KR102458216B1 - 층 시스템 및 부품 - Google Patents

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라디슬라우스 도프레니츠키
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 접착층(2a, 2b)과; 하나 이상의 접착층(2a, 2b) 상에 배치된 복수의 기능층(3, 4, 5, 6);을 포함하는 층 시스템(1)에 관한 것으로, 각각의 기능층(3, 4, 5, 6)은 제1 금속 성분을 함유한 제1 금속 질화물로 형성된 제1 나노층(3a, 4a, 5a, 6a)과, 제2 금속 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)을 포함하며, 각각의 기능층(3, 4, 5, 6)은 1 내지 100㎚ 범위의 층 두께(d)를 갖는다. 또한, 본 발명은 금속 기판(10)과, 이 기판(10)의 표면 상에 적어도 부분적으로 배치된 층 시스템(1)을 포함하는 부품(100)에 관한 것이다.

Description

층 시스템 및 부품
본 발명은 하나 이상의 접착층과, 상기 하나 이상의 접착층 상에 배치된 복수의 기능층을 포함하는 층 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 금속 기판과, 상기 기판 상에 배치된 상기 유형의 층 시스템을 포함하는 부품에 관한 것이다. 이 경우, 층 시스템은 마모 방지층으로서 이용되어야 한다.
도입부에 언급한 유형의 층 시스템들 및 부품들은 충분히 공지되어 있다. 이렇게 DE 10 2011 006 294 A1호는 코팅된 금속 부품의 제조를 위한 방법을 개시하고 있다. 금속 부품 상에 적층된 층 시스템은 하나 이상의, 특히 금속 소재의 접착층 및 하나의 기능층을 포함한다. 기능층은 예컨대 질화 경질 재료층이거나, 예컨대 화학 원소 주기율표의 제3 내지 제5 주족(main group) 또는 제1 내지 제8 아족(subgroup)의 원소로 형성된 금속 성분과, 질화 경질 재료로 형성된 나노 복합층이다.
WO 2012/078151 A1호로부터는 질화 마모 방지층들, 및 이 질화 마모 방지층들로 코팅된 부품들이 공지되어 있다. 마모 방지층은, 구리 기질(copper matrix) 내에 분포된 5 내지 100㎚ 범위의 결정립 크기를 갖는 몰리브덴 질화물 결정립들을 포함하며, 상기 구리 기질은 0.1 내지 50중량 퍼센트까지 마모 방지층 내에 존재하면서 개별 몰리브덴 질화물 결정립들을 에워싼다.
확인된 점에 따르면, 종래 기술에 기술된, 금속 기질 및 이 금속 기질 내에 매립된 질화 경질 재료의 결정립들을 포함하는 복합층들이 비록 마모 방지층을 형성하기는 하지만, 특히 층 시스템과 마찰 상대 부재 간의 접촉면의 영역에서 윤활제를 사용해서는 마찰 상대 부재에 대한 마찰의 충분한 감소가 달성되지 못한다. DLC 층이라고 지칭되는 다이아몬드형 층들은 마모 방지층을 형성할 뿐만 아니라, 윤활제의 사용 시에도 마찰 상대 부재에 대한 효과적인 마찰 감소를 제공하는 반면, 이는, 금속 기질 및 이 금속 기질 내에 매립된 질화 경질 재료의 결정립들을 포함하는 전술한 복합층들에서는 동일한 방식으로 관찰되지 않는다.
본 발명의 과제는, 마모 방지층으로서 이용될 뿐만 아니라, 마찰성 마모 시 윤활제의 사용 하에 마찰 상대 부재에 대한 마찰 감소도 실현하는, 하나 이상의 질화 경질 재료를 포함하는 층 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는, 적어도 부분적으로 상기 유형의 층 시스템으로 코팅된 부품을 제공하는 것이다.
상기 과제는,
- 하나 이상의 접착층과;
- 하나 이상의 접착층 상에 배치된 복수의 기능층;을 포함하는 층 시스템으로서, 각각의 기능층이 제1 금속 성분을 함유한 제1 금속 질화물로 형성된 제1 나노층(nanolayer), 및 제2 금속 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)을 포함하고, 각각의 기능층(3, 4, 5, 6)은 1 내지 100㎚ 범위의 층 두께(d)를 갖는, 층 시스템을 통해 해결된다.
