RU2553803C2 - Трибология в сочетании с коррозионной стойкостью: новое семейство pvd- и pacvd-покрытий - Google Patents

Трибология в сочетании с коррозионной стойкостью: новое семейство pvd- и pacvd-покрытий Download PDF

Info

Publication number
RU2553803C2
RU2553803C2 RU2012108615/02A RU2012108615A RU2553803C2 RU 2553803 C2 RU2553803 C2 RU 2553803C2 RU 2012108615/02 A RU2012108615/02 A RU 2012108615/02A RU 2012108615 A RU2012108615 A RU 2012108615A RU 2553803 C2 RU2553803 C2 RU 2553803C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dlc
layer
substrate
containing layer
silicon
Prior art date
Application number
RU2012108615/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012108615A (ru
Inventor
Астрид ГИЗ
Original Assignee
Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах filed Critical Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах
Publication of RU2012108615A publication Critical patent/RU2012108615A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2553803C2 publication Critical patent/RU2553803C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • C23C14/025—Metallic sublayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/584—Non-reactive treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/341—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one carbide layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/343—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one DLC or an amorphous carbon based layer, the layer being doped or not
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/347—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/36—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including layers graded in composition or physical properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к стальной подложке с износостойким, коррозионно-стойким покрытием и к способу получения указанной подложки. Осуществляют подготовку стальной подложки, нанесение на указанную подложку слоя, содержащего алмазоподобный углерод (DLC) и имеющего точечные дефекты, закрывание по меньшей мере части точечных дефектов, предпочтительно их большинства, наиболее предпочтительно, по существу, всех точечных дефектов DLC-содержащего слоя слоем материала, содержащего кремний (Si) и отличного от материала, образующего DLC-содержащий слой. DLC-содержащий слой легирован кремнием, и концентрация кремния в по меньшей мере части точечных дефектов DLC-содержащего слоя выше средней концентрации кремния в DLC-содержащем слое. Улучшается коррозионная стойкость подложки без ухудшения износостойкости поверхности с покрытием. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к покрытиям, полученным способом физического осаждения из паровой фазы (PVD) и/или плазменно-химическим осаждением из паровой фазы (PACVD), имеющим хорошие трибологические характеристики и улучшенную коррозионную стойкость по сравнению с решениями предшествующего уровня. Как известно, PVD- и PACVD-покрытия обеспечивают отличные трибологические характеристики и широко применяются, например, в качестве износостойких покрытий для инструментов.
Однако из-за способа покрытия почти невозможно избежать точечных дефектов, приводящих к низкой коррозионной стойкости. Точечные дефекты возникают либо из-за морфологии тонкой пленки (границы зерен и т.д.), либо из-за роста тонкой пленки (дефекты, возникающие из-за осаждения покрытия). Поэтому для многих материалов для покрытий почти невозможно избежать точечных дефектов, если применяются методы PVD и/или PACVD. Коррозия является проблемой, особенно в воздушно-космических приложениях, так как соответствующие компоненты, такие, например, как турбины, испытывают действие жестких внешних условий, а заменять их сложно и поэтому дорого.
Одна из целей настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ получения PVD- и/или PACVD-покрытий, при котором покрытия имеют хорошие трибологические характеристики и отличную коррозионную стойкость.
Во многих случаях точечные дефекты проходят по всему покрытию - от подложки 1 к поверхности покрытия (сквозные точечные проколы). Согласно настоящему изобретению принимаются меры, чтобы избежать именно таких сквозных точечных дефектов. Неожиданно оказалось, что коррозионная стойкость резко повышалась, когда появление этих сквозных точечных дефектов предотвращалось. Покрытия, полученные согласно настоящему изобретению, имеют коррозионную стойкость свыше 150 ч в испытании на стойкость к соляному туману (EN ISO 9227:2006) по сравнению с примерно 30 ч для стандартных покрытий.
Отметим, что в соответствии с настоящим изобретением от точечных дефектов не избавляются и число их снижается необязательно, однако принимаются меры, чтобы предотвратить особые случаи сквозных точечных дефектов, которые распространяются по покрытию от подложки до внешней поверхности.
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фигуре 1, точечные дефекты закрывают, вводя дополнительно слой 5, обеспечивающий коррозионную стойкость, под, и/или в, и/или поверх функциональной кроющей системы. Для этого следует выбирать плотный изолирующий материал, который может применяться со сниженным числом точечных дефектов, предпочтительно без точечных дефектов.
Разработка авторов была сфокусирована на следующих материалах:
a) покрытия на основе Si (напыленные из содержащей Si мишени или осажденные способом PACVD, с использованием Si-содержащего предшественника);
b) различные нитриды металлов (например, нитрид алюминия или нитрид кремния);
c) различные оксиды металлов (например, оксид алюминия или оксид кремния).
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения вводится многослойная система 7 с дискретными точечными дефектами. Это показано на фигуре 2. Этого можно достичь, используя многослойные покрытия, где разные индивидуальные слои имеют существенно различающуюся морфологию и поэтому приводят к дискретному росту точечных дефектов в многослойной системе.
Например, для образования такой многослойной системы могут комбинироваться следующие материалы:
d) Cr, CrN,
e) Ti, TiN,
f) Al, AIN,
g) покрытия на основе углерода,
h) покрытия на основе кремния.
В своей статье D. Pech et al. “Duplex SiCN/DLC coating as a solution to improve fretting - Corrosion resistance of steel”, Wear (2009), doi:10.1016/j.wear.2008.12.007 авторы используют слой SiCN между подложкой и DLC-слоем (DLC - алмазоподобный углерод), чтобы улучшить адгезию DLC-слоя с подложкой, а также чтобы улучшить коррозионную стойкость стали.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы еще больше улучшить коррозионную стойкость подложки без риска для износостойкости поверхности с покрытием.
Соответствующий технический результат может быть достигнут, если обеспечить на DLC-слое верхний слой, образованный из Si-C-Н, Si-C-N или Si-C-H-N, или из их комбинаций.
Далее изобретение будет описано подробно с помощью различных вариантов осуществления.
Настоящие примеры, которые используются для объяснения и демонстрации эффекта от настоящего изобретения, относятся к слоям алмазоподобного углерода (DLC). Однако не следует думать, что объем изобретения ограничен DLC-слоями. Специалист должен знать, как перенести идеи следующих примеров на другие слоистые системы.
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения поверх DLC-слоя формируют слой Si-C-H. Основные технологические этапы покрытия такого DLC-слоя будут описаны далее. Для более подробного описания, как получать такие слои, следует обратиться к документу US 20080292812 А1, который введен в настоящее описание в качестве ссылки.
Подложки представляют собой поршневые пальцы, сделанные из стального материала 17Cr3. Это обозначение известно специалисту.
Осаждение проводилось на установке фирмы ОС Oerlikon Balzers AG. Она представляет собой установку для вакуумной обработки с вакуумной камерой, в которой используется устройство для создания низковольтного электродугового разряда (NVBE), состоящее из катода и анода, взаимосвязанное по току с катодом через дуговой генератор, причем по меньшей мере часть поверхности анода сделана из графита и нагревается до определенной температуры, чтобы избежать осаждения материала на анод. Источник ионов и/или электронов, в частности, катод низковольтного дугового разряда, установлен вблизи оси установки и соединен с выходом дугового генератора. Диск, образованный из графитового материала, также помещен вблизи оси установки, однако у противоположной относительно катода стенки камеры, причем указанный диск образует анод низковольтной дуги. При работе вблизи оси камеры между катодом и анодом устанавливается низковольтная дуга.
Предусмотрена также подача газа, что позволяет вводить такие газы, как тетраметилсилан (Si(CH3)4), обозначаемый далее TMS, который образует Si-содержащий предшественник, часто используемый в процессах нанесения DLC-покрытия, чтобы легировать DLC-слои кремнием.
После введения обрабатываемых деталей в камеру давление в камере откачивают до примерно 10-4 мбар. После установления температуры процесса и проведения этапа травления, чтобы очистить поверхность подложки, на подложку наносят слой хрома толщиной приблизительно 0,6 мкм, чтобы усилить адгезию между подложкой и DLC-слоем, который будет позднее наноситься. На следующем этапе покрытия проводится покрытие подложки DLC-слоем. Для этого покрытия низковольтная дуга работает с потоком C2H2 120 см3/мин, потоком аргона 100 см3/мин, при давлении в процессе 0,36 Па, напряжении на подложке -800 В, температуре осаждения приблизительно 290°C и продолжительности осаждения 90 минут. В результате этого осажден DLC-слой толщиной приблизительно 2,2 мкм.
Согласно настоящему изобретению поверх этого DLC-слоя в качестве наружного слоя осаждают слой Si-C-H толщиной 0,8 мкм, используя следующие параметры нанесения: использовался поток TMS 120 см3/мин при напряжении на подложке -600 В в продолжение периода осаждения 60 минут. Во время этого осаждения дуга не горела. В результате этого был образован слой Si-C-H, который сцепляется с нижележащим DLC-слоем, образуя ковалентные связи между атомами C.
Кроме того, для дальнейшего улучшения вышеописанной слоистой системы можно предусмотреть промежуточный слой между подложкой или слоем хрома и DLC-слоем, что значительно улучшает адгезию DLC-слоя к подложке или к слою хрома, если таковой имеется. В качестве адгезионного слоя может использоваться любой другой подходящий материал, такой как Cr-C, Si-C-H, Cr-Si, CrN или их комбинация. Предпочтительно промежуточный DLV-слой образован как градиентный слой на адгезионном слое, что означает, что концентрация адгезионного материала снижается, тогда как концентрация DLC-материала одновременно повышается. Это может происходить непрерывно или ступенчато.
