WO2007115419A2 - Wear-resistant layer for parts, method for coating a part with a wear-resistant layer, and device for carrying out said method - Google Patents

Wear-resistant layer for parts, method for coating a part with a wear-resistant layer, and device for carrying out said method Download PDF

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    • C23C28/00Coating 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
    • C23C28/04Coating 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 only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044Coating 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 only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications

Definitions

  • the invention relates to a multiphase component wear protection layer according to the preamble of patent claim 1, a PVD component wear protection coating method according to the preamble of claim 8, as well as an apparatus for carrying out a component wear protection coating method according to the preamble of claim 15.
  • the invention relates to a novel improved laminate which protects components against wear, a novel process for the Verschleisstikbe- coating of components, and a device which allows this laminate with the inventive method applied to component surfaces.
  • a novel improved laminate which protects components against wear
  • a novel process for the Verschleisstikbe- coating of components and a device which allows this laminate with the inventive method applied to component surfaces.
  • the layers should have a minimum hardness of 15 Gpa, preferably 20 GPa and an adhesion of at least HF3.
  • Teer et al. again suggest that the wear rate of the layer should not exceed the value of 10'16 rn 3 / Nm, that the Vickers hardness should be above 1000VHN and the critical load in the bond should exceed 70 N and that the dry friction coefficient should be below 0.1.
  • Layers of this prior art state of the art consist of a matrix of hydrogen-containing carbon with embedded carbide crystals, with tungsten, titanium, chromium and others being used as the carbide formers.
  • a multi-load gen slaughter by modulating the concentration of the carbide crystal at a frequency of about 4 nm.
  • the method used is also the hybrid process of cathode sputtering and cathodic sputtering-activated acetylene pyrolysis, also referred to as dimpling process, the details of which are also described in DE10005612.
  • a component wear protection layer is the requirement for a minimum layer thickness on all functional surfaces.
  • the surface of components is not perfectly smooth, but has a roughness, resulting from the last processing step. This roughness is determined by standardized methods and characterized by the two parameters R 3 and R 2 .
  • the layer thickness of a component wear protection layer should be at least 4 times the R 2 value, which corresponds to a layer thickness of at least 5 ⁇ m for most components.
  • Strondl et al. instead of the carbide concentration modulation layers, multiple layers of carbide and carbon are proposed.
  • these Layers with a diamond carbon bond should be the layer thicknesses of the carbide layers 1-3 nm, preferably 2 nm and the layer thicknesses of the carbon layers 1-20 nm.
  • the layers preferably contain hydrogen.
  • Burger et al. in US6869676 use instead of the layers with carbide concentration modulation multiple layers of hard materials and carbon, wherein the Schichparan should be in the range of 1-10 nm, preferably 2-5 nm.
  • these problems can be avoided by avoiding hydrogen in contrast to the previous suggestions for improvement in the component wear protection layers, ie the layer contains no hydrogen, and suppresses the multilayer formation as far as possible.
  • An investigation of the binding character of the layers can be omitted. Since the quality of this component wear protection coating according to the invention does not depend on the two parameters carbon bond type and hydrogen content, these layers can also be applied with uniform quality to all functional surfaces of a component.
  • CVD chemical vapor deposition methods
  • PVD physical vapor deposition methods
  • a gas is introduced into the coating system which reacts with the steam introduced on the workpiece surface by physical processes.
  • gases are oxygen, nitrogen, water vapor, hydrocarbons, boranes and hydrogen sulphide or simple compounds such as carbon oxides or nitrogen oxides, in order to precipitate metal oxides, oxides, nitrides, carbides, borides, sulfides or oxycarbides and oxynitrides. If a pyrolyzed product of the introduced gas, such as free carbon or free sulfur, is also incorporated into the layers, this is referred to as hybrid processes.
  • non-reactive processes Processes in which only small amounts of reactive gas are introduced in order to avoid loss of stoichiometry are referred to as non-reactive processes.
  • the widespread industrial process of oxide coating by oxide evaporation with the addition of small amounts of oxygen may serve as an example.
  • Most of the processes for depositing metal carbon layers are ameliorative variants of the hybrid method already proposed by Hübsch and Dimigen, in which cathode sputtering of a metal or carbide is combined with plasma gaseous hydrocarbon pyrolysis, a plasma activated CVD process.
  • the improvements relate either to the process design of the CVD process as exemplified by US6372303 or the replacement of cathode sputtering by cathodic arc evaporation, as proposed by J.
  • Metalloids - also called nonmetals - are chemical elements that form covalent or ionic compounds with metals. These are the halides, the chalcogenides, nitrogen, phosphorus, arsenic, carbon, silicon, germanium and boron. (See Materials Science and Engineering: An Introduction, William D. Callister Jr., John Wiley & Sons Inc. 5th edition, section 2.4)
  • magnetron sputtering devices and cathodic arc evaporators have been used in various combinations.
  • the four physical vapor deposition devices furthermore comprise power supplies 10, 11, 12, 13, whose negative output is connected with cables 13, 14, 15, 16 to a plate of material to be introduced into the transport phase with physical processes, referred to below as the target plate.
  • the target plate is also the surface of the physical vapor sources.
  • the positive outputs of the power supplies 10, 11, 12, 13 were connected to earth.
  • the chamber was also grounded with a ground wire 18.
  • the magnetron sputtering devices and the cathodic arc evaporators were state of the art.
  • FIG. 2 schematically shows a detail of the system 1.
  • it contains a magnetron cathode sputtering device 3 and a cathodic arc evaporator 5. Details of these devices are known from the prior art.
  • the magnetron sputtering apparatus and the cathodic arc evaporator each consist of a base body 23, 24, which contains the cooling devices and the devices for generating the magnetic fields, a target plate 24, 27 and target plate fastening devices 25, 28.
  • the magnetron sputtering apparatus 3 is surrounded by an anode screen 26, while the cathodic arc evaporator is surrounded by an arc-limiting screen 29.
  • FIG. 3 shows electron microscopic multilayer films according to the prior art.
  • FIG. 3a is a bright light image with the usual magnification.
  • FIG. 3b is a high resolution detail of FIG. 3a.
  • Figure 3c shows the distribution of the element chrome for the same section as Figure 3b.
  • 3d shows the distribution of the element carbon for the same section as 3b and 3c.
  • FIG. 5 is an electron micrograph of a component wear protection layer according to the invention.
  • FIG. 6 is a greatly enlarged photomicrograph of a section in a calotte cut of a component wear protection layer according to the invention.
  • Figure 7a is a high resolution section of Figure 5.
  • Figure 7b shows the distribution of the element chrome for the same section as Figure 7a.
  • Fig. 7c shows the distribution of the element carbon for the same section as Figs. 7a and 7b.
  • FIG. 8 is an example of an arc-root-point guide according to the invention for a round cathode. It is explained in Example 12.
  • Example 1 The invention will now be explained in more detail by way of examples.
  • the examples represent preferred embodiments.
  • Example 1 The invention will now be explained in more detail by way of examples.
  • the examples represent preferred embodiments.
  • Example 1 Example 1 :
  • FIG. 1 A system as shown in FIG. 1 was used.
  • the system was equipped with 4 magnetron sputtering devices 3, 4, 5 and 6, which were equipped with target plates 24 made of chrome.
  • As power supplies 4 current controlled high voltage supplies 10, 11, 12, 13 were selected.
  • Finely ground martensitic stainless steel discs and hardened steel piston ring portions and bushings 20 of aluminum alloy common to these components were used as workpieces 19. These were cleaned by a prior art industrial cleaning method and mounted on the workpiece and component carriers 9.
  • the chamber was pumped to a pressure of 4 mPa.
  • the component carriers were set in a rotational movement 21 at a speed of 3 revolutions / minute and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22.
  • an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber.
  • the high voltage supplies 10, 11, 12, and 13 were turned on and a current of 7 amps each was set.
  • the argon gas was replaced with a 1: 4 mixture of argon: acetylene and the pressure was simultaneously raised to 1 Pa.
  • the high voltage power supplies 10, 11, 12, 13 were switched off and the system was opened. Under these conditions, an adhesive layer of 10 ⁇ m chromium had previously been deposited in an acetylene-free test.
  • Example 2 The same device was used as in Example 1 except that the method described by D. Teer et al. implement proposed improvements.
  • the magne- ton sputtering devices at positions 3, 4 and 5 were equipped with target plates made of graphite.
  • the workpieces 19, 20 were cleaned as in the previous example, charged and conditioned in argon plasma. After the conditioning step in the argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. Thereafter, the high voltage supplies 10, 11, and 12 were turned on and set a current of 6 amps each. Different coating times have been tried. However, layers with a layer thickness of more than 1.5 ⁇ m burst.
  • a fourth magnetron sputtering device was added, which was equipped with a target plate made of chromium.
  • the procedure up to and including the conditioning again corresponded to that of Example 1.
  • an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber.
  • the high voltage power supply 13 was turned on and its current set to 8 amps.
  • the high voltage supplies 10, 11, and 12 were turned on and a current of 6 amps each was set. These powers were chosen so that the rotational movements 21 generated by the rotary device movement 7 should deposit multiple layers of about 5 nm thickness of alternating chromium and carbon.
  • the component carriers were set into a rotational movement 21 with an increased speed of 10 revolutions / minute compared to Example 1 and the previous experiment, and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22.
  • a rotational speed of 10 revolutions / minute corresponds to the maximum which can be used with rotary devices 7 according to the prior art.
  • An adhesive with rock wave print on a sample of hardened stainless steel showed HF5. However, most of the spalling was observed in the film.
  • the layers according to US6726993 have too low tensile strength and ductility, which may be due to their graphitic bonding structure.
  • Graphite is known to have a particularly low tensile strength of all materials and is hardly plastically deformable.
  • Position 6 was equipped with a cathodic arc evaporator equipped with a carbon target plate.
  • power supply 12 a high-power supply KEMPPI 320 was used, as is customary in welding technology.
  • Position 5 was equipped with a cathodic arc evaporator equipped with a chromium target plate.
  • power supply 13 again a high power KEMPPI 320 was used.
  • Positions 3 and 4 were equipped with magnetron sputtering devices equipped with chromium target plates. For the power sources 10 and 11 again high voltage supplies were used. Of course, all other changes necessary to convert cathode sputtering to cathodic arc evaporation were also made.
  • the high-frequency insulated high-voltage cables 15 and 16 were replaced by copper cables with 120 mm 2 cross section.
  • the arrangement corresponded to JP 2003082458.
  • the workpieces were cleaned, charged and conditioned in argon plasma as in the previous example. After the conditioning step in the argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber.
  • the component carriers were set in a rotational movement 21 at a speed of 10 revolutions / minute and the component carrier of the cylindrically symmetrical components were additionally offset in an internal rotation 22.
  • the current sources 10 and 11 were turned on and the current was regulated to 8 amps in both. After 5 minutes, nitrogen was admitted into the chamber and the total pressure was increased to 1 Pa with this nitrogen.
  • the power source 12 was turned on and set a current of 120 A. An arc was ignited on the cathodic arc evaporator. Thereafter, the nitrogen flow and the two power sources 10 and 11 were turned off. After 45 minutes, the power source 12 was turned off. When the parts were opened, the majority of the carbon layer had broken down, that is, due to cohesive failure, parts of the layer had flaked off. The adhesion of the chromium nitride layer to the substrate and the adhesion of the carbon layer to the chromium nitride layer were satisfactory. The method corresponded to the prior art JP200382458 and WO2005 / 015065.
  • WO2005 / 015065 have not yielded a satisfactory result, the prior art methods have been tried with the layering ideas as used in other methods, in particular for CVD methods in US6869676 for PVD methods in US6726993 and for hybrid methods of Strondl et al. in EP1123989 were proposed to combine. Again, a device as in Example 4 was used. However, due to the asymmetry created by the cathodic arc evaporators over the arrangement of Example 2, it was no longer possible to provide a closed magnetic circuit for the unbalanced magnetron sputtering devices. The workpieces were cleaned, charged and conditioned in argon plasma as in the previous example.
  • an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber.
  • the component carriers were placed in a rotational movement 21 at a speed of 10 revolutions / minute and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally offset in a spin 22.
  • the current sources 10 and 11 were turned on and the current was regulated to 8 amps in both.
  • the power source 14 was turned on and a current of 120 A was set.
  • An arc was ignited on the cathodic arc evaporator 6.
  • the power sources 11, 12 and 14 were turned off.
  • the parts had been coated with a layer of 7 ⁇ m. There were no spontaneous flaking. In the adhesion test, however, cohesive flaking was noted.
  • Example 7 Again, a device as in Example 4 was used. The workpieces and components were cleaned, charged and conditioned in argon plasma as in previous examples. After the conditioning step in the argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. The component carriers were set in a rotational movement 21 at a speed of 10 revolutions / minute, and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22. The current source 13 was turned on, the current was set to 85 amps. Thereafter, an arc was ignited on the cathodic arc evaporator 5 and carried out a metal plasma conditioning, as known from the prior art.
  • the current of current source 13 was increased to 120 amps and a chrome plating was initiated by lowering the workpiece bias. Thereafter, the current sources 10 and 11 were turned on and the current was regulated at both to 6 amps. After 3 minutes, the power source 14 was turned on and a current of 120 A was set. On the cathodic arc evaporator 6, an arc was ignited. After 35 minutes, the power sources 11, 12, 13 and 14 were turned off. The parts had been coated with a layer of 8 ⁇ m. There were no spontaneous flaking. In the adhesion test, however, cohesive flaking was noted. Calotte slices were made and examined.
  • the layer had a multilayer structure with carbon lamellae of less than 2 nm thickness up to 8 nm alternating with 20 nm thick chromium layers.
  • the calotte finish showed why these layers fail in the adhesion test.
  • the chromium layers burst from the carbon layers in many places. Compared to Example 5 but a noticeable improvement was found.
  • Example 8 Again, a device as in Example 5 was used. The workpieces were cleaned, charged and conditioned in argon plasma as in previous examples. After the conditioning step in the argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. The component carriers were set in a rotational movement 21 at a speed of 10 revolutions / minute and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22. The current source 13 was turned on, the current was set to 85 amps. Thereafter, an arc was ignited on the cathodic arc evaporator 5 and carried out a metal plasma conditioning, as known from the prior art.
  • the current of current source 13 was increased to 150 amps and a chrome coating was started by lowering the workpiece bias. After 3 minutes, the power source 14 was turned on and a current of 100 A was set. On the cathodic arc evaporator 6, an arc was ignited. After 45 minutes, the current sources 13 and 14 were turned off. The parts had been coated with a layer of 7.5 ⁇ m. There were no spontaneous flaking. In the adhesion test, however, cohesive flaking was noted. Calotte slices were made and examined. The layer had a multilayer structure with carbon lamellae less than 2 nm thick up to 6 nm alternating with 10 nm thick chrome lamination layers. The calotte grinding is shown in Figure 4. He shows why these layers fail in the adhesion test. The chromium layers 34 burst from the carbon layers 33 at a plurality of locations 37. Compared to the layers of Example 7 but a noticeable improvement was found.
  • Example 9 Example 9:
  • the plant used in the previous examples was rebuilt.
  • the magnetron sputtering devices 3 and 4 were removed. So that the system was equipped only with the two cathodic arc evaporators 5 and 6 on the positions shown in Figure 1.
  • the cathodic arc evaporator 6 was equipped with a carbon target
  • the cathodic arc evaporator 5 with a chrome target.
  • the rotary device and the component carrier 9 were replaced by a new construction as follows: The rotary device allowed a rotational speed of 100 revolutions / minute. To achieve this, a new powerful engine with a corresponding gear was used. All other assemblies were also redesigned: All plain bearings were replaced by ball bearings.
  • the substrate power supply was disconnected from the motion supply and the electrical contact was made directly to the substrate receiving spindles.
  • the plug-in connections to the substrate receptacles were replaced by screw connections or, preferably, form-fitting connections. All components that were exposed to the centrifugal forces have been reinforced compared to the prior art.
  • the workpieces used were precision ground martensitic stainless steel discs and hardened steel piston ring portions and bushings 20 of aluminum alloy common to these components. These were cleaned with an industrial cleaning method according to the prior art and fixed to the workpiece and component carrier 9.
  • the chamber was pumped to a pressure of 4 mPa.
  • the component carriers were placed in a rotation movement 21 at a speed of 100 revolutions / minute and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22.
  • an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber.
  • the current source 13 was turned on, the current was set to 85 amps. Thereafter, an arc was ignited on the cathodic arc evaporator 5 and a metal plasma conditioning, as known from the prior art, performed.
  • the Current of the current source 13 is increased to 150 amps and started by lowering the workpiece bias a chrome plating.
  • the power source 14 was turned on and a current of 100 A was set.
  • Example 9 The plant was rebuilt again.
  • the cathodic arc evaporator equipped with the chrome target was moved from position 5 to position 3. Wiring and cooling water supply have been changed accordingly. Thereafter, a coating was carried out as in Example 9.
  • the parts had been coated with a layer of 8 ⁇ m. There were no spontaneous flaking.
  • Calotte cuts and cross sections for transmission electron microscopy were made and examined.
  • the transmission electron micrograph is reproduced as FIG. FIG. 5 shows that the layer has no multilayer structure. There are no carbon layers and chrome layers visible. However, you still can Recognize a composition modulation 39 with a frequency of 2 nm. This corresponds to a layer deposited during one revolution.
  • the calotte grinding is shown in FIG. You can not see a single local flaking.
  • Figure 7 shows that the layers consist essentially of chromium carbide whose grain size is in the nm range, and amorphous carbon.
  • the grain size varies irregularly in the course of the shift.
  • the layers contain no detectable metallic chromium.
  • a multi-layered structure is still partially present, but there are no longer continuous carbon louvers.
  • the layer has portions 38 in which the structure is nearly isotropic, that is, chromium carbide grains and carbon particles.
  • the size of the chromium carbide grains is in the range of 1 to 5 nm. It is also crucial that the carbon lamellae of carbide grains 39 are also interspersed in the region of the layer in which a multilayer structure still exists. The absence of continuous carbon lamellae probably results in excellent tribological properties.
