EP4031690A1 - Substrat mit einem molydännitrid schichtsystem, sowie beschichtungsverfahren zur herstellung eines schichtsystems - Google Patents

Substrat mit einem molydännitrid schichtsystem, sowie beschichtungsverfahren zur herstellung eines schichtsystems

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Publication number
EP4031690A1
EP4031690A1 EP20771569.9A EP20771569A EP4031690A1 EP 4031690 A1 EP4031690 A1 EP 4031690A1 EP 20771569 A EP20771569 A EP 20771569A EP 4031690 A1 EP4031690 A1 EP 4031690A1
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EP
European Patent Office
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layer
substrate
range
type
support 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.)
Pending
Application number
EP20771569.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Vetter
Jürgen Becker
Johann Karner
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon filed Critical Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
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Pending legal-status Critical Current

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    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

Definitions

  • the invention relates to a substrate with a multi-layer layer system designed as a surface coating, in particular on a surface of a wear part such as a tool or a machine part, as well as a method for producing a surface coating according to the preamble of the independent claim of the respective category.
  • Substrates include tools or parts of machines, for example internal combustion engines, or in particular also tools for forming, cutting tools and other components, especially wear parts for machines in all possible embodiments.
  • Typical substrate materials that are coated in practice include all types of steel, tool steels or hard metals, but also all possible other substrate materials, such as ceramics in particular.
  • Steels with a low tempering temperature, around 200 ° C, such as ball bearing steels, are also particularly important in order to increase their performance for components such as motorized components. The reduction in friction and the compatibility with lubricants as well as adequate resistance at the operating temperature play a role here.
  • nitridic layers for example CrN, or oxynitridic layers such as CrNO, or carbonitridic layers such as TiCN and various DLC layers are applied.
  • ceramic cutting bodies for example based on cubic boron nitride, are preferably used for the hard machining of steels.
  • the hard machining of steels are preferably used for the hard machining of steels.
  • One class of layers concerns Al-containing base layers such as AITiN and AICrN, whereby additional elements can be added depending on the requirements.
  • Typical compounds from this area are compounds of the form AITiXNCO, where X is, for example, Cr or another metal.
  • cubic BN has the decisive disadvantage that it is extremely complicated to represent. This is primarily due to difficulties in the layer growth itself, but also to the high internal stresses in the layers.
  • WO 2016/188632 A1 which refer to pure MoN layers.
  • DLC layers amorphous (diamond-like) carbon layers
  • the layers in particular the DLC layers with hardnesses of more than 30 GPa, often have strong internal compressive stresses, so that the layer thickness that can be used sensibly is significantly limited.
  • the mechanical load is also limited, in particular on soft substrates that have a much lower hardness and modulus of elasticity than the corresponding coating.
  • the functionality is only limited to the layer volume of the DLC layers.
  • the mostly metallic adhesive layer e.g. Cr
  • the object of the invention is therefore to provide an improved surface coating for a substrate, in particular for a wear part, such as a tool or a machine part or another, in particular mechanically, tribologically or thermally stressed wear part, which has the problems known from the prior art overcomes, and in particular has a tribologically positive effect, improved mechanical properties, especially, but not only, with regard to the hardness and internal compressive stresses and can also be used at elevated temperatures.
  • Another object of the invention is to provide a method for producing such an improved coating, in particular which is suitable for coating in the temperature range from 100 to 300 ° C, in particular approx. 150-200 ° or around 200 ° C.
  • the invention thus relates to a coating method for producing a layer system on a substrate, as well as a substrate with a multilayer layer system designed as a surface coating, which has an outer cover layer comprising amorphous carbon.
  • the substrate coated according to the invention can in particular be a component of a component subject to wear and / or friction, in particular a component of a motor vehicle or an internal combustion engine, in particular a piston, or a piston ring, a valve, a valve disk, or another component of an internal combustion engine or a tool, such as a cutting tool, a molding tool, a cutting tool, or another tool subject to wear and / or friction or other component subject to wear.
  • the present invention has shown that the above-described problems with the DLC layer systems known from the prior art can be avoided to a very large extent and a layer system according to the invention is used particularly advantageously in particular with the aforementioned parts and components.
  • MoN support layers overcomes the disadvantages mentioned above, in particular also with the extremely hard tetrahedral amorphous carbon layers (ta-C layers), which are mostly in the hardness range above 30 GPa and moduli of elasticity, measured with the nano hardness , of over 300 GPa.
  • ta-C layers extremely hard tetrahedral amorphous carbon layers
  • the layer system according to the invention comprising at least one Mo a N x support layer and a hard amorphous carbon layer or also diamond-like carbon layer, which for the sake of simplicity are also referred to synonymously as a DLC layer for the sake of simplicity, e.g. a hydrogen-free aC cover layer or a ta -C-
  • Cover layer or another type of layer made of amorphous carbon as a cover layer that closes off from the outside serves primarily, but not exclusively, to reduce wear and friction in connection with lubricants on components such as automotive components, tools or other heavily stressed components or wear parts of any kind
  • the deposition takes place particularly preferably by means of methods known per se, such as by means of a PVD method, CVD method, PA-CVD method, sputtering method, preferably HIPMS sputtering method, in particular filtered or unfiltered arc coating process, or by means of a combination or hybrid process comprising one or more of the aforementioned coating processes.
  • this layer structure compared to the prior art are, above all, the improved support effect, which increases it Total layer thickness enables and higher point loads are possible.
  • a layer system according to the invention a significantly improved functionality in the event of layer wear or flaking due to the formation of Magneli phases due to oxidation at sufficient operating temperatures is guaranteed.
  • molybdenum can form a large number of compounds or modifications, also called phases, with nitrogen, which can have different crystal structures and properties.
  • phase mixtures of metallic molybdenum Mo plus Mo2N phases can arise.
  • Mo 2 N phases arise, and with a further increase in nitrogen phase mixtures of Mo 2 N plus MoN can form.
  • MoN emerges.
  • overstoichiometric MoN with (N / Mo> 1) has also been reported.
  • a MoN-based hard material layer which at least for the most part comprises the hexagonal phase of the molybdenum nitride d-MoN, the intensity ratio of the two peaks (ö - MoN 220) / (d - MoN 200)> 3, preferably> 10, particularly preferably> 30, is most suitable.
  • the maximum nitrogen content of the MoN layers is up to 55 at%, depending on the phase composition.
  • the layers always have MoN x phases except for a minority proportion of metallic molybdenum.
  • the layers can consist of pure Mo 2 N phases consist, or be Mo2N / MoN phase mixtures, or consist of pure MoN. With regard to the composition, the MoN sub-layers can be designed in multiple layers.
  • the first Mo a N x support layers according to the invention or the second Mo N y support layers, which are described in greater detail below, can be deposited in separate processes under the DLC cover layer that closes off to the outside. Or the layer according to the invention can also be deposited in one process.
  • a d-MoN (delta - molybdenum nitride) can also be used, for example, for tribological applications in a layer system according to the invention under the cover layer made of amorphous carbon.
  • MoN phases can also be advantageously suitable.
  • the MoN support layers can also be multilayer systems, which consist of MoN in combination with other nitrides such. B. CrN, Cr 2 N or TiN can be produced. It is also possible to dop the MoN support layers with elements such as copper, oxygen or carbon. (The generalized designation MoN support layers in the context of this application means: MoN regardless of the nitrogen content and / or phase composition).
  • metallic elements such as Al or other elements such as B and Si can also be used for modification.
  • a preferred embodiment of a layer system according to the invention is the use of a support layer which at least for the most part comprises the hexagonal phase of the molybdenum nitride d-MoN and / or consists of pure molybdenum nitride d-MoN.
  • a support layer which at least for the most part comprises the hexagonal phase of the molybdenum nitride d-MoN and / or consists of pure molybdenum nitride d-MoN.
  • an intermediate layer under a MoN support layer in the direction of the substrates.
  • This can be a CrN x layer, for example. It can also often make sense to deposit a metallic adhesive layer on the substrates, such as a Cr adhesive layer.
  • the nitrogen content x of the first Mo a N x support layer is in the range of 30 at% ⁇ x ⁇ 53 at% and is particularly advantageously approx.
  • the hardness of the first Mo a N x support layer, which is arranged closer to the cover layer of the system, is particularly preferably greater than the hardness of the second support layer, which is arranged closer to the substrate, as will be shown below with reference to the special exemplary embodiments according to FIG. 5a and 5b or by FIG. 6 will be explained in more detail.
  • the first Mo a N x support layer and / or the second Mo b N y support layer contain a proportion of metallic Mo.
  • the first Mo a N x support layer and / or the second Mo N y support layer can also consist of pure Mo 2 N phases and their phase mixtures ⁇ -Mo 2 N and g-Mo 2 N, and / or also of Mo 2 N / MoN phase mixtures and / or be composed of pure MoN phases, in particular of cubic MoN and / or hexagonal d-MoN phases or phase mixtures.
  • the g-Mo 2 N and the pure hexagonal phase of the d-MoN are particularly preferred.
  • the first Mo a N x support layer and / or the second Mo b N y support layer can additionally contain one or more elements from the group consisting of [Ag, Cr, Ti, Cu, Al, Si, B , O, C] and / or an element from the 4th, 5th or 6th group of the Periodic Table of the Elements.
  • an adhesive layer can be provided, which is especially alloyed with one or more elements from the group consisting of [C, N, O].
  • the adhesive layer can advantageously also contain one or more elements of the 4th, 5th or 6th group of the periodic table of the elements, in particular also one of the elements Cr, Ti, Cu, Al, or Mo include.
  • a layer system according to the invention can additionally also comprise one or more intermediate layers under the support layer.
  • the intermediate layer can in particular comprise, for example, single-phase metal nitrides, metal carbides and metal carbonitrides and / or phase mixtures of metal nitrides, metal carbides and metal carbonitrides, the intermediate layer specifically comprising a single-phase Cr 2 N or CrN layer or a phase mixture of CrN and Cr 2 N.
  • the first Mo a N x support layer and / or the second Mo N y support layer and / or the intermediate layer and / or the adhesive layer can be designed in the form of a gradient layer in relation to the chemical composition or in relation to another physical or chemical property whereby, in particular, an adaptation between two different types of layers in the layer system can be carried out optimally through the gradient layer.
  • a thickness d of the first Mo a N x support layer and / or the second Mo b N y support layer and / or the intermediate layer can be in the range of O.Odmhh ⁇ d ⁇ 50pm, preferably in the range of 0.03pm ⁇ d ⁇ 30miti, im Specifically in the range of 0.2miti ⁇ d ⁇ 25miti, or in the range of 0.3miti ⁇ d ⁇ 10miti.
  • first Mo a N x or second Mo b N y support layers and / or by one or more adhesive layers and / or intermediate layers in a layer system according to the invention, among other things
  • Layer properties such as stability, hardness, and above all temperature resistance, adaptation to impact loads or also ductility etc., depending on can be individually adapted or further improved according to application and substrate.
  • compositions of the individual layers of the layer system under the top layer can be set in practice, for example, as follows.
  • a certain layer composition can be achieved in which Coating chamber, the nitrogen partial pressure, the bias on the substrate, or, for example, the substrate temperature or another relevant parameter can be set in a suitable manner known per se to the person skilled in the art or varied according to a predeterminable scheme during the coating process.
  • Layer composition or lead to the desired layer structure As a rough guideline, it can be assumed in special cases, for example, that with nitrogen partial pressures of up to approx. 0.4Pa and / or higher substrate bias voltages of up to 250V and more, the formation of phase mixtures of Mo + Mo 2 N in the layers tends to occur is favored. At nitrogen partial pressures up to for example, about 1 Pa, the formation of MO 2 N phases tends to be favored, while preferred at higher nitrogen partial pressures of approximately 2Pa up to about 2Pa and substrate bias voltages to about 150 V Mo 2 N + MoN phases are formed.
  • phase mixtures can be detected in the deposited layer systems in a manner known per se, for example by means of X-ray diffraction and other methods known per se, and the element compositions with corresponding methods such as EDX, WDX, SIMS or other measurement and analysis methods well known to the person skilled in the art .
  • the outer cover layer comprising the amorphous carbon of a layer system according to the invention is a known amorphous carbon layer of the aC type, an amorphous carbon layer of the aC type doped with an element X, a tetrahedral amorphous carbon layer of the ta-C type doped with an element X: X, an amorphous carbon layer of the aC: Me type doped with a metal, a tetrahedral amorphous carbon layer of the ta-C: Me type doped with a metal, an amorphous carbon layer of the aC: H: Me type doped with a metal and hydrogen or one with a metal and hydrogen doped tetrahedral amorphous carbon layer of the ta-C: H: Me type.
  • the cover layer can of course comprise one or more of the aforementioned types of amorphous carbon layers.
  • X is preferably an element from the group of elements consisting of [F, CI, B, N, O, Si] and Me, one or more elements from the 4th, 5th or 6th group of the Periodic Table of the Elements, and Me can furthermore also comprise Al or Cu, preferably one of the elements Mo, Cr, Ti, W, Al.
  • the top layer of a layer system according to the invention can consist of two or more layer layers each comprising an amorphous carbon layer of type aC, or of type aC: X, or of type ta-C: X, or of type aC: Me, or of type ta- C: Me, or of type aC: H: Me, or of the type ta-C: H: Me.
  • cover layer and / or a layer layer of the cover layer may comprise a gradient layer which is an amorphous carbon layer of the aC type, or of the aC: X type, or of the ta-C: X type, or of the aC: ME type , or of the type ta-C: Me, or of the type a-C: H: Me, or of the type ta-C: H: Me.
  • Two different layers of layers can have a different sp 3 / sp 2 ratio, for example, depending on the requirements
  • Temperature resistance etc. can be individually adapted depending on the application, substrate or other special boundary conditions.
  • a thickness Dd of the top layer and / or a layer layer of the top layer is advantageously in the range of 0.05 pm ⁇ Dd ⁇ 50 pm, preferably in the range of 0.05 pm ⁇ Dd ⁇ 30 mhh, in particular in the range of
  • 0.1 pm ⁇ Dd ⁇ 20miti or in the range of 0.5pm ⁇ Dd 10pm, preferably in the range of 1 pm ⁇ Dd ⁇ 5pm, particularly preferably the thickness Dd is approx.
  • a total thickness of Gd of a layer system of the present invention is in a range of 0.1 pm ⁇ Gd ⁇ 100 pm, preferably in the range of 0.5 pm ⁇ Gd ⁇ 50 pm, in particular in the range of 1 pm ⁇ Gd ⁇ 10 pm, particularly preferably around 4 pm selected, with a ratio of the thickness Dd of the cover layer to the total thickness of the Gd of the entire layer system in the range of 1% ⁇ (Dd / Gd) ⁇ 1000%, preferably in the range of 10% ⁇ (Dd / Gd) ⁇ 500%, in particular in the range of
  • a hardness Hd of the cover layer is in a range of 8GPa ⁇ Hd ⁇ 80GPa, in particular in the range of 10GPa ⁇ Hd ⁇ 70GPa, or in the range of 25GPa ⁇ Hd ⁇ 60GPa, and is particularly preferably about 50GPa.
