can be said that unlike the CrN coatings, the MoN layers do not cause greasing of the counter-body material on the layer even though the layers were not post-treated and no lubricant was used. The reason for this is that the counter body is at least partially lubricated by a Mo-containing layer. If one compares with the CrN, one can conclude that the lubrication of the counter body for its wear reduction of greater importance than an adaptation to its hardness. An adaptation of the layer hardness is used, for example, in the case of CrN, by reducing it for steel counter-bodies, which can be achieved by changing the coating parameters. The lower layer hardness leads to less wear of the counter body in lack lubrication, of course, on the other hand, the risk of higher Schichtversch leisses.
Es sei noch angemerkt, dass auch einige kohlenstoffhaltige Schichten unter Opferung eines Teils ihres eigenen Schichtmaterials den Gegenkörper mit graphitischem Kohlenstoff einschmieren können. Bei hohen Flächenpressungen versagen diese Schichtsysteme jedoch, was wohl daran liegt, dass die Einschmierung des Gegenkörpers keine gute Haftung aufweist und zudem das„Opfern" der Schicht bei höheren Temperaturen nicht gesteuert werden kann und zu schnell vor sich geht. Zudem hängt die Zuverlässigkeit dieser Kohlenstoffaufschmierung im geschmierten Kontakt stark vom Schmiermittel ab. It should also be noted that some carbonaceous layers sacrificing part of their own layered material also contain the graphitic carbon counterpart can smear. At high surface pressures, however, these layer systems fail, which is probably due to the fact that the lubrication of the counter body does not have good adhesion and also the "sacrifice" of the layer at higher temperatures can not be controlled and happens too fast.Also depends the reliability of this carbon lubrication in lubricated contact strongly from the lubricant.
Der Vollständigkeit halber und ohne dass dazu hier Ergebnisse im Detail angegeben werden, sei angemerkt, dass auch das Nachbehandeln der Schicht unter diesen trockenen Testbedingungen keine wesentliche Verbesserung bringt, weder für die Reduzierung des Schichtverschleisses noch für die des Gegenkörperverschleisses. Ein Polieren der Schicht etwa entschärft diese Problematik etwas, indem das Einlaufverhalten bei kleineren Reibungskoeffizienten stattfindet, löst sie aber nicht, weil meist schon nach kurzem Reibkontakt das Aufschmieren des Gegenkörpermaterials auf die Schicht wieder beginnt, vor allem dann, wenn das Schichtmaterial den Gegenkörper nicht einschmiert. For the sake of completeness and without the results being specified here in detail, it should be noted that even the aftertreatment of the layer under these dry test conditions brings no significant improvement, neither for the reduction of the layer wear nor for the Gegenkörperverschleisses. A polishing of the layer defuses this problem somewhat, by the run-in behavior with smaller coefficients of friction takes place, but it does not solve, because usually after a brief frictional contact, the greasing of the mating body material begins again on the layer, especially if the layer material does not lubricate the counter body ,
2. SRV-Test: Geschmiert, beschichteter Körper und unbeschichteter Gegenkörper, ohne Nachbehandlung der Schicht 2. SRV test: smeared, coated body and uncoated counter body, without post-treatment of the layer
In weiteren Versuchen wurden für den obigen Fall geschmierte Bedingungen untersucht. Die Tests wurden mit beschichtetem Körper ohne Nachbehandlung und unbeschichtetem polierten Gegenkörper durchgeführt. Als Schmiermittel wurde ein Standard-Dieselöl verwendet. Es wurden auch Versuche mit anderen Ölen durchgeführt, die qualitativ die gleichen Resultate lieferten, auch wenn beispielsweise die Reibungskoeffizienten bei einem 0W20 Mo-DTC-Öl deutlich kleiner als beim Dieselöl waren. Die mit dem Dieselöl ermittelten Reibungskoeffizienten sind in Abbildung 3 dargestellt. Sie sind unter geschmierten Bedingungen wesentlich kleiner und finden sich allesamt in einem schmalen Band zwischen etwa 0.15 und 0.2. Während der Reibungskoeffizient von CrN nach dem Einlaufen mehr oder weniger stabil ist, kann man eine leicht stetige Abnahme der Reibungskoeffizienten für MoN und MoCuN feststellen. Die dazugehörigen Verschleissbilder sind in Abbildung 4 zusammengefasst. Verschleiss an den Schichten kann kaum festgestellt werden. Es kommt im Wesentlichen zu einer Glättung der Schicht. Vermutlich führen einzelne Spritzer, die unter diesen vereinfachten Testbedingungen nicht durch einen erzwungenen Schmiermitteltransport weggetragen werden, zu minimen Kratzspuren in der Schicht. Deutlich sichtbar ist hingegen der Verschleiss des unbeschichteten Gegenkörpers, Für MoN ist der Verschleisskappendurchmesser in diesem Test am grössten, was daran liegen mag, dass dieses Material auch die grösste Härte aufweist. Zwischen CrN und MoCuN besteht kein wesentlicher Unterschied. Zusammenfassend kann man sagen, dass das zusätzliche Schmiermittel im Vergleich zu trockenen Testbedingungen zu einer starken Reduktion des Reibungskoeffizienten und des Schichtverschleisses beiträgt und dass es in allen Fällen zu keinem Materialübertrag des Gegenkörpers auf die Schicht kommt, wie es für CrN unter trockenen Bedingungen beobachtet wurde. Der Gegenkörperverschleiss wird zwar gegenüber den trockenen Bedingungen geringer, bleibt aber markant und ist am grössten für die härteste der Schichten, nämlich MoN. In further experiments lubricated conditions were examined for the above case. The tests were carried out with coated body without post-treatment and uncoated polished counter-body. The lubricant used was a standard diesel oil. Experiments were also carried out with other oils that gave qualitatively the same results, although, for example, the coefficients of friction were significantly lower for a 0W20 Mo DTC oil than for diesel oil. The coefficients of friction determined with the diesel oil are shown in Figure 3. They are much smaller under lubricated conditions and are all in a narrow band between about 0.15 and 0.2. While the coefficient of friction of CrN after running in is more or less stable, one can notice a slight steady decrease in the coefficients of friction for MoN and MoCuN. The associated wear images are summarized in Figure 4. Wear on the layers can hardly be determined. It essentially comes to a smoothing of the layer. Presumably, individual splashes, which are not carried away by forced lubricant transport under these simplified test conditions, result in minimal scratch marks in the coating. On the other hand, the wear of the uncoated counter body is clearly visible. For MoN, the wear cap diameter is the largest in this test, which may be due to the fact that this material also has the greatest hardness. There is no significant difference between CrN and MoCuN. In summary, it can be said that the additional lubricant contributes to a strong reduction of the friction coefficient and the layer wear compared to dry test conditions and that in all cases no material transfer of the counter body comes to the layer, as was observed for CrN under dry conditions. Although the counter body wear is lower compared to the dry conditions, it remains prominent and is greatest for the hardest of the layers, namely MoN.
