EP3759261A1 - VERSCHLEIßSCHUTZBESCHICHTETES METALLISCHES BAUTEIL INSBESONDERE FÜR EIN KUGELVENTIL UND VERFAHREN ZUM AUFBRINGEN EINER MEHRSCHICHTIGEN VERSCHLEIßSCHUTZSCHICHT ZUR ERZEUGUNG EINES SOLCHEN BAUTEILS - Google Patents

VERSCHLEIßSCHUTZBESCHICHTETES METALLISCHES BAUTEIL INSBESONDERE FÜR EIN KUGELVENTIL UND VERFAHREN ZUM AUFBRINGEN EINER MEHRSCHICHTIGEN VERSCHLEIßSCHUTZSCHICHT ZUR ERZEUGUNG EINES SOLCHEN BAUTEILS

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EP3759261A1
EP3759261A1 EP19701769.2A EP19701769A EP3759261A1 EP 3759261 A1 EP3759261 A1 EP 3759261A1 EP 19701769 A EP19701769 A EP 19701769A EP 3759261 A1 EP3759261 A1 EP 3759261A1
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EP
European Patent Office
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layer
wear
carbide
gradient
metallic
Prior art date
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Pending
Application number
EP19701769.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Fraune
Marcus Guenther
Richard Braak
Gerald Schuetze
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F02M2200/9046—Multi-layered materials

Definitions

  • Wear protection coated metallic component in particular for a ball valve and method for applying a multi-layer wear protection layer for producing such a component
  • the invention relates to a wear-resistant coated metallic component in particular for a ball valve whose tribologically stressed surface is at least partially provided with a multi-layer wear protection layer. Furthermore, the invention relates to a method for applying a wear protective layer on a metallic substrate for producing such a construction part. Moreover, the invention relates to a ball valve with such a component.
  • DE 10 2008 040 766 A1 discloses a wear protection layer arrangement, in particular for components exposed to high pressures and temperatures of a fuel injection system.
  • the wear protection layer arrangement has a tetragonal bound amorphous carbon formed or egg nen share of tetragonal bonded amorphous carbon having protective layer.
  • the wear protection layer arrangement has a first adhesion promoter layer formed from chromium or having a chromium content.
  • the wear protection layer arrangement has at least one second adhesion promoter layer adjacent to the first adhesion promoter layer and having a carbon content.
  • the vorlie lowing invention has the object, a wear-resistant coated me- metallic component and a method for applying a multilayer Ver wear protection layer for the production of such a component to further develop, and in particular to improve an adhesion between the individual layers of the wear protection layer Ver, further a thermal and mechanical cal load capacity of the component to be increased.
  • the object is solved by the subject matter of patent claims 1, 5 and 8.
  • Preferred Ausrete insurance forms are given in the dependent claims.
  • a wear-resistant coated metallic component according to the invention for an injection valve has its tribologically stressed surface a more layered wear protection layer, wherein the wear protection layer at least one metallic adhesive layer, a primer layer and at least one first cover layer, wherein the primer layer is a carbide-forming hydrogen-free metal or a boride-forming Metal comprises, and wherein the at least first cover layer comprises a hydrogen-free tetrahedral carbon.
  • the wear protection layer is constructed such that a thermally stable adhesion of the individual layers is achieved with each other and is thus produced with a high resistance to tribological stresses.
  • the metallic adhesive layer has a layer thickness between 10 nm and 1 pm, and consists of a metal selected from the group comprising titanium, chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, hafnium, tantalum, zirconium or combinations thereof. Other metals and other combinations of these are also conceivable.
  • the adhesion promoter layer preferably has a layer thickness of between 10 nm and 10 ⁇ m, preferably a layer thickness of less than 1 ⁇ m, and consists of a metal selected from the group comprising silicon carbide SiC, tungsten carbide WC, vanadium carbide VC, tantalum carbide TaC, hafnium carbide HfC, zirconium carbide ZrC, molybdenum carbide MoC, titanium carbide TiC, titanium boride TiB, titanium boride TiB 2 or combinations thereof.
  • the adhesion promoter layer comprises a hydrogen-free carbide-forming metal
  • the adhesion promoter layer with the hydrogen-free carbide-forming metal then has a stoichiometric layer.
  • the ratio between metal and carbon can also be in a ratio range between 10: 1 and 1: 3.
  • the primer layer comprises a boride-forming metal
  • the primer layer preferably comprises titanium to form a chemically inert boron-containing titanium layer or a titanium boride layer.
  • the adhesion promoter layer with the boride-forming metal preferably has a stoichiometric ratio between metal and boron of 1: 2, in which case a titanium diboride is present.
  • the ratio between metal and boron can also be in a ratio range between 10: 1 and 1:10.
  • the boride-containing primer layer acts as a diffusion barrier, whereby oxidation or contamination by thermal diffusion of the substrate and the individual components of the coating is prevented. Furthermore, by the chemical and structural similarity of titanium boride and titanium carbide, a comparatively stable and adherent bonding of the adhesive mediator layer to the first cover layer.
  • the first cover layer has a layer thickness between 0.1 mhh and 10 mhh.
  • the first cover layer of the wear protection layer is preferably a hydrogen-free tetrahedral carbon layer (ta-C), which has a high thermal stability even at temperatures above 600 ° C compared to the metallic adhesive layer and the adhesive layer.
  • the metallic adhesive layer and the primer layer are essentially hen vorgese, a better gradient in modulus and / or hardness between a sub strate, so to realize the base material of the component to be coated, and the first cover layer. Consequently, the eggshell effect of the wear-resistant layer is counteracted by the layers adhering well.
  • the wear protection layer at least consisting of the adhesive layer, the primer layer and the first cover layer thus has a relatively high adhesion ability even at high operating temperatures and aggressive oxidizing gas atmospheres. This has a particularly positive effect on the resistance of the wear protection layer, and thus on the lifetime of the wear-coated metal component ver.
  • the anti-wear layer has a first gradient layer formed between the metallic adhesive layer and the primer layer to produce a concentration gradient between the metallic adhesive layer and the primer layer, the first gradient layer comprising a metal and a layer thickness between 1 nm and 10 pm.
  • the first Graisten für on a boride-forming metal wherein the boride-forming metal is in particular a titanium boride or a titanium diboride.
  • the boron content within the first gradient layer preferably increases with increasing layer thickness.
  • the first gradient layer comprises a carbide-forming metal, wherein the carbide-forming metal is selected from the group consisting of silicon carbide, tungsten carbide, vanadium carbide, tantalum carbide, hafnium carbide, zirconium carbide, molybdenum carbide, titanium carbide, or combinations thereof.
  • the Kolhenstoffanteil within the first Gradi enten slaughter increases with increasing layer thickness preferably.
