KR20220066077A - 몰리브데넘 질화물 코팅 시스템을 구비한 기재 및 코팅 시스템을 생성하기 위한 코팅 프로세스 - Google Patents

몰리브데넘 질화물 코팅 시스템을 구비한 기재 및 코팅 시스템을 생성하기 위한 코팅 프로세스 Download PDF

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KR20220066077A
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요르그 베터
유르겐 베커
요한 카르너
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외를리콘 서피스 솔루션즈 아게, 페피콘
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Abstract

본 발명은 비정질 탄소를 포함하는 외부 커버 층(3)을 갖는 표면 코팅 형태의 다층 코팅 시스템(2)을 갖는 기재에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 적어도 제 1 MoaNx 지지층(4)이 기재(1)와 커버 층(3) 사이에 제공되고, 이 지지층(4)은, Mo 함량 a를 참조하면, 질소 함량 x를 가지며, 이것은, x + a = 100 at%에서, 25 at% ≤ x ≤ 55 at%의 범위다. 또한, 본 발명은 기재(1)를 제조하기 위한 코팅 프로세스에 관한 것이다.

Description

몰리브데넘 질화물 코팅 시스템을 구비한 기재 및 코팅 시스템을 생성하기 위한 코팅 프로세스
본 발명은 특히 공구 또는 기계 부품 등의 마모 부품의 표면 상의 표면 코팅의 형태의 다층 코팅 시스템을 갖는 기재 뿐만 아니라 각각의 카테고리의 독립 청구항의 전제부에 따른 표면 코팅을 생성하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
고성능 공구 또는 마모에 노출되는 모든 종류의 부품의 제조는 대부분 이들 표면의 코팅에 의해 실현된다. 이러한 코팅된 기재의 중요한 종류는, 특히 공구 또는 내연 엔진의 기계의 부품, 또는 특히 성형용 공구, 기계가공용 공구 및 기타 부품, 특히 모든 가능한 디자인의 기계용 마모 부품이다.
실제로, 코팅되는 전형적인 기재 재료는, 특히 모든 종류의 강, 공구강 또는 경질 금속이지만 또한 특히 세라믹과 같은 모든 종류의 다른 기재 재료이다. 볼 베어링 강과 같은 약 200 ℃의 낮은 템퍼링 온도를 갖는 강은 엔진 부품과 같은 부품의 성능을 향상시키기 위한 것이다. 특히, 마찰의 저감 및 윤활제와의 적합성 및 작동 온도에서의 충분한 저항이 역할을 한다.
최신 기술에는 표면에 높은 응력이 가해지는 기재의 성능을 상당히 개선시킬 수 있는 다양한 표면 코팅이 당업자에게 알려져 있다. 예를 들면, 다양한 질화물 코팅(예를 들면, CrN), 또는 CrNO 등의 산질화물 코팅, 또는 TiCN 등의 탄질화물 코팅, 및 다양한 DLC 코팅이 적용된다.
예를 들면, 입방정 붕소 질화물을 기반으로 하는 세라믹 절삭체는, 바람직하게는, 특히 강의 경질 기계가공용으로 사용된다. 따라서, 특히, 다양한 SiN 세라믹이 Al 합금 및 회주철의 고속 기계가공용으로 점점 더 많이 사용되고 있다. 세라믹은 금속 공구 재료에 비교하여 훨씬 더 내성이 있는 것이 증명되며, 여기서 세라믹 공구에 적절한 코팅을 추가적으로 제공하여 성능을 더 강화시킬 수 있다.
그러나, 산업 기술에서 더 보급되어 있는 것은 금속 기재 본체, 특히 모든 종류의 강으로 제작된 기재 본체의 코팅이다. 최신기술로부터 알려져 있는 경질 코팅은 많은 경우에 TiN, TiNC, 또는 CrN 등의 고전적인 화합물을 기반으로 한다. 그러나, 이들 알려져 있는 경질 코팅은 이것의 특별한 물리적 특성에 기인하는 적용 범위의 면에서 뿐만 아니라 내열성의 면에서 한계가 있다. 한편으로, 경도는 고온에서 현저하게 저하하고, 다른 한편으로 산화는 비교적 저온에서 이미 시작되고, 이는 작동 온도에서 코팅의 마모의 증가로 이어질 수 있다.
이들 문제를 피하기 위해, 최신기술에서는 최대 1000 ℃의 범위에서 내산화성을 가지며 또한 경도의 면에서 특성이 향상된 2 종류의 코팅이 실질적으로 개발되었다.
하나의 층의 클래스는 AlTiN 및 AlCrN 등의 Al 함유 베이스 층에 관련되며, 이로 인해 요건에 따라 추가의 원소를 합금화할 수 있다. 이 분야의 전형적인 화합물은 AlTiXNCO 형태의 화합물이며, 여기서 X는, 예를 들면, Cr 또는 다른 금속이다.
코팅된 공구의 성능을 향상시키기 위해 최신기술에서 택한 다른 접근법은 기능성 층으로서의 마감 코팅과 조합되는 캐리어 층으로서의 고전적 경질 코팅의 조합이다. 특히, 온도 부하를 상당히 개선시킬 수 있는 TiSiN 등의 MeSiXNCO 코팅 유형(X는 기타 금속 또는 B)의 높은 Si 코팅(10at% 이상; 본 출원의 상황 하에서 at%는 "원자 퍼센트"를 의미함)를 본 명세서에서 마감 코팅이라고 하기로 한다.
또한, 예를 들면, 특히 선삭 중에 높은 접촉 온도에서 마모 프로세스에 대항하기 위해 CVD 프로세스에 의해 인덱서블(indexable) 삽입체 상에 Al2O3 등의 산화물 세라믹 층을 퇴적하는 것도 알려져 있다.
또한, B4C 등의 붕소 기반의 코팅 또는 심지어 입방정 BN 코팅을 사용하는 것도 알려져 있다. 그러나, 입방정 BN은 영상화하기가 매우 복잡하다는 상당한 단점이 있다. 이는 주로 층 성장 자체의 어려움에 기인하는 것이지만 또한 층 내의 높은 잔류 응력에도 기인한다.
고온 재료의 분야에서, 최근 SiCN을 기반으로 하는 볼륨(volume) 세라믹이 제조되었고, 이것은 SiC 및 Si3N4에 비해 경도가 높고 내산화성이 향상된 것을 특징으로 한다. 이들의 특별한 특성은 SiCN의 비정질 구조의 복잡한 공유 화학 결합 및 낮은 확산 속도에 기인한다.
대응하는 다양한 최신기술을, 예를 들면, WO 2017/148 582 A1, EP 3 074 550 B1, WO 2017/174 197 A1, WO 2016/188 632 A1의 기재에서 발견할 수 있으며, 이들은 순수 MoN 코팅을 언급하고 있다.
그러나, 이전의 모든 노력에도 불구하고, 경도, 압축 잔류 응력 및 인성, 고온 및 마찰에서의 접착 경향 등의 마찰학적 특성, 내산화성, 특히 작동 온도에서 규정되는 상 안전성 및 기타 특성 등의 기계적 특성에 대한 지속적으로 증가하는 요건을 충족하는 코팅을 제공함에 있어서 부분적인 성공만을 거두었다.
근년, 많은 경우에 접착제 층을 제외하고 비정질(다이아몬드 형) 탄소 코팅(DLC 코팅)의 하나 이상의 층으로 구성되는 코팅 시스템도 점점 더 많이 확립되었다.
그러나, 이 유형의 코팅의 적용에 관해서도 상당한 제한이 있다. 코팅, 특히 경도가 30 GPa를 초과하는 DLC 코팅은 많은 경우에 강한 압축 잔류 응력을 가지고 있으므로 합리적으로 적용가능한 코팅 두께가 상당히 제한된다. 특히 대응하는 코팅의 경도 및 영률이 훨씬 더 낮은 연질 기재 상에서는 기계적 응력도 제한된다. 또한, 기능은 DLC 층의 층 체적으로만 제한된다. 국부 마모의 경우, 얼마 후에 대부분의 금속 접착제 층(예를 들면, Cr)은 통상적으로 마찰학적 특성이 열악한 DLC 층의 (국부적) 제거에 의해 도달된다.
따라서, 본 발명의 목적은 최신기술로부터 알려진 문제를 극복하고, 특히 마찰학적으로 긍정적인 거동, 특히 경도 및 압축 잔류 응력의 관점에서 개선된 기계적 특성을 가질 뿐만 아니라 고온에서 사용될 수 있는 기재, 특히 공구 또는 기계 부품 등의 마모 부품 또는 기계적, 마찰학적 또는 열적 응력을 받는 임의의 다른 마모 부품을 위한 개선된 표면 코팅을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 특히 100 내지 300℃의 온도 범위, 특히 약 150-200° 또는 약 200℃에서 코팅에 적합한 이러한 개선된 코팅을 생성하기 위한 프로세스를 제공하는 것이다.
이 목적을 충족시키는 본 발명의 주제는 각각의 독립 청구항의 특징에 의해 특징지어진다.
종속 청구항은 본 발명의 특히 유리한 실시형태에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 기재 상에 코팅 시스템을 생성하기 위한 코팅 프로세스, 및 비정질 탄소를 포함하는 외부 커버 층을 갖는 표면 코팅 형태의 다층 코팅 시스템을 갖는 기재에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 적어도 제 1 MoaNx 지지층이 기재와 커버 층 사이에 제공되고, 이 지지층은, Mo 함량 a를 참조하면, 질소 함량 x를 가지며, 이것은, x + a = 100 at%에서, 25 at% ≤ x ≤ 55 at%의 범위이다.
본 발명에 따라 코팅된 기재는 특히 마모 및/또는 마찰을 받는 부품의 부품, 특히 자동차 또는 내연 엔진의 부품, 특히 피스톤, 또는 피스톤 링, 밸브, 밸브 디스크, 또는 내연 엔진의 기타 부품, 또는 절삭 공구, 성형 공구, 기계가공 공구, 또는 마모 및/또는 마찰을 받는 기타 공구 등의 공구일 수 있다.