  • the hardness can be determined by nano-penetration, in particular according to ISO 14577.
  • a chromium-based substructure can be provided as the adhesive layer on the substrate, the adhesive layer essentially consisting of chromium with a thickness of the chrome layer of approximately 0.1 ⁇ m.
  • the chromium bonding layer is followed by a CrN intermediate layer, preferably in the form of a Cr 2 N + CrN phase mixture with a thickness of 0.5 ⁇ m.
  • a support layer made of d-MoN with a thickness of approx. 2 ⁇ m is also provided on the intermediate layer.
  • the entire layer system can, for example, with one per se known arc (ARC) coating processes can be deposited on the substrate.
  • ARC se known arc
  • a cover layer made of amorphous carbon, as already mentioned, of the aC, ta-C, aC: X, ta-C: X, aC: Me, ta-C: Me, aC: H, a-C: H type, is particularly advantageous : X, aC: H: Me and had a layer thickness in the range from at least 100 nm to 20 ⁇ m.
  • the cover layer can be a single-layer monolayer, a multi-layer layer or a gradient layer. Different types of cover layers made of amorphous carbon, as they have already been explicitly mentioned and listed several times, can also be combined in one and the same cover layer.
  • the multilayer cover layer or the cover layer in the form of a gradient layer can be implemented by changing the sp3 / sp2 content of CC bonds by changing process parameters or by combining different types, e.g. ta-C with ta-C: N.
  • That layer of the layer system which is arranged immediately adjacent to the cover layer made of amorphous carbon is in practice in the vast majority of cases a MoN layer. So preferably a first Mo a N x support layer or a second Mo b N y support layer.
  • the cover layer made of amorphous carbon is then deposited directly on the MoN layer with suitable parameters.
  • MoN has a particularly positive effect under the top layer of amorphous carbon if it is very hard and has a high modulus of elasticity. The positive effect becomes particularly clear when hardening ta-C layers, ie with layers with moduli of elasticity above 300 GPa.
  • aC: Me layers can also be provided in a particularly advantageous manner as a cover layer for a layer system according to the invention.
  • These layers contain at least one metal as a doping element and have different property profiles compared to the aC and ta-C layers without a doping element, for example the electrical conductivity is greater. This can therefore be advantageous in certain applications. Since the lower layer contains at least Mo or also Cr, it can be advantageous in terms of the process to use Mo and / or Cr as Me.
  • the hydrogen-free, amorphous layer is an a-C: X layer, where X is preferably an element from the group of elements consisting of [F,
  • non-metallic elements can also be added as doping elements for layer optimization depending on the application.
  • These non-metallic elements can be boron, silicon, fluorine, or others.
  • Si leads to a reduction in stress and F to a change in the Wetting properties, in particular to a larger contact angle.
  • the hydrogen-free, amorphous layer is designed as a multi-layer layer, the multi-layer layer structure comprising alternately arranged individual layers of a type A and a type B, the individual layers of type A consisting of aC or ta-C and the individual layers of type B are made from Me or from aC: Me.
  • Mo can be used as Me, so that a multi-layer layer of the type aC / Mo or aC / aC: Mo, or ta-C / Mo or ta-C / aC: Mo or ta-C / ta- C: Mo or aC / ta-C: Mo is formed.
  • the hydrogen-free, amorphous layer is designed as a multilayer layer, the multilayer layer structure comprising alternately arranged individual layers of a type A and a type B, the individual layers of type A being made up of aC or ta-C and the individual layers of type B from aC: X are.
  • silicon can be used as X, for example.
  • the addition of silicon also helps to minimize stress in the layers through the formation of the aC: Si structure.
  • Additional arc evaporators can be used to deposit such layers, which evaporate the graphite cathodes alloyed with the X element, or other suitable PVD methods can also be used, for example sputter sources which sputter off the X element.
  • the thickness of the individual layers of type A is preferably not more than 1000 nm and not less than 10 nm.
  • the thickness of the individual layers of type B is also preferably not more than 1000 nm and not less than 10 nm. This embodiment is also particularly advantageous the possibility of combining greater layer thicknesses with a simultaneously optimized stress ratio within the same coating.
  • the invention further relates to a coating method for producing a layer system of the invention on a substrate, the coating method being a PVD method, a CVD method, a PA-CVD method, a sputtering method, preferably a HIPMS sputtering method, in particular a filtered or unfiltered one Arc coating process, or a combination or hybrid process, which comprises at least one of the aforementioned coating processes.
  • the coating of the entire layer system can be deposited on the substrate by means of the unfiltered or filtered arc evaporator.
  • Substrate surface and / or a surface of the first Mo a N x support layer and / or a surface of the second Mo b N y support layer and / or the intermediate layer and / or the adhesive layer prior to coating by means of argon ions and / or hydrogen ion cleaning using an AEGD (Are Enhanced Glow Discharge) technology are treated, wherein in a subsequent step an ion treatment can preferably also be carried out, for example with Cr ions or Mo ions.
  • the first Mo a N x support layer and / or the second Mo b N y support layer and the Cover layer made of amorphous carbon in a PVD system by means of a coating process according to the invention carried out as follows.
  • a temperature-sensitive steel is selected as the substrate, which only allows coating temperatures of up to 200 ° C (e.g. ball bearing steel 100 Cr6).
  • a PVD machine is used, which is
  • a coating system for carrying out the coating process according to the invention comprises various coating sources (e.g. arc evaporators) in a coating chamber, as well as, inter alia, an AEGD source, heaters and pumps in a manner known per se.
  • a coating system is usually designed in an octagonal design with two doors.
  • Round evaporators are used as arc evaporators, several of which are arranged in a row one above the other.
  • the system has at least 3 flanges to accommodate the arc sources.
  • At least one row is equipped with Cr targets, Mo targets and C targets.
  • the turbo pumps are installed on the chamber side. Sufficient heating power is installed.
  • An AEGD device consisting of the necessary components is also installed.
  • the substrate is heated by means of integrated radiant heating in the coating system under a high vacuum, e.g. to 150 ° C.
  • a high vacuum e.g. to 150 ° C.
  • the substrate is rotated in different degrees of freedom, single, double or triple rotation.
  • Ion purification is preferably carried out in two steps. First, the substrates are etched with argon ions plus hydrogen. This is done by the known so-called AEGD technology and the application of a negative bias voltage to the substrates. This cleaning of the substrate surface is achieved.
  • a chromium MIE chromium metal ion etching
  • the chrome targets are ignited.
  • a negative BIAS voltage of at least -600 V on the substrate strongly accelerates the chromium ions (Cr +) from the target to the substrate.
  • Cr + chromium ions
  • a bias voltage of at least 10 V is applied to the substrates.
  • a Cr layer is deposited with a layer thickness of approx. 10 nm to 200 nm using the Cr evaporators.
  • nitrogen is let into the system in order to deposit a CrN layer with a layer thickness of approx. 50 nm to 500 nm.
  • the Mo evaporators are then ignited and the Cr evaporators switched off.
  • a MoN coating is created.
  • the process parameters are chosen so that the coating temperature is a maximum of 200 ° C.
  • the layer thickness is chosen between 500 nm and 5000 nm.
  • the Mo evaporators are first switched off and the nitrogen supply is interrupted.
  • a sufficiently high voltage of at least -200V is applied to the substrates in order to bombard the previously deposited MoN layer with C ions. Then the voltage is gradually decreased to deposit the ta-C layer.
  • voltages in the range from 10 to 100 V are applied and coating temperatures from 100 ° C to 200 ° C are selected.
  • a delta-MoN layer with a hardness of 33 GPa and a modulus of elasticity of 320 GPa with a total layer thickness was used of 2.2 m ⁇ h deposited on a substrate made of temperature-sensitive ball bearing steel with a hardness of approx. 63 HRC in a first coating system.
  • the layer structure consisted of a Cr adhesive layer with a layer thickness of 100 nm followed by a 200 nm thick CrN layer and a 1.9 ⁇ m thick d-MoN layer.
  • a ta-C with a layer thickness of 1.2 ⁇ m and a hardness of 55 GPa and a modulus of elasticity of 370 GPa was then deposited in a second coating system.
  • FIGS. 5a-5b two further exemplary embodiments with at least a first and a second support layer.
  • FIG. 6 shows an example of the course of the hardness and the modulus of elasticity in a special layer system of the invention.
  • 1a to 1d show by way of example some preferred exemplary embodiments of the present invention with simple layer structures which comprise only molybdenum Mo or molybdenum support layers MoN between the cover layer made of amorphous carbon and the substrate.
  • Such layers are very simple, relatively quick and thus also inexpensive to produce and are therefore particularly suitable for coatings on inexpensive mass products.
  • cover layer 3 for the production of the remaining parts of the layer system 2, in addition to the process gas nitrogen, in principle only one Mo evaporation source has to be provided, which means minimal expenditure in terms of the equipment of the coating chamber and the The coating process itself is very simplified.
  • MoN layer or simply “MoN” is used in the context of the present application for the sake of simplicity, this means a chemical composition or a layer comprising at least Mo and N any composition with respect to Mo and N is meant.
  • MoN or a MoN layer within the meaning of this application can thus be, for example, a first Mo a N x support layer 4 or a second Mo N y support layer 5 or any other layer or composition of the MoN type within the meaning of this application .
  • MoN is to be understood as a kind of generic term for the molybdenum-nitrogen layers or molybdenum-nitrogen compositions defined in this application.
  • the MoN layer layers shown are each first Mo a N x support layers 4.
  • the outer cover layer 3 comprising the amorphous carbon can be any type of amorphous carbon layer.
  • a very simple amorphous carbon layer of the aC type, or an amorphous carbon layer of the aC: X type doped with an element X, or a tetrahedral amorphous carbon layer of the ta-C: X type doped with an element X an amorphous carbon layer doped with a metal of the a-C: Me type, a tetrahedral amorphous carbon layer doped with a metal of the ta-C: Me type, or an amorphous carbon layer of the aC: H: Me type doped with a metal and hydrogen or, for example, one doped with a metal and hydrogen tetrahedral amorphous carbon layer of the type ta-C: H: Me.
  • the cover layer 3 could also be designed as a multilayer layer, formed from one or more of the aforementioned amorphous carbon layer types, or be formed in the form of one or more gradient layers or in any other way designed as an amorphous carbon layer, as within the scope of the description and the claims of this Registration specified.
  • the thickness or thickness ratios and hardness or hardness ratios of the individual layers of the layer system 2, as shown schematically in the figures of the present application, can assume all suitable values, as they are explained in the present description and the claims.
  • the layer thicknesses or layer thickness ratios of the individual layers of the layer systems 2 shown or of the substrate 1 shown in all figures are of course to be understood as purely schematic and do not reflect actual thicknesses or actual layer thickness ratios.
  • the substrate can, in particular, be a component of a component subject to wear and / or friction, in particular a component of a motor vehicle or an internal combustion engine, in particular a piston, or a piston ring, a valve, a valve disk, or another component of an internal combustion engine, or also a tool , such as a cutting tool, a forming tool, a cutting tool, or another tool subject to wear and / or friction, or any other substrate that can advantageously be provided with a coating of the present invention.
  • a tool such as a cutting tool, a forming tool, a cutting tool, or another tool subject to wear and / or friction, or any other substrate that can advantageously be provided with a coating of the present invention.
  • Thickness ratios as well as the hardness and hardness ratios of the layers of the layer system 2 also apply to all other special layer systems of the invention discussed below and therefore need in the discussion of the following figures Fig. 2a to Fig. 2e, Fig. 3a to Fig 4a and 4b, as well as for the layer systems in FIGS. 5a and 5b, not to be repeated again explicitly. Therefore, in the following discussion of further layer systems of the invention, for the sake of simplicity, only one cover layer 3 or one substrate 4 is spoken of, without having to specify these in more detail. Referring back to the special exemplary embodiments according to FIGS. 1a to 1d, the simplest type of layer of a layer system 2 of the present invention is exemplarily shown on the basis of FIG.
  • first Mo a N x support layer 4 which is distinguished by the fact that exactly one first Mo a N x support layer 4, and no further layer is provided.
  • This type of layer which can be produced easily and inexpensively, is particularly well suited when, in the application of the coated substrate 1, there are no particularly high requirements for the adhesion of the first Mo a N x support layer 4 on the substrate or the cover layer 3 on the first Mo a N x Support layer 4 exist.
  • a Mo adhesive layer is additionally provided between the substrate 1 and the first Mo a N x support layer 4 compared to that of FIG. 1a. In particular, this improves the adhesion of the first Mo a N x support layer 4 to the substrate.
  • the adhesive layer 6 made of Mo is provided between the cover layer 3 and the first Mo a N x support layer 4, so that above all the adhesion of the cover layer to the layer system 2 below with substrate 1 is improved.
  • the layer system according to FIG. 1d then combines the advantages of the exemplary embodiments according to FIGS. 1b and 1c, in that both the cover layer 3 and the first Mo a N x support layer 4 and between the first Mo a N x support layer 4 and the Substrate 1, an adhesive layer 6 made of molybdenum is provided so that very good adhesion of all layers involved to one another as well as good adhesion of the first Mo a N x support layer 4 on the substrate 1 is achieved.
  • FIGS. 1a to 1d are shown schematically.
  • the adhesive layers 6 according to FIGS. 1 a to 1b are partially or completely made up of adhesive layers made of a different metal, in the present examples in FIGS. 2a to 2b replaced by adhesion layers made of Cr.
  • an adhesive layer 6 made of Mo is provided between the cover layer 3 and the first Mo a N x support layer 4 and an adhesive layer 6 made of Cr is provided between the first Mo a N x support layer 4 and the substrate 1.
  • the two exemplary embodiments according to FIG. 2d and FIG. 2e are thus two further advantageous modifications of FIG. 1d, between which the person skilled in the art can select in practice based on the specific application of the coated substrate 1, depending on the requirements.
  • FIGS. 3a to 3c further developments of the layer systems 2 according to the special exemplary embodiments described above are schematically sketched, which between the cover layer 3 and the substrate 1 in addition to the at least one first Mo a N x support layer 4 and in addition to the at least one Adhesive layer 6 also include an intermediate layer 7.
  • an intermediate layer 7 can be softer, not only when, but in particular, when used
  • Steels for the substrate 1 are additionally advantageously provided in the layer system 2, with an additional intermediate layer 7 particularly preferably under a MoN support layer, for example under a first Mo a N x support layer 4 or a second Mo N y support layer 5, very particularly preferably in the direction of the substrate 1 can be provided.
  • an additional intermediate layer 7 particularly preferably under a MoN support layer, for example under a first Mo a N x support layer 4 or a second Mo N y support layer 5, very particularly preferably in the direction of the substrate 1 can be provided.
  • layer properties such as stability, hardness, above all temperature resistance, adaptation to impact loads or also ductility etc. can be achieved in a layer system 2 according to the invention
  • Application and substrate can be individually adapted or further improved.
  • the modulus of elasticity and the hardness of the sub-layers or sub-areas of the layer system preferably become increasingly greater in the direction of the top layer.