Фигура 4 схематически показывает структуру слоистой системы согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения. Показана подложка 401, покрытая слоем хрома 403 толщиной 0,6 мкм и DLC-слоем 405 толщиной 2,2 мкм. На этом DLC-слое находится слой Si-C-H 407 толщиной 0,8 мкм.
Этот слой согласно изобретению испытывали в так называемом испытании на трение и износ по схеме штифт - диск, как описано далее. В этом испытании стальной сферой без покрытия давили на вращающийся диск, на который было нанесено испытуемое покрытие. Сферой прикладывали к диску нагрузку 30 Н, позволяя измерить коэффициент трения и проанализировать след истирания покрытия и истирания контртела. Измерения покрытий согласно изобретению сравнивались с измерениями для DLC-покрытий без наружного слоя Si-C-H.
Фигура 5 показывает коэффициент трения как функцию пройденного расстояния для стандартного DLC-покрытия (пунктирная линия) и для предлагаемой изобретением комбинации DLC-SiCH (сплошная линия). Не является совершенно удивительным тот факт, что в отношении характеристик слоистой системы по изобретению пробег оказался чуть хуже по сравнению со стандартным DLC-слоем. Как можно видеть из фигуры, коэффициент трения покрытия по изобретению чуть выше коэффициента трения стандартного DLC-покрытия. Однако это может быть связано с погрешностью измерения. Как можно видеть, измеренная кривая для покрытия по изобретению обнаруживает значительный уровень шума. Однако очень удивителен тот факт, что истирание о контртело (0,62 мкм) оказалось намного меньше для покрытия по изобретению, чем у стандартного DLC-покрытия, у которого истирание составило 0,99 мкм.
Одним возможным объяснением этого удивительного эффекта могло бы быть то, что Si-C-H материал вдавливается в точечные дефекты DLC-слоя при синфазном ходе и остается там, тогда как другие части SiCH-слоя удаляются. Эта ситуация схематически представлена на фигуре 6, показывающей по меньшей мере частично заполненные точечные дефекты 409. Благодаря гладкости, обеспечиваемой этим Si-C-H покрытием, контртело больше не чувствует резких границ, образуемых точечными дефектами DLC-содержащего слоя, так как они по меньшей мере частично заполнены Si-C-H материалом, тем самым значительно снижая истирание контртела.
Помимо поршневых пальцев авторы изобретения испытывали тройниковые трубы, валы и шпиндели, а также демпферные лампы и детали часов. Для всех этих приложений покрытие согласно рассмотренному варианту осуществления показывает улучшенные антикоррозионные характеристики, притом что характеристики износостойкости улучшаются или остаются теми же.
Раскрывается подложка, включающая слой, содержащий алмазоподобный углерод (DLC), по меньшей мере частично покрывающий поверхность подложки, отличающаяся тем, что по меньшей мере некоторые из точечных дефектов, предпочтительно большинство точечных дефектов DLC-содержащего слоя закрыты по меньшей мере одним материалом, отличным от DLC-содержащего слоя.
Указанную подложку можно охарактеризовать тем, что по меньшей мере один материал содержит Si, и тем, что если DLC-содержащий слой сам содержит Si, то есть в местах, отличных от точечных дефектов, то концентрация Si в по меньшей мере некоторых точечных дефектах DLC-содержащего слоя выше средней концентрация Si в DLC-содержащем слое.
По меньшей мере один материал может быть нанесен поверх слоя, содержащего алмазоподобный углерод, тем самым закрывая точечные дефекты.
Этот по меньшей мере один материал может быть одним из или комбинацией элементов из группы, состоящей из Si-C-H, Si-C-N, Si-C-H-N, однако предпочтителен Si-C-H.
Между DLC-содержащим слоем и подложкой можно предусмотреть адгезионный слой, причем материал адгезионного слоя предпочтительно является материалом, выбранным из группы, состоящей из хрома, Cr-C, Si-C-H, Cr-Si и Cr-N или комбинации двух или более из них.
Между DLC-слоем и подложкой может быть предусмотрен промежуточный слой, в котором концентрация DLC-материала увеличивается предпочтительно в форме градиентного слоя, наиболее предпочтительно непрерывно или ступенчато.
Описан также способ получения износостойкой и коррозионно-стойкой поверхности на подложке, причем указанный способ содержит следующие этапы:
- подготовка подложки,
- покрытие указанной подложки слоем, содержащим алмазоподобный углерод (DLC), причем указанный DLC-содержащий слой имеет точечные дефекты,
- закрывание по меньшей мере некоторых, предпочтительно большинства, наиболее предпочтительно, по существу, всех точечных дефектов DLC-содержащего слоя кроющим слоем с материалом покрытия, отличающимся от материала, образующего DLC-содержащий слой.
Способ может включать в себя этап, на котором до нанесения покрытия на DLC-содержащий слой поверхность покрывают адгезионным слоем, причем указанный адгезионный слой предпочтительно является слоем хрома.
Ссылочные позиции:
1 подложка
3 функциональная кроющая система
5 слой, обеспечивающий коррозионную стойкость
7 многослойная система
401 подложка
403 слой хрома
405 DLC-слой
407 слой Si-C-H.