  • the wear protection layer has a second gradient layer formed between the adhesion promoter middle layer and the first cover layer to produce a concentration gradient between the adhesion promoter layer and the first cover layer, wherein the second gradient layer is a hydrogen-free tetrahedral carbon includes.
  • the carbon content within the second gradient layer preferably increases. It is conceivable entwe the form the first gradient layer between the metallic adhesive layer and the adhesive layer or the second gradient layer between the Haftvermitt ler harsh and the first cover layer.
  • the wear protection layer then has four individually applied layers. But it is also possible both a first and a second gradient layer between tween the metallic adhesive layer, the adhesive layer and the first cover layer preference.
  • the wear protection layer has five layers applied separately.
  • the gradient in the modulus of elasticity and / or hardness is realized more uniformly by the first and / or second gradient layer, and the adhesiveness of the wear-resistant layer is thus improved.
  • the wear protection layer further comprises a second cover layer comprising an amorphous hydrogen-containing carbon, wherein the two te cover layer is at least partially disposed on the first cover layer.
  • the second cover layer is an inlet layer of amorphous hydrogen-containing carbon (aC: H)., which serves the smoothing of the technical surface at the beginning of tribological contact.
  • the substrate is initially provided, a metallic adhesive layer by means of a plasma coating process, in particular with a layer thickness between 10 nm and 1 pm, at least partially applied to the substrate, wherein a primer layer comprising a hydrogen free carbide-forming metal or a boride-forming metal, by means of a Plas mabe Anlagenungsvons, in particular with a layer thickness between 10 nm and 10 pm, preferably having a layer thickness less than 1 pm, at least partially applied to the metallic adhesive layer, and wherein a first cover layer comprising a hydrogen-free tetrahedral carbon, by means of a plasma coating method, in particular with a layer thickness between 0.1 pm and 10 pm, at least partially applied to the primer layer.
  • the individual layers of the wear protective layer are applied by means of a physical vapor deposition method on the substrate of the component.
  • a physical vapor deposition process in English: Physical Vapor Deposition
  • a starting material is transferred by means of physical processes in the gas phase and then led to the substrate to be coated, where it condenses and forms the respective layer.
  • the application of the metallic adhesive layer to the substrate preferably takes place by means of magnetron sputtering, the respective layer material being sputtered directly from a target material in a noble gas atmosphere, for example in an argon, neon, krypton or xenonate mops. Furthermore, it preferably follows the sputtering of the layer material to produce the metallic adhesion Layer preferably by means of high-energy pulse magnetron sputtering (HiPIMS) in combination with a bias voltage, whereby a comparatively dense metal adhesive layer is formed from the sputtered ions.
  • HiPIMS high-energy pulse magnetron sputtering
  • Biashoven be used, wherein the primer layer vorzugswei se deposited directly in stoichiometric composition of the respective target material.
  • the bias voltage is in the range up to 10 kV, preferably between 0.1 and 2 kV.
  • a reactive deposition can alternatively be carried out by adding kohlenstoff ambiencen gases.
  • the first covering layer consisting of the amorphous tedraedischen carbon (ta-C) is preferably produced by means of vacuum arc evaporation of a carbon target.
  • the resulting carbon ions are accelerated by means of egg ner preferably pulsed bias voltage to the component and form there the first cover layer with the respective layer thickness.
  • the bias voltage is selected such that the mean internal energy of the carbon ions is between 40 and 100 eV.
  • the invention includes the teaching that a first and / or second gradient layer is formed between the metallic adhesion layer and the adhesion promoter layer and / or between the adhesion promoter layer and the first cover layer in order to achieve a concentration gradient between the metallic adhesion layer and the adhesion promoter layer and / or between the
  • Bonding agent layer and the first cover layer to produce wherein the first and / or second gradient layer is also formed by means of a plasma coating process and a layer thickness between 1 nm and 10 pm.
  • the first and / or second gradient layer is preferably applied by PVD method, particularly preferably by vacuum arc evaporation on the me-metallic adhesive layer and / or the adhesion promoter layer.
  • a second cover layer is at least partially applied to the first cover layer by means of a PECVD method and a layer thickness between 0.1 pm and 10 pm, wherein the second cover layer is an amorphous hydrogen-containing carbon.
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • the gases produced by means of the hydrocarbon-containing gas for example by means of isobutane, isobutene or methane, are then accelerated by means of a pulsed bias voltage to the surface of the component to be coated, where they form an aC: H layer.
  • the layer thicknesses indicated above are preferably produced by plasma coating in such a way that the application of the material takes place until the respective desired layer thickness is reached. During or after the plasma coating, the applied layer thickness is monitored by a layer thickness test.
  • the wear-resistant coated metallic component is preferably used in injection technology to injectors, especially for Hochtikan applications of hydraulic valves or pneumatic valves.
  • the wear-resistant coated metallic component is used in a Ku gelventil, wherein the ball valve a spherical counter-body to summarizes, which is intended to come to the wear-resistant coated metallic component sealingly to the plant.
  • the wear-resistant coated metallic component has in particular an inner cone-shaped seat for at least partially receiving the counter body, wherein at least the innenke gel-shaped seat has a wear protection layer.
  • the inner cone-shaped seat advantageously has an opening angle of less than 90 °, preferably before 60 °.
  • FIG. 1 is a detail sectional view of a metallic component according to the invention to illustrate a layer structure of a wear protection layer according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a detail sectional view of the metallic component for Veran illustration of the layer structure of the wear protection layer according to a two-th embodiment
  • Fig. 3 is a detail sectional view of the metallic component for Veran illustration of the layer structure of the wear protection layer according to a th third embodiment
  • FIG. 4 is a simplified schematic sectional view of a ball valve with the wear-resistant coated metallic component according to the invention according to FIG. 3.
  • FIG. 1 to 3 three embodiments of a wear-coated metallic component 1 are shown.
  • the Ver provided with a wear protective layer 2 metallic component 1 is presently used in a ball valve 6 shown in more detail in Figure 4, wherein by wear protective layer 2 in particular the wear of the tribologically stressed component 1 is lowered.
  • the wear protection layer 2 form a metallic adhesive layer 3a, a primer layer 3b and a first cover layer 3c, wherein the primer layer 3b comprises a carbide-forming hydrogen-free metal, and wherein the first cover layer 3c comprises a hydrogen-free tetrahedral carbon.
  • the metallic adhesion layer 3a, the adhesion promoter layer 3b and the first cover layer 3c are each provided with Made a PVD process, for example, by magnetron sputtering or vacuum umbogenverdampfung.
  • the metallic adhesion layer 3 a is applied over the entire surface of a substrate 9 of the component 1.
  • the Haftver is mitler layer 3b applied over the entire surface of the metallic adhesive layer 3a and finally coated over the entire surface with the first cover layer 3c, wherein the ers te cover layer has a layer thickness of 1 pm.
  • the adhesive metal layer 3 a comprises titanium as a layer material and has a layer thickness of 100 nm.