  • the modulus of elasticity and the hardness of the intermediate layer 7 are particularly preferably smaller than the modulus of elasticity and the hardness of the first Mo a N x support layer 4 and / or the second Mo b N y support layer 5 and / or the cover layer 3. This The relationship will be explained in more detail below with reference to FIG. 6.
  • intermediate layers 7 for the production of a layer system 2 according to the invention, such as, for example, from intermediate layers comprising single-phase metal nitrides and / or metal carbides and metal carbonitrides and / or phase mixtures of metal nitrides, metal carbides and metal carbonitrides, wherein the intermediate layer 7 in particular can be a single-phase Cr 2 N or a single-phase CrN layer, as in the exemplary embodiments of FIGS. 3a to 3c, or a phase mixture of CrN and Cr 2 N and otherwise special properties and May have configurations as they have already been described in detail elsewhere in the context of this application.
  • an additional intermediate layer 7 made of CrN is deposited between the adhesive layer 6 made of Cr provided on the substrate 1 and the first Mo a N x support layer 4 provided under the cover layer 3.
  • the exemplary embodiment in FIG. 3a can thus be understood as a further development and further improvement of the exemplary embodiment according to FIG. 2a.
  • an additional intermediate layer 7 made of CrN is also deposited between the adhesive layer 6 made of Cr provided on the substrate 1 and under the first Mo a N x support layer 4, with an additional adhesive layer 6 in this exemplary embodiment compared to FIG. 3a is provided between the cover layer 3 and the first Mo a N x support layer 4.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3c can be understood as a further development of the exemplary embodiment in FIG. 2e.
  • an intermediate layer made of CrN is additionally deposited between the adhesive layer 6 made of Cr provided on the substrate 1 and the first Mo a N x support layer 4.
  • Layer systems 2 according to the present invention are layer systems which additionally comprise multilayer layers 71.
  • a multilayer layer 71 is to be understood as meaning a sub-layer of the layer system 2 that comprises a plurality of individual different sub-layers 4, 5, 6, 7, the individual thicknesses of which are each relatively small compared to the thickness of the entire layer system 2 or in comparison to the thickness of most of the other partial layers of the layer system 2 or in comparison to the thickness of the entire multilayer layer 71.
  • a multilayer layer 71 is provided between the two adhesive layers 6 made of Cr instead of a simple first Mo a N x support layer 4, which alternates between a multitude of individual thin layers of CrN intermediate layers and first Mo a N x support layer 4.
  • a further second multilayer layer 71 is provided on the adhesive layer 6 made of Cr deposited on the substrate 1, which alternately contains a large number of individual thin layer layers made of a first CrN1 with a first composition of Cr and nitrogen and further comprises a plurality of individual thin layers of a second CrN2 with a second composition of Cr and nitrogen different from the first composition according to CrN1.
  • the multilayer layer 71 according to the present invention can also comprise more than two different types of partial layers or a layer system 2 according to the invention can also comprise more than two identical or different multilayer layers 71, which can be provided at different positions in the layer system 2.
  • a multilayer layer 71 it is also possible for a multilayer layer 71 to be designed partially or entirely as a gradient layer in which the chemical composition changes more or less continuously in a characteristic manner with respect to a coating direction.
  • FIGS. 5a and 5b are provided under the cover layer 3 with at least a first and a second support layer.
  • the nitrogen content x of the first Mo a N x support layer 4 is in the range of 30 at% ⁇ x ⁇ 53 at% and is particularly advantageously around 50 at%.
  • the first Mo a N x support layer 4 is, for example, a gradient layer
  • the hardness of the first Mo a N x support layer 4 can preferably increase due to an increasing nitrogen content in the direction of the cover layer 3.
  • the second Mo b N y supporting layer 5 for example, a gradient layer
  • the hardness H is the second Mo b N y backing layer 5 by an increasing nitrogen content towards the coating layer 3 is preferred to increase, so in the direction of substrate 1 decrease.
  • an adhesive layer 6 made of Cr is additionally provided to improve the adhesion between substrate 1 and second Mo b N y support layer 5. And also between the first Mo a N x support layer 4 and the second Mo b N y support layer 5, as well as between the first Mo a N x support layer 4 and the cover layer 3, a further adhesive layer 6 made of Mo + Mo 2 N is provided, this being the case are each preferably designed as a Mo layer with a Mo 2 N minor phase.
  • the special layer system 2 of FIG. 6 comprises an adhesive layer 6 arranged on the substrate 1, a subsequent intermediate layer 7 and a MoN support layer system 4, 5 arranged on a further adhesive layer 6, which lies directly below the cover layer 3.
  • the hardness in GPa is plotted on the left of the ordinate of the diagram in FIG. 6, the modulus of elasticity in GPa on the right, and the thickness D of the layer system in nm is plotted on the abscissa.
  • the intermediate layer 7 has a lower hardness H and a lower modulus of elasticity E than the MoN support system 4, 5 comprising the first Mo a N x support layer 4 and / or the second Mo b N y support layer 5, and also the hardness of the MoN support system 4, 5 comprising the first Mo a N x support layer 4 and / or the second Mo b N y support layer 5 increases in the direction of the cover layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft somit ein Substrat (1) mit einem als Oberflächenbeschichtung ausgebildeten mehrlagigem Schichtsystem (2), welches eine amorphe Kohlenstoff umfassende äussere Deckschicht (3) aufweist. Erfindungsgemäss ist zwischen dem Substrat (1) und der Deckschicht (3) mindestens eine erste MoaNx Stützschicht (4) vorgesehen ist, die bezogen auf einen Mo Gehalt a einen Stickstoffgehalt x aufweist, der im Bereich 25 at% ≤ x ≤ 55 at%, mit x + a = 100 at% liegt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Beschichtungsverfahren zur Herstellung eines Substrats (1).

Description

Substrat mit einem Molvdännitrid Schichtsvstem, sowie
Beschichtungsverfahren zur Herstellung eines Schichtsvstems
Die Erfindung betrifft ein Substrat mit einem als Oberflächenbeschichtung ausgebildeten mehrlagigem Schichtsystem, insbesondere auf einer Oberfläche eines Verschleissteils, wie ein Werkzeug oder ein Maschinenteil, sowie ein Verfahren für die Herstellung einer Oberflächenbeschichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.
Die Herstellung leistungsfähiger Werkzeuge oder einem Verschleiss ausgesetzter Bauteile aller Art wird meistens durch eine Beschichtung von deren Oberflächen realisiert. Eine wichtige Klasse solcher beschichteten
Substrate sind unter anderem Werkzeuge oder Teile von Maschinen, z.B. von Verbrennungskraftmaschinen, oder insbesondere auch Werkzeuge für die Umformung, zerspanende Werkzeuge sowie andere Bauteile, vor allem Verschleissteile für Maschinen in allen möglichen Ausführungsformen. Typische Substratmaterialien, die beschichtet werden, sind in der Praxis unter anderem Stähle aller Art, Werkzeugstähle oder Hartmetalle, aber auch alle möglichen anderen Substratmaterialien, wie zum Beispiel im Speziellen auch Keramiken. Auch Stähle mit niedriger Anlasstemperatur, um 200 °C, wie Kugellagerstähle stehen insbesondere an, um deren Leistungsfähigkeit für Bauteile wie motorische Bauteile zu erhöhen. Dabei spielen insbesondere die Reibungsminderung und die Kompatibilität mit Schmiermitteln sowie eine hinreichende Beständigkeit bei der Einsatztemperatur eine Rolle. lm Stand der Technik sind dabei eine ganze Reihe verschiedenartiger Oberflächenbeschichtungen, die dem Fachmann bekannt sind, mit welchen sich die Leistungsfähigkeit von an der Oberfläche hochbelasteten Substraten deutlich verbessern lässt. Beispielsweise werden verschiedene nitridische Schichten, z.B. CrN, oder oxinitridische Schichten wie CrNO, oder karbonitridische Schichten wie TiCN sowie verschiedene DLC-Schichten aufgebracht.
Zum Beispiel kommen insbesondere für die Hartbearbeitung von Stählen bevorzugt keramische Schneidkörper, beispielweise auf der Basis von kubischem Bornitrid zum Einsatz. So werden unter anderem zur
Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Al-Legierungen und Grauguss vermehrt verschiedenste SiN-Keramiken eingesetzt. Die Keramiken erweisen sich dabei als wesentlich beständiger gegenüber den metallischen Werkzeugmaterialien, wobei zur weiteren Leistungssteigerung zusätzlich geeignete Beschichtungen auf den keramischen Werkzeugen vorgesehen sein können.
Weit verbreiteter in der industriellen Technik ist dagegen die Beschichtung von metallischen Substratkörpern, insbesondere von Substratkörpern aus Stählen aller Art. Die aus dem Stand der Technik bekannten Hartstoffschichten basieren dabei häufig auf klassischen Verbindungen wie TiN, TiNC, oder CrN. Diese bekannten Hartschichten haben in Bezug auf ihren Einsatzbereich aufgrund ihrer speziellen physikalischen Eigenschaften jedoch ihre Grenzen, nicht nur, aber vor allem auch bezüglich der Temperaturbelastbarkeit. Einerseits sinkt nämlich die Härte bei erhöhten Temperaturen merklich ab, andererseits setzt bereits bei relativ niedrigen Temperaturen eine Oxidation ein, die zu erhöhtem Schichtverschleiß bei der Einsatztemperatur führen kann.
Um diese Probleme zu umgehen wurden im Stand der Technik im Wesentlichen zwei Schichtklassen entwickelt, die eine Oxidationsbeständigkeit im Bereich bis zu 1000 °C aufweisen und auch bezüglich der Härte verbesserte Eigenschaften haben.
Die eine Schichtklasse betrifft Al-haltige Basisschichten wie AITiN und AICrN, wobei, je nach Anforderung zusätzliche Elemente hinzulegiert werden können. Typische Verbindungen aus diesem Bereich sind Verbindungen der Form AITiXNCO, wobei X z.B. Cr oder ein anderes Metall ist.
Ein anderer im Stand der Technik beschrittener Weg zur Leistungssteigerung beschichteter Werkzeuge besteht in der Kombination von klassischen Hartstoffschichten als Trägerschicht kombiniert mit Finish-Schichten als Funktionsschicht. Insbesondere sind hier als Finish-Schichten die hoch Si- haltigen Schichten (10at% oder mehr; at% bedeutet dabei im Rahmen dieser Anmeldung „Atomprozent“) des Typs MeSiXNCO-Schicht (X weitere Metalle oder B) wie TiSiN zu nennen, die eine deutlich verbesserte Temperaturbelastung ermöglichen. Daneben ist es weiterhin beispielsweise bekannt, oxidische Keramikschichen wie Al203 mittels CVD-Verfahren auf Wendeschneidplatten abzuscheiden, um den Verschleißprozessen bei erhöhten Kontakttemperaturen, insbesondere beim Drehen begegnen zu können.
Darüber hinaus ist es auch bekannt Bor-basierte Schichten, wie zum Beispiel B4C oder auch kubische BN Schichten einzustzen. Allerdings hat kubisches BN den entscheidenden Nachteil, dass es äußert kompliziert darstellbar ist. Dies ist vor allem durch Schwierigkeiten beim Schichtwachstum selbst, aber auch durch die hohen Eigenspannungen in den Schichten bedingt.
Im Bereich der Hochtemperaturwerkstoffe wurden in den letzten Jahren Volumenkeramiken auf der Basis von SiCN erzeugt, die sich durch hohe Härten und eine Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit gegenüber SiC und Si3N4 auszeichnen. Deren besondere Eigenschaften sind durch die komplexen kovalenten chemischen Bindungen und die niedrige Diffusionsrate von Sauerstoff in der amorphen Struktur des SiCN begründet. Entsprechender diverser Stand der Technik findet sich z.B. in den Schriften WO 2017/148582 A1, EP 3074550 B1, WO 2017/174 197 A1,
WO 2016/188632 A1 , die sich auf reine MoN Schichten beziehen.
Allen bisherigen Bemühungen zum Trotz ist es aber nur teilweise gelungen Beschichtungen zur Verfügung zu stellen, die den immer höheren
Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Härte, Druckeigenspannungen und Zähigkeit, tribologische Eigenschaften wie Adhäsionsneigung bei höheren Temperaturen sowie Reibung, die Oxidationsresistenz, Phasenstabilität und anderen charakteristischen Eigenschaften, vor allem auch bei definierten Einsatztemperaturen gerecht zu werden.
In den letzten Jahren haben sich vermehrt auch Schichtsysteme etabliert, die oft bis auf Haftschichten aus einer oder mehreren Lagen von amorphem (diamantartigen) Kohlenstoffschichten (DLC-Schichten) bestehen. Jedoch gibt es auch maßgebliche Einschränkungen hinsichtlich der Anwendung dieses Schichttyps. Die Schichten, insbesondere die DLC- Schichten mit Härten von mehr als 30 GPa weisen oft starke Druckeigenspannungen auf, so dass die sinnvoll anwendbare Schichtdicke deutlich eingeschränkt ist. Auch die mechanische Belastung ist beschränkt, insbesondere auf weichen Substraten, die viel geringere Härten und E-Module als die entsprechende Beschichtung aufweisen. Weiterhin ist die Funktionalität nur auf das Schichtvolumen der DLC-Schichten beschränkt. Bei lokalem Verschleiß wird nach einiger Zeit durch (lokalen) Abtrag der DLC- Schichten die meist metallische Haftschicht (z.B. Cr) erreicht, die in der Regel schlechte tribologische Eigenschaft aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Oberflächenbeschichtung für ein Substrat, insbesondere für ein Verschleissteil, wie ein Werkzeug oder ein Maschinenteil oder ein anderes, im Speziellen mechanisch, tribologisch oder thermisch belastetes Verschleissteil bereitzustellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme überwindet, und insbesondere ein sich tribologisch positiv auswirkendes Verhalten, verbesserte mechanische Eigenschaften, vor allem, aber nicht nur, in Bezug auf die Härte und Druckeigenspannungen aufweist und auch unter bei erhöhten Temperaturen einsetzbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen verbesserten Beschichtung bereitzustellen, insbesondere welches für die Beschichtung im Temperaturbereich von 100 bis 300 °C, im Speziellen ca. 150-200° bzw. um 200°C geeignet ist.
Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft somit ein Beschichtungsverfahren zur Herstellung eines Schichtsystems auf einem Substrat, sowie ein Substrat mit einem als Oberflächenbeschichtung ausgebildeten mehrlagigem Schichtsystem, welches eine amorphen Kohlenstoff umfassende äussere Deckschicht aufweist. Erfindungsgemäss ist zwischen dem Substrat und der Deckschicht mindestens eine erste MoaNx Stützschicht vorgesehen, die bezogen auf einen Mo Gehalt a einen Stickstoffgehalt x aufweist, der im Bereich 25 at% < x < 55 at% liegt, mit x + a = 100 at% liegt.