3. SRV-Test: Vergleichende Untersuchungen an MoN Beschichtungen 3. SRV test: comparative investigations on MoN coatings
Zuerst sollen die Ergebnisse für die MoN-Beschichtung gezeigt werden, die sich für den geschmierten Fall, den beschichteten Körper mit Nachbehandlung der Beschichtung, und den unbeschichteten polierten Gegenkörper ergeben. Das sind Bedingungen wie sie heute beim Stand der Technik für tribologische Systeme verwendet werden und zu guten Ergebnissen führen. Sie sollen deshalb als Messlatte dienen, um damit auch die später folgende erfinderische Tätigkeit besser beurteilen zu können. Für diese Bedingungen erhält man unter Benutzung des Dieselöls als Schmiermittel die in Abbildung 5 angegebene Kurve für den Reibungskoeffizienten (1), die sich schliesslich bei Werten um 0.2 stabilisiert. Es sei hier nochmals erwähnt, dass der Reibungskoeffizient sehr deutlich vom jeweiligen Schmiermittel abhängt und beispielsweise, für ansonsten gleiche Testbedingungen, bei einem 0W20 Mo-DTC-ÖI unter gleichen Bedingungen bei 0.07 liegt. Zusätzlich wurden noch zwei weitere zeitliche Verläufe des Reibungskoeffizienten in Abbildung 5 dargestellt. Die Kurve (2) zeigt den Verlauf für trockene Bedingungen, für den beschichteten Körper mit Nachbehandlung und den unbeschichteten polierten Gegenkörper. Der Reibungskoeffizient am Ende des Tests liegt in weiten Bereichen der Kurve zwischen 0.5 und 0.6, ist also nicht sehr verschieden von demjenigen, der sich ohne Nachbehandlung der Schicht ergibt (vergleiche Abbildung 1 ). Gegen Ende der Kurve steigt er allerdings plötzlich an und fällt dann wieder ab. Kurzzeitiges Aufschmieren des Gegenkörpermaterials könnte dafür die Ursache sein. Zusätzlich wurde in die Abbildung noch der Verlauf des Reibungskoeffizienten eingetragen, der sich für trockene Bedingungen, beschichtetem Körper und beschichtetem Gegenkörper, aber beiderseits nicht nach behandelter Schicht, ergab (3). Erstaunlicherweise verläuft diese Kurve meist unterhalb von (2) und endet auch deutlich unter dieser Kurve. Der Verschleiss an den MoN Schichten und den jeweiligen Gegenkörpern ist in Abbildung 6 zusammengestellt. Für (1) lässt sich kein Verschleiss der Schicht nachweisen. Auch beim Gegenkörper kommt es zu keinem Verschleiss. Die Markierungen von Schicht und Gegenkörper entstehen durch die Dekoration des Schmiermittels und der Durchmesser in der Dekoration des Gegenkörpers entsteht lediglich durch dessen elastische Deformation im Hertzschen Kontakt Dieses Ergebnis ist typisch für einen tribologischen Kontakt wie er angestrebt wird und ist das Ziel der Optimierung eines tribologischen Kontaktes mittels Beschichtungen, Kurve (2) zeigt kaum Verschleiss der Schicht (Färbung ist wieder eine Dekoration durch das öl). Der Gegenkörper hat jedoch einen deutlichen Verschleiss, der sich kaum, vom Fall A1/B1/C2 in Abbildung 1 unterscheidet. Für die Kurve (3) zeigt der zeitliche Verlauf des Reibungskoeffizienten ein interessantes Verhalten. Vergleicht man (1) mit (3) in Abbildung 5, sieht man beim Verlauf des letzteren nach einer gewissen Zeit eine stetige Abnahme des Reibungskoeffizienten aus dem Bereich zwischen 0.5 und 0.8 auf einen Wert von etwa 0.4. Dieser Effekt könnte sich als eine Art von Selbstglättung erklären lassen. Der Reibungskoeffizient von 0.4 ist immer noch zu gross für die meisten Anwendungen. Aber der Hinweis auf einen Selbstglättung seffekt bei gleichartigen, nicht nachbehandelten Beschichtungen von Körper und Gegenkörper war doch überraschend. First, the results for the MoN coating that results for the lubricated case, the coated body with aftertreatment of the coating, and the uncoated polished counter body are shown. These are conditions that are used today in the prior art for tribological systems and lead to good results. They should therefore serve as a bar in order to be able to better assess the subsequent inventive step. For these conditions, using the diesel oil as a lubricant, the friction coefficient curve (1) shown in Figure 5 is obtained, which finally stabilizes at values around 0.2. It should be mentioned again here that the coefficient of friction is very clearly dependent on the respective lubricant and, for example, for otherwise identical test conditions, for a 0W20 Mo-DTC-oil under the same conditions is 0.07. In addition, two more temporal curves of the friction coefficient in Figure 5 were shown. The curve (2) shows the course for dry conditions, for the coated body with aftertreatment and the uncoated polished counter-body. The coefficient of friction at the end of the test is between 0.5 and 0.6 across much of the curve, so it is not very different from the one obtained without post-treatment of the layer (see Figure 1). Towards the end of the curve, however, it suddenly rises and then drops off again. Short-term greasing of the mating body material could be the cause. In addition, in the figure, the course of the coefficient of friction was recorded, which for dry conditions, coated body and coated counter-body, but on both sides not after treated layer resulted (3). Surprisingly, this curve usually runs below (2) and ends well below this curve. The wear on the MoN layers and their counterparts is shown in Figure 6. For (1) no wear of the layer can be detected. Also with the counter body it comes to no wear. The markings of the layer and the counter-body are created by the decoration of the lubricant and the diameter in the decoration of the counter-body arises only through its elastic deformation in the body Hertzian contact This result is typical of a tribological contact as it is desired and is the aim of optimizing a tribological contact by means of coatings, curve (2) shows little wear of the layer (coloring is again a decoration by the oil). However, the counter body has a significant wear, which hardly differs from the case A1 / B1 / C2 in Figure 1. For the curve (3), the time course of the friction coefficient shows an interesting behavior. Comparing (1) with (3) in Figure 5, the course of the latter shows, after a certain time, a steady decrease in the coefficient of friction between 0.5 and 0.8 to a value of approximately 0.4. This effect could be explained as a kind of self-smoothing. The friction coefficient of 0.4 is still too large for most applications. But the reference to a self-smoothing effect with similar, non-treated coatings of body and counter-body was surprising.
Aus diesem Grund wurden Versuche durchgeführt, bei denen sowohl der Körper wie der Gegenkörper beschichtet wurden und zwar mit dem gleichen Schichtmaterial. Nach der Beschichtung wurde weder der beschichtete Körper noch der beschichtete Gegenkörper nachbehandelt. In Abbildung 7 sind die gemessenen Reibungskoeffizienten als Funktion der Zeit dargestellt. Das CrN System läuft mit dem tiefsten Reibungskoeffizient von 0.4 ein und steigt während des Tests auf Werte zwischen 0.4 und 0.5. MoCuN startet bei einem Reibungskoeffizient um 0.5 und fällt nach wenigen Minuten etwa auf den Wert des CrN. Der Reibungskoeffizient von MoN (diese Kurve wurde schon in Abbildung 5 gezeigt) als härteste Schicht weist anfangs Werte zwischen 0.5 und 0.6 auf und fällt dann zum Schluss des Tests ebenfalls auf Werte zwischen 0,4 und 0,5. In Tabelle 5 sind die entsprechenden Verschleissbilder angegeben. Verglichen mit einem unbeschichteten und polierten Gegenkörper (Abbildung 2), führt die Beschichtung des Gegenkörpers in allen Fällen zu einem deutlich geringeren Durchmesser der Verschleisskappe, demzufolge also zu einem geringeren Gegenkörperverschleiss. Zwischen CrN und MoN ist diesbezüglich kaum ein Unterschied auszumachen. Selbst bei MoCuN ist der Verschleisskappendurchmesser nur unwesentlich grösser. Auffällig sind hier aber die vermehrten Ablagerungen an den Rändern der Verschleissspur, die durch die grössere Spritzerdichte bedingt ist, welche bei der kathodischen Funkenverdampfen von MoCu auftritt. Zum Schluss des Tests liegen die Reibungskoeffizienten dicht beieinander. Aufschmieren findet unter diesen Bedingungen nicht statt. For this reason, experiments were carried out in which both the body and the counter body were coated with the same layer material. After coating, neither the coated body nor the coated counterpart body was aftertreated. Figure 7 shows the measured friction coefficients as a function of time. The CrN system runs with the lowest friction coefficient of 0.4 and rises to values between 0.4 and 0.5 during the test. MoCuN starts at a friction coefficient of 0.5 and falls after a few minutes about the value of CrN. The coefficient of friction of MoN (this curve has already been shown in Figure 5) as the hardest layer initially has values between 0.5 and 0.6, and at the end of the test also falls to values between 0.4 and 0.5. Table 5 shows the corresponding wear images. Compared with an uncoated and polished counter body (Figure 2), the coating of the counter body leads in all cases to a significantly smaller diameter of the wear cap, thus, therefore, to a lower counter body wear. There is little difference between CrN and MoN in this respect. Even with MoCuN, the wear cap diameter is only marginally larger. Noticeable here are the increased deposits at the edges of the wear track, which is due to the larger splash density that occurs in the cathodic arc evaporation of MoCu. At the end of the test, the coefficients of friction are close to each other. Greasing does not take place under these conditions.
Die bisherigen Ergebnisse lassen sich folgendermassen zusammenfassen: The results so far can be summarized as follows:
• Bei Trockenlauf (trifft sinngemäss, wenn auch weniger stark auch auf Mangelschmierung zu) wird sowohl mit oder ohne Nachbehandlung der Schicht, der un beschichtete 100Cr6 Gegenkörper verschlissen. Bei vielen Schichtsystemen (hier nur CrN als Beispiel gezeigt, aber gültig für fast alle Al-haltigen Schichten wie AICrN, AlCrO, TiAIN aber auch für viele harte Nitridschichten wie TiN, ZrN, NbN) kommt es im Falle eines weicheren Gegenkörpers zu einem Materialtransfer vom Gegenkörper auf die härtere Schicht, • In dry running (applies analogously, albeit less so to deficient lubrication), the uncoated 100Cr6 counter-body is worn with or without after-treatment of the layer. In many layer systems (here only CrN shown as an example, but valid for almost all Al-containing layers such as AICrN, AlCrO, TiAIN but also for many hard nitride layers such as TiN, ZrN, NbN) in the case of a softer counter body material transfer from the counter body to the harder layer .