"나노층"은, 본 발명의 범주에서, 0.1 내지 99.9㎚ 범위의 층 두께를 갖는 개별 층을 의미한다. 이 경우, 2개의 나노층은 함께 층 두께(d)를 가진 하나의 기능층을 형성한다. 특히 나노층의 층 두께는 1 내지 20㎚의 범위이다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 층 시스템은 높은 마모 방지 작용을 제공하고, 그 외에도 도입부에 언급한 복합층이 사용될 때보다 윤활제를 사용하여 마찰 상대 부재에 대해 더 효과적인 마찰 감소를 달성하는 것으로 밝혀졌다.
본원에서 윤활제는 윤활유, 그리스, 왁스, 고체 윤활제 등 및 이들의 조합물뿐만 아니라, 종래의 엔진 첨가제를 함유하는 윤활유도 의미한다.
이 경우, 바람직하게 제2 금속 나노층은 화학 원소 주기율표의 제3 내지 제7 아족의 하나 이상의 금속으로 형성된다. 특히 바람직하게, 제2 금속 나노층은 구리, 팔라듐, 은, 백금, 이리듐, 금을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 금속으로 형성된다. 이 경우, 특히 구리로 형성된 제2 나노층이 바람직하다.
바람직하게 하나 이상의 접착층은 추가 금속으로, 또는 제2 금속 성분을 함유한 제2 금속 질화물로 형성된 제1 접착층을 포함한다. 이 경우, 상기 추가 금속 또는 상기 제2 금속 성분은, 제1 나노층들의 제1 금속 질화물의 제1 금속 성분과 동일하게 또는 다르게 선택될 수 있다. 특히 제1 접착층은 크롬, 크롬-알루미늄 합금, 티타늄, 몰리브덴 또는 지르코늄으로 형성된다. 그 대안으로, 제1 접착층이 크롬 질화물(CrN), 티타늄 질화물(TiN), CrAIN 또는 몰리브덴 질화물(MoN)로 형성되는 것이 적합한 것으로 입증되었다.
제1 접착층은 0.01 내지 2㎛ 범위의 바람직한 층 두께를 갖는다.
또한, 바람직하게 하나 이상의 접착층은 제2 접착층을 포함하며, 상기 제2 접착층은 기능층 내에 제공된 제1 금속 질화물의 제1 금속 성분 및 추가로 제1 접착층 내에 함유된 추가 금속 또는 제2 금속 성분을 포함한다. 이 경우, 제2 접착층은 특히 기울기 프로파일을 가지며, 제1 접착층 내에 함유되어 있는 추가 금속 또는 제2 금속 성분의 비율은 복수의 기능층의 방향으로 갈수록 감소하고, 기능층 내에 제공된 제1 금속 질화물의 제1 금속 성분의 비율은 그에 상응하게 증가한다. 그에 따라, 제2 접착층은, 제1 접착층과, 제2 접착층에 인접한 기능층 간의 전이부를 형성한다.
제2 접착층은 0.01 내지 2㎛ 범위의 바람직한 층 두께를 갖는다.
이 경우, 바람직하게는 제1 접착층, 제1 접착층 상에 제2 접착층, 그리고 제2 접착층 상에 복수의 기능층이 차례로 배치된다.
특히 기능층들의 개수(n)는 10개 내지 10000개의 범위로, 특히 바람직하게는 100개 내지 1000개의 범위로 제공된다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 접착층과 복수의 기능층을 포함하는 층 시스템은 0.1㎛ 내지 10㎛ 범위의 전체 층 두께(D)를 갖는다. 상기 유형의 전체 층 두께의 경우, 한편으로는 기판 상에서 층 시스템의 탁월한 접착 과 동시에 짧은 제조 기간과 낮은 공정 비용이 달성될 수 있고, 다른 한편으로는 윤활제의 사용 시 효과적인 마모 방지 및 마찰 감소도 달성될 수 있다.
바람직하게 제1 나노층의 제1 금속 질화물은 몰리브덴 질화물(MoN)로 형성된다. 그 대안으로, 제1 금속 질화물은 CrN, Cr2N, TaN, NbN, TiN, Ti2N, ZrN, VN, AIN과 같은 다른 질화 경질 재료로도 형성될 수 있다.