본 발명에 의해 전술한 문제가 최신기술로부터 공지된 DLC 코팅 시스템을 사용하여 매우 광범위하게 회피될 수 있다는 것과 본 발명에 따른 코팅 시스템이 전술한 부품에서 특히 유리하게 사용된다는 것이 밝혀졌다. 본 발명에 따른 MoN 지지층의 사용은, 대부분이 30 GPa을 초과하는 경도 범위에 있으면서 나노경도로 측정된 300 GPa을 초과하는 영률을 갖는 특히 극도로 경질의 사면체 비정질 탄소 층(tetrahedral amorphous carbon layer; ta-C 층)의 경우에, 전술한 단점을 극복한다.
적어도 하나의 MoaNx 지지층 및, 본출원의 문맥에서 단순화를 위해 동의어로서 DLC 층이라고도 부르는, 경질의 비정질 탄소 층 또는 다이아몬드 형 탄소 층, 예를 들면, 무수소 a-C 커버 층, 또는 ta-C 커버 층, 또는 외측을 폐쇄하는 커버 층으로서 비정질 탄소로 만들어진 기타 유형의 층을 포함하는 본 발명에 따른 코팅 시스템은 주로, 그러나 비배타적으로, 자동차 부품, 공구 또는 기타 고부하 부품 또는 임의의 종류의 마모 부품 등의 부품 상에서 윤활제와 관련하여 마모 및 마찰을 감소시키는 역할을 한다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 퇴적은, 특히 바람직하게는, 그 자체로 공지된 PVD 프로세스, CVD 프로세스, PA-CVD 프로세스, 스퍼터링 프로세스, 바람직하게는 HIPMS 스퍼터링 프로세스, 특히 필터링식(filtered) 또는 비필터링식 아크 코팅 프로세스, 또는 전술한 코팅 프로세스 중 하나 이상을 포함하는 조합 또는 하이브리드 프로세스 등의 프로세스에 의해 실시된다.
최신기술과 비교된 이 층 구조의 실질적인 특징은, 특히, 지지 효과가 향상되는 것이며, 이로 인해 총 층 두께를 증대시킬 수 있고, 점하중(point load)이 더 높아질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 코팅 시스템의 경우, 충분한 작동 온도에서의 산화에 의해 유발되는 매그넬리 상(Magneli phase)의 형성에 기인되는 코팅의 마모 또는 플레이킹(flaking)의 경우에 기능이 크게 향상될 수 있다.
당업자가 알고 있는 바와 같이, 몰리브데넘은 질소와 함께 다양한 화합물 또는 개질물(또는 상이라고도 부름)을 형성할 수 있으며, 이들은 상이한 결정 구조 및 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 낮은 질소 함량에서, 금속 몰리브데넘(Mo)과 Mo2N 상의 상 혼합물(phase mixture)이 생성될 수 있다. 질소 함량이 증가하면, Mo2N 상이 생성되고, 질소가 더 증가하면, Mo2N과 MoN의 상 혼합물이 생성될 수 있다. 마지막으로, MoN이 생성된다. 그러나, (N/Mo>1)을 갖는 초화학양론적인 MoN도 보고되었다.
몰리브데넘 질화물 MoNx 유형의 기능성 층에 의한 마찰학적 특성의 개선을 위해, 다음의 상 또는 상 혼합물을 포함하는 층이 분석되었다: 배타적으로 또는 주로 γ-Mo2N을 함유하는 층, 또는 배타적으로 또는 주로 δ-MoN을 함유하는 몰리브데넘 질화물 층, 또는 γ-Mo2N 및 δ-MoN 둘 모두를 함유하는 몰리브데넘 질화물 층. WO 2015/096882 A3에서, 본 발명의 출원인은 이미 2 개의 피크의 강도비(δ - MoN 220)/( δ-MoN 200)가 > 3, 바람직하게는 > 10, 특히 바람직하게는 > 30인 몰리브데넘 질화물 δ-MoN의 육방정 상을 적어도 대부분 포함하는 MoN 기반의 경질 코팅이 가장 적합하다고 보고하였다.
순수한 Mo2N 층의 경우, 최소 질소 함량은 at%(Mo)+at%(N) = 100 at%를 기준으로 약 27 at%이다. MoN 층의 최대 질소 함량은 상 조성물에 따라 최대 55 at%이다.
이 층은, 소수의 금속 몰리브데넘을 제외하고, 항상 MoNx 상을 갖는다. 이 층은 순수한 Mo2N 상, 또는 Mo2N/MoN 상 혼합물, 또는 심지어 순수한 MoN으로 구성될 수 있다. MoN 하위층(sublayer)은 조성의 관점에서 다층화될 수 있다.
본 발명에 따른 제 1 MoaNx 지지층 및 아래에서 더 상세히 기술되는 제 2 MobNy 지지층은 외측을 폐쇄하는 DLC 커버 층 아래에 개별 프로세스로 퇴적될 수 있다. 대안으로서, 본 발명에 따른 층은 또한 하나의 프로세스로 퇴적될 수도 있다.
예를 들면, δ-MoN(델타-몰리브데넘 질화물)은 비정질 탄소의 커버 층 아래에서의 본 발명에 따른 층 시스템에서 마찰학적 용도에 사용될 수도 있다. 그러나, 다른 MoN 상도 유리하게 적절할 수 있다. MoN 지지층도 CrN, Cr2N 또는 TiN 등의 다른 질화물과 조합된 MoN으로 만들어진 다층 시스템일 수 있다. 또한, 구리, 산소 또는 탄소 등의 원소로 MoN 지지층을 도핑하는 것이 가능하다. (일반화된 용어 MoN 지지층은 본 출원의 문맥에서 질소 함량 및/또는 상 조성물에 무관하게 MoN을 의미함). 그러나, Al 등의 금속 원소 또는 B 및 Si 등의 기타 원소도 개질용으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 코팅 시스템의 바람직한 실시형태는 몰리브데넘 질화물 δ-MoN의 육방정 상을 적어도 대부분 포함하는 및/또는 순수한 몰리브데넘 질화물 δ-MoN으로 구성된 지지층의 용도이다.
특히 비교적 연질의 기재의 경우, 예를 들면, 연강의 경우, 기재를 향하는 방향으로 MoN 지지층 아래에 중간층을 추가적으로 퇴적하는 것이 적절할 수 있다. 예를 들면, 이것은 CrNx 층일 수 있다. 또한 많은 경우에 기재 상에 Cr 접착제 층 등의 금속 접착제 층을 퇴적하는 것이 유용할 수 있다.
본 발명에 따른 코팅 시스템의 특정한 실시형태에서, 제 1 MoaNx 지지층의 질소 함량 x는 30 at% ≤ x ≤ 53 at%의 범위, 특히 유리하게는 약 50 at%이다.
이미 언급한 바와 같이, 본 발명의 코팅 시스템은 기재와 제 1 MoaNx 지지층 사이 및/또는 제 1 MoaNx 지지층과 외부 커버 층 사이에 적어도 제 2 MobNy 지지층을 포함하고, 제 2 MobNy 지지층의 Mo 함량 b를 참조하면, 질소 함량 y는, y + b = 100 at%에서, 35 at% ≤ y ≤ 45 at%의 범위, 바람직하게는 40 at%이다. 특히 바람직하게는, 이 시스템의 커버 층에 더 가깝게 배치되는 제 1 MoaNx 지지층의 경도는, 아래에서 도 5a 및 도 5b 또는 도 6에 따른 특정 실시형태를 참조하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 기재에 더 가깝게 배치되는 제 2 지지층의 경도보다 크다.
복수의 각각 동일한 또는 상이한 제 1 MoaNx 지지층이 기재와 비정질 탄소의 외부 커버 층 사이에 제공될 수도 있고, 및/또는 복수의 각각 동일한 또는 상이한 제 2 MobNy 지지층이 기재와 비정질 탄소의 외부 커버 층 사이에 제공될 수도 있다는 것이 이해된다.
기재 및/또는 용도에 따라, 예를 들면, 기재가 절삭 공구 등의 공구이거나 내연 엔진용 부품 등의 기계 부품인지의 여부에 따라, 제 1 MoaNx 지지층 및/또는 제 2 MobNy 지지층은 어떤 비율의 금속 Mo를 함유할 수 있다. 특히 바람직하게는, 제 1 MoNx 및 제 2 MobNy 지지층에서 Mo 및 Mo2N의 상 혼합물은 질소 함량 x 및 y를 각각의 경우에 경계 조건 x + a = 100 at% 및 y + b = 100 at% 하에서 5at% 내지 20at%로 각각 조정함으로써 조정된다.
다른 실시형태의 경우, 제 1 MoaNx 지지층 및/또는 제 2 MobNy 지지층도 순수한 Mo2N 상 및 이들의 상 혼합물 β-Mo2N 및 γ-Mo2N, 및/또는 Mo2N/MoN 상 혼합물 및/또는 순수한 MoN 상, 특히 입방정 MoN 및/또는 육방정 δ-MoN 상 또는 상 혼합물로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, γ-Mo2N 및 순수한 육방정 상의 δ-MoN이 특히 바람직하다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 제 1 MoaNx 지지층 및/또는 제 2 MobNy 지지층은 Ag, Cr, Ti, Cu, Al, Si, B, O, C로 이루어지는 그룹의 하나 이상의 원소 및/또는 원소 주기율표의 4족, 5족 또는 6족 원소를 추가적으로 포함할 수도 있다. 제 1 MoaNx 지지층 및/또는 제 2 MobNy 지지층은, 유리하게는, 지지층으로서 작용하는 조성물 (MoxMz)c(NuCvOw)d의 적어도 하나의 층을 포함할 수도 있고, 여기서 M은 주기율표의 4족 내지 6족의 원소 중 적어도 하나, 및/또는 원소 Si, B, Al, Cu, Ag 중 하나를 포함하고, x+z+u+v+w =100 at%, c/d = 3, 25at% ≤ x ≤ 55at%, 0 ≤ z ≤ 20at%, 0 ≤ v ≤ 5at%, 0 ≤ w ≤ 5at%이다.