  • the adhesion promoter layer 3 b, or else carbide hard layer, has a layer thickness of 200 nm and in the first embodiment comprises a titanium carbide, the stoichiometric ratio of the titanium carbide between Carbon and metal is 1: 1, so that a stable and comparatively well adhering Haftvermitler für 3b is formed.
  • a stoichiometric ratio of titanium carbide between carbon and metal in a range between 3: 1 and 1:10 can be chosen.
  • the ers te cover layer 3c protects the component 1 from wear and reduces in particular the coefficient of friction between the component 1 and a tribologically bean spruchenden the component counter body.
  • the wear protection layer 2 of the second embodiment shown in Figure 2 has a metallic adhesive layer 3a, a Haftvermitler Anlagen 3b, and a first cover layer 3c, wherein between the metallic adhesive layer 3a and the Haftvermitler Anlagen 3b, a first gradient layer 4 is arranged to a concentration gradient between the metallic adhesion layer 3a and the adhesion promoter layer 3b.
  • the adhesion promoter layer 3b comprises a boride-forming metal
  • the first covering layer 3c comprises a hydrogen-free tetrahedral carbon.
  • the metallic adhesion layer 3a, the first gradient layer 4, the adhesion promoter layer 3b and the first cover layer 3c are each prepared by a PVD process, for example by magnetron sputtering or vacuum arc evaporation.
  • the metallic adhesion layer 3 a is applied over the entire surface of a substrate 9 of the component 1.
  • the first gradient layer 4 is applied to the metallic adhesion layer 3a.
  • the adhesion promoter layer 3 b is applied over the entire surface to the first gradient layer 4 and, finally, over the full area with the first gradient layer 4 Cover layer 3c coated, wherein the first cover layer has a layer thickness of 1 mhh.
  • the metallic adhesion layer 3a here comprises titanium as a layer material and has a layer thickness of 100 nm.
  • the adhesion promoter layer 3b has a layer thickness of 200 nm and in the second embodiment comprises a titanium boride, wherein the stoichiometric ratio of the titanium boron between Me tall and boron at 1: 2, so that a stable and comparatively well adhering primer layer 3b is formed.
  • a stoichiometric ratio of the titanium boride between titanium and boron may also be in one range
  • the first gradient layer 4 also comprises titanium boride as the layer material, the concentration of the boron fraction increasing linearly with increasing layer thickness of the first gradient layer 4 from the metallic adhesion layer 3 a to the adhesion promoter layer 3 b.
  • the first gradient layer 4 has a layer thickness of 50 nm.
  • the first cover layer 3c protects the component 1 from wear and, in particular, reduces the coefficient of friction between the component 1 and a component tribologically
  • the wear protection layer 2 has a metallic adhesive layer 3a, a bonding agent layer 3b, and a first cover layer 3c. Between the adhesive layer 3b and the first cover layer 3c, a second gradient layer 5 is arranged to produce a concentration gradient between the adhesive layer 3b and the first cover layer.
  • the adhesion promoter layer 3b comprises a carbide-forming metal and the first covering layer 3c comprises a hydrogen-free tetrahedral carbon.
  • the adhesion promoter layer 3b may also comprise a boride-forming metal.
  • the metallic adhesion layer 3a, the adhesion promoter layer 3b, the second gradient layer 5, and the first cover layer 3c are each produced by means of a PVD process, for example by means of magnetron sputtering or vacuum evaporation.
  • the metallic adhesive layer 3a is all over on one Substrate 9 of the component 1 applied.
  • the bonding mediator layer 3b is applied over the entire surface of the metallic adhesive layer 3a.
  • the second gradient layer 5 is applied to the adhesion promoter layer 3b and finally beschich Tet with the first cover layer 3c beschich tet, wherein the first cover layer has a layer thickness of 1 mhh.
  • the wear protection layer 2 further comprises a second cover layer 3d, which is applied to the first cover layer 3c and in the present case has a layer thickness of also 1 mhh.
  • the second cover layer is produced in the present case by means of a PECVD method.
  • the metallic adhesion layer 3a here comprises titanium as the layer material and has a layer thickness of 100 nm.
  • the adhesion promoter layer 3b has a
  • Adhesive layer 3b from.
  • a titanium boride as
  • Adhesive layer 3b be provided.
  • the second gradient layer 5 to summarizes a hydrogen-free tetrahedral carbon as a layer material, wherein the concentration of the carbon content with increasing layer thickness of the second gradient layer 5 of the primer layer 3b to the first cover layer 3c increases linearly.
  • the second gradient layer 5 has a layer thickness of 50 nm.
  • the second cover layer 3d comprises an amorphous hydrogen-containing carbon as the layer material.
  • the first and second cover layer 3c, 3d protect the component 1 from wear and in particular reduces the coefficient of friction between the component 1 and a component 1 tribologically
  • the chemical and structural similarity of the layers ensures that the first and second cover layers 3 c, 3 d are firmly seated and firmly adhering to the substrate 9.
  • a ball valve 6 comprises a wear-resistant metallic component 1 according to FIG. 3 as well as a spherical counter body 7.
  • the counter body 7 is intended to seal against the wear-resistant metallic component 1, a surface 10 of the component 1 in particular on an inner cone-shaped Seat 8 is tribologically stressed by the counter body 7.
  • the inner cone-shaped seat 8 is used for partially receiving the counter body 7 and in this case has a Publ opening angle 11 of 60 °.
  • the wear-resistant coated metallic component 1 has on the surface 10 a on a substrate 9 of the component 1 applied wear protection layer 2 according to Figure 3, to the wear in the sealing area between the mating body 7 and the inner cone-shaped seat

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1) insbesondere für ein Kugelventil (6), dessen tribologisch beanspruchte Oberfläche zumindest teilweise mit einer mehrschichtigen Verschleißschutzschicht (2) versehen ist, wobei die Verschleißschutzschicht (2) zumindest eine metallische Haftschicht (3a), eine Haftvermittlerschicht (3b) sowie mindestens eine erste Deckschicht (3c) aufweist, wobei die Haftvermittlerschicht (3b) ein carbidbildendes Metall oder ein boridbildendes Metall umfasst, und wobei die mindestens erste Deckschicht (3c) einen wasserstofffreien tetraedischen Kohlenstoff umfasst. Ferner betrifftdie Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht (2) auf ein metallisches Substrat (9) zur Erzeugung eines solchen verschleißschutzbeschichteten metallischen Bauteils (1). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kugelventil mit einem derartigen verschleißschutzbeschichteten metallischen Bauteil (1)und einer Verschleißschutzschicht (2).