Claims (9)

1. Стальная подложка, содержащая износостойкое, коррозионно-стойкое покрытие, включающее слой, содержащий алмазоподобный углерод (DLC), закрывающий, по меньшей мере частично, поверхность подложки, отличающаяся тем, что по меньшей мере, часть точечных дефектов, предпочтительно большинство точечных дефектов DLC-содержащего слоя, закрыты по меньшей мере одним содержащим кремний (Si) материалом, отличным от материала, образующего DLC-содержащий слой, и при этом DLC-содержащий слой легирован кремнием, и концентрация кремния в по меньшей мере части точечных дефектов DLC-содержащего слоя выше средней концентрации кремния в DLC-содержащем слое.
2. Подложка по п. 1, отличающаяся тем, что данный по меньшей мере один материал является одним из или комбинацией элементов из группы, состоящей из Si-C-H, Si-C-N, Si-C-H-N, предпочтительно из Si-C-H.
3. Подложка по п. 1, отличающаяся тем, что между DLC-содержащим слоем и подложкой предусмотрен адгезионный слой, причем материал адгезионного слоя предпочтительно является материалом, выбранным из группы, состоящей из хрома, Cr-С, Si-C-H, Cr-Si и Cr-N или комбинации двух или более из них.
4. Подложка по п. 2, отличающаяся тем, что между DLC-содержащим слоем и подложкой предусмотрен адгезионный слой, причем материал адгезионного слоя предпочтительно является материалом, выбранным из группы, состоящей из хрома, Cr-С, Si-C-H, Cr-Si и Cr-N или комбинации двух или более из них.
5. Подложка по п. 1 или 4, отличающаяся тем, что между
DLC-содержащим слоем и подложкой предусмотрен промежуточный слой, причем концентрация DLC-материала предпочтительно возрастает в форме градиентного слоя, наиболее предпочтительно непрерывно или ступенчато.
6. Подложка по п. 2, отличающаяся тем, что между DLC-содержащим слоем и подложкой предусмотрен промежуточный слой, причем концентрация DLC-материала предпочтительно возрастает в форме градиентного слоя, наиболее предпочтительно непрерывно или ступенчато.
7. Подложка по п. 3, отличающаяся тем, что между DLC-содержащим слоем и подложкой предусмотрен промежуточный слой, причем концентрация DLC-материала предпочтительно возрастает в форме градиентного слоя, наиболее предпочтительно непрерывно или ступенчато.
8. Способ получения стальной подложки, содержащей износостойкое, коррозионно-стойкое покрытие, включающий подготовку стальной подложки, нанесение на указанную подложку слоя, содержащего алмазоподобный углерод (DLC) и имеющего точечные дефекты, закрывание по меньшей мере части точечных дефектов, предпочтительно их большинства, наиболее предпочтительно, по существу, всех точечных дефектов DLC-содержащего слоя слоем материала, содержащего кремний (Si) и отличного от материала, образующего DLC-содержащий слой, при этом DLC-содержащий слой легирован кремнием, а концентрация кремния в по меньшей мере части точечных дефектов DLC-содержащего слоя выше средней концентрации кремния в DLC-содержащем слое.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что до нанесения DLC-содержащего слоя поверхность покрывают адгезионным слоем, причем указанный адгезионный слой предпочтительно является слоем хрома.
RU2012108615/02A 2009-08-07 2010-08-04 Трибология в сочетании с коррозионной стойкостью: новое семейство pvd- и pacvd-покрытий RU2553803C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23213709P 2009-08-07 2009-08-07
US61/232,137 2009-08-07
PCT/CH2010/000192 WO2011014974A1 (en) 2009-08-07 2010-08-04 Tribology combined with corrosion resistance: a new family of pvd- and pacvd coatings