Das erfindungsgemäss beschichtete Substrat kann dabei insbesondere eine Komponente eines verschleiss- und / oder reibungsbelastetes Bauteil ist, im Speziellen eine Komponente eines Kraftfahrzeugs oder eines Verbrennungsmotors, insbesondere ein Kolben, oder ein Kolbenring, ein Ventil, ein Ventilteller, oder ein anderes Bauteil eines Verbrennungsmotors oder ein Werkzeug, wie ein Schneidwerkzeug, ein Formwerkzeug, ein Zerspanungswerk, oder ein anderes verschleiss- und / oder reibungsbelastetes Werkzeug oder sonstiges verschleißendes Bauteil. Durch die vorliegende Erfindung hat sich gezeigt, dass sich die oben beschriebenen Probleme mit den aus dem Stand der Technik bekannten DLC-Schichtsystemen sehr weitgehend vermeiden lassen und ein erfindungsgemässes Schichtsystem insbesondere bei den zuvor genannten Bauteilen und Komponenten besonders vorteilhaft Verwendung findet. Die Verwendung von MoN-Stützschichten gemäss der vorliegenden Erfindung überwindet die oben genannten Nachteile, insbesondere auch bei den extrem harten tetraedrischen amorphen Kohlenstoffschichten (ta-C-Schichten), die meist im Härtebereich oberhalb 30 GPa liegen und E-Moduli, gemessen mit der Nanohärte, von über 300 GPa aufweisen.
Das erfindungsgemäße Schichtsystem, umfassend wenigstens eine MoaNx- Stützschicht und eine harte amorphe Kohlenstoffschicht bzw. auch diamantartige Kohlenstoffschicht, die im Rahmen dieser Anmeldung der Einfachheit halber abkürzend auch synonym als DLC-Schicht bezeichnet werden, z.B. eine wasserstofffreie a-C Deckschicht oder eine ta-C-
Deckschicht oder einen anderen Schichttyp aus amorphem Kohlenstoff als nach aussen abschliessende Deckschicht, dient vorrangig, aber nicht ausschliesslich, der Reduzierung von Verschleiss und Reibung in Verbindung mit Schmierstoffen auf Komponenten wie zum Beispiel automobilen Komponenten, bei Werkzeuge oder anderen stark belasteten Bauteilen oder Verschleissteilen jeglicher Art. Wie weiter unten noch genauer erläutert werden wird, erfolgt die Abscheidung besonders bevorzugt mittels vom Grundsatz her an sich bekannten Verfahren, wie mittels eines PVD- Verfahrens, CVD-Verfahrens, PA-CVD-Verfahrens, Sputterverfahrens, bevorzugt HIPMS-Sputterverfahren, insbesondere gefiltertes oder ungefiltertes Lichtbogenbeschichtungsverfahren, oder mittels eines Kombinations- oder Hybridverfahrenverfahrens umfassend eines oder mehrere der vorgenannten Beschichtungsverfahren.
Wesentliche Besonderheiten diesen Schichtaufbaus gegenüber dem Stand der Technik sind vor allem die verbesserte Stützwirkung, was eine erhöhte Gesamtschichtdicke ermöglicht und es werden höhere Punktbelastungen möglich. Darüber hinaus ist bei einer erfindungsgemässen Schichtsystem eine deutlich verbesserte Funktionalität bei Schichtverschleiß oder Abplatzung durch Bildung von Magneli Phasen bedingt durch Oxidation bei hinreichenden Einsatztemperaturen, gewährleistet.
Wie der Fachmann weiss, kann Molybdän mit Stickstoff eine Vielzahl von Verbindungen bzw. Modifikationen, auch Phasen genannt bilden, die unterschiedliche Kristallstrukturen und Eigenschaften aufweisen können. Bei geringen Stickstoffgehalten können dabei zum Beispiel Phasengemische aus metallischem Molybdän Mo plus Mo2N-Phasen entstehen. Mit Erhöhung des Stickstoffgehalts entstehen Mo2N-Phasen, und bei noch weiterer Stickstofferhöhung können sich Phasengemische aus Mo2N plus MoN bilden. Schließlich entsteht MoN. Aber auch über überstöchiometrisches MoN mit (N/Mo>1) wurde berichtet. Zur Verbesserung von tribologischen Eigenschaften durch eine
Funktionsschicht des Typs Molybdännitrid MoNx sind Schichten mit folgenden Phasen bzw. Phasenmischungen untersucht worden: Schichten mit ausschließlich oder hauptsächlich y-Mo2N, oder eine Molybdännitrid-Schicht mit ausschließlich oder hauptsächlich ö-MoN, oder eine Molybdännitrid Schicht mit sowohl y-Mo2N als auch d-MoN. In WO 2015/096882 A3 hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung bereits berichtet, dass eine MoN basierte Hartstoffschicht, welche zumindest größtenteils die hexagonale Phase des Molybdännitrids d-MoN umfasst, wobei das Intensitätsverhältnis der beiden Peaks (ö - MoN 220)/( d -MoN 200) > 3 ist, vorzugsweise> 10, besonders bevorzugt > 30, am besten geeignet ist.
Bei reinen Mo2N-Schichten beträgt der minimale Stickstoffgehalt ca. 27 at% bezogen auf at%(Mo)+at% (N)= 100 at%. Der maximale Stickstoffgehalt der MoN-Schichten beträgt je nach Phasenzusammensetzung bis zu 55 at%.
Die Schichten weisen immer bis auf einen Minoritätsanteil metallischen Molybdäns MoNx-Phasen. Die Schichten können aus reinen Mo2N-Phasen bestehen, oder Mo2N/MoN-Phasengemische sein, oder aber auch aus reinem MoN bestehen. Die MoN-Unterschichten können hinsichtlich der Zusammensetzung mehrlagig ausgeführt werden.
Die erfindungsgemässen ersten MoaNx Stützschichten bzw. die weiter unten noch näher im Detail beschriebenen zweiten Mo Ny Stützschichten können in getrennten Prozesse« unter der nach aussen abschliessenden DLC Deckschicht abgeschieden werden. Oder aber die erfindungsgemäße Schicht kann auch in einem Prozess abgeschieden werden.
Auch kann beispielsweise z.B. für tribologische Anwendungen in einem erfindungsgemässen Schichtsystem unter der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff ein d-MoN (delta - Molybdännitrid) verwendet werden. Aber auch andere MoN-Phasen können vorteilhaft geeignet sein. Die MoN- Stützschichten können aber auch Mehrlagensysteme sein, die aus MoN in Kombination mit anderen Nitriden wie z. B. CrN, Cr2N oder TiN hergestellt werden. Weiterhin sind Dotierungen der MoN-Stützschichten mit Elementen wie Kupfer, Sauerstoff oder Kohlenstoff möglich. (Die verallgemeinerte Bezeichnung MoN-Stützschichten bedeutet im Rahmen dieser Anmeldung: MoN gleich welchen Stickstoffgehaltes und / oder Phasenzusammensetzung). Aber auch metallische Elemente wie AI oder andere Element wie B und Si können zur Modifikation eingesetzt werden. Eine bevorzugte erfindungsgemässe Ausführungsform eines Schichtsystems ist die Verwendung einer Stützschicht, welche zumindest größtenteils die hexagonale Phase des Molybdännitrids d-MoN umfasst und / oder aus reinem Molybdännitrids d-MoN besteht. Dabei kann es insbesondere bei vergleichsweise weichen Substraten, z.B. im Falle weicher Stähle angebracht sein, zusätzlich eine Zwischenschicht unter einer MoN Stützschicht in Richtung der Substrate abzuscheiden. Diese kann beispielsweise eine CrNx-Schicht sein. Auch kann es häufig sinnvollsein, eine metallische Haftschicht auf den Substraten abzuscheiden, wie z.B. eine Cr Haftschicht. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Schichtsystems liegt der Stickstoffgehalt x der ersten MoaNx Stützschicht im Bereich von 30 at% < x < 53 at% und liegt besonders vorteilhaft bei ca.
50 at% liegt. Dabei kann wie bereits erwähnt ein Schichtsystem der vorliegenden Erfindung zwischen dem Substrat und der ersten MoaNx Stützschicht und / oder zwischen der ersten MoaNx Stützschicht und der äusseren Deckschicht noch mindestens eine zweite MobNy Stützschicht umfassen, wobei bezogen auf einen Mo Gehalt b der zweiten MobNy Stützschicht, ein Stickstoffgehalt y im Bereich von 35 at% < y < 45 at%, mit y + b = 100 at%, bevorzugt bei 40 at% liegt. Besonders bevorzugt ist dabei die Härte der ersten MoaNx Stützschicht, die näher an der Deckschicht des Systems angeordnet ist, grösser als die Härte der zweiten Stützschicht, die näher am Substrat angeordnet ist, wie weiter unten noch anhand der speziellen Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 5a und Fig. 5b bzw. durch die Fig. 6 näher erläutert werden wird.
Dabei versteht es sich von selbst, dass zwischen dem Substrat und der äusseren Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff auch eine Mehrzahl von jeweils gleichen oder verschiedenen ersten MoaNx Stützschichten und / oder zwischen dem Substrat und der äusseren Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff auch eine Mehrzahl von jeweils gleichen oder verschiedenen zweiten Mo Ny Stützschichten vorgesehen sein kann.
Dabei kann je nach Substrat und / oder Anwendung, z.B. je nach dem ob es sich bei dem Substrat um ein Werkzeug, wie ein Zerspanwerkzeug oder eine Maschinenkomponente, wie eine Komponente für eine Verbrennungskraftmaschine handelt, die erste MoaNx Stützschicht und / oder die zweite MobNy Stützschicht einen Anteil an metallischem Mo enthalten. Dabei wird besonders bevorzugt ein Phasengemisch aus Mo und Mo2N in der ersten MoNx in der zweiten MobNy Stützschicht durch die Einstellung eines Stickstoffgehalts x bzw. y zwischen 5at% und 20at% eingestellt, jeweils unter der Randbedingung x + a = 100 at% und y + b = 100 at%. Dabei kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel die erste MoaNx Stützschicht und / oder die zweite Mo Ny Stützschicht auch aus reinen Mo2N Phasen und deren Phasengemischen ß-Mo2N und g-Mo2N, und / oder auch aus Mo2N/MoN-Phasengemischen und / oder aus reinem MoN-Pasen, insbesondere aus kubischem MoN und oder hexagonalen d-MoN Phasen oder Phasengemischen zusammengesetzt sein. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang die g-Mo2N sowie die reine hexagonale Phase des d- MoN.
Auch kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die erste MoaNx Stützschicht und / oder die zweite MobNy Stützschicht zusätzlich eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus [Ag, Cr, Ti, Cu, AI, Si, B, O, C] und / oder auch ein Element aus der 4., 5. oder 6. Gruppe des Periodensystems der Elemente umfassen. Dabei kann die erste MoaNx Stützschicht und / oder die weite MobNy Stützschicht vorteilhaft auch wenigstens eine als Stützschicht wirkende Schicht der Zusammensetzung (MoxMz)c(NuCvOw)ci, umfassen, wobei ein M wenigstens eines der Elemente der 4 bis 6 Gruppe des Periodensystems, und / oder eines der Elemente Si, B, AI, Cu, Ag umfasst, mit x+z+u+v+w =100 at%, und c/d = 3, wobei 25at% < x < 55at% und 0 < z < 20at%, 0 < v < 5at% und 0 < w < 5at% ist.
Zur Verbesserung der Haftung auf der Oberfläche des Substrats bzw. zur Verbesserung der Haftung zwischen den diversen Schichten eines erfindungsgemässen Schichtsystems, kann zusätzlich auf einer Oberfläche des Substrats und / oder auf einer Oberfläche der ersten MoaNx Stützschicht und / oder auf einer Oberfläche der zweiten MobNy Stützschicht und / oder auf einer Oberfläche einer Zwischenschicht eine Haftschicht vorgesehen sein, die im Speziellen mit einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe bestehend aus [C, N, O] legiert ist. Darüber hinaus kann die Haftschicht bis auf Verunreinigungen vorteilhaft auch eines oder mehrere Elemente der 4., 5. oder 6. Gruppe des Periodensystems der Elemente umfassen, insbesondere auch eines der Elemente Cr, Ti, Cu, AI, oder Mo umfassen.
Wie bereits zuvor bei der Diskussion der Haftschichten erwähnt, kann eine erfindungsgemässes Schichtsystem zusätzlich auch eine oder mehrere Zwischenschichten unter der Stützschicht umfassen. Die Zwischenschicht kann dabei insbesondere zum Beispiel einphasige Metallnitride, Metallcarbide sowie Metallcarbonitride und / oder Phasengemische aus Metallnitriden, Metallcarbiden und Metallcarbonitriden umfassen, wobei die Zwischenschicht im Speziellen eine einphasige Cr2N oder CrN-Schicht oder ein Phasengemisch aus CrN und Cr2N umfasst.
Im Speziellen kann die erste MoaNx Stützschicht und / oder die zweite Mo Ny Stützschicht und / oder die Zwischenschicht und / oder die Haftschicht in Bezug auf die chemische Zusammensetzung oder in Bezug auf eine andere physikalische oder chemische Eigenschaft in Form einer Gradientenschicht ausgebildet sein, wodurch insbesondere eine Anpassung zwischen zwei verschiedenen Schichttypen im Schichtsystem durch die Gradientenschicht optimal vorgenommen werden kann.
Eine Dicke d der ersten MoaNx Stützschicht und / oder der zweiten MobNy Stützschicht und / oder der Zwischenschicht kann dabei im Bereich von O.Odmhh < d < 50pm, bevorzugt im Bereich von 0.03pm < d < 30miti, im Speziellen im Bereich von 0.2miti < d < 25miti, oder im Bereich von 0.3miti < d < 10miti liegen.
Durch den zuvor erläuterten Einbau weiterer zusätzlicher Schichten zwischen Substrat und Deckschicht, wie beispielweise durch eine oder mehrere erste MoaNx oder zweite MobNy Stützschichten und / oder durch eine oder mehrere Haftschichten und / oder Zwischenschichten können bei einem erfindungsgemässen Schichtsystem unter anderem Schichteigenschaften wie die Stabilität, Härte, vor allem auch die Temperaturbeständigkeit, die Anpassung an schlagende Belastungen oder aber auch die Duktilität usw. je nach Anwendung und Substrat individuell angepasst bzw. noch weiter verbessert werden kann.