Description

Beschreibung
Titel
Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil insbesondere für ein Kugel ventil und Verfahren zum Aufbringen einer mehrschichtigen Verschleißschutz schicht zur Erzeugung eines solchen Bauteils
Die Erfindung betrifft ein verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil ins besondere für ein Kugelventil, dessen tribologisch beanspruchte Oberfläche zu mindest teilweise mit einer mehrschichtigen Verschleißschutzschicht versehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen einer Verschleiß schutzschicht auf ein metallisches Substrat zur Erzeugung eines solchen Bau teils. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kugelventil mit einem derartigen Bauteil.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2008 040 766 Al geht eine Verschleißschutzschichtanordnung, insbesondere für hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzten Bauelemente eines Kraftstoffeinspritzsystems hervor. Die Verschleißschutzschichtanordnung weist eine aus tetragonal gebundenem amorphen Kohlenstoff gebildeten oder ei nen Anteil an tetragonal gebundenem amorphen Kohlenstoff aufweisenden Schutzschicht auf. Ferner weist die Verschleißschutzschichtanordnung eine aus Chrom gebildete oder einen Chrom-Anteil aufweisende erste Haftvermittler schicht auf. Darüber hinaus weist die Verschleißschutzschichtanordnung mindes tens eine an die erste Haftvermittlerschicht angrenzende, einen Kohlenstoff-Anteil aufweisende zweite Haftvermittlerschicht auf.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorlie genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verschleißschutzbeschichtetes me- tallisches Bauteil und ein Verfahren zum Aufbringen einer mehrschichtigen Ver schleißschutzschicht zur Erzeugung eines solchen Bauteils weiterzuentwickeln, und insbesondere eine Haftwirkung zwischen den einzelnen Schichten der Ver schleißschutzschicht zu verbessern, wobei ferner eine thermische und mechani sche Belastbarkeit des Bauteils erhöht werden soll. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 5 und 8. Bevorzugte Ausfüh rungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil für ein Einspritzventil weist dessen tribologisch beanspruchte Oberfläche eine mehr schichtige Verschleißschutzschicht auf, wobei die Verschleißschutzschicht zu mindest eine metallische Haftschicht, eine Haftvermittlerschicht sowie mindes tens eine erste Deckschicht aufweist, wobei die Haftvermittlerschicht ein car- bidbildendes wasserstofffreies Metall oder ein boridbildendes Metall umfasst, und wobei die mindestens erste Deckschicht einen wasserstofffreien tetraedischen Kohlenstoff umfasst. Die Verschleißschutzschicht ist derart aufgebaut, dass eine thermisch stabile Haftung der einzelnen Schichten untereinander erzielt und so mit ein hoher Widerstand gegenüber tribologischen Belastungen erzeugt wird. Vorzugsweise weist die metallische Haftschicht eine Schichtdicke zwischen 10 nm und 1 pm auf, und besteht aus einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Titan, Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Hafnium, Tantal, Zirko nium oder Kombinationen hieraus. Auch weitere Metalle sowie weitere Kombina tionen daraus sind denkbar.
Bevorzugt weist die Haftvermittlerschicht eine Schichtdicke zwischen 10 nm und 10 pm, vorzugsweise eine Schichtdicke kleiner als 1 pm auf, und besteht aus ei nem Metall, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Siliziumcarbid SiC, Wolf- ramcarbid WC, Vanadiumcarbid VC, Tantalcarbid TaC, Hafniumcarbid HfC, Zir- koniumcarbid ZrC, Molybdäncarbid MoC, Titancarbid TiC, Titanborid TiB, Titandi- borid TiB2 oder Kombinationen hieraus. Für den Fall, dass die Haftvermittler schicht ein wasserstofffreies carbidbildendes Metall umfasst, weist die Haftver mittlerschicht mit dem wasserstofffreien carbidbildenden Metall dann ein stöchi- ometrisches Verhältnis zwischen Metall und Kohlenstoff von 1:1 auf. Das Ver hältnis zwischen Metall und Kohlenstoff kann aber auch in einem Verhältnisbe reich zwischen 10:1 und 1:3 liegen. Wenn die Haftvermittlerschicht ein boridbil- dendes Metall umfasst, weist die Haftvermittlerschicht vorzugsweise Titan auf, um eine chemisch inerte, borhaltige Titanschicht oder eine Titanboridschicht aus zubilden. Die Haftvermittlerschicht mit dem boridbildenden Metall weist bevorzugt ein stöchiometrisches Verhältnis zwischen Metall und Bor von 1:2 auf, wobei in diesem Fall ein Titandiborid vorliegt. Das Verhältnis zwischen Metall und Bor kann aber auch in einem Verhältnisbereich zwischen 10:1 und 1:10 liegen. Vor teilhaft ist, dass die boridhaltige Haftvermittlerschicht als Diffusionsbarriere wirkt, wodurch eine Oxidation oder Verunreinigung durch thermische Diffusion des Substrates sowie der einzelnen Bestandteile der Beschichtung verhindert wird. Ferner besteht durch die chemische und strukturelle Ähnlichkeit von Titanborid und Titancarbid eine vergleichsweise stabile und haftfeste Anbindung der Haft vermittlerschicht an die erste Deckschicht.