• Die MoN-basierenden Schichten verschleissen unter diesen Bedingungen zwar auch den Gegenkörper, aber es kommt zu keinem Materialtransfer vom Gegenkörper auf die Schicht. Die Ursache dafür ist, dass die MoN-basierenden Schichten den Gegenkörper mit einer Mo-haltigen Schicht einschmieren,  Although the MoN-based layers also wear the counter body under these conditions, there is no material transfer from the counter body to the layer. The reason for this is that the MoN-based layers smear the counterbody with a Mo-containing layer,
• Ohne eine Nachbehandlung der Schicht, wird der unbeschichtete Gegenkörper auch unter geschmierten Bedingungen verschlissen, obwohl der Reibungskoeffizient klein ist,  • Without a post-treatment of the layer, the uncoated counter body is worn even under lubricated conditions, although the friction coefficient is small,
• Eine Beschichtung nicht nur des Körpers sondern zusätzlich auch des Gegenkörpers, reduziert für trockene Bedingungen sowohl den Reibungskoeffizienten des tribologischen Systems wie auch den Verschleiss des Gegenkörpers deutlich. Der Effekt des Aufschmierens unterbleibt.  • A coating not only of the body but also of the counter body, significantly reduces both the friction coefficient of the tribological system and the wear of the counter body for dry conditions. The effect of greasing is omitted.
Aus dem Beschriebenen lassen sich folgende zu lösende Probleme ableiten: From the described, the following problems to be solved can be derived:
• Viele tribologische Systeme, bei dem nur der Körper beschichtet ist (z.B. CrN), versagen, falls sie auch nur kurzzeitig in den Bereich der Mangelschmierung oder Trockenreibung kommen. Mögliche Ursachen kann eine ungenügende oder kurzzeitig unterbrochene Schmiermittelzufuhr sein oder ein kurzzeitig hoher Kontaktdruck der Reibpartner, der das Schmiermittel aus der Kontaktfläche mehr als erwartet weggedrückt. Als Folge davon, und weil das Schichtmaterial meist die besseren mechanischen und thermischen Eigenschaften aufweist, beobachtet man ein Aufschmieren des Gegenkörpers auf dem beschichteten Körper. Das Aufschmieren des Gegenkörpermaterials kann zum Fressen im tribologischen System führen und zu teilweiser oder gänzlichen Blockade. Deshalb muss das Fressen muss verhindert werden. Das wichtigste Ziel der Erfindung ist es deshalb, den Verschleiss des Gegenkörpers im Kontakt mit einem beschichteten Körper zu vermeiden oder zu reduzieren, falls das tribologische System in eine Mangelschmierung hineinläuft. • Many tribological systems where only the body is coated (e.g., CrN) will fail, even if they are in the area of insufficient lubrication or dry friction for a short time. Possible causes may be an insufficient or briefly interrupted lubricant supply or a short-term high contact pressure of the friction partners, which pushed away the lubricant from the contact surface more than expected. As a result, and because the layer material usually has the better mechanical and thermal properties, one observes a greasing of the counter body on the coated body. The greasing of the counter-body material can lead to seizure in the tribological system and to partial or total blockage. Therefore, the feeding must be prevented. The most important object of the invention is therefore to avoid or reduce the wear of the counter body in contact with a coated body, if the tribological system runs into a deficient lubrication.
• Schichten, die mittels kathodischer Funkenverdampfung hergestellt werden (i.a. aber auch andere PVD Schichten wie beispielsweise jene durch Sputtern hergestellte) und welche den Anforderungen für tribologische Anwendungen genügen müssen, müssen i.a. nachbehandelt werden, um deren Oberflächenrauhigkeit und damit den Gegenkörperverschleiss zu reduzieren. Die Nachbehandlung erfordert je nach Substratgeometrie grossen Aufwand und zudem sollte eine optimale Nachbehandlung auch auf den Gegenkörper abgestimmt sein (z.B. Oberflächengüte). Deshalb ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, dass eine Nachbehandlung der beschichteten Teile, die für den Einsatz unter geschmierten Bedingungen vorgesehen sind, nicht mehr notwendig ist. • Layers that are produced by means of cathodic spark evaporation (but also other PVD layers such as those produced by sputtering) and which must meet the requirements for tribological applications generally have to be aftertreated in order to reduce their surface roughness and thus their counter-body wear. The aftertreatment requires depending on Substrate geometry great effort and also an optimal after-treatment should be matched to the counter-body (eg surface quality). Therefore, it is a further object of the invention that post-treatment of the coated parts intended for use under lubricated conditions is no longer necessary.
• Eine freie Auswahl eines an die Schicht mechanisch angepassten Gegenkörpermaterials zur Optimierung eines tribologischen Systems besteht meist nicht. Gründe dafür sind hohe Materialkosten, Verfügbarkeit eines solchen Materials oder weil die Bearbeitung eines solchen Materials zu schwierig und teuer ist. Diese Limitierung soll behoben werden.  • There is usually no free choice of a counter body material mechanically adapted to the layer in order to optimize a tribological system. Reasons for this are high material costs, availability of such a material or because the processing of such a material is too difficult and expensive. This limitation is to be remedied.
Beschreibung der erfinderischen Lösung Description of the inventive solution
Die beschriebene Problematik wird durch eine Beschichtung nicht nur des Körpers, sondern zusätzlich auch des Gegenkörpers gelöst, wobei die Beschichtungen des Körpers und des Gegenkörpers im Wesentlichen an ihrer Oberfläche die gleichen materialverwandten Schichten aufweisen. The described problem is solved by a coating not only of the body, but in addition of the counter body, wherein the coatings of the body and the counter body have substantially the same material related layers on their surface.
Die Schichten werden so ausgewählt, dass sich die im Wesentlichen artverwandten Beschichtungen von Körper und Gegenkörper unter Beigabe eines Schmiermittels selbst glätten, ohne dass es auch nur für eine der Schichten einer Nachbehandlung bedarf. The layers are selected in such a way that the essentially related coatings of body and counter-body smooth themselves with the addition of a lubricant, without the need for aftertreatment even for one of the layers.
Materialverwandte Schichten im Kontext der vorliegenden Erfindung sind Schichten, welche eine Elementzusammensetzung aufweisen, die nicht unbedingt gleich ist aber zumindest in 80 Atomprozent übereinstimmt. Material-related layers in the context of the present invention are layers that have an elemental composition that is not necessarily the same but that is at least 80 atomic percent.
Das bedeutet, dass eine erste Schicht oder eine erste Beschichtung und eine zweite Schicht oder eine zweite Beschichtung material verwandte Schichten oder materialverwandte Beschichtungen sind, wenn die Elementzusammensetzung der ersten Schicht oder Beschichtung mit der Elementzusammensetzung der zweiten Schicht oder Beschichtung zumindest in 60 Atomprozent übereinstimmt. That is, a first layer or a first coating and a second layer or coating are material related layers or related coatings if the elemental composition of the first layer or coating matches the elemental composition of the second layer or coating at least 60 atomic percent.
Eine weitere Bedingung zur Lösung der Problematik ist die Eigenschaft des Schichtmaterials, den Gegenkörper zumindest teilweise einzuschmieren. Another condition for solving the problem is the property of the layer material to lubricate the counter body at least partially.
Eine weitere Bedingung zur Lösung der Problematik ist die Eigenschaft des Schichtmaterials, dass die in der Schicht oder deren Oberfläche vorhandenen Spritzer (auch Droplets genannt) nicht innig mit der Schicht verbunden sind, d.h. sich leicht entfernen lassen, demonstrierbar etwa durch eine Nachbehandlung und Bestimmung der Oberflächengüte, wobei nach der Nachbehandlung Rpk und Rpkx kleiner als Rvk und Rvkx sind. Another condition for solving the problem is the property of the layer material that the existing in the layer or its surface splashes (also called Droplets) are not intimately connected to the layer, ie can be easily removed, demonstrable by about a post-treatment and determination of the Surface finish, wherein after the post-treatment Rpk and Rpkx are smaller than Rvk and Rvkx.
Die Lösung basiert auf einer Beschichtung, die Mo oder MoN enthält bestehend aus einem MoN-basierenden Schichtmaterial, das zusätzliche Dotierungen anderer Elemente enthalten kann. The solution is based on a coating containing Mo or MoN consisting of a MoN-based layer material that may contain additional dopants of other elements.