Die Zusammensetzungen der einzelnen Schichten des Schichtsystems unter der Deckschicht, bzw. die Einstellung der erwähnten speziellen MoN-Phasen und Phasengemische können in der Praxis zum Beispiel wie folgt eingestellt werden. In Abhängigkeit vom im speziellen Fall gewählten Beschichtungsverfahren, z.B. ob es sich um ein PVD-Verfahren, ein CVD Verfahren, Hochenergie-Impulsmagnetron-Sputtern (HIPIMS),ein Lichtbogenverdampfungsverfahren oder ein anderes geeignetes Beschichtungsverfahren handelt, kann zum Erreichen einer bestimmten Schichtzusammensetzung, in der Beschichtungskammer der Stickstoff Partialdruck, die Vorspannung am Substrat, oder z.B. die Substrat Temperatur oder ein anderer relevanter Parameter in geeigneter, dem Fachmann in an sich bekannter Weise eingestellt oder nach einem vorgebbaren Schema während des Beschichtungsvorgangs variiert werden. Dabei können je nach Beschichtungsverfahren auch weitere Prozessparameter von Bedeutung sein, wie zum Beispiel bei einem Lichtbogenverdampfungsverfahren (Arc- Verfahren) auch der Einfluss der Verdampfer, des Magnetfelds, der Verdampfungsstrom und andere dem Fachmann an sich bekannte Parameter, die durch geeignete Einstellungen zu der gewünschten
Schichtzusammensetzung bzw. zum gewünschten Schichtaufbau führen. Als grobe Richtlinie kann in speziellen Fällen z.B. davon ausgegangen werden, dass sich tendenziell bei Stickstoff Partialdrücken bis zu ca. 0.4Pa und / oder höheren Substrat Vorspannungen bis z.B. 250V und mehr, die Bildung von Phasengemische aus Mo+Mo2N in den Schichten tendenziell begünstigt wird. Bei Stickstoff Partialdrücken bis z.B. ca. 1Pa ist tendenziell die Bildung von MO2N Phasen begünstigt, während bei noch höheren Stickstoff Partialdrücken von ca. 2Pa bis zu über 2Pa und Substrat Vorspannungen bis ca. 150V bevorzugt Mo2N+MoN Phasen ausgebildet werden. Nachweisen lassen sich diese und andere vorgenannte Phasen und Phasengemische in den abgeschiedenen Schichtsystemen in an sich bekannter Weise zum Beispiel mittels Röntgenbeugung und anderen an sich bekannten Methoden und die Elementzusammensetzungen mit entsprechenden Verfahren wie EDX, WDX, SIMS oder andere dem Fachmann wohlbekannten Mess- und Analyseverfahren.
Nachdem nun die grundlegenden Eigenschaften und Ausführungsformen des erfindungsgemässen Schichtsystems im Bereich zwischen der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff und dem Substrat übersichtsartig erläutert wurden, soll im Folgenden die grundlegenden Eigenschaften und mögliche bevorzugte Ausführungsvarianten von Deckschichten aus amorphem Kohlenstoff, wie es bei einem Schichtsystem der Erfindung vorgesehen ist, erläutert werden.
Die den amorphen Kohlenstoff umfassende äussere Deckschicht eines erfindungsgemässen Schichtsystems ist eine an sich bekannte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C, eine mit einem Element X dotierte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C:X, eine mit einem Element X dotierte tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ ta-C:X, eine mit einem Metall dotierte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C: Me, eine mit einem Metall dotierte tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ ta-C:Me, eine mit einem Metall und Wasserstoff dotierte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C:H:Me oder eine mit einem Metall und Wasserstoff dotierte tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ ta-C:H:Me. Insbesondere kann die Deckschicht selbstverständlich eine oder auch mehrere der vorgenannten Typen von amorphen Kohlenstoffschichten umfassen. Dabei ist X bevorzugt ein Element aus der Gruppe der Elemente bestehend aus [F, CI, B, N, O, Si] und Me eines oder mehrere Elemente aus der 4., 5. oder 6. Gruppe des Periodensystems der Elemente, und Me kann weiter auch AI oder Cu, bevorzugt eines der Elemente Mo, Cr, Ti, W, AI umfassen.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel kann die Deckschicht eines erfindungsgemässen Schichtsystems aus zwei oder mehr Schichtlagen jeweils umfassend eine amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C, oder vom Typ a-C:X, oder vom Typ ta-C:X, oder vom Typ a-C:Me, oder vom Typ ta- C:Me, oder vom Typ a-C:H:Me, oder vom Typ ta-C:H:Me umfassen.
Auch ist es selbstverständlich möglich, dass die Deckschicht und / oder eine Schichtlage der Deckschicht eine Gradientenschicht umfasst, die eine amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C, oder vom Typ a-C:X, oder vom Typ ta-C:X, oder vom Typ a-C:ME, oder vom Typ ta-C:Me, oder vom Typ a- C:H:Me, oder vom Typ ta-C:H:Me ist.
Dabei können zwei unterschiedliche Schichtlagen je nach Anforderung zum Beispiel ein verschiedenes sp3/sp2 Verhältnis haben, wobei wie dem
Fachmann bekannt ist, (sp3 und sp2 Bindungszustände der Kohlenstoffatome sind, bzw. kann in einer Gradientenschicht ein sp3/sp2 Verhältnis über eine Dicke der Gradientenschicht variieren, so dass unter durch die Gradientenschicht zwischen zwei benachbarten Teilschichten stimmte Schichteigenschaften wie die Stabilität, Härte, vor allem auch die
Temperaturbeständigkeit usw. je nach Anwendung, Substrat oder anderer spezieller Randbedingungen individuell angepasst werden können.
In der Praxis liegt eine Dicke Dd der Deckschicht und / oder einer Schichtlage der Deckschicht vorteilhaft im Bereich von 0.05pm < Dd < 50pm, bevorzugt im Bereich von 0.05pm < Dd < 30mhh, im Speziellen im Bereich von
0.1 pm < Dd < 20miti, oder im Bereich von 0.5pm < Dd 10pm, bevorzugt im Bereich von 1 pm < Dd < 5pm, besonders bevorzugt liegt die Dicke Dd bei ca.
2pm.
Eine Gesamtdickte Gd eines Schichtsystems der vorliegenden Erfindung wird dabei in einem Bereich von 0.1 pm < Gd < 100pm, bevorzugt im Bereich von 0.5 pm < Gd < 50pm, im Speziellen im Bereich von 1pm < Gd < 10pm, besonders bevorzugt bei ca. 4 pm gewählt, wobei ein Verhältnis der Dicke Dd der Deckschicht zur Gesamtdicke des Gd des gesamten Schichtsystems im Bereich von 1% < (Dd / Gd) < 1000%, bevorzugt im Bereich von 10% < (Dd / Gd) < 500%, im speziellen im Bereich von
20% < (Dd / Gd) < 200% und besonders bevorzugt im Bereich von
40% < (Dd / Gd < 120% liegt.
Eine Härte Hd der Deckschicht liegt in einem Bereich von 8GPa < Hd < 80GPa, im Speziellen im Bereich von 10GPa < Hd < 70GPa, oder im Bereich von 25GPa < Hd <60GPa, und beträgt besonders bevorzugt ca. 50GPa liegt. Dabei liegt ein Verhältnis der Härte Hd der Deckschicht zur Härte Hs der gesamten Stützschicht in einem Bereich zwischen (Hd/Hs) = 1 :5 bis (Hd/Hs) = 4:1, bevorzugt im Bereich zwischen (Hd/Hs) = 1:2 bis (Hd/Hs) = 3:1 , und liegt insbesondere im Bereich von (Hd/Hs) = 1:1.5 bis (Hd/Hs) = 2:1. Die Härte kann durch Nanoeindringung, insbesondere nach ISO 14577 bestimmt werden.
Im folgenden sollen zum besseren Verständnis der Erfindung noch kurz einige besonders vorteilhafte Ausführungsformen von Schichtsystemen unter
Nennung spezifischer Schichtparameter beschrieben werden, bevor anhand der Zeichnung noch weitere spezielle Ausgestaltungen zu diskutieren sein werden.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Schichtsystems kann beispielsweise als Haftschicht auf dem Substrat ein chrom-basierten Unterbau vorgesehen sein, wobei die Haftschicht beispielsweise im wesentlichen aus Chrom besteht mit einer Dicke der Chromschicht von ca. 0,1 pm. Auf die Chrom Haftschicht folgt eine CrN Zwischenschicht, bevorzugt in Form eines Cr2N+CrN Phasengemischs mit einer Dicke von 0,5 pm. Auf der Zwischenschicht ist weiter eine Stützschicht aus d-MoN in einer Dicke von ca. 2 pm vorgesehen. Den Abschluss nach aussen bildet schliesslich eine Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff vom Typ ta-C, mit einer Härte von ca. 50 GPa und einer Dicke von ca. 1 pm. Das gesamte Schichtsystem kann dabei beispielweise mit einem an sich bekannten Lichtbogen (ARC) Beschichtungsverfahren auf dem Substrat abgeschieden sein.
In einem anderen Ausführungsvariante des zuvor beschriebenen erfindungsgemässen Schichtsystems ist es auch möglich, zum Beispiel mehrlagige Schichten aus CrN/MoN abzuscheiden, wobei die direkt an die Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff angrenzende Teilschicht besonders vorteilhaft eine MoN Schicht im oben definierten Sinne ist.
Besonders vorteilhaft ist eine Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff, wie bereits erwähnt, vom Typ a-C, ta-C, a-C:X, ta-C:X, a-C:Me, ta-C:Me, a-C:H, a- C:H:X, a-C:H:Me und hatte eine Schichtdicke im Bereich von mindestens 100 nm bis 20 pm. Die Deckschicht kann dabei eine einlagige Monoschicht, eine mehrlagige Schicht oder auch eine Gradientenschicht sein. Verschiedene Typen von Deckschichten aus amorphem Kohlenstoff, wie sie bereits mehrfach explizit erwähnt und aufgelistet wurden, können auch in ein und derselben Deckschicht kombiniert sein. Die mehrlagige Deckschicht oder die Deckschicht in Form einer Gradientenschicht kann durch Veränderung des sp3/sp2 Gehaltes an C-C Bindungen durch Veränderung von Prozessparametern oder aber durch die Kombination von verschiedenen Typen z.B. ta-C mit ta-C:N realisiert sein. Diejenige Schicht des Schichtsystems, die der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff unmittelbar benachbart angeordnet ist, ist in der Praxis in den allermeisten Fällen eine MoN-Schicht. Also bevorzugt eine erste MoaNx Stützschicht oder eine zweite MobNy Stützschicht. Die Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff wird dann mit geeigneten Parametern direkt auf der MoN Schicht abgeschieden. In bestimmten Fällen kann es aber auch sinnvoll sein, eine metallische Haftschicht zwischen den MoN-Schichten und den Deckschichten aus amorphem Kohlenstoff abzuscheiden, z.B. metallisches Mo oder Cr, wie es später anhand der Zeichnungen noch an weiteren Beispielen beschrieben wird. Eine besonders positive Wirkung entfaltet die MoN unter der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff wenn diese eine hohe Härte und einen hohen E-Modul aufweisen. Insbesondere deutlich wird die positive Wirkung bei Härten von ta- C-Schichten, d.h. bei Schichten mit E-Modulen über 300 GPa. Neben a-C und ta-C-Schichten können besonders vorteilhaft auch gezielt a-C:Me-Schichten als Deckschicht für ein erfindungsgemässes Schichtsystem vorgesehen werden. Diese Schichten enthalten mindestens ein Metall als Dotierungselement und weisen gegenüber den a-C und ta-C Schichten ohne Dotierungselement geänderte Eigenschaftsprofile auf, beispielsweise ist die elektrische Leitfähigkeit grösser. Dies kann somit in bestimmten Anwendungsfällen von Vorteil sein. Da die Unterschicht zumindest Mo oder auch Cr enthält, kann es prozessmässig von Vorteil Mo und oder Cr als Me zu verwenden.
Eine besonders einfache Prozessführung für die Herstellung eines erfindungsgemässen Schichtsystems ergibt sich wenn zeitgleich zum Betreiben der Kohlenstoffverdampfung mittels Are auch die Mo und/oder Cr-Verdampfung durchgeführt wird. Eine weitere Methode ist die Verwendung von Kohlenstofftargets in die metallische Komponenten beigemischt sind. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die wasserstofffreie, amorphe Schicht eine a-C:X Schicht, wobei X bevorzugt ein Element aus der Gruppe der Elemente bestehend aus [F,
CI, B, N, O, Si] ist.
Neben metallischen Elementen die den Schichten beigefügt werden und so zu den a-C:Me-Schichten führen, können somit auch weitere nichtmetallische Elemente als Dotierungselemente zur Schichtoptimierung je nach Applikation beigefügt werden. Diese nichtmetallischen Elemente können Bor, Silizium, Fluor oder andere sein. Beispielsweise führt Si zum Stressabbau und F zur Änderung der Benetzungseigenschaften, insbesondere zu einem größeren Kontaktwinkel.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die wasserstofffreie, amorphe Schicht als eine mehrlagige Schicht ausgelegt, wobei die mehrlagige Schichtstruktur abwechselnd angeordnete Einzellagen eines Typs A und eines Typs B umfasst, wobei die Einzellagen des Typs A aus a-C oder ta-C bestehen und die Einzellagen des Typs B aus Me oder aus a-C:Me sind. In diesem Zusammenhang kann beispielweise Mo als Me verwendet werden, so dass eine mehrlagige Schicht des Typs a-C/Mo oder a-C/a-C:Mo, oder aber ta-C/Mo oder ta-C/a-C:Mo oder ta-C/ta-C:Mo oder a-C/ta-C:Mo ausgebildet wird.
Damit lassen sich dickere Schichten hersteilen, weil die Gesamt- Eigenspannungen in den Schichten abgebaut werden. Dies führt zu einer höheren Belastbarkeit und Verschleißbeständigkeit.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die wasserstofffreie, amorphe Schicht als eine mehrlagige Schicht ausgelegt, wobei die mehrlagige Schichtstruktur abwechselnd angeordnete Einzellagen eines Typs A und eines Typs B umfasst, wobei die Einzellagen des Typs A aus a-C oder ta-C aufgebaut sind und die Einzellagen des Typs B aus a-C:X sind. In diesem Zusammenhang kann beispielweise Silizium als X verwendet werden. In dem Fall trägt die Silizium Zugabe zusätzlich zur Spannungsminimierung der Schichten durch die Ausbildung der a-C:Si Struktur bei. Zur Abscheidung solchen Schichten können zusätzliche Arc-Verdampfer eingesetzt werden, die die mit dem X-Element legierten Graphitkathoden verdampfen, oder es können auch andere geeignete PVD-Verfahren eingesetzt werden, z.B. können Sputterquellen verwendet werden, die das Element X absputtern. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Einzellagen des Typs A nicht mehr als 1000 nm und nicht weniger als 10 nm. Auch vorzugsweise beträgt die Dicke der Einzellagen des Typs B nicht mehr als 1000 nm und nicht weniger als 10 nm. Besonders vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist auch die Möglichkeit grössere Schichtdicken mit einem gleichzeitig optimierten Spannungsverhältnis innerhalb derselben Beschichtung zu kombinieren.