  • Friction coefficient and wear rate measurement were performed on the coated wheels. Both measurements were carried out with a sintered alumina ball. A coefficient of sliding friction of 0.22 was measured. The wear rate was 3 ⁇ 10 -17 m 3 / Nm.
  • Example 11 The construction of the plant was the same as in Example 10.
  • the coating process was also the same as in Example 10. However, 3 minutes after ignition of the arc on the arc evaporator 6, nitrogen was introduced into the plant namely 160 sccm. The coating was then continued for 50 minutes with constant parameter setting. Upon opening, it was found that the parts were coated with a layer of 10 microns. There were no spontaneous flaking. The transmission electron micrograph showed that the layer has no multilayer structure. There were no carbon layers and chrome layers recognizable. However, one can still see a composition modulation with a frequency of 2 nm. This corresponds to a layer deposited during one revolution. In the Kalottenschliff you could not detect a single local flaking.
  • Friction coefficient and wear rate measurement were performed on the coated wheels. Both measurements were carried out with a sintered alumina ball. A coefficient of sliding friction of 0.20 was measured. The wear rate was 1.2 ⁇ 10 -17 m 3 / Nm.
  • the cathodic arc evaporation device 6 was rebuilt.
  • the magnetic guidance of the cathode footpoint has been changed.
  • the magnetic guidance of the cathode footpoint of Examples 4-11 is described in Figure 8a.
  • the magnetic guide of the cathode foot of Examples 4-11 had consisted of magnetic lines 39 whose vertices formed 3 rings 41.
  • the unillustrated magnetic field generating device rotated about an axis normal to the target plate, causing the rings to orbit the target plate center.
  • the cathode footpoint of a web 40 has followed, which has repeatedly left the imprinted leadership and has slowly changed from one ring to another. This magnetic field has now been replaced by a simpler one, shown in Figure 8b.
  • the vertex Points of the lines 42 of this magnetic field form a circle.
  • This magnetic field has numerous disadvantages compared with the magnetic field 8a, which will not be discussed in detail here. But, the cathode foot point performs a much faster and, above all, even circular meandering movement 43.
  • the other assemblies were left unchanged from Example 11.
  • the coating process was carried out as in Example 11 and 10 ⁇ m of layer were again deposited. Calotte cuts and cross sections for transmission electron microscopy were made and examined. The result of transmission electron microscopy is reproduced as a dark field image in FIG.
  • the structure of the layer corresponded to that of Examples 10 and 11. But the grain size varied regularly in the course of the layer.
  • This grain size variation can be observed in the dark field image taken with the chromium carbide line as "Milky Way Lanes" 44.
  • a layer with a larger particle size corresponds to one "Milky Way”.
  • the frequency of the grain size layers corresponds to the frequency of Kathodenfussticianrotation. It is believed that depending on the position of the cathode root point to the parts, the crystallite size of the deposited layer is larger or smaller. Whether the distance of the Katodenfussticians from the component surface or the angle between the connecting line from the cathode foot to the component surface and the normal to the target surface is the decisive parameter could not be determined with our device. Nor could it be determined whether the coarser grains corresponded to a shorter or longer distance. Friction coefficient and wear rate measurement were performed on the coated wheels. Both measurements were carried out with a sintered alumina ball. A coefficient of sliding friction of 0.18 was measured. The wear rate was 2 ⁇ 10 -18 m 3 / Nm.
  • the choice of the metal or the alloy will be oriented by the person skilled in the art to the conditions of use of the component.
  • carbide layers and layers of sulfides silicides and borides are conceivable.
  • sulfur, silicon and boron would be embedded.
  • the periodic variation of the concentration of the metalloid and the metals in some cases facilitates the formation of compound crystals and prevents the deposition of amorphous layers.
  • a variation with a period of 2 nm has proven to be useful.
  • the addition of nitrogen, which is likely to be in the form of a carbonitride, to the gas atmosphere in which the coating is carried out has also been proven. To ensure a low coefficient of friction, the nitrogen content of the layer should not exceed the carbon content.
  • the composition of the layer is determined by the ratio of the evaporator streams in the preferred method of Kolfbogenverdampfung for their preparation. In other methods, such as sputtering, one would use the target performance for composition optimization.
  • the optimal composition should be within a certain range. Details depend on the area of application of the component and the carbide formation during the coating. The latter can be controlled, for example, in the system chromium-carbon by the coating temperature and the workpiece preload during the coating process. A lower range of 20, preferably 40 atomic percent carbon should not be undercut to T / CH2007 / 000167
  • Wear protection layers according to the prior art were generally thin, 1-3 ⁇ m. Our experiments have shown that such thin layers are unsuitable for component wear protection, as they are rubbed too quickly at the roughness peaks. The prior art used such thin layers because the layers have insufficient mechanical properties. The last example has shown that a periodic variation of the grain size has a particularly advantageous effect on the wear rate.
  • the reactive co-evaporation process we invented can be applied to all materials consisting of compounds whose components can be vaporized by physical methods. It is naturally suitable for the deposition of carbides, bonding sulphides and silicides of the metals, but also more exotic compounds such as tellurides may be presentable by this process.
  • An essential characteristic of the method according to the invention is that the workpieces and components are exposed simultaneously or at very short intervals to the vapor of a physical metal source and a physical metalloid source. This is achieved in that the two physical vapor sources are arranged at a certain distance from each other, which of course also depends on the distance of the functional surfaces to be coated of the workpieces and components of the surfaces of the two sources. A maximum distance of 150 mm should only be exceeded if it is compensated by other plant engineering measures.
  • cathodic arc evaporators have proven particularly useful.
  • the studied example of the combination
  • Chromium / carbon the co-use of magnetron cathode sputtering devices for the production of carbon vapor had a negative effect on the mechanical properties of the layers. On the other hand improved in this
  • the use of a nitrogen-containing atmosphere has the layer properties, while the use of a hydrocarbon-containing atmosphere has degraded the layer properties.
  • a further improvement of the carbonaceous component wear protection coating has been achieved by guiding the functional surfaces of the components at fairly rapid intervals in the vicinity of the cathode footprint on the carbon target. This is achieved by a special guidance of the cathode foot of the carbon evaporating arc evaporator.
  • the illustrated but not exclusive example uses a strong magnetic field forming an elliptical channel. A particular embodiment of the ellipse is the circle.
  • the oscillatory motion normal to the axis of rotation is the projection of the path of cathode footing 43 onto the diagonal of the target plate which is normal to the axis of the turntable movement.
  • the time period of the oscillatory motion should, however, be much larger than the period in the functional surface is moved from one physical vapor source to the next. A period of 1 - 6 seconds has been proven.

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Abstract

The invention relates to a coating material which protects parts against wear, a novel method for coating parts with a wear-resistant layer, and a device that allows said coating material to be applied to part surfaces by means of the inventive method. The coating material is embodied as a multiphase material that is composed of a hard material compound and a free nonmetallic element which is provided with a low friction coefficient and very high resistance against wear caused by sliding friction. In the inventive method, multiphase materials are reactively deposited, the two components of the compound being produced with the aid of physical vapor sources. The system required for carrying out said method comprises at least two physical vapor sources that are arranged in a special manner as well as a special turntable.

Description

Bauteilverschleissschutzschicht, Bauteilverschleissschutzbeschichtungs- verfahren und Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleiss- schutzbeschichtungsverfahrensComponent wear protection layer, component wear protection coating method and apparatus for performing a component wear protection coating method
Die Erfindung betrifft eine mehrphasige Bauteilverschleissschutzschicht gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 , ein PVD - Bauteilverschleissschutzbe- schichtungsverfahren gemäss Oberbegriff des Anspruches 8, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleissschutzbeschichtungsverfahrens gemäss Oberbegriff des Anspruches 15.The invention relates to a multiphase component wear protection layer according to the preamble of patent claim 1, a PVD component wear protection coating method according to the preamble of claim 8, as well as an apparatus for carrying out a component wear protection coating method according to the preamble of claim 15.
Gegenstand der Erfindung ist ein neuartiger verbesserter Schichtstoff, der Bauteile gegen Verschleiss schützt ein neuartiges Verfahren für die Verschleissschutzbe- schichtung von Bauteilen, sowie eine Vorrichtung die es erlaubt diesen Schichtstoff mit dem erfindungsgemässen Verfahren auf Bauteiloberflächen aufzutragen. Als Bauteile werden Elemente von Maschinen, Vorrichtungen und Werkzeuge bezeichnet.The invention relates to a novel improved laminate which protects components against wear, a novel process for the Verschleissschutzbe- coating of components, and a device which allows this laminate with the inventive method applied to component surfaces. As components elements of machines, devices and tools are called.
Die Anforderungen an eine Bauteilverschleissschutzbeschichtung sind in zahlreichen Veröffentlichungen dargestellt worden und es gibt aus den letzten Jahr- zehnten eine Fülle von Lösungsvorschlägen. Das Anforderungsprofil ist hierbei bauteilspezifisch und vereint den gewichteten Widerstand gegenüber den Ver- schleissmechanismen: Abrasion, Erosion, Korrosion, Oberflächenzerrüttung, „scuffing" mit Betriebsanforderungen wie Reibkoeffizienten in bestimmten Temperaturbereichen und Medien, Benetzbarkeit mit bestimmten Flüssigkeiten, Tempe- raturbeständigkeit, Bruchzähigkeit, usw. Dabei hat sich gezeigt, dass die Ver- schleisswiderstandsanforderungen mit Hartstoffen im Sinne der Monographie von Kieffer und Benesovsky (R. Kieffer, R. Benesovsky, Hartstoffe, Springerverlag, Wien 1963) erfüllt werden können. Diese weisen aber in beinahe allen Bauteilanwendungen einen viel zu hohen Reibkoeffizienten auf, der zu Energieverlusten, Fressen und Verschleiss des Gegenkörpers führt.The requirements for a component wear protection coating have been described in numerous publications and there are many suggestions for solutions from the past decades. The requirement profile here is component-specific and combines the weighted resistance to the wear mechanisms: abrasion, erosion, corrosion, surface disruption, "scuffing" with operating requirements such as friction coefficients in certain temperature ranges and media, wettability with certain liquids, temperature resistance, fracture toughness, etc. It has been shown that the wear resistance requirements can be met with hard materials in the sense of the monograph by Kieffer and Benesovsky (R.Kieffer, R. Benesovsky, Hartstoffe, Springerverlag, Vienna 1963), but these are very popular in almost all component applications high coefficient of friction, which leads to energy loss, seizure and wear of the counter body.
Um die Anforderungen nach guten Gleiteigenschaften, also niedrigen Reibkoeffizienten zu erfüllen, werden im Stand der Technik seit 25 Jahren Kohlenstoff ent- haltende Bauteilverschleißschutzschichten, z. B. reine und modifizierte Kohlenstoffschichten, verwendet, wie dies von Hübsch und Dimigen in EP0087836 vorgeschlagen wurde. Diese Schichten weisen aber einen hohen Schichtverschleiss sowie eine ungenügende mechanische und thermische Stabilität auf. Die Verbes- serung dieser Eigenschaften ist seither der Gegenstand zahlreicher Vorschläge. Der Aufbau dieser Kohlenstoffschichten wird im Allgemeinen mit 3 Parametern beschrieben: Dem Gehalt an Wasserstoff, dem Verhältnis von sp2 - (graphitischen) Bindungen zu sp3 - (diamantischen) Bindungen, dem Anteil von Fremdstoffen - üblich sind Metalle, Silizium oder Stickstoff. Die Verbesserungsvorschläge lassen sich in 2 Gruppen einteilen: Forderungen an Bindungscharakter und/oder Wasserstoff- Stickstoffanteil, Bildung von Verbundwerkstoffen aus Kohlenstoff und Hartstoffen. Auch Kombinationen aus beiden Gruppen wurden vorgeschlagen. So wird zum Beispiel von D. Teer et al. in US6726993 vorgeschlagen, dass in der Kohlenstoff enthaltenden Bauteilverschleissschutzschicht der Kohlenstoff im Wesentlichen graphitisch gebunden sein soll. Im Gegensatz dazu schlagen C. Strondl et al. in EP1123989 vor, dass in der Kohlenstoff enthaltenden Bauteilverschleiss- schutzschicht der Kohlenstoff im Wesentlichen diamantisch gebunden sein soll. US67226993 schlägt als Prüfverfahren Ramanspektroskopie vor. Nicht das ge- ringste Problem bei diesen Vorschlägen ist, dass niemand weiss, wie man den Anteil von graphitischen und diamantischen Bindungen auf einem komplexen Bauteil bestimmen soll, jeder wohl aber weiss, dass der Schichtaufbau sehr stark von der Bauteilgeometrie abhängt, indem diese den zeitdurchschnittlichen Einfallswinkel des Dampfes auf einer bestimmten Funktionsfläche bestimmt. Diese technische Erkenntnis von der Unterschiedlichkeit des Schichtaufbaus in verschiedenen Oberflächenbereichen von Bauteilen wurde für zahlreiche Schichtsysteme beschrieben und wird zum Beispiel von G. I. van der Kolk et al. in DE10005612 genützt, um verschiedene Oberflächenbereiche mit verschiedenen Kohlenstoff enthaltenden Verschleissschutzschichten zu versehen, die verschie- dene technische Eigenschaften haben.In order to meet the requirements for good sliding properties, ie low coefficients of friction, carbon has been produced in the state of the art for 25 years. holding component wear protection layers, z. As pure and modified carbon layers, as proposed by Hübsch and Dimigen in EP0087836. However, these layers have a high layer wear and an insufficient mechanical and thermal stability. The improvement of these properties has since been the subject of numerous proposals. The structure of these carbon layers is generally described with 3 parameters: the content of hydrogen, the ratio of sp 2 - (graphitic) bonds to sp 3 - (diamond) bonds, the proportion of foreign substances - are common metals, silicon or nitrogen. The suggestions for improvement can be divided into two groups: demands on binding character and / or hydrogen-nitrogen content, formation of composite materials made of carbon and hard materials. Combinations of both groups have also been proposed. For example, D. Teer et al. in US6726993 suggested that in the carbon-containing component wear protection layer, the carbon should be substantially graphitic bound. In contrast, C. Strondl et al. in EP1123989 that in the carbon-containing component wear protection layer, the carbon should be bound substantially diamond. No. 6,722,6993 proposes Raman spectroscopy as the test method. Not the slightest problem with these proposals is that nobody knows how to determine the proportion of graphitic and diamond bonds on a complex component, but everyone knows that the layer structure depends very much on the geometry of the component, as a function of the time average Incident angle of the vapor determined on a particular functional area. This technical knowledge of the differences in the layer structure in different surface areas of components has been described for numerous layer systems and is described, for example, by GI van der Kolk et al. in DE10005612 to provide different surface areas with different carbon-containing wear protection layers having different technical properties.
Das gleiche Problem besteht bei Forderungen nach einem bestimmten Wasserstoffgehalt, wie er von O. Massler et al. in DE10018143 erhoben wurde. Der Ein- bau von Stickstoff und die Vorteile des Vorhandenseins von C-N Bindungen wurde zum Beispiel in US6726993, Spalte 4 Zeile 13 - 17 beschrieben. Der Wasserstoffgehalt einer Schicht kann zuverlässig nur an ebenen Proben ermittelt werden. Auch für den Wasserstoffgehalt haben G. I. van der Kolk et al. gezeigt, wie man ihn nutzen kann, um verschieden Oberflächenbereiche mit verschiedenen Kohlenstoff enthaltenden Verschleissschutzschichten zu versehen, die verschiedene technische Eigenschaften haben.The same problem exists with demands for a certain hydrogen content, as described by O. Massler et al. in DE10018143. The one Construction of nitrogen and the advantages of the presence of CN bonds has been described, for example, in US6726993, column 4 lines 13-17. The hydrogen content of a layer can be reliably determined only on level samples. Also for the hydrogen content GI van der Kolk et al. shown how to use it to provide various surface areas with different carbon-containing wear protective layers that have different technical properties.
Aus diesem Grund wurde auch wiederholt vorgeschlagen, nicht den Aufbau, sondern die technischen Eigenschaften der Schicht als erfindungsgemäßes Prüfkrite- rium zu verwenden. So schlagen Massler et al. vor, dass die Schichten eine Mindesthärte von 15 Gpa, vorzugsweise 20 GPa und eine Haftfestigkeit von wenigstens HF3 aufweisen sollen. Teer et al. wiederum schlagen vor, dass die Verschleißrate der Schicht den Wert von 10'16rn3/Nm nicht überschreiten soll, dass die Vickershärte über 1000VHN betragen soll und die kritische Last im Haftest 70 N übersteigen soll und dass der Trockenreibkoeffizient unter 0.1 liegen soll. G.Steffens et al. schlagen in DE19513614 vor, dass die Ultramikrohärte im Bereich von 15-40 GPa liegen soll und der Reibkoeffizient gegen einen Stahlkörper < 0.2 sein soll, während H. Holleck et al. in DE19625329 vorschlagen, Reibungszahl, Härte und thermische Leitfähigkeit zu prüfen. Dass Bauteilverschleissschutz- schichten hart sein sollen, einen niedrigen Reibungskoeffizienten haben sollen und auf den Bauteilen haften sollen ist aber nichts anderes als die Forderung nach den generischen Eigenschaften einer Bauteilverschleissschutzschicht. Dass eine Bauteilverschleissschutzschicht eine Bauteilverschleissschutzschicht sein soll, kann nicht als ausreichendes Prüfkriterium für einen Schichtaufbau genügen. Bauteilverschleissschutzschichten in Form von Verbundwerkstoffen aus Kohlenstoff und Metallen waren bereits von Hübsch und Dimigen vorgeschlagen worden. Einzelheiten zu diesen Schichten waren später von Bergmann et al. im Journal of Vacuum Science and Technology A4, 25867 ff und Le vide, les couches minces 235 Supplement S. 297 ff. veröffentlicht worden. Schichten mit diesem heute weit verbreiteten Stand der Technik bestehen aus einer Matrix aus wasserstoffhaltigem Kohlenstoff mit eingelagerten Karbidkristallen, wobei als Karbidbildner Wolfram, Titan, Chrom und andere verwendet werden. Zusätzlich bildet man eine Mehrla- genschicht, indem man die Konzentration der Karbidkriställchen mit einer Frequenz von etwa 4 nm moduliert. Als Verfahren kommt das auch Dimigenverfahren genannte Hybridverfahren aus Kathodenzerstäubung und kathodenzerstäubungs- plamaaktivierter Azetylenpyrolyse zum Einsatz, dessen Einzelheiten auch in DE10005612 beschrieben sind.For this reason, it has repeatedly been proposed not to use the structure but the technical properties of the layer as the test criterion according to the invention. Massler et al. that the layers should have a minimum hardness of 15 Gpa, preferably 20 GPa and an adhesion of at least HF3. Teer et al. again suggest that the wear rate of the layer should not exceed the value of 10'16 rn 3 / Nm, that the Vickers hardness should be above 1000VHN and the critical load in the bond should exceed 70 N and that the dry friction coefficient should be below 0.1. G. Steffen et al. propose in DE19513614 that the ultramicrohardness should be in the range of 15-40 GPa and the coefficient of friction against a steel body should be <0.2, while H. Holleck et al. in DE19625329 propose to test friction coefficient, hardness and thermal conductivity. The fact that component wear protection layers are said to be hard, to have a low coefficient of friction and to adhere to the components is nothing other than the demand for the generic properties of a component wear protection layer. The fact that a component wear protection layer should be a component wear protection layer can not be sufficient as a sufficient test criterion for a layer structure. Component wear protection layers in the form of composites of carbon and metals had already been proposed by Hübsch and Dimigen. Details of these layers were later reported by Bergmann et al. in the Journal of Vacuum Science and Technology A4, 25867 ff and Le vide, les couches minces 235 Supplement p. 297 ff. Layers of this prior art state of the art consist of a matrix of hydrogen-containing carbon with embedded carbide crystals, with tungsten, titanium, chromium and others being used as the carbide formers. In addition, a multi-load genschicht by modulating the concentration of the carbide crystal at a frequency of about 4 nm. The method used is also the hybrid process of cathode sputtering and cathodic sputtering-activated acetylene pyrolysis, also referred to as dimpling process, the details of which are also described in DE10005612.