기재의 표면 상의 접착의 개선을 위해 또는 본 발명에 따른 코팅 시스템의 다양한 층들 사이의 접착의 개선을 위해, 기재의 표면 상에 및/또는 제 1 MoaNx 지지층의 표면 상에 및/또는 제 2 MobNy 지지층의 표면 상에 및/또는 중간층의 표면 상에 접착제 층이 추가적으로 제공될 수 있고, 이 접착제 층은 특히 C, N, O로 이루어지는 그룹으로부터의 하나 이상의 원소와 합금화된다. 또한, 이 접착제 층은, 유리하게는, 불순물 이외에도, 원소 주기율표의 4족, 5족 또는 6족 원소 중 하나 이상의 원소를 포함할 수 있고, 또한 특히 원소 Cr, Ti, Cu, Al, 또는 Mo 중 하나를 포함할 수 있다.
접착제 층의 설명 시에 이미 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅 시스템은 또한 지지층 아래에 하나 이상의 중간층을 추가적으로 포함할 수 있다. 특히, 중간층은, 예를 들면, 단상 금속 질화물, 금속 탄화물 및 금속 탄질화물 및/또는 금속 질화물, 금속 탄화물 및 금속 탄질화물의 상 혼합물을 포함할 수 있고, 이 중간층은 특히 단상 Cr2N 또는 CrN 층 또는 CrN 및 Cr2N의 상 혼합물을 포함한다.
특히, 제 1 MoaNx 지지층 및/또는 제 2 MobNy 지지층 및/또는 중간층 및/또는 접착제 층은 화학 조성에 관한 또는 다른 물리적 또는 화학적 특성에 관한 구배층의 형태로 설계될 수 있고, 특히, 코팅 시스템에서 2 개의 상이한 층 유형 사이의 조정은 구배층에 의해 최적으로 실행될 수 있다.
제 1 MoaNx 지지층 및/또는 제 2 MobNy 지지층 및/또는 중간층의 두께 d는 0.05μm ≤ d ≤ 50μm의 범위, 바람직하게는 0.03μm ≤ d ≤ 30μm의 범위, 특히 0.2μm ≤ d ≤ 25μm의 범위, 또는 0.3μm ≤ d ≤ 10μm의 범위일 수 있다.
예를 들면, 하나 이상의 제 1 MoaNx 또는 제 2 MobNy 지지층 및/또는 하나 이상의 접착제 층 및/또는 중간층으로 인한 것과 같이, 전술한 바와 같이, 기재와 커버 층 사이의 추가의 층의 통합으로 인해, 특히 안전성, 경도, 특히 내열성, 충격 하중에 대한 적응 또는 전성 등의 층 특성이 용도 및 기재에 따라 본 발명에 따른 코팅 시스템 내에서 개별적으로 조정될 수 있고, 또는 더욱 개선될 수 있다.
커버 층 아래의 코팅 시스템의 개별 층의 조성, 또는 전술한 특별한 MoN 상 및 상 혼합물의 조정은, 실제로, 예를 들면, 아래와 같이 조정될 수 있다. 특정의 경우에 선택되는 코팅 프로세스에 따라, 예를 들면, 이것이 PVD 프로세스, CVD 프로세스, 고에너지 펄스형 마그네트론 스퍼터링(HIPIMS), 아크 증착 프로세스 또는 다른 적합한 코팅 프로세스인지의 여부에 따라, 질소 분압, 기재 상의 바이어스 전압, 또는 예를 들면, 기재 온도 또는 다른 관련된 파라미터가 코팅 체임버 내에서 당업자에게 알려져 있는 적절한 방식으로 조정될 수 있거나 코팅 프로세스 중에 사전결정될 수 있는 계획에 따라 변경되어 특정의 코팅 조성물을 달성할 수 있다. 코팅 프로세스에 따라, 예를 들면, 아크 증착 프로세스(아크 프로세스)의 경우, 증발기의 영향, 자기장, 증발 전류, 및 적절한 조정에 의해 원하는 코팅 조성물 또는 원하는 코팅 구조로 이어지는 자체로 당업자에게 알려져 있는 기타 파라미터 등의 기타 프로세스 파라미터도 중요할 수 있다. 대강의 가이드라인으로서, 층에서 Mo+Mo2N의 상 혼합물의 형성은 최대 약 0.4Pa의 질소 분압 및/또는 예를 들면 250V 이상에 이르는 더 높은 기재 바이어스 전압에서 선호되는 경향이 있다고 추정될 수 있다. 예를 들면, 최대 약 1Pa의 질소 분압의 경우, Mo2N 상의 형성이 선호되는 경향이 있고, 약 2Pa 내지 2Pa를 초과하는 더 높은 질소 분압 및 최대 약 150V의 기재 바이어스 전압의 경우에는 Mo2N+MoN 상이 형성된다.
퇴적된 코팅 시스템에서 이들 및 기타 전술한 상 및 상 혼합물은 그 자체로 공지된 방식으로, 예를 들면, X선 회절 및 그 자체로 공지된 기타 방법에 의해 검출될 수 있고, 원소 조성은 EDX, WDX, SIMS 등의 대응하는 방법 또는 당업자에게 주지된 기타 측정 및 분석 방법에 의해 검출될 수 있다.
비정질 탄소의 커버 층과 기재 사이의 영역에서 본 발명에 따른 코팅 시스템의 기본적인 특성 및 실시형태가 개략적인 형태로 설명되었으므로, 아래에서는 본 발명의 코팅 시스템에서 제공되는 비정질 탄소의 커버 층의 기본적인 특성 및 가능한 바람직한 실시형태를 설명한다.
본 발명에 따른 코팅 시스템의 비정질 탄소를 포함하는 외부 커버 층은 자체로 공지된 a-C 유형의 비정질 탄소 층, 원소 X로 도핑된 a-C:X 유형의 비정질 탄소 층, 원소 X로 도핑된 ta-C:X 유형의 사면체 비정질 탄소 층, 금속으로 도핑된 a-C:Me 유형의 비정질 탄소 층, 금속으로 도핑된 ta-C:Me 유형의 사면체 비정질 탄소 층, 금속 및 수소로 도핑된 a-C:H:Me 유형의 비정질 탄소 층, 또는 금속 및 수소로 도핑된 ta-C:H:Me 유형의 사면체 비정질 탄소 층이다. 물론, 커버 층은 특히 전술한 유형의 비정질 탄소 층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, X는, 바람직하게는, F, Cl, B, N, O, Si로 이루어지는 원소의 그룹으로부터의 원소이고, Me는 원소 주기율표의 4족, 5족 또는 6족으로부터의 하나 이상의 원소이고, Me는 또한 Al 또는 Cu, 바람직하게는 원소 Mo, Cr, Ti, W, Al 중 하나를 더 포함할 수 있다.
특정의 실시형태에서, 본 발명에 따른 코팅 시스템의 커버 층은 2 개 이상의 층을 포함할 수 있고, 각각은 a-C 유형, 또는 a-C:X 유형, 또는 ta-C:X 유형, 또는 a-C:Me 유형, 또는 ta-C:Me 유형, 또는 a-C:H:Me 유형, 또는 ta-C:H:Me 유형의 비정질 탄소 층을 포함한다.
물론, 커버 층 및 커버 층의 층은 a-C 유형, 또는 a-C:X 유형, 또는 ta-C:X 유형, 또는 a-C:ME 유형, 또는 ta-C:Me 유형, 또는 a-C:H:Me 유형, 또는 ta-C:H:Me 유형의 비정질 탄소 층인 구배층을 포함할 수도 있다.
예를 들면, 요건에 따라, 2 개의 상이한 층은 상이한 sp3/sp2 비율을 가질 수 있고, 여기서, 당업자에게 공지된 바와 같이, sp3 및 sp2는 탄소 원자의 결합 상태이고, 또는 구배층에서 sp3/sp2 비율은 구배층의 두께에 걸쳐 변화될 수 있으므로 2 개의 인접한 부분 층들 사이의 구배층 하에서 안정성, 경도, 특히 내열성 등의 특정의 층 특성은 용도, 기재 또는 기타 특수한 경계 조건에 따라 개별적으로 조정될 수 있다.
실제로, 커버 층 및/또는 커버 층의 두께 Dd는, 유리하게는, 0.05μm ≤ Dd ≤ 50μm의 범위, 바람직하게는 0.05μm ≤ Dd ≤ 30μm의 범위, 특히 0.1μm ≤ Dd ≤ 20μm의 범위, 또는 0.5μm ≤ Dd 10μm의 범위, 바람직하게는 1μm ≤ Dd ≤ 5μm의 범위이고, 특히 바람직하게는 두께 Dd는 약 2μm이다.
본 발명의 코팅 시스템의 총 두께 Gd는 0.1μm ≤ Gd ≤ 100μm의 범위, 바람직하게는 0.5μm ≤ Gd ≤ 50μm의 범위, 특히 1μm ≤ Gd ≤ 10μm의 범위, 특히 바람직하게는 약 4μm로 선택되며, 전체 코팅 시스템의 총 두께 Gd에 대한 커버 층의 두께 Dd의 비율은 1% ≤ (Dd/Gd) ≤ 1000%의 범위, 바람직하게는 10% ≤ (Dd/Gd) ≤ 500%의 범위, 특히 20% ≤ (Dd/Gd) ≤ 200%의 범위, 특히 바람직하게는 40% ≤ (Dd/Gd) ≤ 120%의 범위이다.