Die Erfindung betrifft weiter ein Beschichtungsverfahren zur Herstellung eines Schichtsystems der Erfindung auf einem Substrat, wobei das Beschichtungsverfahren ein PVD-Verfahren, ein CVD-Verfahren, ein PA-CVD- Verfahren, ein Sputterverfahren, bevorzugt ein HIPMS-Sputterverfahren, insbesondere ein gefiltertes oder ungefiltertes Lichtbogenbeschichtungsverfahren, oder ein Kombinations- oder Hybridverfahrenverfahren ist, das mindestens eines der vorgenannten Beschichtungsverfahren umfasst.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Verfahrens kann die Beschichtung des gesamten Schichtsystems mittels des ungefilterten oder gefilterten Lichtbogenverdampfers auf dem Substrat abgeschieden werden. Besonders vorteilhaft kann dabei das Substrat zur Reinigung der
Substratoberfläche und / oder einer Oberfläche der ersten MoaNx Stützschicht und / oder einer Oberfläche der zweiten MobNy Stützschicht und / oder der Zwischenschicht und / oder der Haftschicht vor der Beschichtung mittels Argonionen und / oder Wasserstoff einer lonenreinigung unter Verwendung einer AEGD (Are Enhanced Glow Discharge) Technologie behandelt werden, wobei in einem folgenden Schritt bevorzugt zusätzlich eine lonenbehandlung beispielweise mit Cr-Ionen oder Mo-Ionen vorgenommen werden kann.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Abscheidung der ersten MoaNx Stützschicht und / oder der zweiten MobNy Stützschicht und der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff in einer PVD-Anlage mittels eines erfindungsgemässen Beschichtungsverfahrens wie folgt durchgeführt.
Als Substrate wird beispielweise ein temperaturempfindlicher Stahl gewählt, der nur Beschichtungstemperaturen bis zu 200 °C (z.B. Kugellagerstahl 100 Cr6) erlaubt. Verwendet wird eine PVD-Maschine, die über Arc-
Verdampfer verfügt.
Eine Beschichtungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Beschichtungsverfahrens umfasst in einer Beschichtungskammer diverse Beschichtungsquellen (z.B. Arcverdampfer), sowie unter anderem eine AEGD-Quelle, Heizer und Pumpen in an sich bekannter Weise. Eine solche Beschichtungsanlage ist in der Regel in oktagonaler Bauweise mit zwei Türen ausgeführt. Es werden Rundverdampfer als Arc-Verdampfer verwendet, wobei mehrere in einer Reihe übereinander angeordnet sind. Die Anlage verfügt in der Praxis über mindestens 3 Flange zur Aufnahme der Arcquellen. Mindestens eine Reihe ist mit Cr-Targets, Mo-Targets sowie C-Targets bestückt. Hier sind die Turbopumpen an der Kammerseite eingebaut. Es ist eine hinreichende Heizleistung installiert. Gleichermaßen ist eine AEGD- Vorrichtung bestehend aus den notwendigen Komponenten eingebaut.
Nach dem Beladen der Beschichtungskammer mit zu beschichtenden Substraten und deren Platzierung auf geeigneten Substrathaltern, sowie dem Abpumpen der Beschichtungskammer auf Hochvakuum, werden die nachfolgend beschriebenen Prozessschritte durchgeführt.
In einem ersten Schritt wird das Substrat mittels integrierten Strahlungsheizungen in der Beschichtungsanlage unter Hochvakuum z.B. auf 150°C erwärmt. Für eine optimale Wärmeverteilung auf der Oberfläche wird das Substrat in verschiedenen Freiheitsgraden, Einfach-, Zweifach- oder Dreifachrotation, rotiert.
Bevorzugt erfolgt eine lonenreinigung in zwei Schritten. Zunächst werden die Substrate mit Argonionen plus Wasserstoff geätzt. Dies erfolgt durch die an sich bekannte sogenannte AEGD Technologie und das Anlegen einer negativen Vorspannung an den Substraten. Dadurch wird eine Reinigung der Substratoberfläche erreicht.
In einem zweiten Schritt erfolgt ein dem Fachmann wohl bekanntes Chrom- MIE (Chrom-metall-ionen-ätzen). Dazu werden die Chromtargets gezündet. Durch eine negative BIAS-Spannung von mindestens -600 V am Substrat werden die Chrom Ionen (Cr+) von den Targets zum Substrat stark beschleunigt. Durch den Aufprall entfernen diese zum einen die Oxidschicht und zum anderen dringen sie in das Substratmaterial ein. Dies erhöht die Haftung der nachfolgenden Schichten.
Zur Herstellung der Schichten zwischen dem Substrat und der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff wird Eine Vorspannung von mindestens 10 V an die Substrate angelegt. Zunächst wird mit den Cr-Verdampfern eine Cr- Schicht in einer Schichtdicke von ca 10 nm bis 200 nm Schichtdicke abgeschieden. Danach wird Stickstoff in die Anlage eingelassen, um eine CrN-Schicht in einer Schichtdicke von ca. 50 nm bis 500 nm abzuscheiden. Sodann werden die Mo-Verdampfer gezündet und die Cr-Verdampfer abgeschaltet. Es entsteht eine MoN Beschichtung. Die Prozessparameter werden so gewählt, dass die Beschichtungstemperatur maximal 200 °C beträgt. Die Schichtdicke wird zwischen 500 nm und 5000 nm gewählt.
Um abschliessend eine Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff abzuscheiden, werden zunächst die Mo-Verdampfer abgeschaltet und die Stickstoffzufuhr unterbrochen. An die Substrate wird eine hinreichend hohe Spannung von mindestens -200V angelegt, um die zuvor abgeschiedene MoN-Schicht mit C-Ionen zu bombardieren. Dann wird die Spannung schrittweise erniedrigt, um die ta-C-Schicht abzuscheiden. Für harte Schichten werden Spannungen im Bereich von 10 bis 100 V angelegt und Beschichtungstemperaturen von 100 °C bis 200 °C gewählt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wurde eine delta-MoN-Schicht der Härte 33 GPa und einem E-Modul von 320 GPa bei einer Gesamtschichtdicke von 2,2 mΐh auf einem Substrat aus temperaturempfindlichen Kugellagerstahl mit einer Härte von ca. 63 HRC in einer ersten Beschichtungsanlage abgeschieden. Der Schichtaufbau bestand aus einer Cr-Haftschicht mit einer Schichtdicke von 100 nm gefolgt von einer 200 nm dicken CrN-Schicht und einer 1.9 pm dicken d-MoN Schicht. In einer zweiten Beschichtungsanlage wurde sodann eine ta-C der Schichtdicke von 1.2 pm und einer Härte von 55 GPa und einem E-Modul von 370 GPa abgeschieden. Bei einem HCR Eindruck von 150 Kp Test zeigten sich die typischen Risse um den HRC- Eindruck der Teile des Schichtsystems unter der Deckschicht. Erstaunlicherweise zeigt sich, dass die ta-C, obgleich sie eine extrem hohe Härte aufweist, trotzdem eine ausgezeichnete Haftung um und innerhalb des Eindrucks hat, wobei sich gleichzeitig zeigt, dass die Anzahl bzw. Länge der Risse in der MoN Unterschicht reduziert wurden. Dies zeigt, dass der Verbund über ausgezeichnete mechanische Belastungen verfügt. Mit einer zusätzlichen Cr Zwischenschicht werden diese Ergebnisse sogar noch besser. Es entstehen dann praktisch keine Risse in dem Teil des Schichtsystems unter der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff. Dies kann in bestimmten Anwendungsfällen von Vorteil sein.
In der Zeichnung sind weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben. Es zeigen:
Fig. 1a - 1d: Erste Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer
Schichtarchitekturen, welche zwischen der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff und dem Substrat nur Molybdän bzw. Molybdän Stützschichten umfassen. Fig. 2a - 2e: Eine zweite Konzeption einer erfindungsgemässen
Schichtarchitektur, wobei zwischen der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff und dem Substrat zusätzlich mindestens eine Haftschicht aus einem anderen Material als Molybdän vorgesehen ist. Fig. 3a - 3c: Weitere erfindungsgemässe Fortentwicklungen von
Schichtsystemen mit zusätzlichen CrN Zwischenschichten.
Fig. 4a - 4b: Erfindungsgemässe Schichtsysteme mit Multilagenschichten.
Fig. 5a - 5b: zwei weitere Ausführungsbeispiele mit mindestens einer ersten und einer zweiten Stützschicht.
Fig. 6 Beispielhaft der Verlauf der Härte und des E-Moduls bei einem speziellen Schichtsystem der Erfindung.
Die Fig. 1a bis Fig. 1d zeigen exemplarisch einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit einfachen Schichtstrukturen, welche zwischen der Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff und dem Substrat nur Molybdän Mo bzw. Molybdän Stützschichten MoN umfassen. Solche Schichten sind sehr einfach, verhältnismässig schnell und damit auch kostengünstig herzustellen und eignen sich daher besonders gut für Beschichtungen auf preisgünstigen Massenprodukten. Vor allem auch deshalb, weil, abgesehen von der Herstellung der Deckschicht 3, für die Herstellung der übrigen Teile des Schichtsystems 2 neben dem Prozessgas Stickstoff im Prinzip nur eine Mo Verdampfungsquelle vorgesehen sein muss, was einen minimalen Aufwand bezüglich der Ausstattung der Beschichtungskammer bedeutet und den Beschichtungsprozess an sich sehr vereinfacht.
Alle erfindungsgemässen Substrate 1 der Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 1a bis Fig. 1d sind mit einem als Oberflächenbeschichtung ausgebildeten mehrlagigem Schichtsystem 2 mit einer einen amorphen Kohlenstoff umfassenden äusseren Deckschicht 3 ausgestattet. Zwischen dem Substrat 1 und der Deckschicht 3 ist jeweils mindestens genau eine erste MoaNx Stützschicht 4 vorgesehen, die bezogen auf einen Mo Gehalt a einen Stickstoffgehalt x aufweist, der im Bereich 25 at% < x < 55 at% liegt, mit x + a = 100 at%. An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass, wenn im Rahmen der vorliegenden Anmeldung der Einfachheit halber von einer «MoN-Schicht» oder einfach von «MoN» die Rede ist, damit eine chemische Zusammensetzung oder eine Schicht umfassend mindestens Mo und N jegliche Zusammensetzung bezüglich Mo und N gemeint ist. Es sich somit bei MoN bzw. bei einer MoN Schicht im Sinne dieser Anmeldung insbesondere z.B. um erste MoaNx Stützschicht 4 oder um eine zweite Mo Ny Stützschicht 5 oder um jede andere Schicht oder Zusammensetzung vom Typ MoN im Sinne dieser Anmeldung handeln kann. Insofern ist MoN als eine Art Obergriff für die in dieser Anmeldung definierten Molybdän-Stickstoffschichten bzw. Molybdän- Stickstoff Zusammensetzungen zu verstehen.
Bei den einfachen Beispielen der Fig. 1a bis Fig. 1d ist sind die gezeigten MoN-Schichtlagen jeweils erste MoaNx Stützschichten 4.
Die den amorphen Kohlenstoff umfassende äussere Deckschicht 3 kann jegliche Art einer amorphen Kohlenstoffschicht sein. Beispielsweise eine sehr einfache amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C, oder eine mit einem Element X dotierte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C:X, oder eine mit einem Element X dotierte tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ ta-C:X, eine mit einem Metall dotierte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a- C:Me, eine mit einem Metall dotierte tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ ta-C:Me, oder eine mit einem Metall und Wasserstoff dotierte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C:H:Me oder z.B. eine mit einem Metall und Wasserstoff dotierte tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ ta-C:H:Me. Die Deckschicht 3 könnte dabei auch als eine Mehrlagenschicht, gebildet aus einem oder mehreren vorgenannter amorphen Kohlenstoff Schichttypen ausgebildet sein, oder in Form von einer oder mehreren Gradientenschicht gebildet sein oder irgendwie anders als amorphe Kohlenstoffschicht ausgebildet sein, wie im Rahmen der Beschreibung und der Ansprüche dieser Anmeldung angegeben. Die Dicken bzw. Dickenverhältnisse und Härten bzw. Härteverhältnisse der einzelnen Schichten des Schichtsystems 2, wie sie in den Figuren der vorliegenden Anmeldung schematisch dargestellt sind, können alle geeigneten Werte annehmen, wie sie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen erläutert sind. Somit sind insbesondere die in allen Figuren dargestellten Schichtdicken oder Schichtdickenverhältnis der einzelnen Schichten der gezeigten Schichtsysteme 2 oder des Substrats 1 selbstverständlich als rein schematisch zu verstehen und spiegeln nicht tatsächliche Dicken oder tatsächliche Schichtdickenverhältnisse wider. Das Substrat kann insbesondere eine Komponente eines verschleiss- und / oder reibungsbelasteten Bauteils, im Speziellen eine Komponente eines Kraftfahrzeugs oder eines Verbrennungsmotors, insbesondere ein Kolben, oder ein Kolbenring, ein Ventil, ein Ventilteller, oder ein anderes Bauteil eines Verbrennungsmotors, oder auch ein Werkzeug, wie ein Schneidwerkzeug, ein Formwerkzeug, ein Zerspanungswerk, oder ein anderes verschleiss- und / oder reibungsbelastetes Werkzeug, oder jegliches andere Substrat sein, das vorteilhaft mit einer Beschichtung der vorliegenden Erfindung ausgestattet werden kann.
Die zuvor gemachten Bemerkungen zur äusseren Deckschicht 3 aus amorphen Kohlenstoff, zum Substrat 1 und zu den Dicken und
Dickenverhältnissen, sowie den Härten und Härteverhältnissen der Schichten des Schichtsystems 2 gelten so auch für alle anderen nachfolgend diskutierten speziellen Schichtsysteme der Erfindung und brauchen daher bei der Diskussion der folgenden Figuren Fig. 2a bis Fig. 2e, Fig. 3a bis Fig.3c, bzw. Fig. 4a und Fig. 4b, sowie für die Schichtsysteme in den Fig. 5a und Fig. 5b nicht wieder explizit wiederholt zu werden. Daher wird im Folgenden bei der Diskussion weitere Schichtsysteme der Erfindung der Einfachheit halber jeweils nur von einer Deckschicht 3 oder einem Substrat 4 gesprochen, ohne diese noch näher spezifizieren zu müssen. Zurückzu den speziellen Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 1a bis Fig. 1d ist anhand der Fig. 1a der einfachste Schichttyp eines Schichtsystems 2 der vorliegenden Erfindung exemplarisch dargestellt, das dadurch ausgezeichnet ist, dass zwischen der Deckschicht 3 und dem Substrat 1 genau eine erste MoaNx Stützschicht 4, und keine weitere Schicht vorgesehen ist. Dieser einfach und kostengünstig herstellbare Schichttyp ist insbesondere dann sehr gut geeignet, wenn in der Anwendung des beschichteten Substrats 1 keine besonders hohen Anforderungen an die Haftung der ersten MoaNx Stützschicht 4 auf dem Substrat bzw. der Deckschicht 3 auf ersten MoaNx Stützschicht 4 bestehen.
Bei dem Schichtsystem 2 der Fig. 1b ist zusätzlich im Vergleich zu demjenigen der Fig. 1a eine Mo Haftschicht zwischen dem Substrat 1 und der ersten MoaNx Stützschicht 4 vorgesehen. Dadurch wird insbesondere die Haftung der ersten MoaNx Stützschicht 4 auf dem Substrat verbessert. Bei der weiteren Variante gemäss Fig. 1c ist die Haftschicht 6 aus Mo zwischen der Deckschicht 3 und der ersten MoaNx Stützschicht 4 vorgesehen, so dass damit vor allem die Haftung der Deckschicht zum darunter liegenden Schichtsystem 2 mit Substrat 1 verbessert wird.