Diese Schichten genügen in zahlreichen Anwendungen, wie zum Beispiel Gleitlagern, Rollenlagern, verschiedenen Motorenteilen wie Nockenstößeln, Nockenwellen, Kipphebeln, Kobenringen, Teilen von Benzin- und Dieseleinspritzsystemen wie Kolben, Nadeln, Einspritzdüsen - und Scheiben, Zahnrädern von Automobil- getrieben, Teilen von Hydraulikanlagen wie Ventilschiebern aber auch Formen wie Spritzguss und Kunststoffformen nicht den Anforderungen, weshalb nach Verbesserungen gesucht wurde. Zu den Anforderungen an eine Bauteilverschleiss- schutzschicht gehört die Forderung nach einer Mindestschichtstärke auf allen Funktionsflächen. Die Oberfläche von Bauteilen ist nämlich nicht perfekt glatt, sondern weist eine Rauhigkeit auf, die vom letzten Bearbeitungsschritt herrührt. Diese Rauhigkeit wird mit genormten Verfahren bestimmt und mit den beiden Kenngrößen R3 und R2 charakterisiert. Um wirksam zu sein sollte die Schichtstärke einer Bauteilverschleissschutzschicht wenigstens das 4-fache des R2 - Werts betragen, was bei den meisten Bauteilen einer Schichtstärke von wenigstens 5 μm entspricht.These coatings are sufficient in many applications such as slide bearings, roller bearings, various engine parts such as cam followers, camshafts, rocker arms, Kobenringen, parts of gasoline and diesel injection systems such as pistons, needles, injectors - and discs, gears of automotive transmissions, parts of hydraulic systems like valve pushers but also molds like injection molding and plastic molds do not meet the requirements, which is why we were looking for improvements. One of the requirements for a component wear protection layer is the requirement for a minimum layer thickness on all functional surfaces. The surface of components is not perfectly smooth, but has a roughness, resulting from the last processing step. This roughness is determined by standardized methods and characterized by the two parameters R 3 and R 2 . To be effective, the layer thickness of a component wear protection layer should be at least 4 times the R 2 value, which corresponds to a layer thickness of at least 5 μm for most components.
Um dieses Problem zu lösen schlagen Teer et al. vor, anstelle der Schichten mit Karbidkonzentrationsmodulation Mehrfachschichten aus Metall und Kohlenstoff zu verwenden. Bei diesem Schichtsystem ist zusätzlich zur graphitischen Kohlenstoffbindung eine Mindeststärke der einzelnen Schichten von wenigstens 3 nm erforderlich (Spalte 3 Zeile 34). Bei geringerer Schichtstärke besteht gemäss den Erfindern, das Risiko, dass der Kohlenstoff mit dem Metall reagiert. Das Vorhandensein von Karbiden macht die Vorteile dieses Schichtsystems zunichte. Auch leistet die Anwesenheit von Metallatomen in der Kohlenstoffschicht keinen positiven Beitrag zu den Schichteigenschaften. Diese Schichten sind bevorzugt was- serstofffrei und werden mit nichtreaktiver Kathodenzerstäubung hergestellt.To solve this problem, Teer et al. to use metal and carbon multilayers instead of the carbide concentration modulation layers. In this layer system, a minimum thickness of the individual layers of at least 3 nm is required in addition to the graphitic carbon bond (column 3 line 34). With a lower layer thickness, according to the inventors, the risk exists that the carbon reacts with the metal. The presence of carbides destroys the advantages of this layer system. Also, the presence of metal atoms in the carbon layer does not make a positive contribution to the layer properties. These layers are preferably hydrogen-free and are produced by non-reactive cathode sputtering.
Strondl et al. hingegen schlagen anstelle der Schichten mit Karbidkonzentrationsmodulation Mehrfachschichten aus Karbid und Kohlenstoff vor. Bei diesen Schichten mit einer diamantischen Kohlenstoffbindung sollen die Schichtstärken der Karbidschichten 1- 3 nm, bevorzugt 2 nm und die Schichtstärken der Kohlenstoffschichten 1 - 20 nm betragen. Bevorzugt enthalten die Schichten Wasserstoff. Auch Burger et al. in US6869676 verwenden anstelle der Schichten mit Karbidkonzentrationsmodulation Mehrfachschichten aus Hartstoffen und Kohlenstoff, wobei die Schichstärken im Bereich von 1 - 10 nm, bevorzugt 2 - 5 nm liegen sollen. Die Herstellung dieser Schichten gelingt ihnen dadurch, dass sie das PVD- Verfahren durch ein CVD-Verfahren ersetzen, also für die Abscheidung der Koh- lenstoffschichten nicht das Kathodenzerstäubungsplasma verwenden, sondern besondere Plasmaquellen einsetzen, die räumlich von den Karbidquellen getrennt ist. Die Kohlenstoffschichten enthalten Wasserstoff. Aber auch die so verbesserten Bauteilverschleissschutzschichten des Stands der Technik haben für zahlreiche Anwendungen ungenügende Eigenschaften.Strondl et al. however, instead of the carbide concentration modulation layers, multiple layers of carbide and carbon are proposed. In these Layers with a diamond carbon bond should be the layer thicknesses of the carbide layers 1-3 nm, preferably 2 nm and the layer thicknesses of the carbon layers 1-20 nm. The layers preferably contain hydrogen. Burger et al. in US6869676 use instead of the layers with carbide concentration modulation multiple layers of hard materials and carbon, wherein the Schichstärken should be in the range of 1-10 nm, preferably 2-5 nm. The production of these layers succeeds them by replacing the PVD process by a CVD process, ie not using the sputtering plasma for the deposition of the carbon layers, but instead using special plasma sources that are spatially separated from the carbide sources. The carbon layers contain hydrogen. But even the so-improved component wear protection layers of the prior art have inadequate properties for many applications.
Bei Gleitlagern und Zahnrädern sowie Motorenteilen ist die Gleitverschleissrate zu hoch, um den Anforderungen an die Lebensdauer, wie sie für moderne Automobile verlangt werden zu genügen. Bei Rollenlagern führt der Mehrlagenaufbau zu Ausfall durch Ermüdung. Bei Kolbenringen hat sich gezeigt, dass die Schichten des Stands der Technik keine Verbesserung des „Scuffing" bringen. Die Gründe für das Versagen sind mannigfach. So wurde bei der Entwicklung der Wasserstoff enthaltenden Schichten übersehen, dass deren Unbeständigkeit bei Temperaturen über 3500C auch beim Einsatz bei tieferen Temperaturen Probleme bringt. Auf Grund der Reibung entstehen regelmässig an bestimmten Stellen sogenannte Heissflecken, an denen die Oberfläche Temperaturen bis zu 800° C erreicht. Auftreten von Heissflecken ist stochastisch und mit der Oberflächenrauhigkeit des Bauteils verknüpft. Dies führt zu einer Abgabe des Wasserstoffs und einem Verlust der mechanischen Eigenschaften der Schichten. Das Zerfallsprodukt, Graphit wird rasch abgerieben. Man könnte sagen, dass die Wasserstoff enthaltenden Schichten des Stands der Technik fleckenweise abbrennen - abpyrolosieren wäre der genauere Ausdruck. Bei den wasserstofffreien graphitischen Kohlenstoffschichten wiederum, haben deren Erfinder nachgewiesen, dass sich die Schichten im Reibkontaktbereich zu turbostratischem Graphit umwandeln. Auch diese Umwandlung führt zu einem stetigen Verschleiss.For slide bearings and gears and engine parts, the sliding wear rate is too high to meet the life cycle requirements demanded by modern automobiles. In roller bearings, the multilayer structure leads to failure due to fatigue. In the case of piston rings, it has been found that the layers of the prior art do not improve the "scuffing." The reasons for the failure are manifold: for example, in the development of the hydrogen-containing layers, their instability at temperatures above 350 ° C. was also overlooked Due to friction, so-called hot spots occur regularly at certain points where the surface reaches temperatures of up to 800 ° C. The occurrence of hot spots is stochastic and linked to the surface roughness of the component The decomposition product, graphite, is rapidly abraded It could be said that the hydrogen-containing layers of the prior art burn off in spots - pyrolyzing would be the more accurate expression In turn, their inventors have proved that the layers in the frictional contact area to convert turbostratic graphite. Also this conversion leads to a constant wear.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, zumindest einige der Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.The object of the present invention is to eliminate at least some of the disadvantages of the prior art.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine merphasige Bauteileverschleiss- schutzschicht gemäss den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst, sowie nach einem Verfahren gemäss den Ansprüchen 8 und 15. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 7, 9 bis 14 und 16 bis 22 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der ERfin- dung.The object is achieved according to the invention by a mer-phase component wear protection layer according to the features of claim 1, as well as by a method according to claims 8 and 15. Dependent claims 2 to 7, 9 to 14 and 16 to 22 relate to preferred embodiments of the invention ,
Erfindungsgemäss können diese Probleme dadurch vermieden werden, dass man im Gegensatz zu den bisherigen Verbesserungsvorschlägen in den Bauteilver- schleissschutzschichten Wasserstoff vermeidet, die Schicht also kein Wasserstoff enthält, und die Mehrlagenbildung weitestmöglich unterdrückt. Eine Untersuchung des Bindungscharakters der Schichten kann entfallen. Da die Qualität dieser erfin- dungsgemässen Bauteilverschleissschutzbeschichtung nicht von den beiden Parametern Kohlenstoffbindungstyp und Wasserstoffgehalt abhängt, können diese Schichten auch mit gleichmässiger Qualität auf alle Funktionsflächen eines Bau- teils aufgebracht werden.According to the invention, these problems can be avoided by avoiding hydrogen in contrast to the previous suggestions for improvement in the component wear protection layers, ie the layer contains no hydrogen, and suppresses the multilayer formation as far as possible. An investigation of the binding character of the layers can be omitted. Since the quality of this component wear protection coating according to the invention does not depend on the two parameters carbon bond type and hydrogen content, these layers can also be applied with uniform quality to all functional surfaces of a component.
Es gibt zwei Familien von Bauteilverschleissschutzbeschichtungsverfahren für Kohlenstoff enthaltenden Bauteilverschleißschutzschichten: Chemische Bedamp- fungsverfahren, meist CVD genannt und physikalische Bedampfungungsverfah- ren, meist PVD genannt. Einzelheiten zur Unterscheidung können dem Tratte des materiaux, Band 4, Analyse et Technologie des Surfaces, Kapitel 15 (H. -J. Ma- thieu, E. Bergmann, R. Gras: Presses Polytechniques et universitaires romandes, Lausanne 2003) entnommen werden. Es gibt zahlreiche Unterscheidungsmerkmale für CVD und PVD-Verfahren, die zu eindeutigen Unterschieden im Aufbau und in den Eigenschaften der Schichten führen. Diese eindeutigen Unterschiede im Aufbau und in den Eigenschaften machen es einem Fachmann leicht, zwischen PVD-Schichten und CVD-Schichten zu unterscheiden. Als klassisches Beispiel für ein CVD-Verfahren mag die Schrift DE19513614 dienen, in der auch zahlreiche Hinweise auf den älteren Stand der Technik zu finden sind: Dabei werden die Bauteile in einen Vakuumofen auf einen elektrisch isolierten Tisch eingebracht und unter Vakuum auf eine verfahrensspezifische Tempe- ratur gebracht. Danach werden die Reaktionsgase in den Ofen eingeleitet und es wird ein bestimmter Druck eingestellt. Danach wird auf dem Tisch, auf dem die Bauteile angebracht sind, ein Plasma gezündet, indem eine Spannung angelegt wird. Zur Art der Spannung gibt es dann zahlreiche Varianten, wie dies in den anderen Beispielen DE10018143 und US6869676 ausführlich beschrieben ist. Die Nachteile der CVD-Verfahren sind ebenfalls im Traite des materiaux, Band 4 Analyse et Technologie des Surfaces, Kapitel 15 (H.-J. Mathieu, E. Bergmann, R. Gras: Presses Polytechniques et universitaires romandes, Lausanne 2003) dargestellt: Schwierigkeiten der Gasführung auf Grund des meist verwendeten Druckbereichs von 10 - 1000 Pa, indem die Strömung nicht molekular und nicht turbulent sondern laminar ist; hinzu kommen bei plasmagestützten CVD-Verfahren, wie sie für die Kohlenstoff enthaltenden Bauteilverschleissschutzschichten ausschliesslich verwendet werden, Schwierigkeiten der Kontrolle der Zusammensetzung des Gasgemischs, um Schichten mit reproduzierbarer und gleichförmiger Zusammensetzung abzuscheiden. Dieses letztere Problem ist bei Hybridverfahren noch wei- ter gesteigert aber auch positiv genutzt, wie dies in DE10005612 beschrieben ist (Irrtümlicherweise bezeichnen G. I. van der Kolk et al. ihre Kohlenwasserstoffpyrolyse als PVD).There are two families of component wear protection coating methods for carbon-containing component wear protection coatings: chemical vapor deposition methods, usually called CVD, and physical vapor deposition methods, usually called PVD. Details of the distinction can be found in the Mater of Material, Volume 4, Analysis and Technology of the Surfaces, Chapter 15 (H.-J.Martieu, E. Bergmann, R. Gras: Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne 2003). There are numerous distinguishing features for CVD and PVD processes that lead to clear differences in the structure and properties of the layers. These unique differences in construction and properties make it easy for a person skilled in the art to distinguish between PVD layers and CVD layers. As a classic example of a CVD method may serve the document DE19513614, in which also numerous references to the older state of the art can be found: The components are placed in a vacuum oven on an electrically insulated table and under vacuum to a process-specific Tempe- brought. Thereafter, the reaction gases are introduced into the furnace and it is set a certain pressure. Thereafter, a plasma is ignited on the table on which the components are mounted by applying a voltage. There are numerous variants of the type of voltage, as described in detail in the other examples DE10018143 and US6869676. The disadvantages of the CVD methods are also presented in the Trait des materiaux, Volume 4 Analysis et Technology of the Surfaces, Chapter 15 (H.-J. Mathieu, E. Bergmann, R. Gras: Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne 2003): Difficulty of gas guidance due to the most commonly used pressure range of 10 - 1000 Pa, in that the flow is not molecular and not turbulent but laminar; In addition, plasma-assisted CVD processes, such as those used exclusively for the carbon-containing component wear protection layers, have difficulty in controlling the composition of the gas mixture to deposit layers of reproducible and uniform composition. This latter problem is even further enhanced in hybrid processes but also used positively, as described in DE10005612 (GI van der Kolk et al mistakenly refer to their hydrocarbon pyrolysis as PVD).