커버 층의 경도 Hd는 8GPa ≤ Hd ≤ 80GPa의 범위, 특히 10GPa ≤ Hd ≤ 70GPa의 범위, 또는 25GPa ≤ Hd ≤ 60GPa의 범위이고, 특히 바람직하게는 약 50GPa이다. 전체 지지층의 경도 Hs에 대한 커버 층의 경도 Hd의 비율은 (Hd/Hs) = 1:5 내지 (Hd/Hs) = 4:1의 범위, 바람직하게는 (Hd/Hs) = 1:2 내지 (Hd/Hs) = 3:1의 범위, 특히 (Hd/Hs) = 1:1.5 내지 (Hd/Hs) = 2:1의 범위이다. 이 경도는 특히 ISO 14577에 따른 나노 침투(nano-penetration)에 의해 결정될 수 있다.
이하에서, 본 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 코팅 시스템의 일부의 특히 유리한 실시형태를 간단히 설명하고, 특정의 코팅 파라미터를 언급한 후에 도면에 기초하여 추가의 특정의 실시형태를 설명한다.
본 발명에 따른 코팅 시스템의 특정의 실시형태에서, 예를 들면, 크로뮴 기반의 하위구조가 기재 상의 접착제 층으로서 제공될 수 있고, 이 접착제 층은 본질적으로 크로뮴으로 이루어지고, 예를 들면, 크로뮴 층의 두께는 약 0.1 μm이다. 바람직하게는 0.5 μm 두께의 Cr2N+CrN 상 혼합물 형태의 CrN 중간층이 크로뮴 접착제 층이 이어진다. 이 중간층 상에 약 2 μm의 두께의 δ-MoN의 지지층이 더 제공된다. 마지막으로, 약 50 GPa의 경도 및 약 1 μm의 두께의 ta-C 유형의 비정질 탄소의 커버 층이 외층을 형성한다. 예를 들면, 전체 코팅 시스템은 그 자체로 공지된 아크(ARC) 코팅 프로세스를 사용하여 기재 상에 퇴적될 수 있다.
위에서 설명된 본 발명에 따른 코팅 시스템의 다른 실시형태에서, 예를 들면, CrN/MoN의 다층 코팅을 퇴적하는 것도 가능하며, 여기서 비정질 탄소의 커버 층에 직접 인접하는 부분 층은 특히 유리하게는 위에서 정의된 의미에서 MoN 층이다.
이미 언급한 바와 같이, 특히 유리한 것은 a-C, ta-C, a-C:X, ta-C:X, a-C:Me, a-C:H, a-C:H:X, a-C:H:Me 유형의 비정질 탄소의 커버 층이며, 이것은 적어도 100 nm 내지 20 μm의 범위의 층 두께를 갖는다. 커버 층은 단일층의 단층, 다층 코팅 또는 구배층일 수 있다. 이미 명시적으로 여러 번 언급하고 나열한 바와 같이, 비정질 탄소의 상이한 유형의 커버 층을 하나의 동일한 커버 층으로 조합할 수도 있다. 다층 커버 층 또는 구배층 형태의 커버 층은, 프로세스 파라미터를 변경함으로써 또는 심지어 상이한 유형의 조합(예를 들면, ta-C와 ta-C:N)에 의해, C-C 결합의 sp3/sp2 함량을 변경함으로써 실현될 수 있다.
실제로, 비정질 탄소의 커버 층에 바로 인접하는 코팅 시스템의 층은 대부분의 경우에 MoN 층이다. 이는, 바람직하게는, 제 1 MoaNx 지지층 또는 제 2 MobNy 지지층을 의미한다. 다음에 비정질 탄소의 커버 층이 적절한 파라미터를 갖는 MoN 층 상에 직접 퇴적된다. 그러나, 특정의 경우, 이후에 도면의 추가의 실시형태에 기초하여 설명되는 바와 같이, MoN 층과 비정질 탄소의 커버 층 사이에 금속 접착제 층, 예를 들면, 금속 Mo 또는 Cr을 퇴적하는 것이 바람직할 수 있다.
비정질 탄소의 커버 층 아래의 MoN은, 특히 경도가 높고 영률이 높은 경우에, 긍정적인 효과가 있다. 긍정적인 효과는 ta-C 층, 즉 300 GPa을 초과하는 영률을 가진 층의 경도에서 특히 현저해진다.
a-C 및 ta-C 층에 더하여, a-C:Me 층도 본 발명에 따른 코팅 시스템의 커버 층으로서 특히 유리하게 제공될 수 있다. 이들 층은 도핑 원소로서 적어도 하나의 금속을 함유하고, 도핑 원소를 함유하지 않은 a-C 및 ta-C 층에 비해 특성 프로파일이 변화되며, 예를 들면, 전기 전도율이 더 커진다. 따라서, 이는 특정의 용도에서 유리할 수 있다. 하위층은 적어도 Mo 또는 Cr도 함유하므로, 프로세스의 관점에서 Mo 및/또는 Cr을 Me로서 사용하는 것이 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 코팅 시스템의 제조를 위한 특히 단순한 프로세스 제어는 아크에 의한 탄소 증발과 동시에 Mo 및/또는 Cr 증발이 실시될 때에 얻어질 수 있다. 추가의 방법은 금속 성분이 혼합되는 탄소 타겟을 사용하는 것이다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면, 무수소 비정질 층은 a-C:X 층이고, 여기서 X는 바람직하게는 F, Cl, B, N, O, Si로 이루어지는 원소의 그룹으로부터의 원소이다.
층에 추가되어 a-C:Me 층으로 이어지는 금속 원소에 더하여 용도에 따라 층을 최적화하기 위한 도핑 원소로서 다른 비금속 원소도 첨가될 수 있다. 이들 비금속 원소는 붕소, 규소, 불소, 또는 기타 원소일 수 있다. 예를 들면, Si는 응력 감소로 이어지고, F는 젖음 특성의 변화 특히 접촉각의 증대로 이어진다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 무수소 비정질 층은 다층 코팅으로서 설계되며, 이 다층 코팅 구조는 유형 A 및 유형 B의 교대로 배치된 단층을 포함하고, 유형 A의 단층은 a-C 또는 ta-C로 구성되고, 유형 B의 단층은 Me 또는 a-C:Me로 구성된다. 예를 들면, 이와 관련하여, Mo가 Me로서 사용될 수 있으므로, 유형 a-C/Mo 또는 a-C/a-C:Mo, 또는 심지어 ta-C/Mo 또는 ta-C/a-C:Mo 또는 ta-C/ta-C:Mo 또는 a-C/ta-C:Mo의 다층 코팅이 형성된다.
그렇게 함으로써, 층 내의 전체적인 잔류 응력이 저감되므로 더 두꺼운 층이 생성될 수 있다. 이로 인해 탄성 및 내마모성이 향상된다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 무수소 비정질 층은 다층 코팅으로서 설계되며, 이 다층 코팅 구조는 유형 A 및 유형 B의 교대로 배치된 단층을 포함하고, 유형 A의 단층은 a-C 또는 ta-C로 구성되고, 유형 B의 단층은 a-C:X로 구성된다. 이와 관련하여, 예를 들면, 규소를 X로서 사용할 수 있다. 이 경우, 규소 첨가는, 추가적으로, a-C:Si 구조를 형성함으로써 층의 응력 최소화에 기여한다. 이러한 층의 퇴적을 위해, X 원소와 합금화된 흑연 캐소드를 증발시키는 추가의 아크 증발기가 사용될 수 있고, 또는 다른 적절한 PVD 프로세스가 사용될 수 있고, 예를 들면, 스퍼터링 소스를 사용하여 X 원소를 스퍼터링할 수 있다.
바람직하게는, 유형 A의 단층의 두께는 1000 nm 이하이며, 10 nm 이상이다. 바람직하게는, 유형 B의 단층의 두께는 1000 nm 이하이며, 10 nm 이상이다.
이 실시형태의 경우, 동일한 코팅 내에서 동시에 최적화된 응력 비율로 더 큰 코팅 두께를 조합하는 가능성도 특히 유리하다.
본 발명은 또한 기재 상에 본 발명의 코팅 시스템을 생성하기 위한 코팅 프로세스에 관한 것이며, 이 코팅 프로세스는 PVD 프로세스, CVD 프로세스, PA-CVD 프로세스, 스퍼터링 프로세스, 바람직하게는 HIPMS 스퍼터링 프로세스, 특히 필터링식 또는 비필터링식 아크 코팅 프로세스, 또는 전술한 코팅 프로세스 중 적어도 하나를 포함하는 조합 또는 하이브리드 프로세스이다.
본 발명에 따른 프로세스의 특정의 실시형태에서, 전체 층 시스템의 코팅은 비필터링식 또는 필터링식 아크 증발기에 의해 기재 상에 퇴적될 수 있다.
특히 유리하게는, 기재는 코팅 전에 AEGD(Arc Enhanced Glow Discharge) 기술을 사용하는 이온 세정으로 아르곤 이온 및/또는 수소에 의해 기재 표면 및/또는 제 1 MoaNx 지지층의 표면 및/또는 제 2 MobNy 지지층의 표면을 세정하기 위해 처리될 수 있고, 후속 단계에서, 예를 들면, Cr 이온 또는 Mo 이온을 사용하는 이온 처리가 바람직하게는 추가적으로 실시될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 제 1 MoaNx 지지층 및/또는 제 2 MobNy 지지층 및 비정질 탄소의 커버 층의 퇴적은 PVD 시스템에서 다음과 같이 본 발명에 따른 코팅 프로세스에 의해 실시된다.
예를 들면, 온도 민감성 강이 기재로서 선택되고, 이것은 불과 200 ℃까지의 코팅 온도를 허용한다(예를 들면, 볼 베어링 강 100 Cr6). 아크 증발기를 갖는 PVD 기계가 사용된다.