각각의 기능층의 제1 나노층은 상기 기능층에 속하는 제2 나노층보다 더 두껍게 형성되는 것이 적합한 것으로 입증되었다. 그렇게 하여, 층 시스템의 마찰 감소 특성이 최적화된다.
층 시스템의 기능층들은 바람직하게 0.1 내지 20원자 퍼센트 범위의 제2 나노층의 평균 금속 함량을 포함한다.
본 발명에 따른 층 시스템은 바람직하게 350℃ 미만의 온도에서 PVD 방법(PVD = Physical Vapour Deposition)에 의해 형성되어 있다/형성된다.
상기 층 시스템은 특히 1000 내지 4000HV 범위의 비커스 경도(Vickers hardness)를 갖는다. 그렇게 하여 높은 마모 방지가 보장된다.
본원의 과제는 또한, 금속 기판과, 이 기판의 표면 상에 적어도 부분적으로 배치된 본 발명에 따른 층 시스템을 포함하는 부품에 의해 해결되며, 이때 하나 이상의 접착층, 특히 제1 접착층이 상기 기판에 인접하여 배치된다.
금속 기판은 바람직하게 강재로 형성된다. 이 경우, 특히 16MnCr5, C45, 100Cr6, 31CrMoV9, 80Cr2, 42CrMo4 등과 같은 강종이 바람직하다.
본원의 부품은 특히 기계 부품이며, 특히 버킷 태핏, 체인 컴포넌트, 구름 베어링 컴포넌트, 제어 피스톤, 베어링 부시, 로커 암(rocker arm), 롤러 태핏 컴포넌트, 미끄럼 베어링 컴포넌트 등의 형태로 형성된다.
PVD 방법(PVD = Physical Vapour Deposition)으로 층 시스템을 형성하기 위해, 바람직하게 캐소드 스퍼터링을 위한 장비가 사용된다.
제1 단계에서, 하나 이상의 접착층이 하나 이상의 기판 상에 적어도 부분적으로 적층된다. 특히 예컨대 크롬으로 형성된 제1 금속 접착층이 하나 이상의 기판의 표면 상에 증착된다. 이 경우, 기판 상에서 제1 접착층의 전면 증착 또는 부분 증착이 수행될 수 있다.
그에 이어, 특히 크롬 및 몰리브덴으로 구성된 제2 접착층이 제1 접착층 상에 증착된다. 이 경우, 크롬 함량은 제1 접착층에서 출발하여 기능층의 방향으로 갈수록 바람직하게 감소한다.
기능층들의 형성을 위해, 기판들은 예컨대 캐소드 스퍼터링을 위한 장비의 진공 챔버 내에서 중앙에서 수직축을 중심으로 회전될 수 있는 기판 홀더 상에 배치된다. 진공 챔버의 대향하여 위치하는 측벽들 상에 상이한 스퍼터링 재료들로 형성된 타깃들이 배치된다. 여기서 처리 방식은, 몰리브덴 질화물(MoN)로 형성된 제1 나노층과 구리로 형성된 제2 나노층을 각각 포함하는 기능층들에 근거하여 예시로서 기술된다. 진공 챔버의 제1 측벽 상에는 하나 이상의 구리 타깃이 배치되며, 대향하여 놓인 측벽 상에는 하나 이상의 몰리브덴 타깃이 배치된다. 하나 또는 복수의 기판이, 각각 하나 이상의 구리 타깃과 하나 이상의 몰리브덴 타깃의 영향권 내에 교호적으로 도달하는 방식으로, 기판 홀더 상에 그리고 진공 챔버 내에 수직축을 중심으로 회전 가능하게 배치된다. 진공 챔버 내로는 반응 가스로서 질소가 유입되며, 이 질소는 하나 이상의 몰리브덴 타깃의 영역에서 질화물 형성제인 스퍼터링된 몰리브덴과 반응하여, 기판 상에 몰리브덴 질화물(MoN)로 형성된 제1 나노층으로서 증착된다. 기판은 기판 홀더를 통해 이제 하나 이상의 구리 타깃의 방향으로 회전하고, MoN으로 형성된 제1 나노층 상에 구리(Cu)로 형성된 제2 나노층이 증착되며, 그럼으로써 제1 기능층이 완성된다. 추가 기능층들을 증착하기 위해, 기판은 기판 홀더를 통해 이제 추가로 하나 이상의 몰리브덴 타깃의 방향으로 회전하고, 구리로 형성된 제2 나노층 상에 MoN으로 이루어진 추가 제1 나노층이 형성된다. 기판은 기판 홀더를 통해 다시 하나 이상의 구리 타깃의 방향으로 회전하고, MoN으로 이루어진 추가의 제1 나노층 상에 구리로 형성된 추가의 제2 나노층이 증착되며, 그럼으로써 제2 기능층이 완성된다. 이제, 층 시스템의, 바람직하게는 0.1 내지 10㎛의 범위의 전체 층 두께(D)가 달성될 때까지 복수의 추가 기능층이 동일한 방식으로 적층된다. 이 경우, 기판 홀더의 회전 속도는 나노층들의 층 두께 및 개수에 직접적으로 영향을 미친다. 그 외의 증착 조건이 동일한 경우에는, 회전 속도가 더 높게 선택될수록, 층 시스템 내에서 나노층의 층 두께는 더 얇아지고, 나노층의 개수(n)는 더 많아진다.