Die Beschichtung von Körper und Gegenkörper erfolgt mittels eines PVD Verfahrens oder eines PECVD Verfahrens oder einer Kombination aus diesen Verfahren. Bevorzugtes Verfahren für die Beschichtung ist die reaktive kathodische Funkenverdampfung, In diesem Verfahren wird die Kathode (= Target) aus Mo oder einer Legierung aus Mo und einem (oder mehreren) entsprechenden Dotierungselement(en) mittels kathodischem Funken im Vakuum verdampft und das entsprechende Reaktivgas dem Prozess über einen Gasflussregler zugegeben. Entweder wird die Reaktivgaszugabe über den Gasfluss oder über den Totaldruck geregelt. Das Verfahren ist dem Fachmann bestens bekannt und wird seit vielen Jahren für Beschichtungen im industriellen Rahmen verwendet. Die Dotierungen lassen sich selbstverständlich auch über ein weiteres Target aus dem Dotierungsmaterial oder aber zur Zugabe von Gasen in die Beschichtung einbringen. In letzteren Fall wird über einen regelbaren Gaseinlass das entsprechende Gas der Funkenentladung oder einer anderen Gasentladung zugeführt und entsprechend ganz oder teilweise im Plasma der Funkenentladung oder einem anderen Hilfsplasma zerlegt oder angeregt. Auf diese Art können beispielsweise MoN oder MoCuN (also MoN Schichten mit Cu Dotierung) hergestellt werden. Charakteristisch für Schichten, die mittels Funkenverdampfung hergestellt werden, ist die Rauhigkeit der Schichtoberfläche, die vor allem auf Makropartikel {oder Spritzer) zurückzuführen ist, welche bei der Funken Verdampfung entstehen, die aber auch bei einer Verdampfung durch beispielsweise Sputtern entstehen können. Die Rauhigkeitszunahme in/auf der Schicht durch diese Spritzer ist jedoch besonders bei der kathodischen Funkenverdampfung markant. Eine Nachbehandlung beispielsweise durch Polieren oder The coating of body and counter-body is carried out by means of a PVD method or a PECVD method or a combination of these methods. The preferred method for the coating is reactive cathodic sputtering. In this method, the cathode (= target) of Mo or an alloy of Mo and one or more corresponding doping element (s) is vaporized by cathodic sparks in vacuo and the corresponding reactive gas is evaporated Process added via a gas flow regulator. Either the reactive gas addition is controlled by the gas flow or by the total pressure. The process is well known to those skilled in the art and has been used for industrial scale coatings for many years. Of course, the dopants can also be introduced via a further target from the doping material or else into the coating for the addition of gases. In the latter case, the gas is supplied to the spark discharge or another gas discharge via a controllable gas inlet and correspondingly decomposed or excited wholly or partly in the plasma of the spark discharge or another auxiliary plasma. In this way, for example, MoN or MoCuN (ie MoN layers with Cu doping) can be produced. Characteristic of layers that are produced by means of spark evaporation, the roughness of the layer surface, which is mainly due to macroparticles {or splashes), which arise in the sparks evaporation, but which can also occur in an evaporation by sputtering, for example. However, the increase in roughness in / on the layer by these spatters is striking, especially in cathodic sputtering. A post-treatment, for example, by polishing or
Bürsten oder Mikrostrahlen, zeitigt nicht bei allen Schichten, die mit der kathodischen Funkenverdampfung hergestellt werden, eine deutliche Erniedrigung in der Rauhigkeit. Das liegt daran, dass der Einbau der Spritzer in die Schicht unterschiedlich stabil erfolgt und dass sich aus diesem Grunde die Schichten mehr oder weniger gut nachbehandeln lassen. Für den Fall der MoN-basierenden Schicht funktioniert das Nachbehandeln allerdings gut, sowohl für die reinen MoN Schichten wie auch für die Schichten mit Dotierungen. Das ist in Abbildung 9 dargestellt, in der die Rauhigkeit etwa gleich dicker MoN Schichten mit der von MoCuN vor und nach der Nachbehandlung (hier beispielsweise durch Bürsten, aber das soll nicht als Beschränkung auf dieses Verfahren verstanden werden) verglichen wird. Die ursprüngliche Rauhigkeit des polierten Stahlsubstrates betrug bei den versuchen Rz=0.2 μm und Ra=0.02 μm. Das bedeutet, dass durch die Beschichtung die ursprüngliche Rauhigkeit des unbeschichteten polierten Substrates deutlich erhöht wird. Je nach Art der Beschichtung kann diese Vergrösserung der Rauhigkeit unterschiedlich sein, wie es die Werte in der Abbildung für eine MoN (schwarz) und eine MoCuN (grau) Schicht belegen. In der Abbildung sind zwei Schichten verglichen, die etwa die gleiche Schichtdicke von 2 pm aufweisen. Die Erfahrung zeigt aber auch, dass die Schichtrauhigkeit bei der Funkenbeschichtung nicht nur vom Beschichtungsmaterial abhängt, sondern sich auch mit der schichtdicke erhöht, da die Zahl der Spritzer, die auf die Substratoberfläche auftreffen, kumulieren. Eine Nachbehandlung der Schichten, sollte also entweder die Spritzer von der Schichtoberfläche entfernen oder diese sollten sieh leicht glätten lassen. Die Daten in Abbildung 9 belegen, dass das für die MoN und MoCuN Schichten zutrifft. In der Abbildung sind im linken Quadranten die Rauhigkeitsparameter der Schichten vor der Nachbehandlung angegeben und im rechten diejenigen der nachbehandelten. Aus dem Vergleich sieht man zum einen, dass die Nachbehandlung einen deutlichen Effekt aufweist. Das kann man neben der deutlichen Verkleinerung der Rz und Ra Werte vor allem an den Spitzenrauhigkeiten Rpk und Rpkx erkennen. Erstaunlich ist auch, dass sich die nachbehandelten MoN und MoCuN Schichten kaum noch in den Rauhigkeitswerten unterscheiden. Das war deutlich anders vor der Nachbehandlung. Die Rz und Ra Werte für MoN und MoCuN unterschieden sich deutlich voneinander, wobei MoCuN etwa doppelt so grosse Werte wie MoN aufwies. Noch deutlicher waren die Unterschiede in den Rpk und Rpkx Werten vor der Nachbehandlung, verschwindend gering wieder nach der Nachbehandlung. Bei den Rvk und Rvkx Werten sieht man ebenfalls eine deutliche Verkleinerung nach der Nachbehandlung, allerdings bleibt der Unterschied zwischen den beiden Schichten deutlicher erhalten als es bei den anderen Rauhigkeitskenngrössen der Fall ist. Brushing or microblasting does not cause a significant reduction in roughness in all layers made by cathodic sputtering. This is due to the fact that the incorporation of the splashes in the layer takes place with different levels of stability and that, for this reason, the layers can be treated more or less well. In the case of the MoN-based layer, however, the aftertreatment works well, both for the pure MoN layers and for the layers with dopants. This is shown in Figure 9, in which the roughness of MoN layers of about the same thickness as that of MoCuN before and after the aftertreatment (here, for example, by brushing, but this is not to be understood as a limitation on this method) is compared. The original roughness of the polished steel substrate was Rz = 0.2 μm and Ra = 0.02 μm. This means that the coating significantly increases the original roughness of the uncoated, polished substrate. Depending on the type of coating, this increase in roughness can be different, as shown by the values in the figure for a MoN (black) and a MoCuN (gray) layer. In the figure, two layers are compared, which have approximately the same layer thickness of 2 pm. However, experience also shows that the layer roughness in the spark coating not only depends on the coating material but also increases with the layer thickness, since the number of splashes striking the substrate surface accumulate. Aftertreatment of the layers should therefore either remove the splashes from the layer surface or they should be smoothed easily. The data in Figure 9 shows that this is true for the MoN and MoCuN layers. In the figure, the roughness parameters of the layers before the aftertreatment are indicated in the left quadrant, and those of the aftertreated ones in the right quadrant. The comparison shows, on the one hand, that the after-treatment has a clear effect. This can be seen in addition to the significant reduction of the Rz and Ra values, especially at the peak roughness Rpk and Rpkx. It is also surprising that the post-treated MoN and MoCuN layers hardly differ in the roughness values. That was significantly different before the aftertreatment. The Rz and Ra values for MoN and MoCuN differed markedly, with MoCuN having values approximately twice as large as MoN. The differences in the Rpk and Rpkx values before the aftertreatment were even clearer, disappearing only slightly after the aftertreatment. The Rvk and Rvkx values also show a significant reduction after the aftertreatment, but the difference between the two layers remains more pronounced than is the case for the other roughness parameters.