Vorzugsweise weist die erste Deckschicht eine Schichtdicke zwischen 0,1 mhh und 10 mhh auf. Die erste Deckschicht der Verschleißschutzschicht ist bevorzugt eine wasserstofffreie tetraedische Kohlenstoffschicht (ta-C), die im Vergleich zu der metallischen Haftschicht und der Haftvermittlerschicht eine hohe thermische Stabilität auch bei Temperaturen oberhalb von 600°C aufweist. Die metallische Haftschicht sowie die Haftvermittlerschicht sind im Wesentlichen dazu vorgese hen, ein besseres Gefälle im E-Modul und/oder der Härte zwischen einem Sub strat, also dem Grundwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils, und der ersten Deckschicht zu realisieren. Mithin wird durch die gut haftenden Schichten einem Eierschaleneffekt der Verschleißschutzschicht entgegengewirkt. Die Verschleiß schutzschicht, zumindest bestehend aus der Haftschicht, der Haftvermittler schicht sowie der ersten Deckschicht weist damit eine vergleichsweise hohe Haft fähigkeit auch bei hohen Betriebstemperaturen sowie aggressiven oxidierenden Gasatmosphären auf. Dies wirkt sich insbesondere positiv auf die Widerstands fähigkeit der Verschleißschutzschicht, und damit auf die Lebenszeit des ver schleißschutzbeschichteten metallischen Bauteils aus. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Verschleißschutz schicht eine erste Gradientenschicht auf, die zwischen der metallischen Haft schicht und der Haftvermittlerschicht ausgebildet ist, um einen Konzentrations gradienten zwischen der metallischen Haftschicht und der Haftvermittlerschicht zu erzeugen, wobei die erste Gradientenschicht ein Metall umfasst und eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 10 pm aufweist. Bevorzugt weist die erste Gra dientenschicht ein boridbildendes Metall auf, wobei das boridbildende Metall ins besondere ein Titanborid oder ein Titandiborid ist. Mit anderen Worten nimmt der Boranteil innerhalb der ersten Gradientenschicht mit zunehmender Schichtdicke vorzugsweise zu. Alternativ weist die erste Gradientenschicht ein carbidbildendes Metall auf, wobei das carbidbildende Metall ausgewählt ist aus der Gruppe, um fassend Siliziumcarbid, Wolframcarbid, Vanadiumcarbid, Tantalcarbid, Hafni- umcarbid, Zirkoniumcarbid, Molybdäncarbid, Titancarbid oder Kombinationen hie raus. Mit anderen Worten nimmt der Kolhenstoffanteil innerhalb der ersten Gradi entenschicht mit zunehmender Schichtdicke vorzugsweise zu.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Verschleiß schutzschicht eine zweite Gradientenschicht aufweist, die zwischen der Haftver mittlerschicht und der ersten Deckschicht ausgebildet ist, um einen Konzentrati onsgradienten zwischen der Haftvermittlerschicht und der ersten Deckschicht zu erzeugen, wobei die zweite Gradientenschicht einen wasserstofffreien tetraedi- schen Kohlenstoff umfasst. Mit anderen Worten nimmt der Kohlenstoffanteil in nerhalb der zweiten Gradientenschicht vorzugsweise zu. Es ist denkbar, entwe der die erste Gradientenschicht zwischen der metallischen Haftschicht und der Haftvermittlerschicht oder die zweite Gradientenschicht zwischen der Haftvermitt lerschicht und der ersten Deckschicht auszubilden. Mithin weist die Verschleiß schutzschicht dann vier einzeln aufgebrachte Schichten auf. Es ist aber auch möglich sowohl eine erste als auch eine zweite Gradientenschicht jeweils zwi schen der metallischen Haftschicht, der Haftvermittlerschicht und der ersten Deckschicht vorzugsehen. In diesem Fall weist die Verschleißschutzschicht fünf separat aufgebrachte Schichten auf. Durch die erste und/oder zweite Gradien tenschicht wird das Gefälle im E-Modul und/oder Härte gleichmäßiger realisiert und die Haftfähigkeit der Verschleißschutzschicht somit verbessert. Vorzugsweise weist die Verschleißschutzschicht ferner eine zweite Deckschicht auf, die einen amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoff umfasst, wobei die zwei te Deckschicht zumindest teilweise auf der ersten Deckschicht angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die zweite Deckschicht eine Einlaufschicht aus amorphem wasserstoffhaltigem Kohlenstoff (a-C:H)., die der Einglättung der technischen Oberfläche bei beginnendem tribologischem Kontakt dient.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbringen einer Verschleiß schutzschicht auf ein metallisches Substrat zur Erzeugung eines
verschleißschutzbeschichteten metallischen Bauteils, insbesondere für ein Ein spritzventil, wird das Substrat zunächst bereitgestellt, eine metallische Haft schicht mittels eines Plasmabeschichtungsverfahrens, insbesondere mit einer Schichtdicke zwischen 10 nm und 1 pm, zumindest teilweise auf das Substrat aufgebracht wird, wobei eine Haftvermittlerschicht, umfassend ein wasserstoff freies carbidbildendes Metall oder ein boridbildendes Metall, mittels eines Plas mabeschichtungsverfahrens, insbesondere mit einer Schichtdicke zwischen 10 nm und 10 pm, vorzugsweise mit einer Schichtdicke kleiner als 1 pm, zumindest teilweise auf die metallische Haftschicht aufgebracht wird, und wobei eine erste Deckschicht, umfassend einen wasserstofffreien tetraedischen Kohlenstoff, mit tels eines Plasmabeschichtungsverfahrens, insbesondere mit einer Schichtdicke zwischen 0,1 pm und 10 pm, zumindest teilweise auf die Haftvermittlerschicht aufgebracht wird. Vorzugsweise werden die einzelnen Schichten der Verschleiß schutzschicht mittels eines physikalischen Gasphasenabscheidungsverfahrens auf das Substrat des Bauteils aufgebracht. Durch das physikalische Gasphasen abscheidungsverfahren (im Englischen: Physical Vapour Deposition) wird mithilfe physikalischer Verfahren ein Ausgangsmaterial in die Gasphase überführt und anschließend zum zu beschichtenden Substrat geführt, wo es kondensiert und die jeweilige Schicht bildet.
Das Aufbringen der metallischen Haftschicht auf das Substrat erfolgt bevorzugt mittels Magnetronsputtern, wobei das jeweilige Schichtmaterial in einer Edelgas atmosphäre, beispielsweise in einer Argon-, Neon-, Krypton oder Xenonat- mopsähre direkt von einem Targetmaterial gesputtert wird. Ferner bevorzugt er folgt das Sputtern des Schichtmaterials zur Erzeugung der metallischen Haft- Schicht vorzugsweise mittels Hochenergieimpulsmagnetronsputtern (HiPIMS) in Kombination mit einer Biasspannung, wodurch eine vergleichsweise dichte metal lische Haftschicht aus den gesputterten Ionen entsteht. Für das Aufbringen der Haftvermittlerschicht können sowohl DC-Spannungen als auch gepulste
Biasspannungen verwendet werden, wobei die Haftvermittlerschicht vorzugswei se direkt in stöchiometrischer Zusammensetzung vom jeweiligen Targetmaterial abgeschiedenen werden. Die Biasspannung liegt im Bereich bis zu 10 kV, vor zugsweise zwischen 0,1 und 2 kV. Im Fall einer carbidhaltigen Haftvermittler schicht kann eine reaktive Abscheidung alternativ auch durch Zugabe von koh lenstoffhaltigen Gasen erfolgen.
Die erste Deckschicht, bestehend aus dem amorphen tedraedischen Kohlenstoff (ta-C), wird vorzugsweise mittels Vakuumbogenverdampfung eines Kohlen stofftargets erzeugt. Die dabei entstehenden Kohlenstoff- Ionen werden mittels ei ner bevorzugt gepulsten Biasspannung zum Bauteil beschleunigt und bilden dort die erste Deckschicht mit der jeweiligen Schichtdicke aus. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Biasspannung derart gewählt, dass die mittlere lo- nenenergie der Kohlenstoff- Ionen zwischen 40 und 100 eV liegt.
Die Erfindung schließt die Lehre mit ein, dass zwischen der metallischen Haft schicht und der Haftvermittlerschicht und/oder zwischen der Haftvermittlerschicht und der ersten Deckschicht eine erste und/oder zweite Gradientenschicht ausge bildet wird, um einen Konzentrationsgradienten zwischen der metallischen Haftschicht und der Haftvermittlerschicht und/oder zwischen der
Haftvermittlerschicht und der ersten Deckschicht zu erzeugen, wobei die erste und/oder zweite Gradientenschicht ebenfalls mittels eines Plasmabeschichtungs verfahrens und einer Schichtdicke zwischen 1 nm und 10 pm ausgebildet wird.