Grundlage der physikalischen Beschichtungsverfahren ist das Einbringen von Schichtkomponenten in die Transportphase durch die physikalischen Prozesse Verdampfen, Zerstäuben und Schälen. Bei physikalischen Beschichtungsverfahren unterscheidet man bisher zwischen reaktiven und nichtreaktiven Verfahren. Bei nichtreaktiven Verfahren werden die Schichten durch Kondensation an der Bauteiloberfläche erzeugt. Werkstoffspezifisch werden bei der Kondensation gleichartige Verbindungen gebildet, wie sie auch im Ausgangsmaterial vorlagen: Bei der Verwendung einer physikalischen Dampfquelle oder der Verwendung mehrerer physikalischer Dampfquellen mit identischem Verdampfungsgut ent- spricht der Schichtwerkstoff dem Bedampfungsgutwerkstoff, die Zerstäubung von AISn20Cu Legierungstargets liefert AISn20Cu Legierungsschichten, die Verdampfung von BaTiθ3 - Tabletten liefert BaTiO3 - Schichten. Das Laserschälen von M0S2 - Targets, liefert M0S2 - Schichten. Man kann nun auch durch Kover- dampfung aus mehreren Tiegeln und/oder Zerstäubung und/oder Schälung von mehreren Bedampfungsgutwerkstoffplatten -auch „Targets" genannt - komplexere Schichten bilden. So kann man AISn20Cu - Schichten auch durch Zerstäubung von Aluminium von einem Aluminiumtarget und von Bronze von einem Bronzetarget herstellen oder (BaTiθ3 )m(SrTiθ3)n - Schichten durch Verdampfung von Ba- TiO3 und SrTiθ3 aus zwei verschiedenen Tiegeln herstellen. Dabei müssen die Kathodenzerstäubungsquellen und/oder die Tiegel so angeordnet sein, dass auf allen Funktionsflächen des Bauteils die Schichtstoffkomponenten im selben Verhältnis auftreffen. Dies wird im Stand der Technik dadurch gelöst, dass man ausschließlich physikalische Dampfquellen mit sehr kleinen Flächen, die möglichst nahe zusammen liegen, verwendet und die Werkstücke auf sehr grosser Distanz hält.The basis of physical coating processes is the incorporation of coating components into the transport phase through the physical processes of evaporation, sputtering and peeling. In the case of physical coating processes, a distinction has hitherto been made between reactive and non-reactive processes. In non-reactive processes, the layers are produced by condensation on the component surface. Depending on the material, similar compounds are formed in the condensation, as they were also present in the starting material: When using a physical vapor source or using several physical vapor sources with identical vaporization material, The coating material speaks the sputtering material, the sputtering of AISn20Cu alloy targets provides AISn20Cu alloy layers, the evaporation of BaTiθ 3 tablets provides BaTiO 3 layers. Laser peeling of M0S 2 targets provides M0S 2 layers. It is now also possible to form more complex layers by co-evaporation from several crucibles and / or atomization and / or peeling of several vapor deposition material plates, also called "targets." AISn20Cu layers can also be obtained by sputtering aluminum from an aluminum target and from bronze from a bronze target or make (BaTiO 3 ) m (SrTiO 3 ) n layers from two different crucibles by evaporation of BaTiO 3 and SrTiO 3 , with the sputtering sources and / or crucibles arranged so that they are on all functional surfaces This is achieved in the prior art by using only physical vapor sources with very small areas that are as close together as possible and keeping the workpieces at a very large distance.
Bei reaktiven Verfahren wird zusätzlich zum mit physikalischen Prozessen eingebrachten Dampf ein Gas in die Beschichtungsanlage eingelassen, das mit dem mit physikalischen Prozessen eingebrachten Dampf auf der Werkstückoberfläche reagiert. Als Gase kommen dabei Sauerstoff, Stickstoff, Wasserdampf, Kohlenwasserstoffe, Borane und Schwefelwasserstoff oder einfache Verbindungen wie Kohlen- oder Stickoxide in Betracht um aus Metalldampf Oxide, Nitride, Karbide, Boride, Sulfide, oder Oxykarbide, und Oxynitride abzuscheiden. Wird ein Pyroly- seprodukt des eingelassenen Gases wie freier Kohlenstoff oder freier Schwefel in die Schichten miteingebaut spricht man von Hybridverfahren. Verfahren, bei denen nur geringe Mengen von Reaktivgas eingebracht werden um einen Stoichio- metrieverlust zu vermeiden werden als nichtreaktive Verfahren bezeichnet. Das seit Jahrzehnten weit verbreitete industrielle Verfahren der Oxidbeschichtung durch Oxidverdampfung unter Zugabe von geringen Mengen von Sauerstoff mag als Beispiel dienen. Die meisten der Verfahren zur Abscheidung von Metall enthaltenden Kohlenstoffschichten sind verbessernde Varianten des bereits von Hübsch und Dimigen vorgeschlagenen Hybridverfahrens, bei dem die Kathodenzerstäubung eines Metalls oder Karbids mit der Plasmapyrolyse eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs, ei- nem plasmaaktivierten CVD-Verfahren kombiniert wird. Die Verbesserungen betreffen dabei entweder die Verfahrensausgestaltung des CVD-Verfahrens wie beispielhaft US6372303 oder den Ersatz der Kathodenzerstäubung durch die kathodische Lichtbogenverdampfung, wie dies J. Lauzarita und A. Alberdi in EP0607736 oder Wang Da-Yung in TW495553 oder Sato Toshiki in JP2001172763 vorgeschlagen haben. Auch ein Kombinationshybridverfahren wurde von I. Yoshinori und U. Yoshinaru in JP2003082458 vorgeschlagen. Die andere Lehre wird von D.Teer et al. in US6726993 vertreten, die ein reines PVD- Verfahren vorschlagen, in ihrem Fall die Kathodenzerstäubung. Die Anlagen des Stands der Technik sind zum Beispiel in DE10005612 oder US6726993 beschrie- ben. In beiden Fällen können als physikalische Dampfquellen auch Laserschäleinrichtungen oder Lichtbogenverdampfer eingesetzt werden, wie dies zum Beispiel in US6869676 beschrieben wird. Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in diesen Anlagen aber nicht möglich. Das erfindungsgemässe Verfahren erfordert wesentliche Änderungen der Vorrichtungskonstruktion, die sichern, dass keine Mehrlagenschichten abgeschieden werden, für die diese Anlagen des Stands der Technik ja konzipiert wurden. Einzelheiten werden an Hand der Beispiele erläutert.In reactive processes, in addition to the steam introduced with physical processes, a gas is introduced into the coating system which reacts with the steam introduced on the workpiece surface by physical processes. Suitable gases are oxygen, nitrogen, water vapor, hydrocarbons, boranes and hydrogen sulphide or simple compounds such as carbon oxides or nitrogen oxides, in order to precipitate metal oxides, oxides, nitrides, carbides, borides, sulfides or oxycarbides and oxynitrides. If a pyrolyzed product of the introduced gas, such as free carbon or free sulfur, is also incorporated into the layers, this is referred to as hybrid processes. Processes in which only small amounts of reactive gas are introduced in order to avoid loss of stoichiometry are referred to as non-reactive processes. For decades, the widespread industrial process of oxide coating by oxide evaporation with the addition of small amounts of oxygen may serve as an example. Most of the processes for depositing metal carbon layers are ameliorative variants of the hybrid method already proposed by Hübsch and Dimigen, in which cathode sputtering of a metal or carbide is combined with plasma gaseous hydrocarbon pyrolysis, a plasma activated CVD process. The improvements relate either to the process design of the CVD process as exemplified by US6372303 or the replacement of cathode sputtering by cathodic arc evaporation, as proposed by J. Lauzarita and A. Alberdi in EP0607736 or Wang Da-Yung in TW495553 or Sato Toshiki in JP2001172763. Also, a combination hybrid method has been proposed by I. Yoshinori and U. Yoshinaru in JP2003082458. The other teaching is described by D.Teer et al. in US6726993, who propose a pure PVD process, in their case the sputtering. The systems of the prior art are described, for example, in DE10005612 or US6726993. In both cases it is also possible to use laser peeling devices or arc evaporators as physical vapor sources, as described, for example, in US Pat. No. 6,869,676. The implementation of the inventive method is not possible in these systems. The method according to the invention requires substantial changes in the device design which ensure that no multilayers are deposited for which these prior art systems have been designed. Details will be explained with reference to examples.
Wir haben gefunden, dass die Probleme des raschen Verschleisses der Bauteil- verschleissschutzschichten des Stands der Technik alle auf den ungenügenden Verschleisswiderstand der in diesen Schichten verwendeten wasserstoffhaltigen Kohlenstoffmatrix oder der Kohlenstoffschichten zurückgeführt werden können. Es hat sich gezeigt, dass wenn man das Vorhandensein von Kohlenstoffschichten vermeidet, die Bauteilverschleissschutzschichten wesentlich verschleissfester sind und dass dies ohne eine nachteilige Erhöhung des Reibkoeffizienten erreicht werden kann, wie dies bei den Bauteilverschleissschutzschichten des Stands der Technik der Fall gewesen war. Ausgangspunkt der Erfindung war die Idee gewe- sen, die als ausgezeichnet beschriebenen Verschleisseigenschaften von mit Kathodenverdampfung abgeschiedenen Kohlenstoffschichten für Gleitelemente, wie sie von R. P. Welty et al. in WO2005/015065 beschrieben werden als Ausgangspunkt für eine der metallhaltigen Kohlenstoffschichten, wie sie im Stand der Tech- nik beschrieben sind zu verwenden und so eine geeignete Schicht für Bauteile zu entwickeln.We have found that the problems of rapid wear of the prior art component wear protective layers can all be attributed to the inadequate wear resistance of the hydrogen-containing carbon matrix or layers used in these layers. It has been found that by avoiding the presence of carbon layers, the component wear protective layers are much more resistant to wear and this can be achieved without adversely increasing the coefficient of friction, as has been the case in the prior art component wear protection layers. The starting point of the invention was the idea The wear characteristics of cathodic evaporation deposited carbon layers for sliding elements, described as excellent by RP Welty et al. WO2005 / 015065 described as starting point for one of the metal-containing carbon layers, as they are described in the prior art nik technology to use and so to develop a suitable layer for components.
Definitionen:definitions:
Metalloide - auch Nichtmetalle genannt - sind chemische Elemente, die mit Me- tallen kovalente oder ionische Verbindungen bilden. Es sind dies die Halogenide, die Chalkogenide, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Silizium, Germanium und Bor. (Siehe Materials Science and Engineering : An Introduction, William D. Callister Jr. , John Wiley & Sons Inc. 5th edition, section 2.4)Metalloids - also called nonmetals - are chemical elements that form covalent or ionic compounds with metals. These are the halides, the chalcogenides, nitrogen, phosphorus, arsenic, carbon, silicon, germanium and boron. (See Materials Science and Engineering: An Introduction, William D. Callister Jr., John Wiley & Sons Inc. 5th edition, section 2.4)
Alle Substanzen treten als verschiedene Phasen in Erscheinung. Phasen sind : Gas, Flüssigkeit, Kristalle verschiedener Symmetrie. Die Zahl der Phase, unter denen eine Substanz auftreten kann wird durch die Gibbs'sche Phasenregel bestimmt. Ein Werkstoff besteht au seiner oder mehreren Phasen einer oder mehrerer Substanzen. Entsprechend wird er als einphasig, zweiphasig, dreiphasig, etc. bezeichnet. Alle nicht einphasigen Werkstoffe werden auch als mehrphasig bezeichnet,All substances appear as different phases. Phases are: gas, liquid, crystals of different symmetry. The number of phases under which a substance can occur is determined by the Gibbs phase rule. A material consists of one or more phases of one or more substances. Accordingly, it is referred to as single-phase, two-phase, three-phase, etc. All non-single-phase materials are also referred to as multiphase
Die Erfindung wird nun nachfolgend beispielsweise und mit schematischen Figuren für bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be explained in more detail below, for example, and with schematic figures for preferred embodiments. Show it:
Figur 1 zeigt eine zylindrische Beschichtungskammer 1. Sie entspricht der Vorrichtung, die in JP 2003082458 verwendet wurde. Sie ist mit Einrichtungen zur Erzeugung von Vakuum, die am Pumpstutzen 2 angeschlossen sind, und Einrichtungen zur Überwachung des Vakuums, die im Bild nicht gezeigt sind, ausge- rüstet. In ihrem Zentrum befindet sich eine Drehvorrichtung 7, an die Werkstück- und/oder Bauteildrehträger 9 befestigt sind. Auf diesen Werkstück- und Bauteilträgern sind wiederum die Werkstücke 19 und Bauteile 20 befestigt. Die Drehvor- richtung 7 ist so aufgebaut, dass sie sowohl alle Werkstückträger in die gleiche Drehbewegung 21 versetzt, wie auch den einzelnen Werkstückträgem eine Eigenrotation 22 verleiht. Der Boden der Beschichtungskammer kann mit verschiedenen physikalischen Dampfquellen 3, 4, 5, 6 ausgerüstet werden. In diesem und den folgenden Beispielen wurden Magnetronkathodenzerstäubungseinrichtungen und kathodische Lichtbogenverdampfer in verschiedenen Kombinationen eingesetzt. Die vier physikalischen Bedampfungseinrichtungen umfassen weiterhin Stromversorgungen 10, 11 , 12, 13, deren negativer Ausgang mit Kabeln 13, 14, 15, 16 an eine Platte aus mit physikalischen Prozessen in die Transportphase einzubringen- dem Werkstoff, im Folgenden Targetplatte genannt, angeschlossen ist, deren Oberfläche den Werkstück- und/oder Bauteilträgern 9 zugewandt ist. Die Targetplatte ist auch die Oberfläche der physikalischen Dampfquellen. Die positiven Ausgänge der Stromversorgungen 10, 11 , 12, 13 waren an die Erde angeschlossen. Auch die Kammer wurde mit einem Erdungskabel 18 auf Erdpotential gelegt. Die Magnetronkathodenzerstäubungseinrichtungen und die kathodischen Lichtbogenverdampfer entsprachen dem Stand der Technik. Die Drehvorrichtung 7 beinhaltet auch ein Gasgemischeinlasssystem 8, mit Hilfe dessen von Massenfluss- reglem erzeugte Gasgemische in die Anlage eingelassen werden können. Es ist für den Fachmann klar, dass diese Beschichtungskammer auch anders aufgebaut werden kann zum Beispiel wie inJP2003082458 oder in US6726993 beschrieben - in letzterem Fall wären die vier 4 physikalischen Dampfquellen als ungleichgewichtige einen geschlossenen Magnetkreis bildende Magnetronkathodenzerstäu- bungseinrichtungen auszubilden - , und wie die Erfindungen auf andere Anlagengeometrien übertragen werden müssen.Figure 1 shows a cylindrical coating chamber 1. It corresponds to the device used in JP2003082458. It is equipped with means for generating vacuum, which are connected to the pump nozzle 2, and devices for monitoring the vacuum, which are not shown in the picture, equipped. In its center is a turning device 7, are attached to the workpiece and / or component rotary support 9. In turn, the workpieces 19 and components 20 are fastened to these workpiece and component carriers. The rotation Direction 7 is constructed so that they both put all the workpiece carrier in the same rotational movement 21, as well as the individual Werkstückträgem a self-rotation 22 gives. The bottom of the coating chamber can be equipped with various physical vapor sources 3, 4, 5, 6. In this and the following examples, magnetron sputtering devices and cathodic arc evaporators have been used in various combinations. The four physical vapor deposition devices furthermore comprise power supplies 10, 11, 12, 13, whose negative output is connected with cables 13, 14, 15, 16 to a plate of material to be introduced into the transport phase with physical processes, referred to below as the target plate. the surface of which faces the workpiece and / or component carriers 9. The target plate is also the surface of the physical vapor sources. The positive outputs of the power supplies 10, 11, 12, 13 were connected to earth. The chamber was also grounded with a ground wire 18. The magnetron sputtering devices and the cathodic arc evaporators were state of the art. The rotating device 7 also includes a gas mixture inlet system 8, by means of which gas mixtures generated by mass flow regulators can be introduced into the plant. It will be clear to those skilled in the art that this coating chamber may be constructed differently, for example as described in JP2003082458 or US6726993 - in the latter case, the four 4 physical vapor sources would form unbalanced magnetron sputtering magnetic field forming devices - and like the inventions other system geometries must be transferred.
Figur 2 zeigt schematisch eine Einzelheit der Anlage 1. Beispielhaft enthält sie eine Magnetronkathodenzerstäubungseinrichtung 3 und einen kathodischen Lichtbogenverdampfer 5. Einzelheiten dieser Einrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Magnetronkathodenzerstäubungseinrichtung und der katho- dische Lichtbogenverdampfer bestehen jeweils aus einem Grundkörper 23, 24, der die Kühleinrichtungen und die Einrichtungen zur Erzeugung der Magnetfelder enthält, einer Targetplatte 24, 27 sowie Targetplattenbefestigungsvorrichtungen 25, 28. Die Magnetronkathodenzerstäubungseinrichtung 3 ist von einem Anoden- schirm 26 umgeben, während der kathodische Lichtbogenverdampfer von einem Lichtbogenbegrenzungsschirm 29 umgeben ist.FIG. 2 schematically shows a detail of the system 1. By way of example, it contains a magnetron cathode sputtering device 3 and a cathodic arc evaporator 5. Details of these devices are known from the prior art. The magnetron sputtering apparatus and the cathodic arc evaporator each consist of a base body 23, 24, which contains the cooling devices and the devices for generating the magnetic fields, a target plate 24, 27 and target plate fastening devices 25, 28. The magnetron sputtering apparatus 3 is surrounded by an anode screen 26, while the cathodic arc evaporator is surrounded by an arc-limiting screen 29.
Die Figuren 3 - 8 sind elektronen- und lichtmikroskopische Aufnahmen von erfin- dungsgemässen Schichten und Schichten, die dem Stand der Technik entsprechen. Sie werden anhand der Beispiele erläutert.FIGS. 3 to 8 are electron and light microscope photographs of layers and layers according to the invention which correspond to the prior art. They will be explained using the examples.
Figur 3 zeigt elektronenmikroskopische Mehrlagenschichten gemäss dem Stand der Technik. Figur 3a ist eine Helllichtaufnahme mit üblicher Vergrösserung. Figur 3b ist ein mit Hochauflösung dargestellter Ausschnitt aus 3a. 3c zeigt für den gleichen Ausschnitt wie 3b die Verteilung des Elements Chrom. 3d zeigt für den gleichen Ausschnitt wie 3b und 3c die Verteilung des Elements Kohlenstoff.FIG. 3 shows electron microscopic multilayer films according to the prior art. FIG. 3a is a bright light image with the usual magnification. FIG. 3b is a high resolution detail of FIG. 3a. Figure 3c shows the distribution of the element chrome for the same section as Figure 3b. 3d shows the distribution of the element carbon for the same section as 3b and 3c.
Figur 4 ist eine stark vergrösserte lichtmikroskopische Aufnahme eines Aus- Schnitts in einem Kalottenschliff.FIG. 4 is a greatly enlarged photomicrograph of a section in a calotte cut.
Bild 5 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer erfindungsgemässen Bauteilverschleißschutzschicht.FIG. 5 is an electron micrograph of a component wear protection layer according to the invention.
Figur 6 ist eine stark vergrösserte lichtmikroskopische Aufnahme eines Ausschnitts in einem Kalottenschliff einer erfindungsgemässen Bauteilverschleißschutzschicht.FIG. 6 is a greatly enlarged photomicrograph of a section in a calotte cut of a component wear protection layer according to the invention.