Das Schichtsystem gemäss Fig. 1d kombiniert dann die Vorteile der Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 1b und Fig. 1c, indem sowohl zwischen der Deckschicht 3 und der ersten MoaNx Stützschicht 4, als auch zwischen der ersten MoaNx Stützschicht 4 und dem Substrat 1 , eine Haftschicht 6 aus Molybdän vorgesehen ist, so dass eine sehr gute Haftung aller beteiligter Schichten untereinander als auch eine gute Haftung der ersten MoaNx Stützschicht 4 auf dem Substrat 1 erreicht wird.
Anhand der Fig. 2a bis Fig. 2b sind systematische Weiterentwicklungen der einfachen Ausführungsbeispiele gern. Fig. 1a bis Fig. 1d schematisch dargestellt. Bei diesen Ausführungsbeispielen sind die Haftschichten 6 gemäss Fig. 1a bis Fig. 1b teilweise oder ganz durch Haftschichten aus einem anderen Metall, in den vorliegenden Beispielen der Fig. 2a bis Fig. 2b exemplarisch durch Haftschichten aus Cr ersetzt. Dies macht die Herstellung des Schichtsystems 2 zwar etwas aufwendiger, da die Beschichtungskammer zusätzlich mit mindestens einer Metall Verdampfungsquelle, hier einer Cr Verdampfungsquelle ausgestattet werden muss und gestaltet die Prozessführung beim Beschichtungsprozess etwas aufwändiger. Durch die ersatzweise, zusätzliche, oder alternative Verwendung von Haftschichten aus Metall wie z.B. Cr anstatt von Haftschichten nur aus Mo, können die Schichtsysteme aber noch flexibler an spezielle Anforderungen angepasst werden, denen das Substrat im Betriebszustand ausgesetzt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2a ist im Vergleich zu demjenigen der Fig. 1b die Haftschicht 6 aus Mo zwischen der ersten MoaNx Stützschicht 4 und dem Substrat 1 durch eine Haftschicht 6 aus Cr ersetzt, während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2b die Haftschicht 6 zwischen der Deckschicht 3 und der ersten MoaNx Stützschicht 4 durch eine Haftschicht 6 aus Cr ersetzt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2c sind im Vergleich zu demjenigen der Fig. 1d sogar beide Haftschichten 6 aus Cr, sowohl diejenige zwischen der ersten MoaNx Stützschicht 4 und dem Substrat 1, als auch diejenige zwischen der Deckschicht 3 und der ersten MoaNx Stützschicht 4 durch eine Haftschicht 6 aus Cr ausgetauscht. Bei den Fig. 2d und Fig. 2e sind jeweils zwei Typen von Haftschichten 6, nämlich jeweils eine Haftschicht 6 aus Mo und eine Haftschicht 6 aus Cr vorgesehen. Bei Fig. 2d ist zwischen der Deckschicht 3 und der ersten MoaNx Stützschicht 4 eine Haftschicht 6 aus Cr und zwischen der ersten MoaNx Stützschicht 4 und dem Substrat 1 eine Haftschicht 6 aus Mo vorgesehen, während beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2e zwischen der Deckschicht 3 und der ersten MoaNx Stützschicht 4 eine Haftschicht 6 aus Mo und zwischen der ersten MoaNx Stützschicht 4 und dem Substrat 1 eine Haftschicht 6 aus Cr vorgesehen ist. Damit sind die beiden Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 2d und Fig. 2e zwei weitere vorteilhafte Modifikationen der Fig. 1 d, zwischen denen der Fachmann je nach Anforderungen durch die konkrete Anwendung des beschichteten Substrats 1 in der Praxis auswählen kann.
Anhand der Fig. 3a bis Fig. 3c sind weitere Fortentwicklungen der Schichtsysteme 2 gemäss den zuvor beschriebenen speziellen Ausführungsbeispielen schematisch skizziert, die zwischen der Deckschicht 3 und dem Substrat 1 zusätzlich zur mindestens einen ersten MoaNx Stützschicht 4 und zusätzlich zu der mindestens einen Haftschicht 6 noch eine Zwischenschicht 7 umfassen.
Wie bereits weiter oben näher erläutert wurde, kann eine Zwischenschicht 7, zwar nicht nur bei, aber insbesondere im Falle von Verwendung weicher
Stähle für das Substrat 1 zusätzlich vorteilhaft im Schichtsystem 2 vorgesehen werden, wobei eine zusätzliche Zwischenschicht 7 besonders bevorzugt unter einer MoN Stützschicht, also z.B. unter einer ersten MoaNx Stützschicht 4 oder einer zweiten Mo Ny Stützschicht 5, ganz besonders bevorzugt in Richtung des Substrats 1 vorgesehen werden kann.
Durch den Einbau einer oder mehrerer zusätzlicher Zwischenschichten 7 zwischen Deckschicht 3 und Substrat 1 können bei einem erfindungsgemässen Schichtsystem 2 unter anderem Schichteigenschaften wie die Stabilität, Härte, vor allem auch die Temperaturbeständigkeit, die Anpassung an schlagende Belastungen oder aber auch die Duktilität usw. je nach Anwendung und Substrat individuell angepasst bzw. noch weiter verbessert werden kann.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 3a bis Fig. 3c ist exemplarisch jeweils nur eine und zudem eine relativ einfach aufgebaute Zwischenschicht 7 der Zusammensetzung CrN vorgesehen. Der E-Modulus sowie die Härte der Teilschichten bzw. Teilbereiche des Schichtsystems werden dabei in Richtung zur Deckschicht bevorzugt zunehmend grösser. Insbesondere sind der E- Modulus und die Härte der Zwischenschicht 7 besonders bevorzugt kleiner als der E-Modulus und die Härte der erster MoaNx Stützschicht 4 und / oder der zweiten MobNy Stützschicht 5 und / oder der Deckschicht 3. Dieser Zusammenhang wird weiter unten anhand der Fig. 6 noch detaillierter beleuchtet werden. Dabei kann der Fachmann in der Praxis zur Herstellung eines erfindungsgemässen Schichtsystems 2 aus einer grossen Anzahl verschiedener Typen von Zwischenschichten 7 auswählen, wie zum Beispiel aus Zwischenschichten umfassend einphasige Metallnitride, und / oder Metallcarbide sowie Metallcarbonitride und / oder Phasengemische aus Metallnitriden, Metallcarbiden und Metallcarbonitriden, wobei die Zwischenschicht 7 im Speziellen eine einphasige Cr2N oder eine einphasige CrN-Schicht, wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3a bis Fig. 3c sein kann, oder ein Phasengemisch aus CrN und Cr2N umfassen kann und im übrigen spezielle Eigenschaften und Ausgestaltungen aufweisen kann, wie sie im Rahmen dieser Anmeldung detailliert an anderer Stelle bereits ausführlich beschrieben wurden.
Bei Fig. 3a ist eine zusätzliche Zwischenschicht 7 aus CrN zwischen der auf dem Substrat 1 vorgesehenen Haftschicht 6 aus Cr und der unter der Deckschicht 3 vorgesehenen ersten MoaNx Stützschicht 4 abgeschieden. Somit kann das Ausführungsbeispiel der Fig. 3a als Fortentwicklung und weitere Verbesserung des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 2a verstanden werden. Bei Fig. 3b ist eine zusätzliche Zwischenschicht 7 aus CrN ebenfalls zwischen der auf dem Substrat 1 vorgesehenen Haftschicht 6 aus Cr und unter der ersten MoaNx Stützschicht 4 abgeschieden, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zur Fig. 3a zusätzlich noch eine Haftschicht 6 zwischen der Deckschicht 3 und der ersten MoaNx Stützschicht 4 vorgesehen ist. Somit kann das Ausführungsbeispiel der Fig. 3b als
Fortentwicklung und weitere Verbesserung des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 3a oder aber durchaus auch als weitere Verbesserung des Ausführungsbeispiels gemäss gern. Fig. 2c verstanden werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3c kann dagegen als Weiterentwicklung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2e verstanden werden. Im Vergleich zur Fig. 2e ist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3c zwischen der auf dem Substrat 1 vorgesehenen Haftschicht 6 aus Cr und der ersten MoaNx Stützschicht 4 zusätzlich eine Zwischenschicht aus CrN abgeschieden.
Obwohl es möglich wäre, noch eine grosse Zahl weiterer Ausführungsbeispiele von erfindungsgemässen Schichtsystemen 2 anhand spezieller Ausführungsbeispiele vorzustellen, soll aus Gründen der Übersichtlichkeit und gebotenen Knappheit der Darstellung anhand der Fig. 4a und Fig. 4b im Detail nur noch ein wichtiger weiterer Typ erfindungsgemässer Schichtsysteme 2 kurz vorgestellt werden. Bei den anhand der Fig. 4a und Fig. 4b schematisch dargestellten
Schichtsystemen 2 gemäss der vorliegenden Erfindung handelt es sich um Schichtsysteme, die zusätzlich noch Multilagenschichten 71 umfassen.
Unter einer Multilagenschicht 71 soll dabei im Rahmen dieser Anmeldung eine solche Unterschicht des Schichtsystems 2 verstanden werden, die eine Vielzahl von einzelnen unterschiedlichen Teilschichten 4, 5, 6, 7 umfasst, deren einzelne Dicken jeweils relativ bzw. ehr klein ist, verglichen mit der Dicke des gesamten Schichtsystems 2 bzw. im Vergleich zur Dicke der meisten anderen Teilschichten des Schichtsystems 2 oder im Vergleich zur Dicke der gesamten Multilagenschicht 71 . Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4a ist als Weiterentwicklung des einfachen Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 2c zwischen den beiden Haftschichten 6 aus Cr anstatt einer einfachen ersten MoaNx Stützschicht 4 eine Multilagenschicht 71 vorgesehen, die in abwechselnder Folge eine Vielzahl einzelnen dünnen Schichtlagen aus CrN Zwischenschichten und ersten MoaNx Stützschicht 4 umfasst.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4b ist zusätzlich im Vergleich zur Fig. 4a eine weitere zweite Multilagenschicht 71 auf der auf dem Substrat 1 abgeschiedenen Haftschicht 6 aus Cr vorgesehen, die in abwechselnder Folge eine Vielzahl einzelnen dünnen Schichtlagen aus einem ersten CrN1 mit einer ersten Zusammensetzung aus Cr und Stickstoff umfasst und weiter eine Vielzahl einzelnen dünnen Schichtlagen aus einem zweiten CrN2 mit einer von der ersten Zusammensetzung gemäss CrN1 verschiedenen zweiten Zusammensetzung aus Cr und Stickstoff umfasst. Es ersteht sich, dass die Multilagenschicht 71 gemäss der vorliegenden Erfindung auch aus mehr als zwei verschiedenen Typen von Teilschichten bzw. ein erfindungsgemässes Schichtsystem 2 auch mehr als zwei gleiche oder verschiedene Multilagenschichten 71 umfassen kann, die an unterschiedlichen Positionen im Schichtsystem 2 vorgesehen sein können. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass eine Multilagenschicht 71 teilweise oder ganz als Gradientenschicht ausgebildet ist, in der sich die chemische Zusammensetzung in charakteristischer Weise in Bezug auf eine Beschichtungsrichtung mehr oder weniger kontinuierlich ändert.
Anhand der Fig. 5a und 5 b werden schliesslich schematisch zwei weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Schichtsysteme 2 diskutiert, die unter der Deckschicht 3 mit mindestens einer ersten und einer zweiten Stützschicht versehen sind. Hier liegt der Stickstoffgehalt x der ersten MoaNx Stützschicht 4 im Bereich von 30 at% < x < 53 at% und liegt besonders vorteilhaft bei ca. 50 at%. Ist in einem ganz speziellen Ausführungsbeispiel, bei dem die erste MoaNx Stützschicht 4 z.B. eine Gradientenschicht ist, kann die Härte der ersten MoaNx Stützschicht 4 durch einen ansteigenden Stickstoffgehalt in Richtung zur Deckschicht 3 bevorzugt zunehmen. Ausserdem ist beim Schichtsystem 2 der Fig. 5a und Fig. 5b zwischen der ersten MoaNx Stützschicht 4 und dem Substrat 1 mindestens eine zweite MobNy Stützschicht 5 vorgesehen, wobei bezogen auf einen Mo Gehalt b der zweiten MobNy Stützschicht, ein Stickstoffgehalt y im Bereich von 35 at% < y < 45 at%, mit y + b = 100 at%, und bevorzugt bei 40 at% liegt. Das heisst, die Härte H der zweiten MobNy Stützschicht 5 ist im speziellen kleiner als diejenige der ersten MoaNx Stützschicht 4, so dass die Härte H des Schichtsystems in Richtung zur Deckschicht 3 bevorzugt zunimmt. Auch hier gilt analog: ist in einem ganz speziellen Ausführungsbeispiel die zweite MobNy Stützschicht 5 z.B. eine Gradientenschicht, so kann die Härte H der zweiten MobNy Stützschicht 5 durch einen ansteigenden Stickstoffgehalt in Richtung zur Deckschicht 3 bevorzugt zunehmen, also in Richtung Substrat 1 abnehmen.
Beim speziellen Ausführungsbeispiel der Fig. 5b ist zusätzlich zur Verbesserung der Haftung zwischen Substrat 1 und zweiter MobNy Stützschicht 5 eine Haftschicht 6 aus Cr vorgesehen. Und ausserdem zwischen der ersten MoaNx Stützschicht 4 und der zweiten MobNy Stützschicht 5, sowie zwischen der ersten MoaNx Stützschicht 4 und der Deckschicht 3 jeweils eine weitere Haftschicht 6 aus Mo+Mo2N vorgesehen, wobei diese jeweils bevorzugt als Mo Schicht mit einer Mo2N-Minorphase ausgestaltet sind.
Schliesslich soll anhand der Fig. 6 noch beispielhaft ein bevorzugter Verlauf der Härte H und des E-Moduls E bei einem speziellen Schichtsystem der Erfindung mit einem auf einem Substrat 1 aus Stahl abgeschiedenen erfindungsgemässen Schichtsystem diskutiert werden. Das spezielle Schichtsystem 2 der Fig. 6 umfasst eine auf dem Substrat 1 angeordnete Haftschicht 6, eine darauf folgenden Zwischenschicht 7 und ein auf einer weiteren Haftschicht 6 angeordnetes MoN Stützschichtsystem 4, 5, das unmittelbar unter der Deckschicht 3 liegt. Dabei ist links an der Ordinate des Diagramms der Fig. 6 die Härte in GPa, rechts der E-Modulus in GPa und auf der Abszisse die Dicke D des Schichtsystems in nm aufgetragen.