층 시스템을 제조하기 위해, 기판들이 진공 챔버를 통과하는 통과 방향으로 운반되는, 캐소드 스퍼터링을 위한 터널 기계(tunnel machine)도 사용될 수 있다. 이 경우, 기판들은 통과 방향으로의 동작에 추가로 자신들의 종축을 중심으로 회전하거나 방향 전환될 수 있다.
하기에서는 매우 바람직한, 본 발명에 따른 몇몇 층 시스템이 기술된다.
층 시스템 1:
제1 접착층: 크롬
제2 접착층: 크롬, 몰리브덴
기능층: 제1 나노층: MoN
제2 나노층: Cu
이 경우, 기능층은 최소 10개 제공된다.
층 시스템 2:
제1 접착층: 크롬
제2 접착층: 크롬, 니오븀
기능층: 제1 나노층: NbN
제2 나노층: Cu
이 경우, 기능층은 최소 10개 제공된다.
층 시스템 3:
제1 접착층: 크롬
제2 접착층: 크롬, 티타늄
기능층: 제1 나노층: TiN
제2 나노층: Cu
이 경우, 기능층은 최소 10개 제공된다.
층 시스템 4:
제1 접착층: 크롬
제2 접착층: 크롬, 탄탈룸
기능층: 제1 나노층: TaN
제2 나노층: Cu
이 경우, 기능층은 최소 10개 제공된다.
층 시스템 5:
제1 접착층: 크롬
제2 접착층: 크롬, 지르코늄
기능층: 제1 나노층: ZrN
제2 나노층: Cu
이 경우, 기능층은 최소 10개 제공된다.
층 시스템 6:
제1 접착층: 크롬 질화물
제2 접착층: 크롬, 지르코늄
기능층: 제1 나노층: ZrN
제2 나노층: Pd
이 경우, 기능층은 최소 10개 제공된다.
층 시스템 7:
제1 접착층: 크롬 질화물
제2 접착층: 크롬, 몰리브덴
기능층: 제1 나노층: MoN
제2 나노층: Ag
이 경우, 기능층은 최소 100개 제공된다.
층 시스템 8:
제1 접착층: 티타늄
제2 접착층: 티타늄, 몰리브덴
기능층: 제1 나노층: MoN
제2 나노층: Au
이 경우, 기능층은 최소한 100개 제공된다.
층 시스템 9:
접착층: 몰리브덴
기능층: 제1 나노층: MoN
제2 나노층: Cu
이 경우, 기능층은 최소 10개 제공된다.
층 시스템 10:
제1 접착층: 티타늄 질화물
제2 접착층: 티타늄, 몰리브덴
기능층: 제1 나노층: MoN
제2 나노층: Ir
이 경우, 기능층은 최소 10개 제공된다.
본 발명에 따른 층 시스템 및 상기 층 시스템으로 적어도 부분적으로 코팅된 기판 형태의 부품을 도 1 및 도 2를 통해 예시로서 설명한다.
도 1은 층 시스템을 포함한 부품의 도면이다.
도 2는 기판 상에서 제1 층 시스템을 형성하기 위한 장비의 상면 단면도이다.