Die Untersuchungen in Abbildung 9 wurden an Substraten durchgeführt, die vor der Beschichtung eine gut polierte Substratoberfläche aufwiesen. Es ist naheliegend, dass bei vielen Anwendungen keine solch gut polierte Oberflächen vorliegen und diese oft auch gar nicht oder nur mit hohem wirtschaftlichen Aufwand hergestellt werden können. Deshalb wurden auch .technische Oberflächen" untersucht, deren Rauheitswerte im Bereich der Schichtrauigkeit oder sogar darüber liegen. In Tabelle 6 wurden typische Oberflächen von Ventilschäften vor und nach der Beschichtung gemessen. Als Rpkx Wert auf dem Schaft der Ventile wurde 1.33 pm ermittelt. Die Nachbehandlung des Ventilschaftes erfolgte durch Bürsten und danach wurde wieder eine Rauhigkeitsmessung durchgeführt. Dadurch verringerte sich der Rpkx Wert auf etwa 25% des ursprünglichen Wertes, was bedeutet, dass durch die Kombination von Beschichtung und Nachbehandlung die ursprüngliche Rauhigkeit der Oberfläche des Ventilschaftes deutlich verringert wurde. Das ist erstaunlich auch unter dem Aspekt, da die mechanischen Eigenschaften beispielsweise der MoN Schicht sehr deutlich höhere Werte bezüglich Härte und Elastizitätsmodul aufweisen (vergleiche Tabelle 1), als das sowohl für Kaltarbeitsstahl als auch für Schnellarbeitsstahl der Fall ist. Eine Erklärung kann dafür nicht gegeben werden. The investigations in Figure 9 were performed on substrates that had a well-polished substrate surface before coating. It is obvious that in many applications no such well-polished surfaces are present and these often can not be produced or only with great economic effort. Therefore, "technical surfaces" whose roughness values are in the range of layer roughness or even higher were also measured in Table 6. Typical surfaces of valve stems before and after coating were measured in Table 6. The Rpkx value on the stem of the valves was 1.33 pm The valve stem was brushed and then a roughness measurement was performed again, reducing the Rpkx value to about 25% of the original value, which means that the original roughness of the valve stem surface was significantly reduced by the combination of coating and aftertreatment. This is astonishing also from the point of view, since the mechanical properties, for example of the MoN layer, have significantly higher values in terms of hardness and modulus of elasticity (see Table 1) than is the case for both cold work steel and high speed steel. An explanation can not be given for that.
Tabelle 2: Vergleich von Oberflächenkenngrössen vor und nach der MoN-Beschichtung (mit Nachbehandlung) von Ventilschäften Table 2: Comparison of surface parameters before and after MoN coating (with post-treatment) of valve stems
Zusammenfassend kann man sagen, dass die MoN-basierenden Schichten sich problemlos nachbehandeln lassen und es zu einer deutlichen Reduktion der für die Spitzenrauhigkeiten charakteristischen werte Rpk und Rpkx kommt. Darüber hinaus ist es möglich, die ursprüngliche Substratrauhigkeit durch eine Kombination von Beschichtung und Nachbehandlung zu verkleinern. In summary, it can be said that the MoN-based layers can be easily post-treated and there is a significant reduction in the characteristic of the peak roughness Rpk and Rpkx. In addition, it is possible to reduce the original substrate roughness by a combination of coating and post-treatment.
Nachdem nun die Herstellung und die Eigenschaften der MoN-basierenden Schichten bezüglich ihrer Nachbehandlungsfähigkeit beschrieben wurden, soll eingehender auf die Erfindung eingegangen werden, die in bisher nicht geklärter Weise mit diesen Eigenschaften zusammenhängen könnte. Mit Bezug auf Abbildung 7 und Abbildung 8 wurde bereits festgestellt, dass der SRV Test für den Fall dass sowohl der Körper wie der Gegenkörper beschichtet ist und unter trockenen Bedingungen im SRV Test einigermassen erstaunliche Ergebnisse liefert: Now that the preparation and the properties of the MoN-based layers have been described with regard to their aftertreatment capability, the invention will be discussed in more detail, which could be related to these properties in a manner not yet clarified. Referring to Figure 7 and Figure 8, it has already been found that the SRV test, in the event that both the body and the counterbody are coated, provides reasonably astonishing results under dry conditions in the SRV test:
• Der Reibungskoeffizient war für MoN deutlich niedriger (0.4 bis 0.5) verglichen mit dem Fall des beschichteten Körpers mit Nachbehandlung und des unbeschichteten polierten Gegenkörpers (0.5 bis 0.6) • Der Gegenkörperverschieiss war deutlich niedriger verglichen mit dem Fall des beschichteten Körpers ohne Nachbehandlung und dem polierten unbeschichteten Gegenkörper für geschmierte Bedingungen. • The coefficient of friction was significantly lower for MoN (0.4 to 0.5) compared to the case of the coated body with after-treatment and the uncoated polished counterbody (0.5 to 0.6) • The counter body wear was significantly lower compared to the case of the coated body without aftertreatment and the polished uncoated counter body for lubricated conditions.
Vor allem letzteres zeigt das komplexe Verhalten des Gegenkörperverschteisses bezüglich Reibungskoeffizienten, Oberflächenrauhigkeit der Partner im tribologischen Kontakt und der Härten der beiden Reibpartner, Es zeigt auch, dass ein niedriger Reibungskoeffizient keine hinreichende Bedingung ist für einen geringen Gegenkörperverschieiss, Reibungskoeffizient und Gegenkörperverschieiss müssen notwendigerweise für ein tribologisches System optimiert werden. It also shows that a low coefficient of friction is not a sufficient condition for a low Gegenkörperverschieiss, friction coefficient and Gegenkörperverschieiss must necessarily for a tribological, especially the latter shows the complex behavior of Gegenkörperverschteisses friction coefficient, surface roughness of the partners in the tribological contact and the hardnesses of the two friction partners System to be optimized.
4. SRV-Test: Geschmiert, beschichteter Körper und beschichteter Gegenkörper, ohne Nachbehandlung der Schichten 4. SRV test: Lubricated, coated body and coated counter body, without post-treatment of the layers
Basierend auf den oben diskutierten Ergebnissen, war es nun von grossem Interesse, den SRV-Test mit beschichtetem Körper und beschichtetem Gegenkörper unter geschmierten Bedingungen durchzuführen. Die Verläufe des Reibungskoeffizienten für diese Versuche sind in Abbildung 10 dargestellt. Alle Kurven zeigen sehr geringes Rauschen, das sich nur mit dem der Kurve 1 in Abbildung 3 vergleichen lässt. Den grössten Reibungskoeffizienten mit etwa 0.2 weist die mit CrN beschichtete Paarung auf. MoN und MoCuN können kaum voneinander unterschieden werden. Das trifft sogar auf das Einlaufverhalten zu. Zu Testende zeigt der Reibungskoeffizient Werte zwischen 0.16 und 0.17. Diese Reibungskoeffizienten sind also nicht grösser als derjenige der Kurve 2 in Abbildung 3, der 0.17 beträgt. Aus den obigen Untersuchungen konnte man aber lernen, dass ein niedriger Reibungskoeffizient noch keine Garantie für einen niedrigen Verschleiss bietet, vor allem nicht was den Gegenkörperverschieiss betrifft. Die Verschleissuntersuchungen sind in Tabelle 2 angegeben. Für die Schichten gibt es praktisch keinen Verschleiss. lediglich im Falle des CrN kann man Streifen erkennen, die sowohl auf eine Dekoration durch das Schmieröl wie auch auf Kratzer durch die aus der Schicht herausgearbeiteten Spritzer hinweisen. Der Gegenkörper weist beim CrN auch solche Streifen auf. Bemerkenswert ist die Tatsache, dass trotz der grösseren Oberflächenrauhigkeit beim MoCuN beim entsprechenden Gegenkörper keine solchen Streifen auftreten. Sowohl beim MoN wie beim MoCuN kann man keinen Verschleiss messen, weder an den Schichten noch am Gegenkörper. Man beobachtet lediglich eine beidseitige Glättung deren Bereich über die Deformation durch die Hertz'sche Pressung festgelegt ist. Diese Ergebnisse zeigen, dass bei einer Beschichtung von Körper und Gegenkörper und unter geschmierten Bedingungen in MoN-basierendem Material eine Selbstglättung auftritt, d.h. dass keine der beiden Beschichtungen nach behandelt werden muss, um solche idealen Bedingungen wie sie in der Kurve 1 von Abbildung 5 dargestellt sind, zu erreichen. Based on the results discussed above, it has now been of great interest to perform the SRV coated body and coated counter-body test under lubricated conditions. The curves of the coefficient of friction for these tests are shown in Figure 10. All curves show very low noise, which can only be compared with that of curve 1 in Figure 3. The highest coefficient of friction of about 0.2 is found in the CrN coated mating. MoN and MoCuN can hardly be distinguished from each other. This even applies to the run-in behavior. At the end of the test, the coefficient of friction shows values between 0.16 and 0.17. These coefficients of friction are thus no greater than that of the curve 2 in Figure 3, which is 0.17. From the above investigations, however, it was learned that a low coefficient of friction does not guarantee a low wear, especially not with respect to the counter body failure. The wear tests are given in Table 2. There is virtually no wear on the layers. Only in the case of CrN can one recognize streaks which indicate both the decoration by the lubricating oil and scratches by the chips carved out of the layer. The counter body also has such stripes on CrN. Noteworthy is the fact that in spite of the greater surface roughness of the MoCuN no such streaks occur in the corresponding counterbody. Both MoN and MoCuN can not measure wear, neither on the layers nor on the counterpart. Only a two-sided smoothing is observed whose range is determined by the deformation due to the Hertzian pressure. These results show that when the body and the counter body are coated and lubricated in MoN-based material, self-smoothing occurs, ie neither of the two coatings must be treated to achieve such ideal conditions as shown in curve 1 of Figure 5.