Es ist deutlich zu erkennen, dass hier die Härte des Substrats 1 des Schichtsystem 2 mit Substrat 1 in Richtung zur Deckschicht 3 hin zunehmend grösser wird. Gleiches gilt für den E-Modulus, der vom Substrat 1 weg in Richtung zur Deckschicht 3 ebenfalls zunehmend grösser wird. Insbesondere ist deutlich zu erkennen, dass die Zwischenschicht 7 eine kleinere Härte H und einen kleineren E-Modul E als das MoN Stützsystem 4, 5 umfassend die erste MoaNx Stützschicht 4 und / oder die zweite MobNy Stützschicht 5 hat, und auch die Härte des MoN Stützsystems 4. ,5 umfassend die erste MoaNx Stützschicht 4 und / oder die zweite MobNy Stützschicht 5 in Richtung zur Deckschicht zunimmt. Es versteht sich von selbst, dass bei allen in der allgemeinen Beschreibung und in den Figuren zuvor beschrieben Ausführungsbeispielen in der Praxis auch weitere Ausführungsbeispiele denkbar sind, die weitere zusätzliche Schichttypen gemäss der Erfindung zwischen der Deckschicht 3 und dem Substrat 1 umfassen können. So können je nach Anwendung und Anforderungen an das beschichtete Substrat 1 an geeigneter Stelle im Schichtsystem 2 zusätzliche Schichten, wie z.B. eine oder mehrere zusätzliche erste MoaNx Stützschichten 4, zusätzliche zweite MobNy Stützschichten 5, zusätzliche Zwischenschichten 7, oder auch weitere Haftschichten 6 vorgesehen werden, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren der vorliegenden Anmeldung nicht unbedingt explizit dargestellt sind.
Welchen genaue Schichtzusammensetzung und Architektur des Schichtsystems 2 im konkreten Anwendungsfall auszuwählen ist, ist dem Fachmann überlassen, der aus seiner Erfahrung heraus bzw. unter Heranziehung einschlägiger, an sich bekannter Kriterien und Tests das am besten geeignete Schichtsystem 2 auszuwählen weiss.

Claims

Patentansprüche
1. Substrat mit einem als Oberflächenbeschichtung ausgebildeten mehrlagigem Schichtsystem (2), welches eine amorphe Kohlenstoff umfassende äussere Deckschicht (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat (1 ) und der Deckschicht (3) mindestens eine erste MoaNx Stützschicht (4) vorgesehen ist, die bezogen auf einen Mo Gehalt a einen Stickstoffgehalt x aufweist, der im Bereich 25 at% < x < 55 at% liegt, mit x + a = 100 at%.
2. Substrat nach Anspruch 1 , wobei der Stickstoffgehalt x der ersten MoaNx
Stützschicht (4) im Bereich von 30 at% < x < 53 at%, bevorzugt bei ca.
50 at% liegt.
3. Substrat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Schichtsystem (2) zwischen dem Substrat (1) und der ersten MoaNx Stützschicht (4) und / oder zwischen der ersten MoaNx Stützschicht (4) und der äusseren
Deckschicht (3) mindestens eine zweite MobNy Stützschicht (5) umfasst, wobei bezogen auf einen Mo Gehalt b der zweiten MobNy Stützschicht (5), ein Stickstoffgehalt y im Bereich von 35 at% < y < 45 at%, mit y + b = 100 at%, bevorzugt bei 40 at% liegt.
4. Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Substrat (1) und der äusseren Deckschicht (3) aus amorphem Kohlenstoff eine Mehrzahl von jeweils gleichen oder verschiedenen ersten MoaNx Stützschichten (4) und / oder wobei zwischen dem Substrat (1) und der äusseren Deckschicht (3) aus amorphem Kohlenstoff eine Mehrzahl von jeweils gleichen oder verschiedenen zweiten MobNy Stützschichten (5) vorgesehen ist und/oder wobei die erste MoaNx Stützschicht (4) und / oder die zweite MobNy Stützschicht (5) einen Anteil an metallischem Mo enthält, wobei ein Phasengemisch aus Mo und Mo2N in der ersten MoNx Stützschicht (4) bzw. ein Phasengemisch aus Mo und Mo2N in der zweiten MobNy Stützschicht (5) durch die Einstellung eines Stickstoffgehalts x bzw. y zwischen 5at% und 20at% eingestellt wird, mit x + a = 100 at% und y + b = 100 at% und/oder wobei die erste MoaNx Stützschicht (4) und / oder die zweite MobNy Stützschicht (5) aus reinen MO2N Phasen und deren Phasengemischen ß-Mo2N und y-Mo2N, und / oder aus Mo2N/MoN-Phasengemischen und / oder aus reinem MoN- Pasen, insbesondere kubische MoN Phasen und / oder hexagonale 5- MoN Phasen oder Phasengemischen zusammengesetzt sind, besonders bevorzugt sind dabei die y-Mo2N sowie die reine hexagonale Phase des 6- MoN.
5. Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste MoaNx Stützschicht (4) und / oder die zweite MobNy Stützschicht (5) zusätzlich eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus [Ag, Cr, Ti, Cu, AI, Si, B, O, C] und / oder ein Element aus der 4., 5. oder 6. Gruppe des Periodensystems der Elemente umfasst, und wobei die erste MoaNx Stützschicht (4) und / oder die zweite MobNy Stützschicht (5) wenigstens eine als Stützschicht wirkende Schicht der Zusammensetzung (MoxMz)c(NuCvOw)d, umfasst, wobei M wenigstens eines der Elemente der 4 bis 6 Gruppe des Periodensystems, und / oder eines der Elemente Si,
B, AI, Cu, Ag umfasst, mit x+z+u+v+w =100 at%, und c/d = 3, wobei 25at% < x < 55at% und 0 < z < 20at%, 0 < v < 5at% und 0 < w < 5at% ist.
6. Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem zusätzlich eine auf einer Oberfläche des Substrats (1) und / oder auf einer Oberfläche der ersten MoaNx Stützschicht (4) und / oder auf einer Oberfläche der zweiten Mo Ny Stützschicht (5) vorgesehene Haftschicht (6) umfasst, die im Speziellen mit einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe bestehend aus [C, N, O] legiert ist und/oder wobei die Haftschicht (6) bis auf Verunreinigungen eines oder mehrere Elemente der 4., 5. oder 6. Gruppe des Periodensystems der Elemente umfasst, insbesondere auch eines der Elemente Cr, Ti, Cu, AI, Mo umfasst.
7. Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
Schichtsystem (2) zusätzlich eine Zwischenschicht (7) unter der der ersten MoaNx Stützschicht (4) und / oder unter der der zweiten MobNy Stützschicht (5), insbesondere einphasige Metallnitride, Metallcarbide sowie Metallcarbonitride und / oder Phasengemische aus Metallnitriden, Metallcarbiden und Metallcarbonitriden umfasst, wobei die
Zwischenschicht (7) im Speziellen eine einphasige Cr2N oder CrN-Schicht oder ein Phasengemisch aus CrN und Cr2N umfasst und/oder wobei die erste MoaNx Stützschicht (4) und / oder die zweite MobNy Stützschicht (5) und / oder die Zwischenschicht (7) in Bezug auf die chemische Zusammensetzung eine Gradientenschicht ist.
8. Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Dicke d der ersten MoaNx Stützschicht (4) und / oder der zweiten MobNy Stützschicht (5) und / oder der Zwischenschicht (7) im Bereich von O.Odmiti < d < 50mhh, bevorzugt im Bereich von 0.03miti < d < 30miti, im Speziellen im Bereich von 0.2miti < d < 25miti, oder im Bereich von 0.3mhi < d 10mhh liegt.
9. Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die den amorphen Kohlenstoff umfassende äussere Deckschicht (3) eine amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C, eine mit einem Element X dotierte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C:X, eine mit einem Element X dotierte tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ ta-C:X, eine mit einem Metall dotierte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C:Me, eine mit einem Metall dotierte tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ ta-C:Me, oder eine mit einem Metall und Wasserstoff dotierte amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C:H:Me ist oder eine mit einem Metall und Wasserstoff dotierte tetraedrisch amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ ta-C:H:Me is und/oder wobei X bevorzugt ein Element aus der Gruppe der Elemente bestehend aus [F, CI, B, N, O, Si] ist und/oder wobei Me eines oder mehrere Elemente 4., 5. oder 6. Gruppe des Periodensystems der Elemente umfasst sowie bevorzugt eines der Elemente AI, Mo, Cr, Ti, W, AI, Cu umfasst.
10. Substrat nach Anspruch 9, wobei die Deckschicht (3) aus zwei oder mehr Schichtlagen jeweils umfassend eine amorphe Kohlenstoffschicht vom
Typ a-C, oder vom Typ a-C:X, oder vom Typ ta-C:X, oder vom Typ a- C:Me, oder vom Typ ta-C:Me, oder vom Typ a-C:H:Me, oder vom Typ ta- C:H:Me ist und/oder wobei die Deckschicht (3) und / oder eine Schichtlage eine Gradientenschicht umfassend eine amorphe Kohlenstoffschicht vom Typ a-C, oder vom Typ a-C:X, oder vom Typ ta-C:X, oder vom Typ a-
C:ME, oder vom Typ ta-C:Me, oder vom Typ a-C:H:Me, oder vom Typ ta- C:H:Me ist und/oder wobei zwei unterschiedliche Schichtlagen der Deckschicht (3) ein verschiedenes sp3/sp2 Verhältnis und / oder wobei in einer Gradientenschicht ein sp3/sp2 Verhältnis über eine Dicke der Gradientenschicht variiert.
11. Substrat nach einem der Anspruch 10, wobei eine Dicke Dd der Deckschicht (3) und / oder einer Schichtlage der Deckschicht (3) im Bereich von 0.05mΐti < Dd < 50mΐti, bevorzugt im Bereich von
0.05mΐti < Dd < 30mΐti, im Speziellen im Bereich von 0.1mhi < Dd < 20mhh, oder im Bereich von O.dmΐti < Dd 10mhi, bevorzugt im Bereich von
1miti < Dd < 5pm, besonders bevorzugt bei ca. 2miti liegt und/oder wobei eine Härte Hd der Deckschicht (3) in einem Bereich von
8GPa < Hd < 80GPa, im Speziellen im Bereich von 10GPa < Hd < 70GPa, oder im Bereich von 25GPa < Hd <60GPa, besonders bevorzugt bei ca. 50GPa liegt.
12. Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Gesamtdickte Gd des Schichtsystems (2) im Bereich von O.Odmhh < Gd < IOOmΐti, bevorzugt im Bereich von 0.5 mhi < Gd < dqmhh, im Speziellen im Bereich von 1mhh < Gd < 10pm, besonders bevorzugt bei ca. 4 mΐti liegt und/oder wobei ein Verhältnis der Dicke Dd der Deckschicht (3) zur Gesamtdicke des Gd des gesamten Schichtsystems (2) Bereich von 1% < (Dd / Gd) < 1000%, bevorzugt im Bereich von 10% < (Dd / Gd) < 500%, im speziellen im Bereich von
20% < (Dd / Gd) < 200% und besonders bevorzugt im Bereich 40% < (Dd / Gd < 120% liegt und/oder wobei ein Verhältnis der Härte Hd der Deckschicht (3) zur Härte Hs der gesamten Stützschicht in einem Bereich zwischen (Hd/Hs) = 1:5 bis (Hd/Hs) = 4:1, bevorzugt im Bereich zwischen (Hd/Hs) = 1 :2 bis (Hd/Hs) = 3:1 , insbesondere im Bereich von (Hd/Hs) = 1:1.5 bis (Hd/Hs) = 2:1 liegt.
13. Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Substrat insbesondere eine Komponente eines verschleiss- und / oder reibungsbelastetes Bauteil ist, im Speziellen eine Komponente eines Kraftfahrzeugs oder eines Verbrennungsmotors, insbesondere ein Kolben, oder ein Kolbenring, ein Ventil, ein Ventilteller, oder ein anderes Bauteil eines Verbrennungsmotors oder ein Werkzeug, wie ein Schneidwerkzeug, ein Formwerkzeug, ein Zerspanungswerk, oder ein anderes verschleiss- und / oder reibungsbelastetes Werkzeug.
14. Beschichtungsverfahren zur Herstellung eines Schichtsystems auf einem
Substrat (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Beschichtungsverfahren ein PVD-Verfahren, ein CVD-Verfahren, ein PA- CVD-Verfahren, ein Sputterverfahren, bevorzugt ein HIPMS- Sputterverfahren, insbesondere ein gefiltertes oder ungefiltertes Lichtbogenbeschichtungsverfahren, oder eine Kombinations- oder Hybridverfahrenverfahren umfassend mindestens eines der vorgenannten Beschichtungsverfahren umfasst und/oder wobei die Beschichtung des gesamten Schichtsystems (2) mittels des ungefilterten oder gefilterten Lichtbogenverdampfers auf dem Substrat abgeschieden werden.
15. Beschichtungsverfahren nach einem der Anspruch 14, wobei das Substrat (1) zur Reinigung der Substratoberfläche und / oder einer Oberfläche der ersten MoaNx Stützschicht (4) und / oder einer Oberfläche der zweiten MobNy (5) Stützschicht vor der Beschichtung mittels Argonionen und / oder Wasserstoff einer lonenreinigung unter Verwendung einer Are Enhanced Glow Discharge AEGD Technologie behandelt wird, wobei bevorzugt zusätzlich eine lonenbehandlung beispielweise mit Cr-Ionen oder Mo-Ionen vorgenommen wird.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11731202B2 (en) * 2021-04-19 2023-08-22 Kennametal Inc. Coating, method for coating, and coated cutting tool

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4354264B2 (ja) * 2003-12-10 2009-10-28 株式会社野村鍍金 耐熱性炭素膜を有する成形用部材、及びその製造方法
JP4704950B2 (ja) * 2006-04-27 2011-06-22 株式会社神戸製鋼所 非晶質炭素系硬質多層膜及びこの膜を表面に備えた硬質表面部材
US20090074522A1 (en) * 2007-09-17 2009-03-19 Northwestern University Reduced-friction coatings
DE102010053751A1 (de) * 2010-10-28 2012-05-03 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Molybdänmonoxidschichten und deren Herstellung mittels PVD
CN103210114B (zh) * 2010-11-30 2015-03-11 株式会社野村镀金 导电性硬质碳膜及其成膜方法
WO2015079589A1 (ja) * 2013-11-29 2015-06-04 オーエスジー株式会社 硬質潤滑被膜および硬質潤滑被膜被覆工具
EP3074550B1 (de) 2013-11-29 2018-04-11 Oerlikon Surface Solutions AG, Pfäffikon Beschichtung mit mo-n basierter schicht mit delta-phase des molybdännitrids
DE102013018007A1 (de) * 2013-11-29 2015-06-03 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Verfahren zur Verbesserung des Gegenkörperverschleisses im tribologischen Kontakt
JP6741690B2 (ja) 2015-05-26 2020-08-19 エリコン・サーフェス・ソリューションズ・アクチェンゲゼルシャフト，プフェフィコーンＯｅｒｌｉｋｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ａｇ， Ｐｆａｅｆｆｉｋｏｎ 窒化モリブデン系コーティングを用いることによる摩耗および／または摩擦低減
KR20180123508A (ko) 2016-03-01 2018-11-16 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘 지르코늄 접착층을 갖는 무수소 탄소 코팅
KR20180131609A (ko) 2016-04-07 2018-12-10 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘 질화 몰리브덴 기반 코팅에 의한 마모 및/또는 마찰 감소

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