도 1에는, 기판(10)의 표면(10a)의 일부분 상에 적층되어 있는 층 시스템(1)을 포함한 부품(100)이 도시되어 있다. 여기서 기판(10)은 강재로 형성되어 있다. 층 시스템(1)은 기판(10)의 표면(10a)에서 출발하여 접착층(2)을 포함하며, 이 접착층은 크롬으로 형성된 제1 접착층(2a)과 크롬 및 몰리브덴으로 형성된 제2 접착층(2b)을 포함한다. 제2 접착층(2b)의 크롬 함량은 기울기에 따르며, 제1 접착층(2a)에서 출발하여 기능층들(3, 4, 5, 6)의 방향으로 갈수록 감소한다. 여기서는, 명확성을 위해 n = 15개로 제공된 기능층 중 단 4개만 도시되어 있다. 제2 접착층(2b) 상에는, 몰리브덴 질화물(MoN)로 형성된 제1 나노층(3a) 및 그 위에 구리(Cu)로 형성된 제2 나노층(3b)을 포함하는 제1 기능층(3)이 적층된다. 제1 기능층(3) 상에는, 마찬가지로 MoN으로 형성된 제1 나노층(4a) 및 그 위에 Cu로 형성된 제2 나노층(4b)을 포함하는 제2 기능층(4)이 적층된다. 제2 기능층(4) 상에는, 마찬가지로 MoN으로 형성된 제1 나노층(5a) 및 그 위에 Cu로 형성된 제2 나노층(5b)을 포함하는 제3 기능층(5)이 적층된다. 제3 기능층(5) 상에는, 마찬가지로 MoN으로 형성된 제1 나노층(6a) 및 그 위에 Cu로 형성된 제2 나노층(6b)를 포함하는 제4 기능층(6)이 적층된다. 여기서 층 시스템(1)의 전체 층 두께(D)는 0.5㎛이다. 여기서 각각의 기능층(3, 4, 5, 6)의 층 두께는 15㎚이며, 각각의 제1 나노층(3a, 4a, 5a, 6a)은 약 10㎚의 층 두께를 갖고, 각각의 제2 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)은 약 5㎚의 층 두께를 갖는다.
도 2에는, 기판(10) 상에 도 1에 따른 층 시스템(1)을 형성하기 위한 장비가 단지 예시로서 개략적으로 상면 횡단면도로 도시되어 있다. 장비는 단지 개략적으로만 도시되었으며, 진공 챔버(201)를 구비한 진공 탱크(200)를 포함하고, 진공 챔버 내에는 기판 홀더(202)가 배치되어 있다. 기판 홀더(202)는 수직축(205)을 중심으로 회전될 수 있는 중공 실린더의 형태로(도 2에서 회전 방향 표시를 위한 화살표들 참조) 형성되며, 중공 실린더의 외면 상에 복수의 기판(10)이 고정된다. 진공 챔버(201) 내에서 대향하여 위치하는 진공 탱크(200)의 측벽들 상에 타깃들(203, 204)이 배치된다. 타깃(203)은 몰리브덴의 스퍼터링 및 제1 나노층들(3a, 4a, 5a, 6a)(도 1 참조)의 형성을 위한 하나 이상의 몰리브덴 타깃이며, 또 다른 타깃(204)은 구리의 스퍼터링 및 제2 나노층들(3b, 4b, 5b, 6b)의 형성을 위한 하나 이상의 구리 타깃이다. 진공 챔버(201) 내에는 부압이 설정되며, 반응 가스로서 질소를 함유한 분위기가 존재한다. 캐소드 스퍼터링 시, 타깃(203)의 몰리브덴이 스퍼터링되어 진공 챔버(201) 내의 질소와 반응한다. 기판 홀더(202)의 회전 시 각각 타깃(203)과 기판 홀더(202) 사이에 위치한 기판들(10) 상에 MoN으로 형성된 제1 나노층(3a, 4a, 5a, 6a)이 증착된다. 그에 이어, 기판 홀더(202)의 회전을 기반으로, 제1 나노층(3a, 4a, 5a, 6a)으로 코팅된 기판들(10)은, 타깃(204)과 기판 홀더(202) 사이에 위치될 때까지 타깃(204)의 방향으로 운반된다. 이제, 제1 나노층(3a, 4a, 5a, 6a) 상에 제2 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)이 형성된다. 기판 홀더(202)의 추가 회전을 통해, 원하는 기능층 개수(n)에 도달할 때까지, 추가 기능층들의 추가 적층이 수행된다.