본 발명에 따른 코팅 프로세스를 실시하기 위한 코팅 플랜트는 코팅 체임버 내에 다양한 코팅 소스(예를 들면, 아크 증발기)뿐만 아니라 특히, 그 자체로 공지된 방식으로의 AEGD 소스, 히터 및 펌프를 포함한다. 이러한 코팅 플랜트는 통상적으로 2 개의 도어를 구비하는 팔각형 구조로 설계된다. 원형 증발기가 아크 증발기로서 사용되고, 여러 대가 상하로 일렬로 배치된다. 실제로, 이 시스템은 아크 소스를 수용하기 위한 적어도 3 개의 플랜지를 갖는다. 적어도 하나의 열에는 Cr 타겟, Mo 타겟 및 C 타겟이 설치된다. 여기서, 터보펌프는 체임버 측에 설치된다. 충분한 가열 능력이 설치된다. 마찬가지로, 필요한 부품으로 구성되는 AEGD 디바이스가 설치된다.
코팅 체임버에 코팅될 기재를 채우고, 이것을 적절한 기재 홀더 상에 설치하고, 코팅 체임버를 고진공까지 펌핑 다운한 후, 아래에서 설명하는 프로세스 단계가 실시된다.
제 1 단계에서, 고진공 하에서 코팅 플랜트에서 통합된 방사 히터(radiant heater)를 사용하여 기재를, 예를 들면, 150 ℃까지 가열한다. 표면 상의 최적의 열 분포를 위해, 다양한 자유도로, 1회전, 2회전, 또는 3회전으로 회전된다.
바람직하게는, 제 2 단계에서 이온 세정이 실시된다. 먼저, 기재를 아르곤 이온과 수소로 에칭한다. 이는 주지의 AEGD 기술을 사용하고 기재에 음의 바이어스 전압을 인가함으로써 수행된다. 그렇게 함으로써, 기재 표면의 세정이 달성된다.
제 2 단계에서, 당업자에게 주지된 크로뮴 MIE(크로뮴 금속 이온 에칭)이 수행된다. 이를 위해, 크로뮴 타겟이 점화된다. 기재에서 적어도 -600 V의 음의 바이어스 전압으로 인해, 크로뮴 이온(Cr+)은 타겟으로부터 기재를 향해 강하게 가속된다. 이들은 충격으로 인해 한편으로 산화물 층을 제거하고, 다른 한편으로 기재 재료에 침투한다. 이로 인해 후속 층의 접착력이 향상된다.
적어도 10 V의 바이어스 전압이 기재에 인가되어 기재와 비정질 탄소의 커버 층 사이에 층을 생성한다. 먼저, Cr 층이 Cr 증발기를 사용하여 약 10 nm 내지 200 nm의 층 두께로 퇴적된다. 다음에, 질소가 시스템 내에 도입되어 약 50 nm 내지 500 nm의 코팅 두께로 CrN 층을 퇴적한다. 다음에, Mo 증발기가 점화되고, Cr 증발기는 오프된다. MoN 코팅이 형성된다. 프로세스 파라미터는 코팅 온도가 최대 200 ℃로 되도록 선택된다. 코팅 두께는 500 nm 내지 5000 nm로 선택된다.
마지막으로 비정질 탄소의 커버 층을 퇴적시키기 위해, 먼저 Mo 증발기가 오프되고, 질소 공급이 중단된다. 적어도 -200V의 충분히 높은 전압이 기재에 인가되어 이전에 퇴적된 MoN 층에 C 이온을 충돌시킨다. 다음에, 전압을 점진적으로 낮추어 ta-C 층을 퇴적시킨다. 경질 코팅의 경우, 10 내지 100 V 범위의 전압이 인가되고, 100 ℃ 내지 200 ℃의 코팅 온도가 선택된다.
다른 실시형태에서, 경도 33 GPa 및 영률 320 GPa의 델타-MoN 코팅이 제 1 코팅 플랜트에서 약 63 HRC의 경도를 갖는 온도 민감성 볼 베어링 강의 기재 상에 2.2 μm의 총 코팅 두께로 퇴적되었다. 층 구조는 100 nm의 층 두께의 Cr 접착제 층과, 이것에 이어지는 200 nm 두께의 CrN 층 및 1.9 μm 두께의 δ-MoN 층으로 구성되었다. 다음에, 제 2 코팅 플랜트에서, 1.2 μm의 코팅 두께, 55 GPa의 경도 및 370 GPa의 영률을 갖는 ta-C를 퇴적하였다. 커버 층 아래의 코팅 시스템의 부분의 HRC 압입부(indentation) 주위에 전형적인 균열은 150 Kp 테스트의 HRC 압입부에서 나타났다.
놀랍게도, ta-C는 극단적으로 높은 경도를 가지고 있으나, 여전히 압입부의 주위 및 내부에서 우수한 접착력을 가지며, 동시에 MoN 하위층에서의 균열의 수 또는 길이는 감소되었음을 보여주었다. 이는 이 복합재가 우수한 기계적 부하를 가지고 있음을 보여준다. Cr 중간층을 추가하면, 이들 결과는 더 우수해진다. 따라서 비정질 탄소의 커버 층 아래의 코팅 시스템의 부분에 실질적으로 균열이 없다. 이는 특정의 용도에서 유리할 수 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시형태는 도면에 도시되어 있다. 도면은 다음과 같다:
도 1a 내지 도 1d는 비정질 탄소의 커버 층과 기재 사이에 몰리브데넘 또는 몰리브데넘 지지층만을 포함하는 본 발명에 따른 층 구조의 제 1 실시형태이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 층 구조의 제 2 개념으로서, 몰리브데넘 이외의 재료의 적어도 하나의 접착제 층이 비정질 탄소의 커버 층과 기재 사이에 추가적으로 제공되어 있다.
도 3a 내지 도 3c는 CrN 중간층이 추가된 코팅 시스템의 본 발명에 따른 추가의 개발이다.
도 4a 내지 도 4b는 다층 코팅을 가진 본 발명에 따른 코팅 시스템이다.
도 5a 및 도 5b는 적어도 제 1 지지층 및 제 2 지지층을 갖는 2 개의 추가의 실시형태이다.
도 6은 일례로서 본 발명의 특정 코팅 시스템에 대한 경도 및 영률의 추이이다.
도 1a 내지 도 1d는 비정질 탄소의 커버 층과 기재 사이에 몰리브데넘(Mo) 또는 몰리브데넘 지지층(MoN)만을 포함하는 단순한 층 구조를 갖는 본 발명의 일부의 바람직한 실시형태를 예시적으로 보여준다. 이러한 층은 매우 단순하고, 제고가 비교적 신속하고, 따라서 또한 저렴하고, 따라서 저비용 대량 생상 제품 상의 코팅에 특히 적합하다. 특히, 커버 층(3)의 생성과는 별도로, 프로세스 가스 질소 외에 코팅 시스템(2)의 다른 부분의 생성을 위해 원칙적으로 단 한나의 Mo 증발 소스만 제공하면 되므로 이는 코팅 체임버의 설비에 관한 최소의 노력을 의미하며 코팅 프로세스 자체를 크게 단순화한다.
도 1a 내지 도 1d에 따른 실시형태의 본 발명에 따른 모든 기재(1)에는 비정질 탄소를 포함하는 외부 커버 층(3)을 구비하는 표면 코팅 형태의 다층 코팅 시스템(2)이 제공된다. 기재(1)와 커버 층(3) 사이에는, 각각의 경우에 적어도 정확하게 하나의 제 1 MoaNx 지지층(4)이 제공되며, 이것은, Mo 함량 a을 참조하면, x + a = 100 at%에서, 25 at% ≤ x ≤ 55 at% 범위에 있는 질소 함량 x를 갖는다.
이 시점에서, 간단히 하기 위해, 본 출원의 문맥에서, "MoN 층" 또는 단순히 "MoN"라고 언급하는 경우, 이는 Mo 및 N에 관련되는 임의의 조성물의 적어도 Mo 및 N을 포함하는 화학 조성물 또는 층을 의미한다는 것을 다시 표시할 필요가 있다. 따라서, 본 출원의 의미 내에서, MoN 또는 MoN 층은, 예를 들면, 특히 제 1 MoaNx 지지층(4) 또는 제 2 MobNy 지지층(5) 또는 MoN 유형의 임의의 다른 층 또는 조성물일 수 있다. 따라서, MoN은 본 출원에서 정의된 몰리브데넘-질소 층 또는 몰리브데넘-질소 조성물의 일종의 총칭으로서 이해되어야 한다.
도 1a 내지 도 1d의 단순한 실시형태에서, 도시된 MoN 층은 각각 제 1 MoaNx 지지층(4)이다.
비정질 탄소를 포함하는 외부 커버 층(3)은 임의의 유형의 비정질 탄소 층일 수 있다. 예를 들면, a-C 유형의 매우 단순한 비정질 탄소 층, 또는 원소 X로 도핑된 a-C:X 유형의 비정질 탄소 층, 또는 원소 X로 도핑된 ta-C:X 유형의 사면체 비정질 탄소 층, 금속으로 도핑된 a-C:Me 유형의 비정질 탄소 층, 금속으로 도핑된 ta-C:Me 유형의 사면체 비정질 탄소 층, 또는 금속 및 수소로 도핑된 a-C:H:Me 유형의 비정질 탄소 층, 또는, 예를 들면, 금속 및 수소로 도핑된 ta-C:H:Me의 사면체 비정질 탄소 층. 커버 층(3)도 하나 이상의 전술한 비정질 탄소 층 유형으로부터 형성되는 다층 코팅으로서 설계될 수 있고, 또는 본 출원의 설명 및 청구항과 관련하여 기술된 바와 같이 하나 이상의 구배층의 형태로 설계될 수 있거나 다른 방식으로 비정질 탄소 층으로서 설계될 수 있다.