Die vorliegende Erfindung ist eine hervorrangende Lösung für die Verbesserung des tribologischen Verhaltens und Reduzierung des Verschleisses von: The present invention is an excellent solution for improving the tribological behavior and reducing the wear of:
Teilen von Schneckengetrieben, Planetengetrieben, Differentialgetrieben, Kurbelgetrieben, Rollengetrieben, Rädergetrieben, Schraubengetrieben, Kurbelgetriebe, Sperrgetriebe wie Zahnräder, Stirnräder. Kugelräder sowie deren Achsen und Lager Splitting of worm gears, planetary gears, differential gears, crank gears, roller gears, gearboxes, screw drives, crank gears, locking gears such as gears, spur gears. Ball wheels and their axles and bearings
Teilen von Kompressoren wie Kolben, Flügel, Schaufeln, Drehschieber Parts of compressors such as pistons, vanes, blades, rotary valves
Teilen von Kugellagern wie Kugeln, Käfige, Rollen, Walzen Parts of ball bearings such as balls, cages, rollers, rollers
Teilen von Pumpen wie Druckbolzen, Stössel, Kolben Sharing pumps such as push pins, plungers, pistons
Werkzeugen wie Spritzgusswerkzeuge, Form- und Stanzwerkzeuge, Gewindeschneidwerkzeuge, Schneidwerkzeuge Tools such as injection molding tools, forming and punching tools, thread cutting tools, cutting tools
Teilen von Maschinenwerkzeugen wie Einspannsysteme, Anschlussstücke, Führungsschienen Parts of machine tools such as clamping systems, fittings, guide rails
Teilen von Textilmaschinen wie Fadenführungen, Spindeln, Spinnringe, Garnhalter Parts of textile machines such as thread guides, spindles, spinning rings, twine holders
Teilen von Verbrennungsmotoren und deren Antriebssystemen wie Zylinder, Kolben, Kolbenbolzen, Stössel, Tastenstössel, Topfstössel, Flachstössel, Pilzstössel, Rollenstössel, Kolben, Kolbenringe, Kolbenpumpe, Pleuel, Pleuellager, Radialwellendichtringe, Lager, Buchsen, Schäfte Kurbelwellen, Kurbelwellenlager, Nockenwellen, Nockenwellenlager, Rädertrieb, Kurbelstange, Oelpumpe, Wasserpumpe Einspritzsystem, Kipphebel, Schwinghebel, Schlepphebe], Gehäuse, Turboladerteile, Flügel, Bolzen, Ventilsteuerung, Ventiltrieb, Ein- und Auslassventile, Lager von Kühlmittelpumpen, Teile von Einspritzpumpen Parts of internal combustion engines and their propulsion systems, such as cylinders, pistons, piston pins, plungers, key plungers, pestles, flat plungers, mushroom plungers, roller plungers, pistons, piston rings, piston pump, connecting rod, connecting rod bearings, radial shaft seals, bearings, bushes, crankshaft shafts, crankshaft bearings, camshafts, camshaft bearings, Gear drive, crank rod, oil pump, water pump injection system, rocker arm, rocker arm, tow lift], body, turbocharger parts, vanes, bolts, valve timing, valvetrain, intake and exhaust valves, bearings of coolant pumps, parts of injection pumps
Uhrwerken und deren Komponenten Clockworks and their components
Teilen von Vakuumpumpen wie Vorpumpen, Rootspumpen undParts of vacuum pumps such as forepumps, roots pumps and
Turbomolekularpumpen, insbesondere Lager Turbomolecular pumps, in particular bearings
Dichtungen und Ventilen Seals and valves
Teilen von Turbinen wie Lager und Stangen Sharing turbines like bearings and rods
Teilen von Windgeneratoren wie Lager Beschriftungen der Abbildungen: Sharing wind generators such as bearings Captions of the pictures:
• Abbildung 1 : Zeitlicher Verlauf der Reibungskoeffizienten unter den SRV- Testbedingungen A1/B1/C2 für die BeSchichtungen des Körpers mit CrN (1), MoN (2) und MoCuN (3). • Figure 1: Time course of the friction coefficients under the SRV test conditions A1 / B1 / C2 for the coatings of the body with CrN (1), MoN (2) and MoCuN (3).
• Abbildung 2: Lichtmikroskopische Aufnahmen der Verschleissspur auf der CrN (a), MoN (b) und MoCuN (c) Schicht (obere Zeile) mit den entsprechenden Verschleiss des unbeschichteten Gegenkörpers (d-f, untere Zeile) für die Testbedingungen A1/B1/C2. • Figure 2: Photomicrographs of the wear track on the CrN (a), MoN (b) and MoCuN (c) layer (top line) with the corresponding wear of the uncoated counter body (df, bottom line) for the test conditions A1 / B1 / C2 ,
• Abbildung 3; Zeitlicher Verlauf der Reibungskoeffizienten unter den SRV- Testbedingungen A2/B1/C2 für die Beschichtungen des Körpers mit CrN (1), MoN (2) und MoCuN (3). • Figure 3; Time course of the friction coefficients under the SRV test conditions A2 / B1 / C2 for the coatings of the body with CrN (1), MoN (2) and MoCuN (3).
• Abbildung 4; Lichtmikroskopische Aufnahmen der Verschleissspur auf der CrN (a), MoN (b) und MoCuN (c) Schicht (obere Zeile) mit den entsprechenden Verschleiss des unbeschichteten Gegenkörpers (d-f, untere Zeile) für die Testbedingungen A2/B1/C2. • Figure 4; Optical micrographs of the wear track on the CrN (a), MoN (b) and MoCuN (c) layer (top line) with the corresponding wear of the uncoated counterbody (d-f, bottom line) for the test conditions A2 / B1 / C2.
• Abbildung 5: Zeitlicher Verlauf der Reibungskoeffizienten im Falle der MoN- Beschichtungen für die Testbedingungen A2/B1/C1 (1), A1/B1/C1 (2) und A1/B2/C2.• Figure 5: Time course of the coefficients of friction in the case of MoN coatings for the test conditions A2 / B1 / C1 (1), A1 / B1 / C1 (2) and A1 / B2 / C2.
• Abbildung 6: Vergleich des Verschleiss für MoN Schichten für unterschiedlichen Bedingungen im SRV-Test, Lichtmikroskopische Aufnahmen der Verschleissspur (obere Zeile) und des entsprechenden Verschleisses des Gegenkörpers (untere Zeile) für die Bedingungen A2/B1/C1 (a vs d), A1/B1/C1 (b vs e) und A1/B2/C2 (c vs f), • Figure 6: Comparison of the wear for MoN layers for different conditions in the SRV test, light microscopy of the wear track (top line) and the corresponding wear of the counter body (bottom line) for the conditions A2 / B1 / C1 (a vs d), A1 / B1 / C1 (b vs e) and A1 / B2 / C2 (c vs f),
• Abbildung 7: Zeitlicher Verlauf der Reibungskoeffizienten unter den SRV- Testbedingungen A1/B2/C2 für die Beschichtungen des Körpers mit CrN (1), MoN (2) und MoCuN (3),  • Figure 7: Time course of the friction coefficients under the SRV test conditions A1 / B2 / C2 for the coatings of the body with CrN (1), MoN (2) and MoCuN (3),
• Abbildung 8: Lichtmikroskopische Aufnahmen der Verschleissspur auf der CrN (a), MoN (b) und MoCuN (c) Schicht (obere Zeile) mit den entsprechenden Verschleiss des mit derselben Schicht beschichteten Gegenkörpers (d-f, untere Zeile) für die Testbedingungen A1/B2/C2.  Figure 8: Photomicrographs of the wear track on the CrN (a), MoN (b) and MoCuN (c) layer (top line) with the corresponding wear of the same layer coated counter body (df, bottom line) for the test conditions A1 / B2 / C2.