1: 층 시스템
2: 접착층
2a: 제1 접착층
2b: 제2 접착층
3, 4, 5, 6: 기능층
3a, 4a, 5a, 6a: 제1 나노층
3b, 4b, 5b, 6b: 제2 나노층
10: 기판
10a: 기판의 표면
100: 부품
200: 진공 탱크
201: 진공 챔버
202; 기판 홀더
203: 타깃
204: 타깃
205: 수직축
n: 기능층의 개수
d: 기능층의 층 두께
D: 층 시스템의 전체 층 두께

Claims (16)

  1. 하나 이상의 접착층(2a, 2b)과;
    하나 이상의 접착층(2a, 2b) 상에 차례로 배치된 복수의 기능층(3, 4, 5, 6);
    을 포함하는 층 시스템(1)으로서,
    각각의 기능층(3, 4, 5, 6)은 제1 금속 성분을 함유한 제1 금속 질화물로 형성된 제1 나노층(3a, 4a, 5a, 6a), 및 제2 금속 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)을 포함하며, 제1 나노층(3a, 4a, 5a, 6a)의 제1 금속 질화물은 몰리브덴 질화물(MoN)로 형성되고, 제2 금속 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)은 구리, 팔라듐, 은, 백금, 이리듐, 금을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상의 금속으로 형성되고, 제1 나노층(3a, 4a, 5a, 6a) 및 제2 금속 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)은 서로 교대로 배치되고, 각각의 기능층(3, 4, 5, 6)은 1 내지 100㎚ 범위의 층 두께(d)를 갖는, 층 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 접착층(2a, 2b)은, 제2 금속으로, 또는 제2 금속 성분을 함유한 제2 금속 질화물로 형성된 제1 접착층(2a)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 접착층(2a, 2b)은, 제1 금속 성분뿐만 아니라 상기 제2 금속 또는 상기 제2 금속 성분도 추가로 함유한 제2 접착층(2b)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  4. 제3항에 있어서, 제1 접착층(2a), 상기 제1 접착층(2a) 상의 제2 접착층(2b), 그리고 상기 제2 접착층(2b) 상의 복수의 기능층(3, 4, 5, 6)이 차례로 배치되는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 복수개(n)의 기능층(3, 4, 5, 6)이 제공되며, n은 10개 내지 10000개의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 층 시스템(1)은 0.1㎛ 내지 10㎛ 범위의 전체 층 두께(D)를 갖는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 기능층(3, 4, 5, 6)의 제1 나노층(3a, 4a, 5a, 6a)은 상기 기능층에 속하는 제2 금속 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)보다 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 기능층(3, 4, 5, 6)은 구리로 형성된 제2 금속 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 기능층들(3, 4, 5, 6)은 0.1 내지 20 원자 퍼센트 범위의 제2 금속 나노층(3b, 4b, 5b, 6b)의 평균 금속 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 층 시스템(1)은 350℃ 미만의 온도에서 PVD 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 층 시스템(1)은 1000 내지 4000HV 범위의 비커스 경도를 갖는 것을 특징으로 하는, 층 시스템(1).
  12. 금속 기판(10)과, 상기 기판(10)의 표면 상에 적어도 부분적으로 배치된, 제1항 또는 제2항에 따른 층 시스템(1)을 포함하는 부품(100)으로서,
    하나 이상의 접착층(2a, 2b)이 상기 기판(10)에 인접하여 배치되는, 부품.
  13. 제12항에 있어서, 기판(10)이 강재로 형성된, 부품.
  14. 제12항에 있어서, 상기 부품은 버킷 태핏, 체인 컴포넌트, 구름 베어링 컴포넌트, 제어 피스톤, 베어링 부시, 로커 암, 롤러 태핏 컴포넌트, 또는 미끄럼 베어링 컴포넌트의 형태의 기계 부품으로 형성되는, 부품.