Figur 7a ist ein mit Hochauflösung dargestellter Ausschnitt aus 5. 7b zeigt für den gleichen Ausschnitt wie 7a die Verteilung des Elements Chrom. 7c zeigt für den gleichen Ausschnitt wie 7a und 7b die Verteilung des Elements Kohlenstoff.Figure 7a is a high resolution section of Figure 5. Figure 7b shows the distribution of the element chrome for the same section as Figure 7a. Fig. 7c shows the distribution of the element carbon for the same section as Figs. 7a and 7b.
Figur 8 ist ein Beispiel einer erfindungsgemässen Lichtbogenfusspunktführung für eine Rundkathode. Sie wird in Beispiel 12 erläutert.FIG. 8 is an example of an arc-root-point guide according to the invention for a round cathode. It is explained in Example 12.
Die Erfindung wird nun nachfolgend an Beispielen zusätzlich näher erläutert. Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar. Beispiel 1 :The invention will now be explained in more detail by way of examples. The examples represent preferred embodiments. Example 1 :
Es wurde eine Anlage wie in Figur 1 gezeigt verwendet. In einem ersten Versuch wurde versucht, Schichten gemäss dem Stand der Technik abzuscheiden. Dazu wurde die Anlage mit 4 Magnetronkathodenzerstäubungseinrichtungen 3, 4, 5 und 6, die mit Targetplatten 24 aus Chrom bestückt waren, ausgerüstet. Als Stromversorgungen wurden 4 stromgeregelte Hochspannungsversorgungen 10, 11 , 12, 13 gewählt. Als Werkstücke 19 wurden feingeschliffene Scheiben aus martensiti- schem rostfreiem Stahl und Kolbenringabschnitte aus gehärtetem Stahl und Buch- sen 20 aus einer für diese Bauteile gängigen Aluminiumlegierung verwendet. Diese wurden mit einem industriellen Reinigungsverfahren gemäß dem Stand der Technik gereinigt und auf die Werkstück- und Bauteilträger 9 befestigt. Die Kammer wurde auf einen Druck von 4 mPa abgepumpt. Die Bauteilträger wurden in eine Rotationsbewegung 21 mit einer Geschwindigkeit von 3 Umdrehung/Minute versetzt und die Bauteilträger der zylindersymmetrischen Bauteile wurden zusätzlich in eine Eigendrehung 22 versetzt. Nach einem Konditionierungsschritt in einem Argonplasma wurde in der Kammer ein Argondruck von 0.3 Pa eingestellt. Danach wurden die Hochspannungsversorgungen 10, 11 , 12, und 13 eingeschaltet und ein Strom von jeweils 7 Ampere eingestellt. Nach 10 Minuten wurde das Argongas durch ein Gemisch aus Argon : Azetylen im Verhältnis von 1:4 ersetzt und der Druck wurde gleichzeitig auf 1 Pa erhöht. Nach 1 Stunde wurde die Hochspannungsversorgungen 10, 11 , 12, 13 abgeschaltet und die Anlage geöffnet. Unter diesen Bedingungen war zuvor in einem Testversuch ohne Azetylen eine haftende Schicht von 10 μm Chrom abgeschieden worden. Auf den Werkstücken befanden sich Schichtfragmente unterschiedlicher Stärke. Der Kammerboden war mit schwarzen Schichtsplittern bedeckt. Genauere Untersuchungen zeigten, dass auf den Teilen sehr wohl eine Schicht aus einer Kohlenstoffmatrix mit eingeschlossenen Karbidkristallen gemäß dem Stand der Technik abgeschieden worden war, dass aber diese Schicht in sich abplatzte, da offenbar ihre Dehnungsfe- stigkeit ungenügend war. Die Haftung der Chromunterschicht war tadellos. Versuche zur Verbesserung durch Ändern der Substratspannung oder des Übergangs von der Chrombeschichtung zur Beschichtung mit Chrom enthaltendem Kohlen- stoff brachten keine wesentliche Verbesserung. Auch die Abscheidung von Mehrfachschichten brachte nur eine unwesentliche Verbesserung. Diese waren erzeugt worden, indem periodisch nach jeweils 40 Sekunden der Azetylenfluss für 40 Sekunden unterbrochen wurde.A system as shown in FIG. 1 was used. In a first attempt, attempts were made to deposit layers according to the prior art. For this purpose, the system was equipped with 4 magnetron sputtering devices 3, 4, 5 and 6, which were equipped with target plates 24 made of chrome. As power supplies 4 current controlled high voltage supplies 10, 11, 12, 13 were selected. Finely ground martensitic stainless steel discs and hardened steel piston ring portions and bushings 20 of aluminum alloy common to these components were used as workpieces 19. These were cleaned by a prior art industrial cleaning method and mounted on the workpiece and component carriers 9. The chamber was pumped to a pressure of 4 mPa. The component carriers were set in a rotational movement 21 at a speed of 3 revolutions / minute and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22. After a conditioning step in an argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. Thereafter, the high voltage supplies 10, 11, 12, and 13 were turned on and a current of 7 amps each was set. After 10 minutes, the argon gas was replaced with a 1: 4 mixture of argon: acetylene and the pressure was simultaneously raised to 1 Pa. After 1 hour, the high voltage power supplies 10, 11, 12, 13 were switched off and the system was opened. Under these conditions, an adhesive layer of 10 μm chromium had previously been deposited in an acetylene-free test. On the workpieces were layer fragments of different thicknesses. The floor of the chamber was covered with black stratified fragments. More detailed investigations showed that a layer of a carbon matrix with enclosed carbide crystals according to the prior art had been deposited on the parts, but that this layer peeled off in itself, since apparently its elongation strength was insufficient. The adhesion of the chrome undercoat was impeccable. Attempts to improve by changing the substrate stress or the transition from the chromium coating to the coating with chromium-containing carbon. material did not bring any significant improvement. Even the deposition of multilayers brought only an insignificant improvement. These were generated by periodically stopping the acetylene flow for 40 seconds every 40 seconds.
Beispiel 2:Example 2:
Es wurde die gleiche Vorrichtung wie in Beispiel 1 verwendet, nur wurde versucht die von D. Teer et al. vorgeschlagenen Verbesserungen umzusetzen. Die Magne- tronkathodenzerstäubungseinrichtungen auf den Positionen 3, 4 und 5 wurden mit Targetplatten aus Graphit bestückt. Die Werkstücke 19, 20 wurden wie im vorhergegangenen Beispiel gereinigt, geladen und im Argonplasma konditioniert. Nach dem Konditionierungsschritt im Argonplasma wurde in der Kammer ein Argondruck von 0.3 Pa eingestellt. Danach wurden die Hochspannungsversorgungen 10, 11 , und 12 eingeschaltet und ein Strom von jeweils 6 Ampere eingestellt. Es wurden verschiedene Beschichtungszeiten versucht. Schichten mit mehr als 1.5 μm Schichtstärke platzten aber ab. Danach wurde auf Position 6 eine vierte Ma- gnetronkathodenzerstäubungseinrichtung hinzugefügt, die mit einer Targetplatte aus Chrom bestückt war. Das Vorgehen bis und einschließlich der Konditionierung entsprach wiederum dem aus Beispiel 1. Nach dem Konditionierungsschritt im Argonplasma wurde in der Kammer ein Argondruck von 0.3 Pa eingestellt. Danach wurde die Hochspannungsversorgung 13 eingeschaltet und ihr Strom auf 8 Ampere eingestellt. Nach 10 Minuten wurden die Hochspannungsversorgungen 10, 11, und 12 eingeschaltet und ein Strom von jeweils 6 Ampere eingestellt. Diese Leistungen waren so gewählt, damit die durch die von der Drehvorrichtungs- bewegung 7 erzeugten Drehbewegungen 21 Mehrfachschichten von etwa 5 nm Stärke aus abwechselnd Chrom und Kohlenstoff abgeschieden werden sollten. Die Bauteilträger wurden in eine Rotationsbewegung 21 mit einer gegenüber Beispiel 1 und dem vorangegangenen Versuch erhöhten Geschwindigkeit von 10 Umdrehung/Minute versetzt und die Bauteilträger der zylindersymmetrischen Bauteile wurden zusätzlich in eine Eigendrehung 22 versetzt. Eine Drehgeschwindigkeit von 10 Umdrehungen/Minute entspricht dem Maximum, das mit Drehvorrichtungen 7 gemäß dem Stand der Technik verwendet werden kann. Es wurden verschieden Beschichtungszeiten versucht. Es konnten nur Schichten von weniger als 5 μm ohne Abplatzungen abgeschieden werden. Ein Haftest mit Rockwelleindruck auf einer Probe aus gehärtetem rostfreien Stahl zeigte HF 5. Die meisten Abplatzungen wurden aber in der Schicht beobachtet. Offensichtlich haben die Schichten gemäß US6726993 eine zu geringe Zugfestigkeit und Verformbarkeit, was an ihrer graphitischen Bindungsstruktur liegen mag. Graphit hat bekanntlich unter allen Werkstoffen eine besonders geringe Zugfestigkeit und ist kaum plastisch verformbar.The same device was used as in Example 1 except that the method described by D. Teer et al. implement proposed improvements. The magne- ton sputtering devices at positions 3, 4 and 5 were equipped with target plates made of graphite. The workpieces 19, 20 were cleaned as in the previous example, charged and conditioned in argon plasma. After the conditioning step in the argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. Thereafter, the high voltage supplies 10, 11, and 12 were turned on and set a current of 6 amps each. Different coating times have been tried. However, layers with a layer thickness of more than 1.5 μm burst. Thereafter, at position 6, a fourth magnetron sputtering device was added, which was equipped with a target plate made of chromium. The procedure up to and including the conditioning again corresponded to that of Example 1. After the conditioning step in argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. Thereafter, the high voltage power supply 13 was turned on and its current set to 8 amps. After 10 minutes, the high voltage supplies 10, 11, and 12 were turned on and a current of 6 amps each was set. These powers were chosen so that the rotational movements 21 generated by the rotary device movement 7 should deposit multiple layers of about 5 nm thickness of alternating chromium and carbon. The component carriers were set into a rotational movement 21 with an increased speed of 10 revolutions / minute compared to Example 1 and the previous experiment, and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22. A rotational speed of 10 revolutions / minute corresponds to the maximum which can be used with rotary devices 7 according to the prior art. There were tried different coating times. Only layers of less than 5 μm could be deposited without flaking. An adhesive with rock wave print on a sample of hardened stainless steel showed HF5. However, most of the spalling was observed in the film. Obviously, the layers according to US6726993 have too low tensile strength and ductility, which may be due to their graphitic bonding structure. Graphite is known to have a particularly low tensile strength of all materials and is hardly plastically deformable.
Um die Probleme zu lösen, wollten wir die graphitische durch diamantische Bindung ersetzen und haben die Magnetronkathodenzerstäubung des Graphits durch kathodische Lichtbogenverdampfung ersetzt, wie dies im Stand der Technik von Welty et al. speziell auch für Gleitanwendungen empfohlen wird.To solve the problems, we wanted to replace the graphitic with diamond bonding and replaced the magnetron sputtering of graphite by cathodic arc evaporation, as described in the prior art by Welty et al. especially recommended for sliding applications.
Beispiel 4:Example 4:
Es wurde wiederum eine Vorrichtung wie in Beispiel 1 verwendet. Position 6 wurde mit einem kathodischen Lichtbogenverdampfer, der mit einer Targetplatte aus Kohlenstoff bestückt war, ausgerüstet. Als Stromversorgung 12 wurde eine Hochstromversorgung KEMPPI 320 eingesetzt, wie sie in der Schweißtechnik üblich ist. Position 5 wurde mit einem kathodischen Lichtbogenverdampfer, der mit einer Targetplatte aus Chrom bestückt war, ausgerüstet. Als Stromversorgung 13 wurde wiederum eine Hochstromversorgung KEMPPI 320 eingesetzt. Die Positionen 3 und 4 wurden mit Magnetronkathodenzerstäubungseinrichtungen, die mit Targetplatten aus Chrom bestückt waren, ausgerüstet. Für die Stromquellen 10 und 11 wurden wiederum Hochspannungsversorgungen verwendet. Selbstverständlich wurden auch alle übrigen beim Umstellen von Kathodenzerstäubung auf kathodische Lichtbogenverdampfung nötigen Änderungen vorgenommen. So wurden zum Beispiel die hochfrequenzisolierten Hochspannungskabel 15 und 16 durch Kupferkabel mit 120 mm2 Querschnitt ersetzt. Die Anordnung entsprach JP 2003082458. Die Werkstücke wurden wie im vorhergegangenen Beispiel gereinigt, geladen und im Argonplasma konditioniert. Nach dem Konditionierungsschritt im Argonplasma wurde in der Kammer ein Argondruck von 0.3 Pa eingestellt. Die Bauteilträger wurden in eine Rotationsbewegung 21 mit einer Geschwindigkeit von 10 Umdrehung/Minute versetzt und die Bauteilträger der zylindersymmetrischen Bauteile wurden zusätzlich in eine Eigendrehung 22 versetzt. Die Stromquellen 10 und 11 wurden eingeschaltet und der Strom wurde bei beiden auf 8 Ampere geregelt. Nach 5 Minuten wurde Stickstoff in die Kammer eingelassen, und der Gesamtdruck wurde mit diesem Stickstoff auf 1 Pa erhöht. Nach 20 Minuten wurde die Stromquelle 12 eingeschaltet und ein Strom von 120 A gestellt. Auf dem kathodischen Lichtbogenverdampfer wurde ein Lichtbogen gezündet. Danach wurden der Stickstofffluss und die beiden Stromquellen 10 und 11 abgeschaltet. Nach 45 Mi- nuten wurde die Stromquelle 12 abgeschaltet. Beim Öffnen der Teile war der Grossteil der Kohlenstoffschicht abzerplatzt, das heißt durch kohäsives Versagen waren Teile der Schicht abgeplatzt. Die Haftung der Chromnitridschicht auf dem Untergrund und die Haftung der Kohlenstoffschicht auf der Chromnitridschicht waren zufriedenstellend. Das Verfahren entsprach dem Stand der Technik JP200382458 und WO2005/015065.Again, a device as in Example 1 was used. Position 6 was equipped with a cathodic arc evaporator equipped with a carbon target plate. As power supply 12, a high-power supply KEMPPI 320 was used, as is customary in welding technology. Position 5 was equipped with a cathodic arc evaporator equipped with a chromium target plate. As power supply 13 again a high power KEMPPI 320 was used. Positions 3 and 4 were equipped with magnetron sputtering devices equipped with chromium target plates. For the power sources 10 and 11 again high voltage supplies were used. Of course, all other changes necessary to convert cathode sputtering to cathodic arc evaporation were also made. For example, the high-frequency insulated high-voltage cables 15 and 16 were replaced by copper cables with 120 mm 2 cross section. The arrangement corresponded to JP 2003082458. The workpieces were cleaned, charged and conditioned in argon plasma as in the previous example. After the conditioning step in the argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. The component carriers were set in a rotational movement 21 at a speed of 10 revolutions / minute and the component carrier of the cylindrically symmetrical components were additionally offset in an internal rotation 22. The current sources 10 and 11 were turned on and the current was regulated to 8 amps in both. After 5 minutes, nitrogen was admitted into the chamber and the total pressure was increased to 1 Pa with this nitrogen. After 20 minutes, the power source 12 was turned on and set a current of 120 A. An arc was ignited on the cathodic arc evaporator. Thereafter, the nitrogen flow and the two power sources 10 and 11 were turned off. After 45 minutes, the power source 12 was turned off. When the parts were opened, the majority of the carbon layer had broken down, that is, due to cohesive failure, parts of the layer had flaked off. The adhesion of the chromium nitride layer to the substrate and the adhesion of the carbon layer to the chromium nitride layer were satisfactory. The method corresponded to the prior art JP200382458 and WO2005 / 015065.