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012108615A RU2012108615A (ru) 2013-09-20
RU2553803C2 true RU2553803C2 (ru) 2015-06-20

Family

ID=42692117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012108615/02A RU2553803C2 (ru) 2009-08-07 2010-08-04 Трибология в сочетании с коррозионной стойкостью: новое семейство pvd- и pacvd-покрытий

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9121092B2 (ru)
EP (1) EP2462254A1 (ru)
JP (1) JP6040028B2 (ru)
KR (1) KR101707259B1 (ru)
CN (1) CN102498232B (ru)
BR (1) BR112012002820A2 (ru)
IN (1) IN2012DN00944A (ru)
RU (1) RU2553803C2 (ru)
WO (1) WO2011014974A1 (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5898437B2 (ja) * 2011-09-16 2016-04-06 太陽誘電ケミカルテクノロジー株式会社 非晶質炭素膜積層部材及びその製造方法
EP2628817B1 (en) * 2012-02-15 2016-11-02 IHI Hauzer Techno Coating B.V. A coated article of martensitic steel and a method of forming a coated article of steel
JP5892814B2 (ja) * 2012-02-29 2016-03-23 住友化学株式会社 防眩フィルム作製のための金型およびその製造方法
US9139908B2 (en) * 2013-12-12 2015-09-22 The Boeing Company Gradient thin films
CN104831250A (zh) * 2015-05-29 2015-08-12 依波精品（深圳）有限公司 一种应用于手表部件的纳米电镀方法及手表部件
EP3556900B1 (en) * 2016-12-19 2024-03-27 SMC Corporation Corrosion-resistant member
FR3082527B1 (fr) * 2018-06-18 2020-09-18 Hydromecanique & Frottement Piece revetue par un revetement de carbone amorphe non-hydrogene sur une sous-couche comportant du chrome, du carbone et du silicium
CN110527971B (zh) * 2019-10-12 2021-10-26 浙江工业大学 一种以Cr/Cr-Si为过渡层在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法
CN112676128A (zh) * 2020-12-14 2021-04-20 东莞市普拉提纳米科技有限公司 一种带有抗腐蚀和耐高温性能的dlc涂层及制备工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2114210C1 (ru) * 1997-05-30 1998-06-27 Валерий Павлович Гончаренко Способ формирования углеродного алмазоподобного покрытия в вакууме
WO2005054540A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-16 Nv Bekaert Sa A layered structure
RU2288297C2 (ru) * 2001-06-22 2006-11-27 Тиссенкрупп Илектрикел Стил Ебг Гмбх Электротехническая текстурованная листовая сталь с электроизоляционным покрытием и способ получения электротехнической текстурованной листовой стали