• Abbildung 9: Vergleich von MoN und MoCuN Schichten vor (links) und nach (rechts) der Nachbehandlung, Man sieht, dass die Nachbehandlung zu einer deutlichen Verkleinerung der Rpk und Rpkx Werte führt. Auch für die Rvk und Rvkx Werte trifft das zu. Aber die Verkleinerung dieser Werte ist weniger ausgeprägt als bei den Rpk und Rpkx Werten (zur Definition der Werte siehe [2]).  • Figure 9: Comparison of MoN and MoCuN layers before (left) and after (right) after-treatment. It can be seen that the aftertreatment leads to a significant reduction of the Rpk and Rpkx values. This is also true for the Rvk and Rvkx values. But the reduction of these values is less pronounced than with the Rpk and Rpkx values (for definition of the values see [2]).
• Abbildung 10: Zeitlicher Verlauf der Reibungskoeffizienten unter den SRV- Testbedingungen A2/B2/C2 für die Beschichtungen des Körpers mit CrN (1), MoN (2) und MoCuN (3). Abbildung 11 : Lichtmikroskopische Aufnahmen der Verschleissspur auf der CrN (a), MoN (b) und MoCuN (c) Schicht (obere Zeile) mit den entsprechenden Verschleiss des unbeschichteten Gegenkörpers (d-f, untere Zeile) für die Testbedingungen A2/B2/C2. • Figure 10: Time course of the friction coefficients under the SRV test conditions A2 / B2 / C2 for the coatings of the body with CrN (1), MoN (2) and MoCuN (3). Figure 11: Photomicrographs of the wear track on the CrN (a), MoN (b) and MoCuN (c) layer (upper line) with the corresponding wear of the uncoated counter body (df, bottom line) for the test conditions A2 / B2 / C2.
Konkret betrifft die Erfindung ein triboiogisches System, welches einen Körper mit einer ersten Kontaktfläche zumindest teilweise beschichtet mit einer ersten Beschichtung, einen Gegenkörper mit einer zweiten Kontaktfläche zumindest teilweise beschichtet mit einer zweiten Beschichtung und Schmierstoff als Zwischenmittel umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Beschichtung jeweils eine Schicht als äusserste Schicht aufweisen, wobei die Zusammensetzung der äussersten Schicht der ersten Beschichtung und die Zusammensetzung der äussersten Schicht der zweiten Beschichtung so ausgewählt sind, wobei Specifically, the invention relates to a triboiogical system comprising a body having a first contact surface at least partially coated with a first coating, a counter body having a second contact surface at least partially coated with a second coating and lubricant as an intermediate means, characterized in that the first and the second coating each having a layer as the outermost layer, wherein the composition of the outermost layer of the first coating and the composition of the outermost layer of the second coating are selected, wherein
• beide äussersten Schichten Stahl-Oberflächen einschmieren, wenn sie unter tribologischem Kontakt mit Stahl ausgesetzt werden, und • Both outermost layers lubricate steel surfaces when exposed to steel under tribological contact, and
• beide äussersten Schichten materialverwandte Schichten sind, so dass die Elementzusammensetzung der ersten äussersten Schicht mit der Elementzusammensetzung der zweiten äussersten Schicht zumindest in 60 Atomprozent übereinstimmt.  Both the outermost layers are material-related layers, so that the elemental composition of the first outermost layer coincides with the elemental composition of the second outermost layer at least in 60 atomic percent.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche der äussersten Schicht der ersten Beschichtung und/oder die Oberfläche der äussersten Schicht der zweiten Beschichtung nicht nachbehandelt, so dass die Oberfläche der äussersten Schicht der ersten Beschichtung und/oder die Oberfläche der äussersten Schicht der zweiten Beschichtung beim Beginn des tribologischen Kontakts (zwischen der Kontaktflächen des Körpers und Gegenkörpers) Droplets aufweisen, welche sich durch die relative Bewegung der beschichteten Kontaktflächen glätten und/oder entfernen lassen. Solche äusserste Schichten mit Droplets können beispielweise mittels Are-Verdampfung abgeschieden werden. Are-Schichten weisen in der Regel eine exzellente Schichtqualität auf, aber gleichzeitig haben den Nachteil, dass sie Droplets aufweisen. Deshalb müssen solche Schichten vor einer tribologischen Anwendung derart nachbehandelt werden, dass die Droplets geglättet oder entfernt werden. Jedoch sind die Droplets gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig, sondern im Gegenteil sehr vorteilhaft, da diese Droplets zur gegenseitigen Glättung beitragen, ohne dass Schichtbeschädigungen oder Schichtabplatzungen produziert werden. In tribologischen Systemen gemäss der vorliegenden Erfindung haben die Erfinder insbesondere ein sehr gutes tribologisches Verhalten beobachtet, wenn die Droplets nicht innig mit der Schichten verbunden waren. Die Erfinder haben weiter festgestellt, dass in diesen Fällen die Rauhigkeitswerte Rpk und Rpkx der untersuchten äusserten Schichten, nach einer mechanischen Nachbehandlung oder nach dem tribologischen Kontakt während eines Betriebs des tribologischen Systems, kleiner als die Rauhigkeitswerte Rvk und Rvkx waren. According to a preferred embodiment of the present invention, the surface of the outermost layer of the first coating and / or the surface of the outermost layer of the second coating is not aftertreated such that the surface of the outermost layer of the first coating and / or the surface of the outermost layer of the second Coating at the beginning of the tribological contact (between the contact surfaces of the body and the counter body) Droplets have, which can be smoothed and / or removed by the relative movement of the coated contact surfaces. Such outermost layers with droplets can be deposited, for example, by means of arc vaporization. Are layers generally have excellent film quality, but at the same time have the disadvantage of having droplets. Therefore, such layers must be aftertreated before tribological application such that the droplets are smoothed or removed. However, the droplets according to this preferred embodiment of the present invention are not detrimental but, on the contrary, are very advantageous because these droplets contribute to the mutual smoothing without producing layer damage or layer flaking. In tribological systems according to the present invention, in particular, the inventors observed very good tribological behavior when the droplets were not intimately bonded to the layers. The inventors have further found that in these cases, the roughness values Rpk and Rpkx of the examined exposed layers after mechanical post-treatment or after tribological contact during operation of the tribological system were smaller than the roughness values Rvk and Rvkx.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die äusserste Schicht der ersten Beschichtung und/oder die äusserste Schicht der zweiten Beschichtung Molybdän. Noch bevorzugt enthält die äusserste Schicht der ersten Beschichtung und/oder die äusserste Schicht der zweiten Beschichtung Molybdännitrid. According to a further preferred embodiment, the outermost layer of the first coating and / or the outermost layer of the second coating contains molybdenum. Even more preferably, the outermost layer of the first coating and / or the outermost layer of the second coating contain molybdenum nitride.
Als sehr vorteilhaft haben auch die Erfinder gefunden, dass zumindest eine der Molybdännitrid-enthaltenden Schichten ein Dotierelement oder eine Kombination von Dotierelementen aus den Elementen Cu, Cr, Ti, Zr. Si, O, C, Zr, Nb, Ag, Hf, Ta, W, B, Y, Pt, Au, Pd und V enthält. Vorzugsweise, zumindest in einer der Molybdännitrid-enthaltenden Schichten ist das Dotierelement Cu oder die Kombination von Dotierelementen enthält grösstenteils Cu. The inventors have also found it to be very advantageous that at least one of the molybdenum nitride-containing layers contains a doping element or a combination of doping elements composed of the elements Cu, Cr, Ti, Zr. Si, O, C, Zr, Nb, Ag, Hf, Ta, W, B, Y, Pt, Au, Pd and V. Preferably, at least in one of the molybdenum nitride-containing layers, the doping element is Cu or the combination of doping elements contains mostly Cu.