Beispiel 5:Example 5:
Nachdem die Verfahren des Stands der Technik JP200382458 undAfter the methods of the prior art JP200382458 and
WO2005/015065 kein befriedigendes Resultat erbracht hatten, wurde versucht die Verfahren des Stands der Technik mit den Ideen zum Schichtaufbau, wie sie bei anderen Verfahren insbesondere für CVD-Verfahren in US6869676 für PVD- Verfahren in US6726993 und für Hybridverfahren von Strondl et al. in EP1123989 vorgeschlagen worden waren zu kombinieren. Es wurde wiederum eine Vorrichtung wie in Beispiel 4 verwendet. Auf Grund der Asymmetrie, die durch die katho- dischen Lichtbogenverdampfer gegenüber der Anordnung von Beispiel 2 entsteht, war es allerdings nicht mehr möglich einen geschlossenen Magnetkreis für die unabgeglichenen Magnetronkathodenzerstäubungseinrichtungen zu schaffen. Die Werkstücke wurden wie im vorhergegangenen Beispiel gereinigt, geladen und im Argonplasma konditioniert. Nach dem Konditionierungsschritt im Argonplasma wurde in der Kammer ein Argondruck von 0.3 Pa eingestellt. Die Bauteilträger wurden in eine Rotationsbewegung 21 mit einer Geschwindigkeit von 10 Umdrehung/Minute versetzt und die Bauteilträger der zylindersymmetrischen Bauteile wurden zusätzlich in eine Eigendrehung 22 versetzt. Die Stromquellen 10 und 11 wurden eingeschaltet und der Strom wurde bei beiden auf 8 Ampere geregelt. Nach 3 Minuten wurde die Stromquelle 14 eingeschaltet und ein Strom von 120 A gestellt. Auf dem kathodischen Lichtbogenverdampfer 6 wurde ein Lichtbogen ge- zündet. Nach 45 Minuten wurden die Stromquellen 11 , 12 und 14 abgeschaltet. Die Teile waren mit einer Schicht von 7 μm beschichtet worden. Es wurden keine spontanen Abplatzungen festgestellt. Im Haftungstest wurden allerdings kohäsive Abplatzungen festgestellt. Es wurden Kalottenschliffe und Querschliffe für die Transmissionselektronenmikroskopie angefertigt und untersucht. Die Transmissi- onselektronenmikroskopieaufnahme ist als Bild 3 wiedergegeben. Bild 3a zeigt, dass die Schicht eine Mehrlagenstruktur aufweist, wobei Kohlenstofflamellen 32 mit einer Stärke von weniger als 2 nm bis zu 8 nm mit Chromlagen 33 mit einer Stärke von 12 nm abwechseln. Bild 3b zeigt die Vergrösserung eines Ausschnitts, der das Vorhandensein von durchgehenden Kohlenstofflagen und durchgehenden Metalllagen bestätigt. Der Kalottenschliff zeigte, warum diese Schichten im Hafttest versagen. Die Chromschichten platzen von den Kohlenstoffschichten ab. In weiteren Versuchen wurden die gestellten Ströme der Stromquellen 11 , 12 und 14 variiert, sodass die Schichtstärken der Chromlagen zwischen 2 nm und 12 nm und die Schichtstärken der Kohlenstofflagen zwischen 1 nm und 20 nm variierten. Es wurde keine wesentliche Verbesserung festgestellt. Im Gegenteil, es zeigte sich, dass der Vorschlag von Strondl et al., die Metalllagen dünner als die Kohlenstofflagen auszugestalten zu einer Verschlechterung führt. Im Gegensatz zu den Ma- gnetronkathodenzerstäubungsverfahren und den Hybridverfahren, variiert die Schichtstärke der Kohlenstofflagen bei der kathodischen Lichtbogenverdampfung stark. Dies ist auf Grund der langsamen Bewegung des Kathodenfusspunkts auf Kohlenstofftargets verfahrensbedingt und kann nicht unterdrückt werden. Zur Problematik zur Steuerung von Lichtbogenbewegungen auf Kohlenstofftargets gibt es zahlreiche Veröffentlichungen. Die in diesem Beispiel verwendete Steuerung war leistungsfähiger als der Stand der Technik. Beispiel 6.WO2005 / 015065 have not yielded a satisfactory result, the prior art methods have been tried with the layering ideas as used in other methods, in particular for CVD methods in US6869676 for PVD methods in US6726993 and for hybrid methods of Strondl et al. in EP1123989 were proposed to combine. Again, a device as in Example 4 was used. However, due to the asymmetry created by the cathodic arc evaporators over the arrangement of Example 2, it was no longer possible to provide a closed magnetic circuit for the unbalanced magnetron sputtering devices. The workpieces were cleaned, charged and conditioned in argon plasma as in the previous example. After the conditioning step in the argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. The component carriers were placed in a rotational movement 21 at a speed of 10 revolutions / minute and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally offset in a spin 22. The current sources 10 and 11 were turned on and the current was regulated to 8 amps in both. After 3 minutes, the power source 14 was turned on and a current of 120 A was set. An arc was ignited on the cathodic arc evaporator 6. After 45 minutes, the power sources 11, 12 and 14 were turned off. The parts had been coated with a layer of 7 μm. There were no spontaneous flaking. In the adhesion test, however, cohesive flaking was noted. Calotte cuts and cross sections for transmission electron microscopy were made and examined. The transmission electron micrograph is reproduced as image 3. Figure 3a shows that the layer has a multilayer structure, with carbon lamellae 32 having a thickness of less than 2 nm alternating up to 8 nm with chromium layers 33 having a thickness of 12 nm. Figure 3b shows the enlargement of a section confirming the presence of continuous carbon layers and continuous metal layers. The calotte finish showed why these layers fail in the adhesion test. The chrome layers break off from the carbon layers. In further experiments, the set currents of the current sources 11, 12 and 14 were varied, so that the layer thicknesses of the chromium layers between 2 nm and 12 nm and the layer thicknesses of the carbon layers varied between 1 nm and 20 nm. No significant improvement was found. On the contrary, it has been shown that Strondl et al.'S proposal to make the metal layers thinner than the carbon layers results in deterioration. In contrast to the magnetron sputtering methods and the hybrid method, the layer thickness of the carbon layers varies greatly during cathodic arc evaporation. This is due to the slow movement of the cathode footprint on carbon targets due to the process and can not be suppressed. There are numerous publications on the problem of controlling arc movements on carbon targets. The control used in this example was more powerful than the prior art. Example 6.
Es wurde wie im Beispiel 5 vorgegangen. Nach dem Zünden des Lichtbogens wurden zusätzlich 40 sccm (Standardkubikzentimeter/Minute) Azetylen in die Anlage eingelassen, um das Verfahren durch hinzufügen einer CVD-Komponente an den Vorschlag von Burger et al. US6869676 anzunähern. Die so abgeschiedenen Schichten zeigten im Kalottenschliff größere Abplatzungen als die Schichten des Beispiels 5.The procedure was as in Example 5. After arc ignition, an additional 40 sccm (standard cubic centimeter / minute) of acetylene was added to the equipment to complete the process by adding a CVD component to the proposal of Burger et al. Approach US6869676. The so deposited layers showed larger flakes in the calotte cut than the layers of Example 5.
Beispiel 7: Es wurde wiederum eine Vorrichtung wie in Beispiel 4 verwendet. Die Werkstücke und Bauteile wurden wie in vorhergegangenen Beispielen gereinigt, geladen und im Argonplasma konditioniert. Nach dem Konditionierungsschritt im Argonplasma wurde in der Kammer ein Argondruck von 0.3 Pa eingestellt. Die Bauteilträger wurden in eine Rotationsbewegung 21 mit einer Geschwindigkeit von 10 Umdre- hung/Minute versetzt und die Bauteilträger der zylindersymmetrischen Bauteile wurden zusätzlich in eine Eigendrehung 22 versetzt. Die Stromquelle 13 wurde eingeschaltet der Strom wurde auf 85 Ampere gestellt. Danach wurde auf dem kathodischem Lichtbogenverdampfer 5 ein Lichtbogen gezündet und eine Metall- plasmakonditionierung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist durchge- führt. Am Ende der Metallplasmakonditionierung wurde der Strom der Stromquelle 13 auf 120 Ampere erhöht und durch Senken der Werkstückvorspannung eine Chrombeschichtung gestartet. Danach wurden die Stromquellen 10 und 11 eingeschaltet und der Strom wurde bei beiden auf 6 Ampere geregelt. Nach 3 Minuten wurde die Stromquelle 14 eingeschaltet und ein Strom von 120 A gestellt. Auf dem kathodischen Lichtbogenverdampfer 6 wurde ein Lichtbogen gezündet. Nach 35 Minuten wurden die Stromquellen 11 , 12, 13 und 14 abgeschaltet. Die Teile waren mit einer Schicht von 8 μm beschichtet worden. Es wurden keine spontanen Abplatzungen festgestellt. Im Haftungstest wurden allerdings kohäsive Abplatzungen festgestellt. Es wurden Kalottenschliffe angefertigt und untersucht. Die Schicht wies eine Mehrlagenstruktur auf, wobei Kohlenstofflamellen mit einer Stärke von weniger als 2 nm bis zu 8 nm mit Chromlagen mit einer Stärke von 20 nm abwechseln. Der Kalottenschliff zeigte, warum diese Schichten im Hafttest versagen. Die Chromschichten platzen von den Kohlenstoffschichten an vielen Stellen ab. Gegenüber Beispiel 5 wurde aber eine merkliche Verbesserung festgestellt.Example 7: Again, a device as in Example 4 was used. The workpieces and components were cleaned, charged and conditioned in argon plasma as in previous examples. After the conditioning step in the argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. The component carriers were set in a rotational movement 21 at a speed of 10 revolutions / minute, and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22. The current source 13 was turned on, the current was set to 85 amps. Thereafter, an arc was ignited on the cathodic arc evaporator 5 and carried out a metal plasma conditioning, as known from the prior art. At the end of metal plasma conditioning, the current of current source 13 was increased to 120 amps and a chrome plating was initiated by lowering the workpiece bias. Thereafter, the current sources 10 and 11 were turned on and the current was regulated at both to 6 amps. After 3 minutes, the power source 14 was turned on and a current of 120 A was set. On the cathodic arc evaporator 6, an arc was ignited. After 35 minutes, the power sources 11, 12, 13 and 14 were turned off. The parts had been coated with a layer of 8 μm. There were no spontaneous flaking. In the adhesion test, however, cohesive flaking was noted. Calotte slices were made and examined. The layer had a multilayer structure with carbon lamellae of less than 2 nm thickness up to 8 nm alternating with 20 nm thick chromium layers. The calotte finish showed why these layers fail in the adhesion test. The chromium layers burst from the carbon layers in many places. Compared to Example 5 but a noticeable improvement was found.
Beispiel 8: Es wurde wiederum eine Vorrichtung wie in Beispiel 5 verwendet. Die Werkstücke wurden wie in vorhergegangenen Beispielen gereinigt, geladen und im Argonplasma konditioniert. Nach dem Konditionierungsschritt im Argonplasma wurde in der Kammer ein Argondruck von 0.3 Pa eingestellt. Die Bauteilträger wurden in eine Rotationsbewegung 21 mit einer Geschwindigkeit von 10 Umdrehung / Mi- nute versetzt und die Bauteilträger der zylindersymmetrischen Bauteile wurden zusätzlich in eine Eigendrehung 22 versetzt. Die Stromquelle 13 wurde eingeschaltet der Strom wurde auf 85 Ampere gestellt. Danach wurde auf dem kathodischem Lichtbogenverdampfer 5 ein Lichtbogen gezündet und eine Metallplasma- konditionierung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist durchgeführt. Am Ende der Metallplasmakonditionierung wurde der Strom der Stromquelle 13 auf 150 Ampere erhöht und durch Senken der Werkstückvorspannung eine Chrombe- schichtung gestartet. Nach 3 Minuten wurde die Stromquelle 14 eingeschaltet und ein Strom von 100 A gestellt. Auf dem kathodischen Lichtbogenverdampfer 6 wurde ein Lichtbogen gezündet. Nach 45 Minuten wurden die Stromquellen 13 und 14 abgeschaltet. Die Teile waren mit einer Schicht von 7.5 μm beschichtet worden. Es wurden keine spontanen Abplatzungen festgestellt. Im Haftungstest wurden allerdings kohäsive Abplatzungen festgestellt. Es wurden Kalottenschliffe angefertigt und untersucht. Die Schicht wies eine Mehrlagenstruktur auf, wobei Kohlenstofflamellen mit einer Stärke von weniger als 2 nm bis zu 6 nm mit Chromlagen mit einer Stärke von 10 nm abwechseln. Der Kalottenschliff ist in Bild 4 dargestellt. Er zeigt, warum diese Schichten im Hafttest versagen. Die Chromschichten 34 platzen von den Kohlenstoffschichten 33 an mehreren Stellen 37 ab. Gegenüber den Schichten aus Beispiel 7 wurde aber eine merkliche Verbesserung festgestellt. Beispiel 9:Example 8: Again, a device as in Example 5 was used. The workpieces were cleaned, charged and conditioned in argon plasma as in previous examples. After the conditioning step in the argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. The component carriers were set in a rotational movement 21 at a speed of 10 revolutions / minute and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22. The current source 13 was turned on, the current was set to 85 amps. Thereafter, an arc was ignited on the cathodic arc evaporator 5 and carried out a metal plasma conditioning, as known from the prior art. At the end of metal plasma conditioning, the current of current source 13 was increased to 150 amps and a chrome coating was started by lowering the workpiece bias. After 3 minutes, the power source 14 was turned on and a current of 100 A was set. On the cathodic arc evaporator 6, an arc was ignited. After 45 minutes, the current sources 13 and 14 were turned off. The parts had been coated with a layer of 7.5 μm. There were no spontaneous flaking. In the adhesion test, however, cohesive flaking was noted. Calotte slices were made and examined. The layer had a multilayer structure with carbon lamellae less than 2 nm thick up to 6 nm alternating with 10 nm thick chrome lamination layers. The calotte grinding is shown in Figure 4. He shows why these layers fail in the adhesion test. The chromium layers 34 burst from the carbon layers 33 at a plurality of locations 37. Compared to the layers of Example 7 but a noticeable improvement was found. Example 9:
Die in den vorangegangenen Beispielen verwendete Anlage wurde umgebaut. Die Magnetronkathodenzerstäubungseinrichtungen 3 und 4 wurden entfernt. Sodass die Anlage nur mehr mit den beiden kathodischen Lichtbogenverdampfern 5 und 6 auf den im Bild 1 gezeigten Positionen ausgerüstet war. Dabei war der kathodische Lichtbogenverdampfer 6 mit einem Kohlenstofftarget, der kathodische Lichtbogenverdampfer 5 mit einem Chromtarget bestückt. Die Drehvorrichtung und der Bauteilträger 9 wurden durch eine neue Konstruktion wie folgt ersetzt: Die Drehvorrichtung erlaubte eine Drehgeschwindigkeit von 100 Umdrehungen / Minute. Um dies zu erreichen, wurde ein neuer leistungsfähiger Motor mit einem entsprechenden Getriebe eingesetzt. Auch alle anderen Baugruppen wurden neu konzipiert: Alle Gleitlager wurden durch Kugellager ersetzt. Die Substratstromzufuhr wurde von der Bewegungszufuhr getrennt und die elektrische Kontaktierung erfolgte direkt an den Substrataufnahmespindeln. Die Steckverbindungen an den Substrataufnahmen wurden durch Schraubverbindungen beziehungsweise, bevorzugt, formschlüssige Verbindungen ersetzt. Alle Bauteile, die den Zentrifugalkräften ausgesetzt waren wurden gegenüber dem Stand der Technik verstärkt ausgeführt. Als Werkstücke wurden feingeschliffene Scheiben aus martensitischem rostfreiem Stahl und Kolbenringabschnitte aus gehärtetem Stahl und Buchsen 20 aus einer für diese Bauteile gängigen Aluminiumlegierung verwendet verwendet. Diese wurden mit einem industriellen Reinigungsverfahren gemäss dem Stand der Technik gereinigt und auf die Werkstück und Bauteilträger 9 befestigt. Die Kammer wurde auf einen Druck von 4 mPa abgepumpt. Die Bauteilträger wurden in eine Rotati- onsbewegung 21 mit einer Geschwindigkeit von 100 Umdrehung/Minute versetzt und die Bauteilträger der zylindersymmetrischen Bauteile wurden zusätzlich in eine Eigendrehung 22 versetzt. Nach einem Konditionierungsschritt in einem Argonplasma wurde in der Kammer ein Argondruck von 0.3 Pa eingestellt. Die Stromquelle 13 wurde eingeschaltet der Strom wurde auf 85 Ampere gestellt. Da- nach wurde auf dem kathodischen Lichtbogenverdampfer 5 ein Lichtbogen gezündet und eine Metallplasmakonditionierung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, durchgeführt. Am Ende der Metallplasmakonditionierung wurde der Strom der Stromquelle 13 auf 150 Ampere erhöht und durch Senken der Werkstückvorspannung eine Chrombeschichtung gestartet. Nach 3 Minuten wurde die Stromquelle 14 eingeschaltet und ein Strom von 100 A gestellt. Auf dem kathodischen Lichtbogenverdampfer 6 wurde ein Lichtbogen gezündet. Nach 50 Minuten wurden die Stromquellen 13 und 14 abgeschaltet. Die Teile waren mit einer Schicht von 8 μm beschichtet worden. Es wurden keine spontanen Abplatzungen festgestellt. Es wurden Kalottenschliffe und Querschliffe für die Transmissionselektronenmikroskopie angefertigt und untersucht. Diese Untersuchungen zeigen, dass die Schicht keine Mehrlagenstruktur aufweist. Kohlenstofflagen und Chrom- lagen sind schwach erkennbar. Die Strukturanalyse zeigt, dass die Schichten im Wesentlichen aus Chromkarbid und amorphem Kohlenstoff bestehen. Im Hafttest zeigt sich kein kohäsives Versagen mehr. Im Kalottenschliff kann man noch vereinzelte lokale Abplatzungen in der Schicht erkennen. Auf den beschichteten Scheiben wurde Reibkoeffizient- und Verschleissratenmes- sung durchgeführt. Beide Messungen wurden mit einer Kugel aus gesintertem Aluminiumoxid durchgeführt. Es wurde ein Gleitreibungskoeffizient von 0.3 gemessen. Die Verschleissrate betrug 1.5 x 10"16 m3 /Nm. Eine Analyse der Zusammensetzung mit endergiedispersiver Analyse der elektronenstrahlinduzierten Röntgenstrahlung ergab 62 at % Kohlenstoff und 38 % Chrom.The plant used in the previous examples was rebuilt. The magnetron sputtering devices 3 and 4 were removed. So that the system was equipped only with the two cathodic arc evaporators 5 and 6 on the positions shown in Figure 1. Here, the cathodic arc evaporator 6 was equipped with a carbon target, the cathodic arc evaporator 5 with a chrome target. The rotary device and the component carrier 9 were replaced by a new construction as follows: The rotary device allowed a rotational speed of 100 revolutions / minute. To achieve this, a new powerful engine with a corresponding gear was used. All other assemblies were also redesigned: All plain bearings were replaced by ball bearings. The substrate power supply was disconnected from the motion supply and the electrical contact was made directly to the substrate receiving spindles. The plug-in connections to the substrate receptacles were replaced by screw connections or, preferably, form-fitting connections. All components that were exposed to the centrifugal forces have been reinforced compared to the prior art. The workpieces used were precision ground martensitic stainless steel discs and hardened steel piston ring portions and bushings 20 of aluminum alloy common to these components. These were cleaned with an industrial cleaning method according to the prior art and fixed to the workpiece and component carrier 9. The chamber was pumped to a pressure of 4 mPa. The component carriers were placed in a rotation movement 21 at a speed of 100 revolutions / minute and the component carriers of the cylindrically symmetrical components were additionally set in an autorotation 22. After a conditioning step in an argon plasma, an argon pressure of 0.3 Pa was set in the chamber. The current source 13 was turned on, the current was set to 85 amps. Thereafter, an arc was ignited on the cathodic arc evaporator 5 and a metal plasma conditioning, as known from the prior art, performed. At the end of metal plasma conditioning, the Current of the current source 13 is increased to 150 amps and started by lowering the workpiece bias a chrome plating. After 3 minutes, the power source 14 was turned on and a current of 100 A was set. On the cathodic arc evaporator 6, an arc was ignited. After 50 minutes, the current sources 13 and 14 were turned off. The parts had been coated with a layer of 8 μm. There were no spontaneous flaking. Calotte cuts and cross sections for transmission electron microscopy were made and examined. These studies show that the layer has no multilayer structure. Carbon layers and chrome layers are weakly recognizable. The structural analysis shows that the layers consist essentially of chromium carbide and amorphous carbon. The adhesion test no longer shows any cohesive failure. In the Kalottenschliff one can still recognize isolated local flaking in the layer. Friction coefficient and wear rate measurement was performed on the coated wheels. Both measurements were carried out with a sintered alumina ball. A sliding friction coefficient of 0.3 was measured. The wear rate was 1.5 x 10 "16 m 3 / Nm. An analysis of the composition with electron beam induced endergiedispersiver analysis of X-ray radiation revealed 62 at% carbon and 38% chromium.