Die erste und/oder zweite Gradientenschicht wird vorzugsweise mittels PVD- Verfahren, besonders bevorzugt mittels Vakuumbogenverdampfung auf die me tallische Haftschicht und/oder die Haftvermittlerschicht aufgebracht.
Vorzugsweise wird auf der ersten Deckschicht zumindest teilweise eine zweite Deckschicht mittels eines PECVD-Verfahrens und einer Schichtdicke zwischen 0,1 pm und 10 pm aufgebracht, wobei die zweite Deckschicht einen amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoff umfasst. Bei der plasmaunterstützten chemi schen Gasphasenabscheidung (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition, PECVD) erfolgt die Abscheidung der zweiten Deckschicht mittels einer Plasma entladung in einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, welches überwiegend Ionen und nur eine geringe Menge Radikale bildet und dem bevorzugt ein Edelgas, wie beispielsweise Argon, Neon, Krypton hinzugefügt ist. Die mittels des kohlenwas serstoffhaltigen Gases, beispielsweise mittels Isobutan, Isobuten oder Methan erzeugten Ionen werden anschließend mittels einer gepulsten Biasspannung zu der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils beschleunigt und bilden dort eine a-C:H-Schicht aus.
Die vorstehend angegebenen Schichtdicken werden vorzugsweise durch Plas mabeschichtung derart hergestellt, dass das Aufbringen des Materials solange erfolgt, bis die jeweils gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Während oder nach der Plasmabeschichtung wird die aufgebrachte Schichtdicke durch eine Schicht dickenprüfung überwacht.
Das verschleißschutzbeschichtete metallische Bauteil wird vorzugsweise in der Einspritztechnik an Einspritzventilen eingesetzt, insbesondere für Hochdruckan wendungen von Hydraulikventilen oder pneumatischen Ventilen. Besonders be vorzugt wird das verschleißschutzbeschichtete metallische Bauteil in einem Ku gelventil eingesetzt, wobei das Kugelventil einen kugelförmigen Gegenkörper um fasst, der dazu vorgesehen ist, am verschleißschutzbeschichteten metallischen Bauteil dichtend zur Anlage zu kommen. Das verschleißschutzbeschichtete metallische Bauteil weist insbesondere einen innenkegelförmigen Sitz zur zumin dest teilweisen Aufnahme des Gegenkörpers auf, wobei zumindest der innenke gelförmige Sitz eine Verschleißschutzschicht aufweist. Der innenkegelförmige Sitz weist vorteilhafterweise einen Öffnungswinkel von kleiner als 90° auf, vor zugsweise von 60°. Alternativ können auch andere metallische Bauteile eine der artige Verschleißschutzschicht aufweisen, wobei diese metallischen Bauteile ins besondere tribologischen Verschleißbeanspruchungen ausgesetzt sind. Dem nach können beispielsweise Düsennadeln, Pumpenkolben, Ventilstücke oder Gleitlagerschalen verschleißschutzbeschichtete Bauteile aufweisen. Im Folgenden werden drei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an hand der vier Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine Detailschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen metallischen Bauteils zur Veranschaulichung eines Schichtaufbaus einer Verschleißschutz schicht gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine Detailschnittdarstellung des metallischen Bauteils zur Veran schaulichung des Schichtaufbaus der Verschleißschutzschicht gemäß einer zwei ten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Detailschnittdarstellung des metallischen Bauteils zur Veran schaulichung des Schichtaufbaus der Verschleißschutzschicht gemäß einer drit ten Ausführungsform, und
Fig. 4 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Kugelventils mit dem erfindungsgemäßen verschleißschutzbeschichteten metallischen Bauteil gemäß Figur 3.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Gemäß den Figuren 1 bis 3 sind drei Ausführungsbeispiele eines verschleiß schutzbeschichteten metallischen Bauteils 1 dargestellt. Das mit einer Ver schleißschutzschicht 2 versehene metallische Bauteil 1 wird vorliegend in einem in Figur 4 näher dargestellten Kugelventil 6 eingesetzt, wobei durch Verschleiß schutzschicht 2 insbesondere der Verschleiß des tribologisch beanspruchten Bauteils 1 gesenkt wird.
Nach Figur 1 weist die Verschleißschutzschicht 2 gemäß der ersten Ausführungs form eine metallische Haftschicht 3a, eine Haftvermittlerschicht 3b sowie eine erste Deckschicht 3c auf, wobei die Haftvermittlerschicht 3b ein carbidbildendes wasserstofffreies Metall umfasst, und wobei die erste Deckschicht 3c einen was serstofffreien tetraedischen Kohlenstoff umfasst. Vorliegend sind die metallische Haftschicht 3a, die Haftvermittlerschicht 3b sowie die erste Deckschicht 3c je mit- tels eines PVD-Verfahrens, beispielsweise mitels Magnetronsputern oder Vaku umbogenverdampfung hergestellt. Die metallische Haftschicht 3a ist vollflächig auf einem Substrat 9 des Bauteils 1 aufgebracht. Anschließend wird die Haftver mitlerschicht 3b vollflächig auf die metallische Haftschicht 3a aufgebracht und abschließend vollflächig mit der ersten Deckschicht 3c beschichtet, wobei die ers te Deckschicht eine Schichtdicke von 1 pm aufweist.
Die metallische Haftschicht 3a weist Titan als Schichtmaterial auf und hat eine Schichtdicke von 100 nm. Die Haftvermitlerschicht 3b, oder auch carbidische Hartstoffschicht, weist eine Schichtdicke von 200 nm auf und umfasst in der ers ten Ausführungsform ein Titancarbid, wobei das stöchiometrische Verhältnis des Titancarbids zwischen Kohlenstoff und Metall bei 1:1 liegt, sodass eine stabile und vergleichsweise gut haftende Haftvermitlerschicht 3b gebildet wird. Alterna tiv kann auch ein stöchiometrische Verhältnis des Titancarbids zwischen Kohlen stoff und Metall in einem Bereich zwischen 3:1 und 1:10 gewählt werden. Die ers te Deckschicht 3c schützt das Bauteil 1 vor Verschleiß und senkt insbesondere den Reibwert zwischen dem Bauteil 1 und einem das Bauteil tribologisch bean spruchenden Gegenkörpers.