  15. 삭제
  16. 삭제
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114438440A (zh) * 2020-10-16 2022-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种复合涂层、其制备方法及应用

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3503105A1 (de) 1985-01-30 1986-07-31 Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln Verfahren zum beschichten von maschinenteilen und werkzeugen mit hartstoffmaterial und durch das verfahren hergestellte maschinenteile und werkzeuge
JP2711962B2 (ja) 1992-07-06 1998-02-10 株式会社リケン ピストンリング及びその製造方法
JP3350157B2 (ja) 1993-06-07 2002-11-25 帝国ピストンリング株式会社 摺動部材およびその製造方法
US5593234A (en) 1995-05-16 1997-01-14 Ntn Corporation Bearing assembly with polycrystalline superlattice coating
US6114242A (en) * 1997-12-05 2000-09-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company MOCVD molybdenum nitride diffusion barrier for Cu metallization
US7211323B2 (en) 2003-01-06 2007-05-01 U Chicago Argonne Llc Hard and low friction nitride coatings and methods for forming the same
US6903013B2 (en) * 2003-05-16 2005-06-07 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Method to fill a trench and tunnel by using ALD seed layer and electroless plating
CN100419117C (zh) * 2004-02-02 2008-09-17 株式会社神户制钢所 硬质叠层被膜、其制造方法及成膜装置
JP4448342B2 (ja) * 2004-02-02 2010-04-07 株式会社神戸製鋼所 微細結晶硬質皮膜
JP4500061B2 (ja) * 2004-02-02 2010-07-14 株式会社神戸製鋼所 硬質皮膜の成膜方法
JP5660696B2 (ja) * 2008-09-30 2015-01-28 Dowaサーモテック株式会社 硬質皮膜被覆部材およびその製造方法
JP5660697B2 (ja) 2008-09-30 2015-01-28 Dowaサーモテック株式会社 硬質皮膜被覆部材およびその製造方法
BRPI0905186A2 (pt) 2009-12-21 2011-08-09 Mahle Metal Leve Sa anel de pistão
DE102010002686A1 (de) * 2010-03-09 2011-09-15 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gleitelement, insbesondere Kolbenring, und Verfahren zur Beschichtung eines Gleitelements
KR101807341B1 (ko) 2010-12-08 2017-12-08 갈레온 인터내셔널 코퍼레이션 마찰 저항이 작은 경질의 질화물 코팅
DE102011006294B4 (de) * 2011-03-29 2018-10-04 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Herstellung eines gehärteten, beschichteten Metallbauteils
CN102181835B (zh) * 2011-04-01 2012-10-31 山推工程机械股份有限公司 Ti-Zr/ZrN纳米多层涂层刀具及其制备工艺
CN103597118B (zh) 2011-06-17 2016-10-26 太阳诱电化学科技株式会社 利用硬质膜被覆而成的硬质膜被覆构件及其制造方法
CN102896824A (zh) * 2011-07-27 2013-01-30 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 镀膜件及其制备方法
DE102012207813A1 (de) * 2012-05-10 2013-11-14 Mahle International Gmbh Gleitkörper mit Beschichtung
BR112015004486A2 (pt) 2012-08-29 2017-07-04 Oerlikon Surface Solutions Ag Truebbach revestimento de pvd de arco com propriedades intensificadas de redução de fricção e redução de desgaste
DE102012020756A1 (de) * 2012-10-23 2014-04-24 Mahle International Gmbh Bauteil mit einer Beschichtung und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102012020757A1 (de) * 2012-10-23 2014-05-08 Mahle International Gmbh Bauteil mit einer Beschichtung und Verfahren zu seiner Herstellung
CN103921498B (zh) 2013-01-15 2017-08-29 深圳富泰宏精密工业有限公司 具有硬质膜层的不锈钢制品及其制备方法
KR101517146B1 (ko) * 2013-06-05 2015-05-12 한국생산기술연구원 저마찰 특성을 가지는 나노구조 복합박막, 그 제조방법 및 저마찰 특성 부재 및 그 제조방법
DE102013018007A1 (de) * 2013-11-29 2015-06-03 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Verfahren zur Verbesserung des Gegenkörperverschleisses im tribologischen Kontakt
JP5980841B2 (ja) 2014-06-06 2016-08-31 株式会社リケン ピストンリング
DE102014016983A1 (de) * 2014-11-18 2016-05-19 Athanassios Alexiou Klingenmaterial
JP6498986B2 (ja) * 2015-03-26 2019-04-10 株式会社リケン ピストンリング
US20160230274A1 (en) * 2016-04-19 2016-08-11 Caterpillar Inc. Multilayer coating for a component

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