Gemäss noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weist die erste und/oder die zweite Beschichtung zumindest eine weitere Schicht unter der äusserte Schicht auf, wobei die untere Schicht ein Oxidschicht. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn das tribologische System zuerst bei einer niedrigen Temperatur, beispielweise Raumtemperatur im Betrieb gesetzt wird, und nachträglich bei höheren Temperaturen betrieben wird. In diesem Fällen kann es auch sein, dass die Oxidschichten mittels Are-Verdampfung abgeschieden werden. Die äusserten Schichten können dann als Opferschichten funktionieren, so dass sie die Gtättung der beschichteten Kontaktoberflächen initiieren. Auf diese Weise werden auch die Droples der Oxidschichten sanft geglättet oder entfernt werden, ohne dass die Droplets in den Oxidschichten zu Beschädigungen oder Abplatzungen der Beschichtungen führen. Vorzugsweise die erste und die zweite Beschichtung weisen jeweils eine Oxidschicht unter der äussersten Schicht auf, wobei die Zusammensebung der beiden Oxidschichten so ausgewählt wird, dass die Oxidschichten materialverwandte Schichten sind, so dass die Zusammensetzung der Oxidschicht in der ersten Beschichtung mit der Zusammensetzung der Oxidschicht in der zweiten Beschichtung zumindest in 60 Atomprozent übereinstimmt. According to yet another preferred embodiment of the present invention, the first and / or the second coating has at least one further layer below the outer layer, wherein the lower layer is an oxide layer. This embodiment is particularly advantageous when the tribological system is first operated at a low temperature, for example room temperature, and subsequently operated at higher temperatures. In these cases, it may also be that the oxide layers are deposited by means of are-evaporation. The exposed layers may then function as sacrificial layers to initiate the saturation of the coated contact surfaces. In this way, the droplets of the oxide layers are gently smoothed or removed without causing the droplets in the oxide layers to damage or flake the coatings. Preferably, the first and second coatings each have an oxide layer below the outermost layer, wherein the coalescence of the two oxide layers is selected such that the oxide layers are material-related layers, such that the composition of the oxide layer in the first coating coincides with the composition of the oxide layer the second coating is at least 60 atomic percent.
Vorzugsweise werden zumindest die äussersten Schichten der Beschichtungen mittels Arc- Verdampfung abgeschieden. Auf diese Weise sind zumindest die in den äussersten Schichten vorhandenen Droplets„charakteristische mittels Arc-Verdampfung produzierten Droplets" und die Schichten weisen eine exzellente Schichtqualität hinsichtlich weiteren Schichteigenschaften auf. Preferably, at least the outermost layers of the coatings are deposited by means of arc evaporation. In this way, at least the droplets present in the outermost layers are "characteristic droplets produced by means of arc vaporization" and the layers have an excellent layer quality with regard to further layer properties.
Vorzugsweise werden auch die Oxidschichten mittels Are-Verdampfung abgeschieden und weisen daher„charakteristische Droplets" und exzellente Schichtqualität auf. Preferably, the oxide layers are deposited by means of Are evaporation and therefore have "characteristic Droplets" and excellent layer quality.
Die erste und die zweite Beschichtung können aber auch weitere untere Schichten aufweisen, die beispielweise eine oder mehrere Stützschichten, oder eine oder mehrere Haftschichten zur Erhöhung der Haftfestigkeit zwischen der Beschichtung und dem Substrat sein können. However, the first and the second coating may also have further lower layers, which may be, for example, one or more support layers, or one or more adhesion layers to increase the adhesion between the coating and the substrate.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Tribologisches System, welches einen Körper mit einer ersten Kontaktfläche zumindest teilweise beschichtet mit einer ersten Beschichtung, einen Gegenkörper mit einer zweiten Kontaktfläche zumindest teilweise beschichtet mit einer zweiten Beschichtung und Schmierstoff als Zwischenmittel umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Beschichtung jeweils eine Schicht als äusserste Schicht aufweisen, wobei die Zusammensetzung der äussersten Schicht der ersten Beschichtung und die Zusammensetzung der äussersten Schicht der zweiten Beschichtung so ausgewählt sind, dass 1. Tribological system, which comprises a body with a first contact surface at least partially coated with a first coating, a counter body with a second contact surface at least partially coated with a second coating and lubricant as an intermediate, characterized in that the first and the second coating respectively have a layer as the outermost layer, the composition of the outermost layer of the first coating and the composition of the outermost layer of the second coating being selected such that
• beide äussersten Schichten Stahl-Oberflächen einschmieren, wenn sie unter tribologischem Kontakt mit Stahl ausgesetzt werden, und • Lubricate both outermost layers of steel surfaces when exposed to tribological contact with steel, and
• beide äussersten Schichten materialverwandte Schichten sind, so dass die Elementzusammensetzung der ersten äussersten Schicht mit der Elementzusammensetzung der zweiten äussersten Schicht zumindest in 60 Atomprozent übereinstimmt. • Both outermost layers are material-related layers, so that the elemental composition of the first outermost layer matches the elemental composition of the second outermost layer at least in 60 atomic percent.
2, Tribologisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der äussersten Schicht der ersten Beschichtung und/oder die Oberfläche der äussersten Schicht der zweiten Beschichtung beim Beginn des tribologischen Kontakts zwischen der Kontaktflächen des Körpers und Gegenkörpers Droplets aufweisen, welche sich durch die relative Bewegung der beschichteten Kontaktflächen glätten und/oder entfernen lassen. 2, tribological system according to claim 1, characterized in that the surface of the outermost layer of the first coating and / or the surface of the outermost layer of the second coating at the beginning of the tribological contact between the contact surfaces of the body and counter body have droplets, which are through the Allow the relative movement of the coated contact surfaces to be smoothed and/or removed.
3. Tribologisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Droplets nicht innig mit der Schichten verbunden sind, so dass die Rauhigkeitswerte Rpk und Rpkx nach einer mechanischen Nachbehandlung oder nach dem tribologischen Kontakt während eines Betriebs des tribologischen Systems kleiner als die Rauhigkeitswerte Rvk und Rvkx sind. 3. Tribological system according to claim 2, characterized in that the droplets are not intimately connected to the layers, so that the roughness values Rpk and Rpkx after mechanical aftertreatment or after tribological contact during operation of the tribological system are smaller than the roughness values Rvk and Rvkx are.
4. Tribologisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äusserste Schicht der ersten Beschichtung und/oder die äusserste Schicht der zweiten Beschichtung Molybdän enthält. 4. Tribological system according to one of the preceding claims, characterized in that the outermost layer of the first coating and / or the outermost layer of the second coating contains molybdenum.
5. Tribologisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äusserste Schicht der ersten Beschichtung und/oder die äusserste Schicht der zweiten Beschichtung Molybdännitrid enthält, 5. Tribological system according to one of the preceding claims, characterized in that the outermost layer of the first coating and / or the outermost layer of the second coating contains molybdenum nitride,
6. Tribologisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Molybdännitrid-enthaltenden Schichten ein Dotierelement oder eine Kombination von Dotierelementen aus den Elementen Cu, Cr, Ti, Zr, Si, O, C, Zr, Nb, Ag, Hf, Ta, W, B, Y, Pt, Au, Pd und V enthält. 6. Tribological system according to claim 5, characterized in that at least one of the molybdenum nitride-containing layers has a doping element or a combination of doping elements made up of the elements Cu, Cr, Ti, Zr, Si, O, C, Zr, Nb, Ag, Hf , Ta, W, B, Y, Pt, Au, Pd and V.
7. Tribologisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einer der Molybdännitrid-enthaltenden Schichten das Dotierelement Cu ist oder die Kombination von Dotierelementen grösstenteils Cu enthält. 7. Tribological system according to claim 6, characterized in that at least in one of the molybdenum nitride-containing layers the doping element is Cu or the combination of doping elements largely contains Cu.
8. Tribologisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Beschichtung zumindest eine weitere Schicht unter der äusserte Schicht aufweist, wobei die untere Schicht ein Oxidschicht. 8. Tribological system according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second coating has at least one further layer under the outer layer, the lower layer being an oxide layer.
9. Tribologisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Beschichtung eine Oxidschicht unter der äussersten Schicht aufweisen, wobei die Zusammensetzung der beiden Oxidschichten so ausgewählt wird, dass die Oxidschichten materialverwandte Schichten sind, so dass die Zusammensetzung der Oxidschicht in der ersten Beschichtung mit der Zusammensetzung der Oxidschicht in der zweiten Beschichtung zumindest in 60 Atomprozent übereinstimmt. 9. Tribological system according to claim 8, characterized in that both the first and the second coating have an oxide layer under the outermost layer, the composition of the two oxide layers being selected so that the oxide layers are material-related layers, so that the composition of the Oxide layer in the first coating matches the composition of the oxide layer in the second coating at least in 60 atomic percent.
10. Tribologisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die äussersten Schichten der Beschichtungen mittels Are-Verdampfung abgeschieden wurden und daher die vorhandene Droplets charakteristische Droplets sind, welche während der Durchführung des Are- Verdampfungsverfahren produziert wurden. 10. Tribological system according to one of claims 2 to 9, characterized in that at least the outermost layers of the coatings were deposited by means of Are evaporation and therefore the droplets present are characteristic droplets which were produced during the implementation of the Are evaporation process.
11. Tribologisches System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschichten mittels Arc-Verdampfung abgeschieden wurden und daher charakteristische Droplets aufweisen. 11. Tribological system according to one of claims 8 to 10, characterized in that the oxide layers were deposited by means of arc evaporation and therefore have characteristic droplets.
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