Die Verschleißschutzschicht 2 der in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungs form weist eine metallische Haftschicht 3a, eine Haftvermitlerschicht 3b, sowie eine erste Deckschicht 3c auf, wobei zwischen der metallischen Haftschicht 3a und der Haftvermitlerschicht 3b eine erste Gradientenschicht 4 angeordnet ist, um einen Konzentrationsgradienten zwischen der metallischen Haftschicht 3a und der Haftvermitlerschicht 3b zu erzeugen. Vorliegend umfasst die Haftvermit lerschicht 3b ein boridbildendes Metall und die erste Deckschicht 3c einen was serstofffreien tetraedischen Kohlenstoff. Die metallische Haftschicht 3a, die erste Gradientenschicht 4, die Haftvermitlerschicht 3b sowie die erste Deckschicht 3c werden je mitels eines PVD-Verfahrens, beispielsweise mitels Magnetronsput tern oder Vakuumbogenverdampfung hergestellt. Die metallische Haftschicht 3a ist vollflächig auf einem Substrat 9 des Bauteils 1 aufgebracht. Nachfolgend wird die erste Gradientenschicht 4 auf die metallische Haftschicht 3a aufgebracht. In einem weiteren Schrit wird die Haftvermitlerschicht 3b vollflächig auf die erste Gradientenschicht 4 aufgebracht und abschließend vollflächig mit der ersten Deckschicht 3c beschichtet, wobei die erste Deckschicht eine Schichtdicke von 1 mhh aufweist.
Die metallische Haftschicht 3a umfasst vorliegend Titan als Schichtmaterial und hat eine Schichtdicke von 100 nm. Die Haftvermittlerschicht 3b weist eine Schichtdicke von 200 nm auf und umfasst in der zweiten Ausführungsform ein Titanborid, wobei das stöchiometrische Verhältnis des Titanborids zwischen Me tall und Bor bei 1:2 liegt, sodass eine stabile und vergleichsweise gut haftende Haftvermittlerschicht 3b gebildet wird. Alternativ kann auch ein stöchiometrische Verhältnis des Titanborids zwischen Titan und Bor in einem Bereich
zwischen 10:1 und 1:10 gewählt werden. Die erste Gradientenschicht 4 umfasst ebenfalls Titanborid als Schichtmaterial, wobei die Konzentration des Boranteils mit zunehmender Schichtdicke der ersten Gradientenschicht 4 von der metalli schen Haftschicht 3a zur Haftvermittlerschicht 3b linear zunimmt. Vorliegend weist die ersten Gradientenschicht 4 eine Schichtdicke von 50 nm auf. Die erste Deckschicht 3c schützt das Bauteil 1 vor Verschleiß und senkt insbesondere den Reibwert zwischen dem Bauteil 1 und einem das Bauteil tribologisch
beanspruchenden Gegenkörpers. Mithin wird durch die chemische und strukturel le Ähnlichkeit der Schichten eine gute Anbindung der ersten Deckschicht 3c an das Substrat 9 realisiert.
In Figur 3 ist die dritte Ausführungsform des metallischen Bauteils 1 dargestellt, wobei die Verschleißschutzschicht 2 eine metallische Haftschicht 3a, eine Haft vermittlerschicht 3b, sowie eine erste Deckschicht 3c aufweist. Zwischen der Haftvermittlerschicht 3b und der ersten Deckschicht 3c ist eine zweite Gradien tenschicht 5 angeordnet, um einen Konzentrationsgradienten zwischen der Haft vermittlerschicht 3b und der ersten Deckschicht zu erzeugen. Vorliegend umfasst die Haftvermittlerschicht 3b ein carbidbildendes Metall und die erste Deckschicht 3c einen wasserstofffreien tetraedischen Kohlenstoff. Alternativ oder ergänzend kann die Haftvermittlerschicht 3b auch ein boridbildendes Metall aufweisen. Die metallische Haftschicht 3a, die Haftvermittlerschicht 3b, die zweite Gradienten schicht 5, sowie die erste Deckschicht 3c werden je mittels eines PVD- Verfahrens, beispielsweise mittels Magnetronsputtern oder Vakuumbogenver dampfung hergestellt. Die metallische Haftschicht 3a ist vollflächig auf einem Substrat 9 des Bauteils 1 aufgebracht. In einem weiteren Schritt wird die Haft vermittlerschicht 3b vollflächig auf die metallische Haftschicht 3a aufgebracht. Nachfolgend wird die zweite Gradientenschicht 5 auf die Haftvermittlerschicht 3b aufgebracht und abschließend vollflächig mit der ersten Deckschicht 3c beschich tet, wobei die erste Deckschicht eine Schichtdicke von 1 mhh aufweist. Darüber hinaus weist die Verschleißschutzschicht 2 ferner eine zweite Deckschicht 3d auf, die auf der ersten Deckschicht 3c aufgebracht wird und vorliegend eine Schicht dicke von ebenfalls 1 mhh aufweist. Die zweite Deckschicht wird vorliegend mittels eines PECVD-Verfahrens erzeugt.
Die metallische Haftschicht 3a umfasst vorliegend Titan als Schichtmaterial und hat eine Schichtdicke von 100 nm. Die Haftvermittlerschicht 3b weist eine
Schichtdicke von 200 nm auf und umfasst in der dritten Ausführungsform ein Titancarbid und bildet eine stabile und vergleichsweise gut haftende
Haftvermittlerschicht 3b aus. Alternativ kann auch ein Titanborid als
Haftvermittlerschicht 3b vorgesehen sein. Die zweite Gradientenschicht 5 um fasst einen wasserstofffreien tetraedischen Kohlenstoff als Schichtmaterial, wobei die Konzentration des Kohlenstoffanteils mit zunehmender Schichtdicke der zweiten Gradientenschicht 5 von der Haftvermittlerschicht 3b zur ersten Deck schicht 3c linear zunimmt. Vorliegend weist die zweite Gradientenschicht 5 eine Schichtdicke von 50 nm auf. Die zweite Deckschicht 3d umfasst einen amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoff als Schichtmaterial. Die erste und zweite Deck schicht 3c, 3d schützen das Bauteil 1 vor Verschleiß und senkt insbesondere den Reibwert zwischen dem Bauteil 1 und einem das Bauteil 1 tribologisch
beanspruchenden Gegenkörpers 7. Mithin wird durch die chemische und struktu relle Ähnlichkeit der Schichten eine fest sitzende und gut haftende Anbindung der ersten und zweiten Deckschicht 3c, 3d an das Substrat 9 realisiert.
Gemäß Figur 4 umfasst ein Kugelventil 6 ein verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil 1 nach Figur 3 sowie einen kugelförmigen Gegenkörper 7. Der Gegenkörper 7 ist dazu vorgesehen, am verschleißschutzbeschichteten metallischen Bauteil 1 dichtend zur Anlage zu kommen, wobei eine Oberfläche 10 des Bauteils 1 insbesondere an einem innenkegelförmigen Sitz 8 durch den Gegenkörper 7 tribologisch beansprucht wird. Der innenkegelförmige Sitz 8 dient zur teilweisen Aufnahme des Gegenkörpers 7 und weist vorliegend einen Öff nungswinkel 11 von 60° auf. Das verschleißschutzbeschichtete metallische Bauteil 1 weist an der Oberfläche 10 eine auf einem Substrat 9 des Bauteils 1 aufgebrachte Verschleißschutzschicht 2 gemäß Figur 3 auf, um den Verschleiß im Dichtbereich zwischen dem Gegenkörper 7 und dem innenkegelförmigen Sitz
8 durch die stabile und gut haftende Verschleißschutzschicht 2 zu reduzieren und damit die Lebensdauer des Kugelventils zu erhöhen.