Beispiel 10 :Example 10:
Die Anlage wurde nochmals umgebaut. Die kathodische Lichtbogenverdampfungseinrichtung, die mit dem Chromtarget bestückt war, wurde von der Position 5 auf die Position 3 verlegt. Verkabelung und Kühlwasserführung wurden entspre- chend geändert. Danach wurde eine Beschichtung wie im Beispiel 9 durchgeführt. Die Teile waren mit einer Schicht von 8 μm beschichtet worden. Es wurden keine spontanen Abplatzungen festgestellt. Es wurden Kalottenschliffe und Querschliffe für die Transmissionselektronenmikroskopie angefertigt und untersucht. Die Transmissionselektronenmikroskopieaufnahme ist als Figur 5 wiedergegeben. Figur 5 zeigt, dass die Schicht keine Mehrlagenstruktur aufweist. Es sind keine Kohlenstofflagen und Chromlagen erkennbar. Allerdings kann man immer noch eine Zusammensetzungsmodulierung 39 mit einer Frequenz von 2 nm erkennen. Dies entspricht einer während einer Umdrehung abgeschiedenen Schicht. Der Kalottenschliff ist in Figur 6 wiedergegeben. Man kann keine einzige lokale Abplatzung erkennen. Die verfeinerte Strukturanalyse, Figur 7 zeigt, dass die Schichten im Wesentlichen aus Chromkarbid, dessen Korngrösse im nm-Bereich liegt, und amorphem Kohlenstoff bestehen. Die Korngrösse variiert unregelmässig im Schichtverlauf. Die Schichten enthalten kein nachweisbares metallisches Chrom. Ein mehrlagenartiger Aufbau ist noch teilweise vorhanden, jedoch gibt es keine durchgehenden Kohlenstofflamellen mehr. Die Schicht weist Teilbereiche 38 auf, in denen die Struktur beinahe isotrop ist, das heisst aus chromkarbidkörnem und Kohlenstoffteilchen besteht. Die Grosse der Chromkarbidkörner liegt im Bereich von 1 - 5 nm. Entscheidend ist auch, dass auch im Bereich der Schicht, in der noch ein Mehrlagenaufbau besteht, die Kohlenstofflamellen von Karbidkörnern 39 durchsetzt sind. Die Abwesenheit von durchgehenden Kohlenstofflamellen be- wirkt wahrscheinlich die hervorragenden tribologischen Eigenschaften.The plant was rebuilt again. The cathodic arc evaporator equipped with the chrome target was moved from position 5 to position 3. Wiring and cooling water supply have been changed accordingly. Thereafter, a coating was carried out as in Example 9. The parts had been coated with a layer of 8 μm. There were no spontaneous flaking. Calotte cuts and cross sections for transmission electron microscopy were made and examined. The transmission electron micrograph is reproduced as FIG. FIG. 5 shows that the layer has no multilayer structure. There are no carbon layers and chrome layers visible. However, you still can Recognize a composition modulation 39 with a frequency of 2 nm. This corresponds to a layer deposited during one revolution. The calotte grinding is shown in FIG. You can not see a single local flaking. The refined structural analysis, Figure 7 shows that the layers consist essentially of chromium carbide whose grain size is in the nm range, and amorphous carbon. The grain size varies irregularly in the course of the shift. The layers contain no detectable metallic chromium. A multi-layered structure is still partially present, but there are no longer continuous carbon louvers. The layer has portions 38 in which the structure is nearly isotropic, that is, chromium carbide grains and carbon particles. The size of the chromium carbide grains is in the range of 1 to 5 nm. It is also crucial that the carbon lamellae of carbide grains 39 are also interspersed in the region of the layer in which a multilayer structure still exists. The absence of continuous carbon lamellae probably results in excellent tribological properties.
Eine Analyse der Zusammensetzung mit endergiedispersiver Analyse der elektro- nenstrahlinduzierten Röntgenstrahlung ergab 62 at % Kohlenstoff und 38 %An analysis of the composition with end-dispersive analysis of the electron-beam-induced X-radiation showed 62 at% carbon and 38%
Chrom.Chrome.
Auf den beschichteten Scheiben wurde Reibkoeffizient und Verschleissratenmes- sung durchgeführt. Beide Messungen wurden mit einer Kugel aus gesintertem Aluminiumoxid durchgeführt. Es wurde ein Gleitreibungskoeffizient von 0.22 gemessen. Die Verschleissrate betrug 3 x 10"17 m3 /Nm.Friction coefficient and wear rate measurement were performed on the coated wheels. Both measurements were carried out with a sintered alumina ball. A coefficient of sliding friction of 0.22 was measured. The wear rate was 3 × 10 -17 m 3 / Nm.
Beispiel 11 : Der Aufbau der Anlage entsprach dem des Beispiels 10. Auch das Beschich- tungsverfahren entsprach dem von Beispiel 10. Jedoch wurde 3 Minuten nach Zünden des Lichtbogens auf dem Lichtbogenverdampfer 6 Stickstoff in die Anlage eingelassen und zwar 160 sccm. Die Beschichtung wurde dann während 50 Minuten mit konstanter Parametereinstellung weitergeführt. Beim Öffnen stellte man fest, dass die Teile waren mit einer Schicht von 10 μm beschichtet waren. Es wurden keine spontanen Abplatzungen festgestellt. Die Transmissionselektronenmikroskopieaufnahme zeigte, dass die Schicht keine Mehrlagenstruktur aufweist. Es waren keine Kohlenstofflagen und Chromlagen erkennbar. Allerdings kann man immer noch eine Zusammensetzungsmodulierung mit einer Frequenz von 2 nm erkennen. Dies entspricht einer während einer Um- drehung abgeschiedenen Schicht. Im Kalottenschliff konnte man keine einzige lokale Abplatzung erkennen. Die Strukturanalyse zeigte, dass die Schichten im Wesentlichen aus Chromkarbid oder Chromkarbonitrid dessen Korngrösse im nm- Bereich liegt, und amorphen Kohlenstoff bestehen. Die beiden Chromverbindungen konnte mit den verwendeten Analysen nicht unterschieden werden. Die Korn- grosse variiert unregelmässig im Schichtverlauf. Die Schichten enthalten kein nachweisbares metallisches Chrom. Der Aufbau ist dem der Schichten des Beispiels 10 ähnlich.Example 11: The construction of the plant was the same as in Example 10. The coating process was also the same as in Example 10. However, 3 minutes after ignition of the arc on the arc evaporator 6, nitrogen was introduced into the plant namely 160 sccm. The coating was then continued for 50 minutes with constant parameter setting. Upon opening, it was found that the parts were coated with a layer of 10 microns. There were no spontaneous flaking. The transmission electron micrograph showed that the layer has no multilayer structure. There were no carbon layers and chrome layers recognizable. However, one can still see a composition modulation with a frequency of 2 nm. This corresponds to a layer deposited during one revolution. In the Kalottenschliff you could not detect a single local flaking. The structural analysis showed that the layers consist essentially of chromium carbide or chromium carbonitride whose grain size is in the nm range, and consist of amorphous carbon. The two chromium compounds could not be distinguished with the analyzes used. The grain size varies irregularly in the course of the shift. The layers contain no detectable metallic chromium. The structure is similar to that of the layers of Example 10.
Eine Analyse der Zusammensetzung mit endergiedispersiver Analyse der elektro- nenstrahlinduzierten Röntgenstrahlung ergab 58 at % Kohlenstoff, 32 % Chrom und 10% Stickstoff.An analysis of the composition with end-energy dispersive analysis of the electron beam-induced X-radiation showed 58 at% carbon, 32% chromium and 10% nitrogen.
Auf den beschichteten Scheiben wurde Reibkoeffizient und Verschleissratenmes- sung durchgeführt. Beide Messungen wurden mit einer Kugel aus gesintertem Aluminiumoxid durchgeführt. Es wurde ein Gleitreibungskoeffizient von 0.20 gemessen. Die Verschleissrate betrug 1.2 x 10"17 m3 /Nm.Friction coefficient and wear rate measurement were performed on the coated wheels. Both measurements were carried out with a sintered alumina ball. A coefficient of sliding friction of 0.20 was measured. The wear rate was 1.2 × 10 -17 m 3 / Nm.
Beispiel 12:Example 12:
Die kathodische Lichtbogenverdampfungseinrichtung 6 wurde umgebaut. Die magnetische Führung des Kathodenfusspunkts wurde geändert. Die magnetische Führung des Kathodenfusspunkts der Beispiele 4 - 11 ist in Figur 8a beschrieben. Die magnetische Führung des Kathodenfusspunkts der Beispiele 4 - 11 hatte aus Magnetlinien 39 bestanden, deren Scheitelpunkte 3 Ringe 41 bildeten. Die nicht dargestellte das Magnetfeld erzeugende Vorrichtung führte eine Rotation um eine zur Targetplatte normale Achse aus, die bewirkte, dass die Ringe den Targetplattenmittelpunkt umkreisten. Bei diesem Magnetfeld ist der Kathodenfusspunkt einer Bahn 40 gefolgt, die immer wieder die aufgeprägte Führung verlassen hat und die langsam von einem Ring auf den anderen gewechselt hat. Dieses Magnetfeld wurde nun durch ein einfacheres ersetzt, das in Bild 8b gezeigt ist. Die Scheitel- punkte der Linien 42 dieses Magnetfelds bilden einen Kreis. Dieses Magnetfeld hat gegenüber dem Magnetfeld 8a zahlreiche Nachteile, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll. Aber, der Kathodenfusspunkt führt eine viele schnellere und vor allem gleichmässige kreisförmige Mäanderbewegung 43 aus. Die anderen Baugruppen wurden gegenüber Beispiel 11 unverändert gelassen. Das Be- schichtungsverfahren wurde wie in Beispiel 11 durchgeführt und es wurden wiederum 10 μm Schicht abgeschieden. Es wurden Kalottenschliffe und Querschliffe für die Transmissionselektronenmikroskopie angefertigt und untersucht. Das Resultat der Transmissionselektronenmikroskopie ist als Dunkelfeldaufnahme in Bild 9 wiedergegeben. Der Aufbau der Schicht entsprach dem der Beispiele 10 und 11. Aber die Korngrösse variierte regelmässig im Schichtverlauf. Diese Komgrössen- variation kann in der Dunkelfeldaufnahme, die mit der Chromkarbidlinie aufgenommen wurde als „Milchstrassenlagen" 44 beobachtet werden. Eine Lage mit größerer Korngrösse entspricht jeweils einer „Milchstrasse". Die Frequenz der Korngrössenlagen entspricht der Frequenz der Kathodenfusspunktrotation. Es wird angenommen, dass abhängig von der Position des Katodenfusspunktes zu den Teilen die Kristallitgrösse der abgeschiedenen Schicht grösser oder kleiner ausfällt. Ob die Distanz des Katodenfusspunkts von der Bauteiloberfläche oder der Winkel zwischen der Verbindungsgeraden vom Kathodenfusspunkt zur Bautei- loberfläche und der Normalen auf die Targetoberfläche der entscheidend Parameter ist konnte mit unserer Einrichtung nicht festgestellt werden. Es konnte auch nicht festgestellt werden, ob die gröberen Körner einem kürzeren oder einem längeren Abstand entsprachen. Auf den beschichteten Scheiben wurde Reibkoeffizient und Verschleissratenmessung durchgeführt. Beide Messungen wurden mit einer Kugel aus gesintertem Aluminiumoxid durchgeführt. Es wurde ein Gleitreibungskoeffizient von 0.18 gemessen. Die Verschleißrate betrug 2 x 10'18 m3 /Nm.The cathodic arc evaporation device 6 was rebuilt. The magnetic guidance of the cathode footpoint has been changed. The magnetic guidance of the cathode footpoint of Examples 4-11 is described in Figure 8a. The magnetic guide of the cathode foot of Examples 4-11 had consisted of magnetic lines 39 whose vertices formed 3 rings 41. The unillustrated magnetic field generating device rotated about an axis normal to the target plate, causing the rings to orbit the target plate center. In this magnetic field, the cathode footpoint of a web 40 has followed, which has repeatedly left the imprinted leadership and has slowly changed from one ring to another. This magnetic field has now been replaced by a simpler one, shown in Figure 8b. The vertex Points of the lines 42 of this magnetic field form a circle. This magnetic field has numerous disadvantages compared with the magnetic field 8a, which will not be discussed in detail here. But, the cathode foot point performs a much faster and, above all, even circular meandering movement 43. The other assemblies were left unchanged from Example 11. The coating process was carried out as in Example 11 and 10 μm of layer were again deposited. Calotte cuts and cross sections for transmission electron microscopy were made and examined. The result of transmission electron microscopy is reproduced as a dark field image in FIG. The structure of the layer corresponded to that of Examples 10 and 11. But the grain size varied regularly in the course of the layer. This grain size variation can be observed in the dark field image taken with the chromium carbide line as "Milky Way Lanes" 44. A layer with a larger particle size corresponds to one "Milky Way". The frequency of the grain size layers corresponds to the frequency of Kathodenfusspunktrotation. It is believed that depending on the position of the cathode root point to the parts, the crystallite size of the deposited layer is larger or smaller. Whether the distance of the Katodenfusspunkts from the component surface or the angle between the connecting line from the cathode foot to the component surface and the normal to the target surface is the decisive parameter could not be determined with our device. Nor could it be determined whether the coarser grains corresponded to a shorter or longer distance. Friction coefficient and wear rate measurement were performed on the coated wheels. Both measurements were carried out with a sintered alumina ball. A coefficient of sliding friction of 0.18 was measured. The wear rate was 2 × 10 -18 m 3 / Nm.
Die in diesen Beispielen gemachten Beobachtungen können wie folgt erklärt werden. Im Wesentlichen einphasige Bauteilverschleissschutzschichten oder Schichten, die aus einer Kohlenstoff matrix mit Karbideinlagerungen bestehen, wie sie dem Stand der Technik entsprechen haben so schlechte mechanische Eigenschaften, dass sie bei grosseren Schichtdicken spontan abzerplatzen. Mehrlagenschichten stellen eine Verbesserung dar, sie versagen aber noch immer kohäsiv. Gute Verschleisseigenschaften setzen die Abwesenheit von Metall und die Abwesenheit von durchgehenden Kohlenstofflamellen voraus. Die Versuche wurden nur mit Chrom und Kohlenstoff durchgeführt. Es ist aber einsichtig, dass ein ähnliches Verhalten und ähnliche gute Eigenschaften auch mit anderen Karbidbildenden Metallen erreicht werden können. Auch Legierungen die zu einem wesentlichen Teil aus Karbidbildenden Metallen bestehen, scheinen geeignet. Die Wahl des Metalls oder der Legierung wird der Fachmann an den Einsatzbedingungen des Bauteils orientieren. Anstelle von Karbidschichten sind auch Schichten aus Sulfiden, Siliciden und Boriden denkbar. In denen dann zum Beispiel Schwefel, Silizium und Bor eingelagert wären. Wir nehmen an, dass die periodische Variation der Konzentration des Metalloids und der Metalle in einigen Fällen die Bildung von Verbindungskristallen erleichtert und die Abscheidung von amorphen Schichten unterbindet. Bei dem untersuchten System hat sich eine Variation mit einer Periode von 2 nm bewährt. Das Hinzufügen von Stickstoff, der wahrscheinlich in Form eines Karbonitrids dargestellt wird, zur Gasatmosphäre, in der die Beschichtung durchgeführt wird, hat sich ebenfalls bewährt. Um einen niedrigen Reibkoeffizienten zu gewährleisten, sollte der Stickstoffgehalt der Schicht den Kohlenstoffgehalt nicht übersteigen.The observations made in these examples can be explained as follows. Substantially single-phase device wear protective layers or layers consisting of a carbon matrix with carbide inclusions, such as those described in US Pat According to the state of the art, they have such poor mechanical properties that they burst spontaneously with larger layer thicknesses. Multi-layer coatings are an improvement, but they still fail cohesively. Good wear properties require the absence of metal and the absence of continuous carbon louvers. The experiments were carried out only with chromium and carbon. However, it is clear that a similar behavior and similar good properties can be achieved with other carbide-forming metals. Also, alloys that consist essentially of carbide-forming metals seem suitable. The choice of the metal or the alloy will be oriented by the person skilled in the art to the conditions of use of the component. Instead of carbide layers and layers of sulfides, silicides and borides are conceivable. In which then, for example, sulfur, silicon and boron would be embedded. We assume that the periodic variation of the concentration of the metalloid and the metals in some cases facilitates the formation of compound crystals and prevents the deposition of amorphous layers. In the investigated system, a variation with a period of 2 nm has proven to be useful. The addition of nitrogen, which is likely to be in the form of a carbonitride, to the gas atmosphere in which the coating is carried out has also been proven. To ensure a low coefficient of friction, the nitrogen content of the layer should not exceed the carbon content.