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580164B1 (en) * 1992-07-24 1999-01-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic recording medium and its manufacturing method
DE10018143C5 (de) * 2000-04-12 2012-09-06 Oerlikon Trading Ag, Trübbach DLC-Schichtsystem sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Schichtsystems
US20070042154A1 (en) * 2003-04-08 2007-02-22 Seagate Technology Llc Self-assembled monolayer enhanced DLC coatings
US7327535B2 (en) * 2003-05-08 2008-02-05 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Hybrid coating for magnetic heads
US7244521B2 (en) * 2003-12-19 2007-07-17 Seagate Technology Llc System and method for improving corrosion resistance of magnetic media
WO2006125683A1 (en) * 2005-05-26 2006-11-30 Nv Bekaert Sa Piston ring having hard multi-layer coating
WO2008145459A1 (de) 2007-05-25 2008-12-04 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Vakuumbehandlungsanlage und vakuumbehandlungsverfahren
JP4728306B2 (ja) 2007-09-18 2011-07-20 トーカロ株式会社 静電チャック部材およびその製造方法
GB2455993B (en) * 2007-12-28 2012-09-05 Hauzer Techno Coating Bv A corrosion resistant coated article

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2114210C1 (ru) * 1997-05-30 1998-06-27 Валерий Павлович Гончаренко Способ формирования углеродного алмазоподобного покрытия в вакууме
RU2288297C2 (ru) * 2001-06-22 2006-11-27 Тиссенкрупп Илектрикел Стил Ебг Гмбх Электротехническая текстурованная листовая сталь с электроизоляционным покрытием и способ получения электротехнической текстурованной листовой стали
WO2005054540A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-16 Nv Bekaert Sa A layered structure

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.DREES et al, The electrochemical and wear behaviour of amorphous diamond-like carbon coatings and multilayered coatings in aqueous environments, Surface and coatings technology, vol. 86-87, 1996, pages 575, с.577, колонка 2, строки 24-28,с.576, колонка 2, с.580. *

Also Published As

Publication number Publication date
US9121092B2 (en) 2015-09-01
IN2012DN00944A (ru) 2015-04-10
JP2013501143A (ja) 2013-01-10
US20120161156A1 (en) 2012-06-28
CN102498232A (zh) 2012-06-13
RU2012108615A (ru) 2013-09-20
WO2011014974A1 (en) 2011-02-10
EP2462254A1 (en) 2012-06-13
KR101707259B1 (ko) 2017-02-15
KR20120038471A (ko) 2012-04-23
CN102498232B (zh) 2014-04-16
JP6040028B2 (ja) 2016-12-07
BR112012002820A2 (pt) 2016-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2553803C2 (ru) Трибология в сочетании с коррозионной стойкостью: новое семейство pvd- и pacvd-покрытий
EP2316983B1 (en) Nitrogen-containing amorphous carbon and amorphous carbon layered film, and sliding member
US7816011B2 (en) Structural material of diamond like carbon composite layers
CN110592532B (zh) 低应力非晶金刚石厚膜镀层
US20090186206A1 (en) Diamond-like carbon film for sliding parts and method for production thereof
JPH04311569A (ja) 硬質多層膜形成体およびその製造方法
JP6364685B2 (ja) ピストンリングとその製造方法
US8372524B2 (en) Coated article
CN110894605A (zh) 耐腐蚀碳基涂层
US20220002861A1 (en) Temperature resistant carbon coatings
TW201236876A (en) Vacuum depositing articles and method for making same
RU2020108294A (ru) Компонент трубопроводной арматуры с коррозионно-стойким покрытием поверхностей скольжения
EP3877569A1 (en) Ta-c based coatings with improved hardness
Boeira et al. Influence of base pressure prior to deposition on the adhesion behaviour of carbon thin films on steel
JP2003247060A (ja) 非晶質炭素被膜の製造方法及び非晶質炭素被覆摺動部品
US9657384B2 (en) DLC film coating and coated valve lifter
JP2009035584A (ja) 摺動部材
WO2017130587A1 (ja) 摺動部材及びその製造方法
JPH01132779A (ja) 硬質炭素膜被覆を施した金属基体
CN105940139B (zh) 双层氮化铬涂布的制品及相关方法
CN101550539A (zh) 一种在陶瓷阀芯表面沉积防护薄膜的方法
US8372523B2 (en) Coated article
WO2023217406A1 (en) Amorphous carbon coating for reduction of friction and wear in a slide component
JP2004010966A (ja) 硬質被膜製造方法
CN116180075A (zh) 一种低应力强结合高温绝缘涂层的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190805