본 출원의 도면에서 개략적으로 도시된 바와 같이 코팅 시스템(2)의 개별 층의 두께 또는 두께 비율 및 경도 또는 경도 비율은 본 설명 및 청구항에서 설명되는 바와 같은 임의의 적절한 값을 취할 수 있다. 따라서, 특히, 모든 도면에 도시된 코팅 시스템(2)의 개별 층 또는 모든 도면에 표시된 기재(1)의 개별 층의 층 두께 또는 층 두께 비율은, 물론, 순수하게 개략적인 것이며 실제 두께 또는 실제 층 두께 비율을 반영하지 않는다.
기재는 특히 마모 및/또는 마찰을 받는 부품의 부품, 특히 자동차 또는 내연 엔진의 부품, 특히 피스톤, 또는 피스톤 링, 밸브, 밸브 디스크, 또는 내연 엔진의 기타 부품, 또는 절삭 공구, 성형 공구, 기계가공 공구, 또는 마모 및/또는 마찰을 받는 기타 공구 등의 공구, 또는 본 발명의 코팅이 유리하게 제공될 수 있는 임의의 다른 기재일 수 있다.
따라서, 비정질 탄소의 외부 커버 층(3), 기재(1) 및 두께와 두께 비율 뿐만 아니라 코팅 시스템(2)의 층의 경도 및 경도 비율에 관해 이전의 설명은 아래에서 설명된 본 발명의 모든 다른 특수 코팅 시스템에도 적용되므로 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3c, 또는 도 4a 및 도 4b의 설명에서 뿐만 아니라 도 5a 및 도 5b의 코팅 시스템에서 명시적으로 반복될 필요가 없다. 따라서, 이하에서, 본 발명의 추가의 코팅 시스템의 설명에서, 간단히 하기 위해, 각각의 경우에 커버 층(3) 또는 기재(4)만이 이들을 더욱 상세히 지정할 필요없이 언급될 것이다.
도 1a 내지 도 1d에 따른 특정의 실시형태로 돌아가면, 본 발명의 코팅 시스템(2)의 가장 간단한 층 유형이 도 1a에 기초하여 예시적으로 표시되며, 이 코팅 시스템은 정확하게 하나의 제 1 MoaNx 지지층(4)이 커버 층(3)과 기재(1) 사이에 제공되며, 추가의 층이 제공되지 않는다는 사실을 특징으로 한다. 간단하고 저렴하게 생성될 수 있는 이러한 유형의 층은 특히 코팅된 기재(1)의 용도에서 기재 상의 제 1 MoaNx 지지층(4)의 접착에 대한 요건 또는 제 1 MoaNx 지지층(4) 상의 커버 층(3)의 접착에 대한 요건이 특히 높지 않는 경우에 특히 적합하다.
도 1b의 코팅 시스템(2)에서는 도 1a의 것과 비교하여 Mo 접착제 층이 기재(1)와 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이에 추가적으로 제공된다. 그렇게 함으로써, 특히 기재 상의 제 1 MoaNx 지지층(4)의 접착이 개선된다.
도 1c에 따른 추가의 변형례에서, Mo의 접착제 층(6)은 커버 층(3)과 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이에 제공되며, 이로 인해 기재(1)를 구비한 하부의 코팅 시스템(2)에 대한 커버 층의 접착이 개선된다.
다음에, 도 1d에 따른 코팅 시스템은 커버 층(3)과 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이 및 제 1 MoaNx 지지층(4)과 기재(1) 사이에 몰리브데넘의 접착제 층(6)을 제공하고 이로 인해 서로 관련된 모든 층의 매우 우수한 접착 및 기재(1) 상의 제 1 MoaNx 지지층(4)의 우수한 접착이 달성되도록 함으로써 도 1b 및 도 1c에 따른 실시형태의 장점을 조합한다.
도 1a 내지 도 1d에 따른 단순한 실시형태의 체계적인 추가의 개발은 도 2a 내지 도 2b에 기초하여 개략적으로 도시되어 있다. 이들 실시형태에서, 도 1a 및 도 1b에 따른 접착제 층(6)은 도 2a 및 도 2b의 실시형태에서 다른 금속의 접착제 층에 의해, 예시적으로는 Cr 접착제 층에 의해 부분적으로 또는 완전히 대체된다. 이로 인해 코팅 체임버에 적어도 하나의 금속 증발 소스, 이 경우에는 Cr 증발 소스가 추가적으로 구비되어야 하기 때문에 코팅 시스템(2)의 제조가 다소 복잡해지고, 코팅 프로세스의 프로세스 제어가 다소 복잡해진다. 그러나, 이 층 시스템은 Mo만의 접착 층 대신에 Cr 등의 금속의 접착 층의 대체적, 추가적 또는 대안적 사용에 의해 기재가 작업 상태에 놓이는 특별한 요건에 훨씬 더 유연하게 적응될 수 있다.
도 2a에 따른 실시형태에서는 도 1b의 것과 비교하여 제 1 MoaNx 지지층(4)과 기재(1) 사이의 Mo의 접착제 층(6)이 Cr 접착제 층(6)으로 대체되어 있고, 도 2b의 실시형태에서는, 커버 층(3)과 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이의 접착제 층(6)이 Cr 의 접착제 층(6)으로 대체되어 있다. 도 2c에 따른 실시형태에서는 도 1d의 것과 비교하여 두 접착제 층(6)이 모두 Cr이고, 제 1 MoaNx 지지층(4)과 기재(1) 사이의 것 및 커버 층(3)과 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이의 것은 Cr의 접착제 층(6)으로 대체되어 있다.
도 2d 및 도 2e에서, 각각의 경우에 2 개의 유형의 접착제 층(6), 즉 Mo의 접착제 층(6) 및 Cr의 접착제 층(6)이 제공되어 있다. 도 2d에서, Cr의 접착제 층(6)은 커버 층(3)과 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이에 제공되고, Mo의 접착제 층(6)은 제 1 MoaNx 지지층(4)과 기재(1) 사이에 제공되고, 도 2e의 실시형태에서, Mo의 접착제 층(6)은 커버 층(3)과 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이에 제공되고, Cr의 접착제 층(6)은 제 1 MoaNx 지지층(4)과 기재(1) 사이에 제공된다.. 따라서, 도 2d 및 도 2e에 따른 2 개의 실시형태는 도 1d의 2 가지 더 유리한 수정례이며, 이들 사이에서 당업자는 코팅된 기재의 특정 용도에 의한 요건에 따라 실제로 선택할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 기초하여, 전술한 특별한 실시형태에 따른 코팅 시스템(2)의 추가의 개발이 개략적으로 스케치되어 있으며, 이것은 적어도 하나의 제 1 MoaNx 지지층(4) 및 적어도 하나의 접착제 층(6)에 더하여 커버 층(3)과 기재(1) 사이에 중간층(7)을 포함한다.
위에서 이미 더 상세히 설명한 바와 같이, 중간층(7)은 본 경우에서 뿐만 아니라 특히 기재(1)에 연강을 사용하는 경우에도 코팅 시스템(2)에 유리하게 추가적으로 제공될 수 있으며, 추가의 중간층(7)은, 특히 바람직하게는, MoN 지지층 아래에, 즉, 예를 들면, 제 1 MoaNx 지지층(4) 또는 제 2 MobNy 지지층(5) 아래에, 특히 더 바람직하게는 기재(1)를 향하는 방향으로 제공될 수 있다.
커버 층(3)과 기재(1) 사이에 하나 이상의 추가의 중간층(7)이 통합되어 있으므로 본 발명에 따른 코팅 시스템(2)에서 용도 및 기재에 따라 특히 안정성, 경도, 특히 또한 내열성, 충격 하중에 대한 적응 또는 전성 등의 층 특성을 개별적으로 조정하거나 더욱 개선할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 따른 실시형태에서 각각의 경우에 하나만의 그리고 추가적으로 조성물 CrN의 비교적 단순하게 구축된 중간층(7)이 제공된다. 코팅 시스템의 부분 층 또는 부분 영역의 영률 및 경도는 바람직하게는 커버 층을 향하는 방향으로 증가한다. 특히, 중간층(7)의 영률 및 경도는, 특히 바람직하게는, 제 1 MoaNx 지지층(4) 및/또는 제 2 MobNy 지지층(5) 및/또는 커버 층(3)의 영률 및 경도보다 작다. 이러한 관계는 도 6에 기초하여 아래에서 더 상세히 설명한다. 실제로, 당업자는 본 발명에 따른 코팅 시스템(2)을 제조하기 위해 단상 금속 질화물 및/또는 금속 탄화물 뿐만 아니라 금속 탄질화물 및/또는 금속 질화물, 금속 탄화물 및 금속 탄질화물의 상 혼합물을 포함하는 중간층 등의 다수의 다양한 유형의 중간층(7)으로부터 선택할 수 있고, 이 중간층(7)은 특히 도 3a 내지 도 3c의 실시형태에서와 같은 단상 Cr2N 또는 단상 CrN 층일 수 있거나, CrN 및 Cr2N의 상 혼합물을 포함할 수 있고, 아니면 본 출원과 관련하여 이미 상세히 설명된 것과 같은 특별한 특성 및 실시형태를 가질 수 있다.
도 3a에서, CrN의 추가의 중간층(7)인 기재(1) 상에 제공된 Cr의 접착제 층(6)과 커버 층(3) 아래에 제공된 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이에 퇴적되어 있다. 따라서, 도 3a의 실시형태는 도 2a에 따른 실시형태의 개발 및 추가의 개선으로서 이해되어야 한다.
도 3b에서, CrN의 추가의 중간층(7)도 또한 기재(1) 상에 제공된 Cr의 접착제 층(6)과 제 1 MoaNx 지지층(4) 아래 사이에 퇴적되며, 이 실시형태에서는 도 3a와 비교하여 접착제 층(6)이 커버 층(3)과 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이에 추가적으로 제공된다. 따라서,도 3b의 실시형태는 도 3a에 따른 실시형태의 개발 및 추가의 개선으로서 또는 도 2c에 따른 실시형태의 추가의 개선으로서 이해될 수 있다.