Claims

Ansprüche
1. Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1), insbesondere für ein Einspritzventil, dessen tribologisch beanspruchte Oberfläche (10) zumindest teilweise mit einer mehrschichtigen Verschleißschutzschicht (2) versehen ist, wobei die Verschleißschutzschicht (2) zumindest eine metallische Haftschicht (3a), eine Haftvermittlerschicht (3b) sowie mindestens eine erste Deckschicht (3c) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (3b) ein carbidbilden- des wasserstofffreies Metall oder ein boridbildendes Metall umfasst, und wobei die mindestens erste Deckschicht (3c) einen wasserstofffreien tetraedischen Kohlenstoff umfasst.
2. Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Haftschicht (3a) eine Schichtdi cke zwischen 10 nm und 1 pm aufweist, und aus einem Metall besteht, ausge wählt aus der Gruppe, umfassend Titan, Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Hafnium, Tantal, Zirkonium oder Kombinationen hieraus.
3. Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (3b) eine Schichtdicke zwischen 10 nm und 10 pm, vorzugsweise eine Schichtdicke kleiner als 1 pm aufweist, und aus einem Metall besteht, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Siliziumcarbid, Wolframcarbid, Vanadiumcarbid, Tantalcarbid, Hafniumcarbid, Zirkoniumcarbid, Molybdäncarbid, Titancarbid, Titanborid, Titandiborid oder Kombinationen hieraus.
4. Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Deckschicht (3c) eine Schichtdicke zwischen 0,1 mhh und 10 mhh aufweist.
5. Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine erste Gra dientenschicht (4) aufweist, die zwischen der metallischen Haftschicht (3a) und der Haftvermittlerschicht (3b) ausgebildet ist, um einen Konzentrationsgradienten zwischen der metallischen Haftschicht (3a) und der Haftvermittlerschicht (3b) zu erzeugen, wobei die erste Gradientenschicht (4) ein Metall umfasst und eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 10 mhh aufweist.
6. Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gradientenschicht (4) ein boridbilden- des Metall umfasst, wobei das boridbildende Metall insbesondere ein Titanborid und/oder Titandiborid ist.
7. Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gradientenschicht (4) ein carbidbil- dendes Metall umfasst, wobei das carbidbildende Metall ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Siliziumcarbid, Wolframcarbid, Vanadiumcarbid, Tantalcar- bid, Hafniumcarbid, Zirkoniumcarbid, Molybdäncarbid, Titancarbid oder Kombina tionen hieraus.
8. Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) eine zweite Gradientenschicht (5) aufweist, die zwischen der Haftvermittlerschicht (3b) und der ersten Deckschicht (3c) ausgebildet ist, um einen Konzentrationsgradienten zwischen der Haftvermittlerschicht (3b) und der ersten Deckschicht (3c) zu er zeugen, wobei die zweite Gradientenschicht (5) einen wasserstofffreien tetraedi- schen Kohlenstoff umfasst und eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 10 pm auf weist.
9. Verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (2) ferner eine zweite Deckschicht (3d) aufweist, die einen amorphen wasserstoffhaltigen Koh lenstoff umfasst, wobei die zweite Deckschicht (3d) zumindest teilweise auf der ersten Deckschicht (3c) angeordnet ist.
10. Verfahren zum Aufbringen einer mehrschichtigen Verschleißschutzschicht (2), die zumindest eine metallische Haftschicht (3a), eine
Haftvermittlerschicht (3b) sowie mindestens eine erste Deckschicht (3c) aufweist und auf ein metallisches Substrat (9) zur Erzeugung eines
verschleißschutzbeschichteten metallischen Bauteils (1), insbesondere für ein Einspritzventil, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufgebracht wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen des Substrats (9);
zumindest teilweises Aufbringen einer metallischen Haftschicht (3a) auf das Substrat (9) mittels eines Plasmabeschichtungsverfahrens;
zumindest teilweises Aufbringen einer Haftvermittlerschicht (3b), umfas send ein wasserstofffreies carbidbildendes Metall oder ein boridbildendes Metall, auf die metallische Haftschicht (3a) mittels eines Plasmabeschich tungsverfahrens;
- zumindest teilweises Aufbringen einer ersten Deckschicht (3c), umfassend einen wasserstofffreien tetraedischen Kohlenstoff, auf die Haftvermittlerschicht (3b) mittels eines Plasmabeschichtungsverfahrens.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Haftschicht (3a) mit einer Schichtdicke zwischen 10 nm und 1 pm aufgebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (3b), umfassend ein wasserstofffreies carbidbildendes Metall oder ein boridbildendes Metall, mit einer Schichtdicke zwischen 10 nm und 10 pm, vorzugsweise einer Schichtdicke kleiner als 1 pm, aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Deckschicht (3c), umfassend einen wasserstofffreien tetraedischen Kohlenstoff, mit einer Schichtdicke zwischen 0,1 pm und 10 pm aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Gradientenschicht (4, 5) aus gebildet wird, um einen Konzentrationsgradienten zwischen der metallischen Haftschicht (3a) und der Haftvermittlerschicht (3b) und/oder zwischen der Haftvermittlerschicht (3b) und der ersten Deckschicht (3c) zu erzeugen, wobei die jeweilige Gradientenschicht (4, 5) mittels eines Plasmabeschichtungsverfahrens und in einer Schichtdicke zwischen 1 nm und 10 pm ausgebildet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Deckschicht (3c) zumindest teil weise eine zweite Deckschicht (3d) mittels eines PECVD-Verfahrens und in einer Schichtdicke zwischen 0,1 pm und 10 pm aufgebracht wird, wobei die zweite Deckschicht (3d) einen amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoff umfasst.
16. Ventil (6) mit einem verschleißschutzbeschichteten metallischen Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, sowie einem Gegenkörper (7), der dazu vor gesehen ist, am verschleißschutzbeschichteten metallischen Bauteil (1) dichtend zur Anlage zu kommen, wobei das verschleißschutzbeschichtete metallische Bauteil (1) einen Sitz (8) zur zumindest teilweisen Aufnahme des Gegenkör pers (7) aufweist.
17. Ventil (6) nach Anspruch 16, welches als ein Kugelventil ausgebildet ist, das einen kugelförmigen Gegenkörper (7) aufweist, der mit einem mit der Verschleiß schutzschicht (2) versehenen innenkegelförmigen Sitz (8) korrespondiert.
18. Verschleißschutzschicht (2) für ein verschleißschutzbeschichtetes metallisches Bauteil (1), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der An sprüche 10 bis 15.
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