다른 한편으로 도 3c에 따른 실시형태는 도 2e의 실시형태의 개발로서 이해될 수 있다. 도 3c의 실시형태에서는 도 2e와 비교하여, CrN의 중간층이 기재(1) 상에 제공된 Cr의 접착제 층(6)과 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이에 추가적으로 퇴적되어 있다.
특정의 실시형태에 기초하여 본 발명에 따른 코팅 시스템(2)의 다수의 추가의 실시형태를 제공할 수도 있으나, 제시의 명확성 및 요구되는 간결성을 위해, 도 4a 및 도 4b에 기초하여 본 발명에 따른 하나의 중요한 추가의 유형의 코팅 시스템(2)만을 간단하고 상세하게 제시한다.
도 4a 및 도 4b에 기초하여 개략적으로 제시된 본 발명에 따른 코팅 시스템(2)의 경우, 이것은 다층 코팅(71)을 추가적으로 포함하는 코팅 시스템이다.
본 출원의 문맥에서, 다층 코팅(71)은 복수의 개개의 상이한 부분 층(4, 5, 6, 7)을 포함하는 코팅 시스템(2)의 하위층으로서 이해되어야 하며, 이것의 개개의 두께는 전체 코팅 시스템(2)의 두께와 비교하여 또는 코팅 시스템(2)의 대부분의 다른 부분 층의 두께와 비교하여 또는 전체 다층 코팅(71)의 두께와 비교하여 각각 비교적 또는 상당히 작다.
도 2c에 따른 단순한 실시형태의 개발로서 도 4a의 실시형태에서, 단순한 제 1 MoaNx 지지층(4) 대신에 다층 코팅(71)이 Cr의 2 개의 접착제 층(6) 사이에 제공되고, 이것은 CrN 중간층의 복수의 개별 박층과 제 1 MoaNx 지지층(4)을 교대하는 순서로 포함한다.
도 4b에 따른 실시형태에서는 도 4a와 비교하여, 추가의 제 2 다층 코팅(71)이 기재(1) 상에 퇴적된 Cr의 접착제 층(6) 상에 추가적으로 제공되며, 이것은 Cr 및 질소의 제 1 조성을 갖는 제 1 CrN1의 복수의 개별 박층을 교대하는 순서로 포함하고, CrN1에 따른 제 1 조성과는 상이한 Cr 및 질소의 제 2 조성을 갖는 제 2 CrN2의 복수의 개별 박층을 더 포함한다.
본 발명에 따른 다층 코팅(71)은 3 개 이상의 상이한 유형의 부분 층을 포함할 수도 있고, 또는 본 발명에 따른 코팅 시스템(2)은 또한, 코팅 시스템(2) 내의 상이한 위치에 제공될 수 있는, 3 개 이상의 동일하거나 상이한 다층 코팅(71)을 포함할 수 있다는 것이 이해된다.
또한, 다층 코팅(71)은 부분적으로 또는 완전히 화학 조성이 코팅 방향에 대해 특징적으로 다소 연속적으로 변화하는 구배층으로서 설계될 수도 있다.
마지막으로, 도 5a 및 도 5b에 기초하여, 커버 층(3) 아래에 적어도 제 1 지지층 및 제 2 지지층을 구비하는 본 발명에 따른 코팅 시스템(2)의 2 개의 추가의 실시형태를 개략적으로 설명한다. 여기서, 제 1 MoaNx 지지층(4)의 질소 함량 x는 30 at% ≤ x ≤ 53 at%의 범위이고, 약 50 at%인 것이 특히 유리하다. 제 1 MoaNx 지지층(4)이, 예를 들면, 구배층인 매우 특수한 실시형태에서, 제 1 MoaNx 지지층(4)의 경도는, 바람직하게는, 커버 층(3)의 방향으로 질소 함량을 증가시킴으로써 증가할 수 있다. 또한, 도 5a 및 도 5b의 코팅 시스템(2)에서, 적어도 제 2 MobNy 지지층(5)이 제 1 MoaNx 지지층(4)과 기재(1) 사이에 제공되며, 여기서 제 2 MobNy 지지층의 Mo 함량 b를 참조하면, 질소 함량 y는, y + b = 100 at%에서, 35 at% ≤ y ≤ 45 at%의 범위, 바람직하게는 40 at%이다. 이는 제 2 MobNy 지지층(5)의 경도 H가 제 1 MoaNx 지지층(4)의 경도보다 특히 더 작으므로 코팅 시스템의 경도 H는, 바람직하게는, 커버 층(3)을 향하는 방향으로 증가함을 의미한다. 여기서도 유사한 방법으로 이것이 적용된다: 매우 특수한 실시형태에서, 제 2 MobNy 지지층(5)이, 예를 들면, 구배층인 경우, 제 2 MobNy 지지층(5)의 경도 H는, 바람직하게는, 질소 함량의 증가로 인해 커버 층(3)을 향하는 방향으로 증가할 수 있고, 즉 기재(1)를 향하는 방향으로 감소할 수 있다.
도 5b의 특정의 예시적인 실시형태에서는 기재(1)와 제 2 MobNy 지지층(5) 사이의 접착을 개선하기 위해 Cr의 접착제 층(6)이 추가로 제공된다. 또한, 각각의 경우에 Mo+Mo2N의 추가의 접착제 층(6)이 제 1 MoaNx 지지층(4)과 제 2 MobNy 지지층(5) 사이 및 제 1 MoaNx 지지층(4)과 커버 층(3) 사이에 제공되며, 이들은, 바람직하게는, 각각의 경우에 Mo2N 소규모 상을 갖는 Mo 층으로서 설계된다.
마지막으로, 도6을 참조하여, 강의 기재(1) 상에 퇴적된 본 발명에 따른 코팅 시스템을 갖는 본 발명의 특정의 코팅 시스템에 대한 경도 H 및 영률 E의 바람직한 추이를 예시적으로 설명한다. 도 6의 특정의 코팅 시스템(2)은 기재(1) 상에 배치된 접착제 층(6), 후속 중간층(7) 및 추가의 접착제 층(6) 상에 배치된 MoN 지지층 시스템(4, 5)을 포함하며, 이것은 커버 층(3)의 직하에 놓여 있다. GPa 단위의 경도는 도 6의 다이어그램의 좌측의 세로축에 그리고 GPa 단위의 영률은 우측의 세로축에 표시되어 있고, nm 단위의 코팅 시스템의 두께 D는 가로축에 표시되어 있다.
여기서 기재(1)를 구비한 코팅 시스템(2)의 기재(1)의 경도는 커버 층(3)을 향하는 방향으로 점점 더 커지게 된다는 것을 분명하게 알 수 있다. 동일한 것이 영률에도 적용되며, 이 영률도 커버 층(3)을 향하는 방향으로 기재(1)로부터 멀어질수록 점점 더 커지게 된다. 특히, 중간층(7)은 제 1 MoaNx 지지층(4) 및/또는 제 2 MobNy 지지층(5)을 포함하는 MoN 지지 시스템(4, 5)보다 더 작은 경도(H) 및 영률(E)을 가지며, 제 1 MoaNx 지지층(4) 및/또는 제 2 MobNy 지지층(5)을 포함하는 MoN 지지 시스템(4, 5)의 경도도 커버 층을 향하여 증가한다는 것을 분명히 알 수 있다.
일반적인 설명 및 도면에서 이전에 설명된 모든 실시형태에 대하여 실제로 커버 층(3)과 기재(1) 사이에 본 발명에 따른 추가의 층 유형을 더 포함할 수 있는 추가의 실시형태를 고려할 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 코팅된 기재(1)의 용도 및 요건에 따라, 하나 이상의 추가의 제 1 MoaNx 지지층(4), 추가의 제 2 MobNy 지지층(5), 추가의 중간층(7), 또는 심지어 추가의 접착제 층(6) 등의 추가의 층이 코팅 시스템(2)의 적절한 위치에 제공될 수 있고, 이것은 간결성을 위해 본 출원의 도면에 명시적으로 반드시 제시되는 것은 아니다.
특정의 용도에서 코팅 시스템(2)의 어떤 정확한 층 조성물 및 구조가 선택되어야 하는지는 자신의 경험에 기초하여 또는 그 자체로 공지된 관련된 기준 및 시험을 사용하여 가장 적절한 코팅 시스템(2)을 선택하는 방법을 알고 있는 당업자의 몫이다.

Claims (15)

  1. 비정질 탄소를 포함하는 외부 커버 층(3)을 갖는 표면 코팅 형태의 다층 코팅 시스템(2)을 갖는 기재로서,
    적어도 제 1 MoaNx 지지층(4)이 기재(1)와 상기 커버 층(3) 사이에 제공되고, 상기 지지층(4)은, Mo 함량 a를 참조하면, x + a = 100 at%에서, 25 at% ≤ x ≤ 55 at%의 범위의 질소 함량 x를 갖는, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 MoaNx 지지층(4)의 질소 함량 x는 30 at% ≤ x ≤ 53 at%의 범위, 바람직하게는 약 50 at%인, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅 시스템(2)은 상기 기재(1)와 상기 제 1 MoaNx 지지층(4) 사이 및/또는 상기 제 1 MoaNx 지지층(4)과 상기 외부 커버 층(3) 사이에 적어도 제 2 MobNy 지지층(5)을 포함하고, 상기 제 2 MobNy 지지층(5)의 Mo 함량 b를 참조하면, 질소 함량 y는, y + b = 100 at%에서, 35 at% ≤ y ≤ 45 at%의 범위, 바람직하게는 40 at%인, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 각각 동일한 또는 상이한 제 1 MoaNx 지지층(4)이 상기 기재(1)와 상기 비정질 탄소의 외부 커버 층(3) 사이에 제공되고, 및/또는 복수의 각각 동일한 또는 상이한 제 2 MobNy 지지층(5)이 상기 기재(1)와 상기 비정질 탄소의 외부 커버 층(3) 사이에 제공되고, 및/또는 상기 제 1 MoaNx 지지층(4) 및/또는 상기 제 2 MobNy 지지층(5)은 어떤 비율의 금속 Mo를 함유하고, 상기 제 1 MoNx 지지층(4)에서 Mo 및 Mo2N의 상 혼합물 및 상기 제 2 MobNy 지지층(5)에서 Mo 및 Mo2N의 상 혼합물은 각각 질소 함량 x 및 y를, x + a = 100 at% 및 y + b = 100 at%에서, 각각 5at% 내지 20at%로 조정함으로써 조정되고, 및/또는 상기 제 1 MoaNx 지지층(4) 및/또는 상기 제 2 MobNy 지지층(5)은 순수한 Mo2N 상 및 이들의 상 혼합물 β-Mo2N 및 γ-Mo2N, 및/또는 Mo2N/MoN 상 혼합물 및/또는 순수한 MoN 상, 특히 입방정 MoN 상 및/또는 육방정 δ-MoN 상 또는 상 혼합물로 구성되며, 특히 상기 γ-Mo2N 및 순수한 육방정 δ-MoN 상이 바람직한, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 MoaNx 지지층(4) 및/또는 상기 제 2 MobNy 지지층(5)은 원소 주기율표의 Ag, Cr, Ti, Cu, Al, Si, B, O, C로 이루어지는 그룹으로부터 하나 이상의 원소 및/또는 4족, 5족, 또는 6족으로부터의 원소를 추가적으로 포함하고, 상기 제 1 MoaNx 지지층(4) 및/또는 상기 제 2 MobNy 지지층(5)은 지지층으로서 작용하는 적어도 조성물 (MoxMz)c(NuCvOw)d의 층을 포함하고, M은 주기율표의 4족 내지 6족의 원소 중 적어도 하나 및/또는 원소 Si, B, Al, Cu, Ag 중 하나를 포함하고, 여기서 x+z+u+v+w =100 at%, c/d = 3, 25at% ≤ x ≤ 55at%, 0 ≤ z ≤ 20at%, 0 ≤ v ≤ 5at% 및 0 ≤ w ≤ 5at%인, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 시스템 추가적으로 상기 기재(1)의 표면 상에 및/또는 상기 제 1 MoaNx 지지층(4)의 표면 상에 및/또는 상기 제 2 MobNy 지지층(5)의 표면 상에 제공되는 접착제 층(6)을 포함하고, 상기 접착제 층(6)은 특히 C, N, O로 이루어지는 그룹으로부터 하나 이상의 원소와 합금화되고, 및/또는 상기 접착제 층(6)은, 불순물 이외에, 원소 주기율표의 4족, 5족, 또는 6족의 하나 이상의 원소를 포함하고, 원소 Cr, Ti, Cu, Al, Mo 중 하나를 또한 포함하는, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 시스템(2)은 상기 제 1 MoaNx 지지층(4) 아래 및/또는 상기 제 2 MobNy 지지층(5) 아래에 중간층(7), 특히 단상 금속 질화물, 금속 탄화물 및 금속 탄질화물 및/또는 금속 질화물, 금속 탄화물 및 금속 탄질화물의 상 혼합물을 추가적으로 포함하고, 상기 중간층(7)은 특히 단상 Cr2N 또는 CrN 층 또는 CrN 및 Cr2N의 상 혼합물을 포함하고, 및/또는 상기 제 1 MoaNx 지지층(4) 및/또는 상기 제 2 MobNy 지지층(5) 및/또는 상기 중간층(7)은 화학 조성이라고 지칭되는 구배층인, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 MoaNx 지지층(4) 및/또는 상기 제 2 MobNy 지지층(5) 및/또는 상기 중간층(7)의 두께 d는 0.05μm ≤ d ≤ 50μm의 범위, 바람직하게는 0.03μm ≤ d ≤ 30μm의 범위, 특히 0.2μm ≤ d ≤ 25μm의 범위, 또는 0.3μm ≤ d ≤ 10μm의 범위인, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비정질 탄소를 포함하는 상기 외부 커버 층(3)은 a-C 유형의 비정질 탄소 층, 원소 X로 도핑된 a-C:X 유형의 비정질 탄소 층, 원소 X로 도핑된 ta-C:X 유형의 사면체 비정질 탄소 층, 금속으로 도핑된 a-C:Me 유형의 비정질 탄소 층, 금속으로 도핑된 ta-C:Me 유형의 사면체 비정질 탄소 층, 또는 금속 및 수소로 도핑된 a-C:H:Me 유형의 비정질 탄소 층, 또는 금속 및 수소로 도핑된 ta-C:H:Me 유형의 사면체 비정질 탄소 층이고, 및/또는 X는, 바람직하게는, F, Cl, B, N, O, Si로 이루어지는 원소의 그룹으로부터의 원소이고, 및/또는 Me는 원소 주기율표의 4족, 5족, 또는 6족의 하나 이상의 원소를 포함하고, 바람직하게는 원소 Al, Mo, Cr, Ti, W, Al, Cu 중 하나를 포함하는, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 커버 층(3)은 각각 상기 a-C 유형, 또는 상기 a-C:X 유형, 또는 상기 ta-C:X 유형, 또는 상기 a-C:Me 유형, 또는 상기 ta-C:Me 유형, 또는 상기 a-C:H:Me 유형, 또는 상기 ta-C:H:Me 유형의 비정질 탄소 층을 포함하는 2 개 이상의 층이고 및/또는 상기 커버 층(3) 및/또는 구배층을 포함하는 층은 상기 a-C 유형, 또는 상기 a-C:X 유형, 또는 상기 ta-C:X 유형, 또는 상기 a-C:ME 유형, 또는 상기 ta-C:Me 유형, 또는 상기 a-C:H:Me 유형, 또는 상기 ta-C:H:Me 유형의 비정질 탄소 층이고, 및/또는 상기 커버 층(3)의 2 개의 상이한 층은 상이한 sp3/sp2 비율을 가지며 및/또는 구배층에서 a sp3/sp2 비율은 상기 구배층의 두께에 걸쳐 달라지는, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 커버 층(3) 및/또는 상기 커버 층(3)의 층의 두께 Dd는 0.05μm ≤ Dd ≤ 50μm의 범위, 바람직하게는 0.05μm ≤ Dd ≤ 30μm의 범위, 특히 0.1μm ≤ Dd ≤ 20μm의 범위, 또는 0.5μm ≤ Dd 10μm의 범위, 바람직하게는 1μm ≤ Dd ≤ 5μm의 범위, 특히 바람직하게는 약 2μm이고, 및/또는 상기 커버 층(3)의 경도 Hd는 8GPa ≤ Hd ≤ 80GPa의 범위, 특히 10GPa ≤ Hd ≤ 70GPa의 범위, 또는 25GPa ≤ Hd ≤ 60GPa의 범위, 특히 바람직하게는 약 50GPa인, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 시스템(2)의 총 두께 Gd는 0.05μm ≤ Gd ≤ 100μm의 범위, 바람직하게는 0.5μm ≤ Gd ≤ 50μm의 범위, 특히 1μm ≤ Gd ≤ 10μm의 범위, 특히 바람직하게는 약 4μm이고, 및/또는 전체 코팅 시스템(2)의 총 두께 Gd에 대한 상기 커버 층(3)의 두께 Dd의 비율은 1% ≤ (Dd/Gd) ≤ 1000%의 범위, 바람직하게는 10% ≤ (Dd/Gd) ≤ 500%의 범위, 특히 20% ≤ (Dd/Gd) ≤ 200%의 범위, 특히 바람직하게는 40% ≤ (Dd/Gd) ≤ 120%의 범위이고, 및/또는 상기 전체 지지층의 경도 Hs에 대한 상기 커버 층(3)의 경도 Hd의 비율은 (Hd/Hs) = 1:5 내지 (Hd/Hs) = 4:1의 범위, 바람직하게는 (Hd/Hs) = 1:2 내지 (Hd/Hs) = 3:1의 범위, 특히 (Hd/Hs) = 1:1.5 내지 (Hd/Hs) = 2:1의 범위인, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 특히 마모 및/또는 마찰을 받는 부품의 부품, 특히 자동차 또는 내연 엔진의 부품, 특히 피스톤, 또는 피스톤 링, 밸브, 밸브 디스크, 또는 내연 엔진의 기타 부품, 또는 절삭 공구, 성형 공구, 기계가공 공구, 또는 마모 및/또는 마찰을 받는 기타 공구 등의 공구인, 다층 코팅 시스템을 갖는 기재.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 기재(1) 상에 코팅 시스템을 생성하기 위한 코팅 프로세스로서,
    상기 코팅 프로세스는 PVD 프로세스, CVD 프로세스, PA-CVD 프로세스, 스퍼터링 프로세스, 바람직하게는 HIPMS 스퍼터링 프로세스, 특히 필터링식 또는 비필터링식 아크 코팅 프로세스, 또는 전술한 코팅 프로세스 중 적어도 하나를 포함하는 조합 또는 하이브리드 프로세스를 포함하고, 및/또는 상기 전체 코팅 시스템(2)의 코팅은 비필터링식 또는 필터링식 아크 증발기에 의해 상기 기재 상에 퇴적되는, 코팅 프로세스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기재(1)는 코팅 전에 AEGD(Arc Enhanced Glow Discharge) 기술을 사용하는 이온 세정으로 아르곤 이온 및/또는 수소에 의해 상기 기재 표면 및/또는 상기 제 1 MoaNx 지지층(4)의 표면 및/또는 상기 제 2 MobNy 지지층(5)의 표면의 세정을 위해 처리되고, 바람직하게는 추가적으로 이온 처리가, 예를 들면, Cr 이온 또는 Mo 이온으로 실시되는, 코팅 프로세스.
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