Die Zusammensetzung der Schicht wird beim zu Ihrer Herstellung bevorzugten Verfahren der Kolichtbogenverdampfung durch das Verhältnis der Verdampfer- ströme bestimmt. Bei anderen Verfahren wie Kathodenzerstäubung würde man die Targetleistung zur Zusammensetzungsoptimierung verwenden. Die optimale Zusammensetzung sollte dabei in einer gewissen Bandbreite liegen. Einzelheiten hängen vom Einsatzgebiet des Bauteils und der Karbidbildung bei der Beschichtung ab. Letztere kann zum Beispiel im System Chrom-Kohlenstoff durch die Be- Schichtungstemperatur und die Werkstückvorspannung während des Beschich- tungsprozesses gesteuert werden. Ein unterer Bereich von 20, bevorzugt 40 Atomprozent Kohlenstoff sollte nicht unterschritten werden, um das Vorhanden- T/CH2007/000167The composition of the layer is determined by the ratio of the evaporator streams in the preferred method of Kolfbogenverdampfung for their preparation. In other methods, such as sputtering, one would use the target performance for composition optimization. The optimal composition should be within a certain range. Details depend on the area of application of the component and the carbide formation during the coating. The latter can be controlled, for example, in the system chromium-carbon by the coating temperature and the workpiece preload during the coating process. A lower range of 20, preferably 40 atomic percent carbon should not be undercut to T / CH2007 / 000167
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sein von freiem Kohlenstoff nicht zu unterdrücken. Ein oberer Bereich von 85 bevorzugt 70 Atomprozent Kohlenstoff sollte ebenfalls nicht überschritten werden, um zu vermeiden, dass sich eine Kohlenstoff matrix ausbildet, was sich, wie gezeigt, nachträglich auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt.not to suppress its free carbon. An upper range of 85, preferably 70 atomic percent carbon, should likewise not be exceeded in order to avoid the formation of a carbon matrix, which, as shown, subsequently affects the mechanical properties.
Verschleissschutzschichten gemäss dem Stand der Technik waren im Allgemeinen dünn, 1 - 3 μm. Unsere Versuche haben gezeigt, dass so dünne Schichten für den Bauteilverschleissschutz ungeeignet sind, da sie zu rasch an den Rauhigkeitsspitzen durchgerieben werden. Der Stand der Technik verwendete so dünne Schichten, weil die Schichten ungenügende mechanische Eigenschaften haben. Das letzte Beispiel hat gezeigt, dass eine periodische Variation der Korngröße sich besonders vorteilhaft auf die Verschleissrate auswirkt. Das Verfahren der reaktiven Kobedampfung das wir erfunden erhaben, kann auf alle Werkstoffe angewendet werden, die aus Verbindungen bestehen, deren Komponenten mit physi- kaiischen Methoden in die Dampfphase eingebracht werden können. Es eignet sich naturgemäss für die Abscheidung von Karbiden, Bonden Sulfiden und Silici- den der Metalle, aber auch exotischere Verbindungen wie Telluride mögen mit diesem Verfahren darstellbar sein.Wear protection layers according to the prior art were generally thin, 1-3 μm. Our experiments have shown that such thin layers are unsuitable for component wear protection, as they are rubbed too quickly at the roughness peaks. The prior art used such thin layers because the layers have insufficient mechanical properties. The last example has shown that a periodic variation of the grain size has a particularly advantageous effect on the wear rate. The reactive co-evaporation process we invented can be applied to all materials consisting of compounds whose components can be vaporized by physical methods. It is naturally suitable for the deposition of carbides, bonding sulphides and silicides of the metals, but also more exotic compounds such as tellurides may be presentable by this process.
Ein wesentliches Kennzeichen des erfindungsgemässen Verfahrens ist, dass die Werkstücke und Bauteile gleichzeitig oder in sehr kurzen Abständen dem Dampf einer physikalischen Metallquelle und einer physikalischen Metalloidquelle ausgesetzt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die beiden physikalischen Dampfquellen in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet werden, der natür- lieh auch vom Abstand der zu beschichtenden Funktionsflächen der Werkstücke und Bauteile von den Oberflächen der beiden Quellen abhängt. Ein Maximalabstand von 150 mm sollte nur überschritten werden, wenn er durch andere anlagentechnische Massnahmen kompensiert wird.An essential characteristic of the method according to the invention is that the workpieces and components are exposed simultaneously or at very short intervals to the vapor of a physical metal source and a physical metalloid source. This is achieved in that the two physical vapor sources are arranged at a certain distance from each other, which of course also depends on the distance of the functional surfaces to be coated of the workpieces and components of the surfaces of the two sources. A maximum distance of 150 mm should only be exceeded if it is compensated by other plant engineering measures.
Wird das erfindungsgemässe Verfahren so realisiert, dass die Werkstücke und Bauteile abwechselnd frontal verschiedenen physikalischenDampfquellen aus- gestzt werden, sollte der Zeitraum, während der die Werkstücke und Bauteile 167If the method according to the invention is realized in such a way that the workpieces and components are alternately exposed frontally to different physical vapor sources, the period during which the workpieces and components should be exposed 167
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hauptsächlich einer physikalischen Dampfquelle ausgesetzt sind, so kurz bemessen sein, dass nicht mehr wie 2-5 nm abgeschieden werden.are exposed to a physical vapor source, be so short that no more like 2-5 nm are deposited.
Zur Durchführung des Verfahrens haben sich kathodische Lichtbogenverdampfer besonders bewährt. Beim untersuchten Beispiel der KombinationTo carry out the method, cathodic arc evaporators have proven particularly useful. In the studied example of the combination
Chrom/Kohlenstoff, wirkte sich die Mitverwendung von Magnetronkathodenzer- stäubungseinrichtungen für die Herstellung von Kohlenstoffdampf negativ auf die mechanischen Eigenschaften der Schichten aus. Hingegen verbesserte in diesemChromium / carbon, the co-use of magnetron cathode sputtering devices for the production of carbon vapor had a negative effect on the mechanical properties of the layers. On the other hand improved in this
Beispiel die Verwendung einer stickstoffhaltigen Atmosphäre die Schichteigen- schatten, während die Verwendung einer Kohlenwasserstoffhaitigen Atmosphäre die Schichteigenschaften verschlechterte.For example, the use of a nitrogen-containing atmosphere has the layer properties, while the use of a hydrocarbon-containing atmosphere has degraded the layer properties.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich durch einen speziellen Drehtisch aus, der es erlaubt, die Werkstücke und Bauteile sehr rasch von einer zu der nächsten physikalischen Dampfquelle zu bewegen. Solche Drehtische waren im Stand der Technik nicht bekannt, da sie zahlreiche Nachteile bezüglich der Halterungskonstruktion aufweisen. Die Halterungen für erfindungsgemässe Vorrichtungen werden im Allgemeinen aufwendiger herzustellen und zu bestücken sein. Dies wird aber durch die einmaligen Eigenschaften der in ihnen herstellbaren Schichten mehr als aufgewogen.The device according to the invention is characterized by a special turntable, which allows to move the workpieces and components very quickly from one to the next physical vapor source. Such turntables have not been known in the prior art since they have many disadvantages with respect to the support structure. The brackets for devices according to the invention will generally be more expensive to manufacture and to assemble. However, this is more than offset by the unique properties of the layers that can be produced in them.
Eine weitere Verbesserung der kohlenstoffhaltigen Bauteilverschleissschutzbe- schichtung wurde dadurch erreicht, dass die Funktionsflächen der Bauteile in ziemlich raschen Abständen in die Nähe des Kathodenfusspunkts auf dem Kohlenstofftarget geführt werden. Dies wird durch eine spezielle Führung des Katho- denfusspunkts des Kohlenstoff verdampfenden Lichtbogenverdampfers erreicht. Das gezeigte aber nicht ausschliessliche Beispiel verwendet dazu ein starkes einen elliptischen Kanal bildendes Magnetfeld. Ein besonderes Ausführungsbeispiel der Ellipse ist der Kreis. Die oszillatorische Bewegung normal zur Drehachse ist die Projektion der Bahn des Kathodenfusspunkts 43 auf die Diagonale der Target- platte, die zur Achse der Drehtischbewegung normal steht. Die Zeitperiode der oszillatorischen Bewegung sollte aber wesentlich grösser als der Zeitraum sein, in der die Funktionsfläche von einer physikalischen Dampfquelle zur nächsten bewegt wird. Ein Zeitraum von 1 - 6 Sekunden hat sich bewährt. A further improvement of the carbonaceous component wear protection coating has been achieved by guiding the functional surfaces of the components at fairly rapid intervals in the vicinity of the cathode footprint on the carbon target. This is achieved by a special guidance of the cathode foot of the carbon evaporating arc evaporator. The illustrated but not exclusive example uses a strong magnetic field forming an elliptical channel. A particular embodiment of the ellipse is the circle. The oscillatory motion normal to the axis of rotation is the projection of the path of cathode footing 43 onto the diagonal of the target plate which is normal to the axis of the turntable movement. The time period of the oscillatory motion should, however, be much larger than the period in the functional surface is moved from one physical vapor source to the next. A period of 1 - 6 seconds has been proven.

Claims

Patentansprüche claims
1. Mehrphasige Bauteilverschleissschutzschicht bestehend aus einem Metall der Nebengruppen des Periodensystems der chemischen Elemente oder ei- ner Legierung derselben, bevorzugt Cr, W, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta und einem einzigen Metalloid aus der Gruppe C, Si, B, und S, dadurch gekennzeichnet, dass i) die Bauteilverschleissschutzschicht im Wesentlichen aus Verbindungen der Metalle mit dem Metalloid und dem Metalloid besteht, ii) die Bauteilverschleissschutzschicht im Wesentlichen keinen Wasserstoff enthält iii) die Bauteilverschleissschutzschicht im Wesentlichen keine erkennbaren Lagen aus Metall - ausgenommen einer etwaigen Haftschicht auf der Werkstück- oder Bauteiloberfläche - aufweist, iv) die Bauteilverschleissschutzschicht im Wesentlichen keine durchgehenden Lagen aus den Metalloiden aufweist.1. Multiphase component wear protection layer consisting of a metal of the subgroups of the Periodic Table of the chemical elements or an alloy thereof, preferably Cr, W, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta and a single metalloid from the group C, Si, B , and S, characterized in that i) the device wear protection layer consists essentially of compounds of the metals with the metalloid and the metalloid, ii) the device wear protection layer contains substantially no hydrogen iii) the device wear protection layer substantially no detectable layers of metal - except any Adhesive layer on the workpiece or component surface - has, iv) the component wear protection layer has substantially no continuous layers of the metalloids.
2. Mehrphasige Bauteilverschleissschutzschicht gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Konzentration des Metalloids zur Summe der Konzentrationen der Metalle von der Schichtoberfläche zur2. Multiphase component wear protection layer according to claim 1, characterized in that the ratio of the concentration of the metalloid to the sum of the concentrations of the metals from the layer surface to
Werkstück- oder Bauteiloberfläche periodisch variiert.Workpiece or component surface varies periodically.
3. Mehrphasige Bauteilverschleissschutzschicht gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass i) als Metalloid Kohlenstoff verwendet wird, ii) als Metall Cr, W, Ti, Zr, Nb, Mo oder Ta verwendet wird, iii) die Kohlenstoffkonzentration 20 - 85 % , bevorzugt 40 - 70 % beträgt.3. Multiphase component wear protection layer according to claim 1 or 2, characterized in that i) is used as metalloid carbon, ii) as metal Cr, W, Ti, Zr, Nb, Mo or Ta is used, iii) the carbon concentration 20 - 85% , preferably 40-70%.
4. Mehrphasige Bauteilverschleissschutzschicht gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht zusätzlich Stickstoff enthält. 4. Multiphase component wear protection layer according to claim 3, characterized in that the layer additionally contains nitrogen.
5. Mehrphasige Bauteilverschleissschutzschicht gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickstoffkonzentration die Kohlenstoffkonzentration nicht übersteigt.5. Multiphase component wear protection layer according to claim 4, characterized in that the nitrogen concentration does not exceed the carbon concentration.
6. Mehrphasige Bauteilverschleissschutzschicht gemäss einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Perioden, mit der das Verhältnis der Konzentration des Metalloids zu den Metallen von der Schichtoberfläche zur Werkstück- oder Bauteiloberfläche variiert 5 nm, bevorzugt 2 nm nicht übersteigen.6. Multiphase component wear protection layer according to one of claims 2 to 5, characterized in that the periods at which the ratio of the concentration of the metalloid to the metals from the layer surface to the workpiece or component surface varies 5 nm, preferably not exceed 2 nm.
7. Mehrphasige Bauteilverschleissschutzschicht gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass i) sie mehrschichtig aufgebaut ist, ii) die einzelnen Schichten sich im Wesentlichen nur in der Korngröße der Verbindung der Metalle mit einem Metalloid unterscheiden.7. Multiphase component wear protection layer according to one of claims 1 to 6, characterized in that i) it has a multilayer structure, ii) the individual layers differ substantially only in the grain size of the compound of the metals with a metalloid.
8. PVD - Bauteilverschleissschutzbeschichtungsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass i) wenigstens eine physikalische Dampfquelle zur Erzeugung von Metalldampf wendet wird, ii) wenigstens eine physikalische Dampfquelle zur Erzeugung von Metalloiddampf verwendet wird, iii) der Metalldampf und der Metalloiddampf so auf die Werkstückoberfläche auftreffen, dass sie zu einer Verbindung reagieren.8. PVD component wear protection coating method, characterized in that i) at least one physical vapor source is used to produce metal vapor, ii) at least one physical vapor source is used to generate metalloid vapor, iii) the metal vapor and the metalloid vapor strike the workpiece surface in such a way react to a connection.
9. PVD - Bauteilverschleissschutzbeschichtungsverfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Metalldampf um einen Dampf der Metalle der Nebengruppen des periodischen Systems der chemischen Elemente, bevorzugt Cr, W, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta oder Legierungen, bei denen diese Metalle den Hauptlegierungsanteil bilden handelt und dass es sich beim Metalloiddampf um Dampf der Elemente C, Si, B, und S bevorzugt C handelt. 9. PVD component wear protection coating method according to claim 8, characterized in that the metal vapor is a vapor of the metals of the subgroups of the periodic system of the chemical elements, preferably Cr, W, Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta or alloys, in which these metals form the main alloying fraction and that the metalloid vapor is steam of the elements C, Si, B, and S is preferably C.
10. PVD - Bauteilverschleissschutzbeschichtungsverfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass i) es sich beim Metalloiddampf um Kohlenstoff handelt ii) das zeitliche Mittel des Verhältnisses des auf die Werkstücke und Bau- teilfunktionsflächen auftreffenden Molstroms des Kohlenstoffs zum Molstrom des Metalls größer als 0.2 und kleiner als 4.5, bevorzugt, größer als 0.4 und kleiner als 2.5 ist10. PVD - component wear protection coating method according to claim 9, characterized in that i) the metal oxide vapor is carbon ii) the time average of the ratio of the incident on the workpieces and component functional surfaces molar flow of carbon to the molar flow of the metal greater than 0.2 and smaller is 4.5, preferably, greater than 0.4 and less than 2.5
11. PVD - Bauteilverschleissschutzbeschichtungsverfahren gemäss einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass i) das Verhältnis des auf die Werkstücke und Bauteilfunktionsflächen auftreffenden Molstroms des Metalldampfes zum Molstrom des Metalloiddampfes sich periodisch mit einer Zeitperiode Δt ändert, ii) die Zeitperiode Δt kleiner als das 5 10'9 fache bevorzugt 2 10"9 fache der in m/sec ausgedrückten Beschichtungsrate ist.11. PVD - component wear protection coating method according to one of claims 8 to 10, characterized in that i) the ratio of the incident on the workpieces and component functional surfaces molar flow of the metal vapor to the molar metalloid vapor periodically changes with a time period At, ii) the time period .DELTA.t less than which is 5 × 10 -9 times, preferably 2 × 10 -9 times the coating rate expressed in m / sec.
12. PVD - Bauteilverschleissschutzbeschichtungsverfahren gemäss einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als eine der beiden physikalischen Dampfquellen ein kathodischer Lichtbogenverdampfer ver- wendet wird.12. PVD - component wear protection coating method according to any one of claims 8 to 1 1, characterized in that as one of the two physical vapor sources, a cathodic arc evaporator is used.
13. PVD - Bauteilverschleissschutzbeschichtungsverfahren gemäss einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird.13. PVD - component wear protection coating method according to any one of claims 8 to 12, characterized in that the coating is carried out in a nitrogen-containing atmosphere.
14. PVD - Bauteilverschleissschutzbeschichtungsverfahren gemäss einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in einer Atmosphäre im Wesentlichen frei von Wasserstoff oder wasserstoffhalti- gen Verbindungen durchgeführt wird. 14. PVD - component wear protection coating method according to any one of claims 8 to 13, characterized in that the coating is carried out in an atmosphere substantially free of hydrogen or hydrogen-containing compounds.
15. Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleissschutzbeschichtungs- verfahrens bestehend aus einer Vakuumkammer (1), physikalischen Dampfquellen (3), (4), (5) und (6), einer Drehvorrichtung (7) und Bauteildrehträgern (9) dadurch gekennzeichnet, dass i) Die Vorrichtung wenigstens 2 physikalische Dampfquellen enthält, ii) wenigsten 2 physikalische Dampfquellen mit verschiedenen mit physikalischen Prozessen in die Dampfphase einzubringendem Werkstoffen bestückt sind, iii) wenigstens eine physikalische Dampfquelle für die Erzeugung von Koh- lenstoff-, Schwefel-, Silizium-, oder Bordampf geeignet ist, iv) je 2 physikalische Dampfquellen und die Dreheinrichtung so angeordnet sind, dass alle Bauteile periodisch beiden physikalischen Dampfquellen ausgesetzt sind, v) dass die Zeitperiode Dt, in der die Bauteilträger wieder die gleiche Posi- tion erreicht haben kleiner als das 5 10"9 fache bevorzugt 2 10"9 fache der in m/sec ausgedrückten inversen Beschichtungsrate ist.15. Apparatus for carrying out a component wear protection coating method comprising a vacuum chamber (1), physical vapor sources (3), (4), (5) and (6), a rotary device (7) and component rotary carriers (9), characterized in that i ) The device contains at least 2 physical vapor sources, ii) at least 2 physical vapor sources are equipped with different materials to be introduced into the vapor phase with physical processes, iii) at least one physical vapor source for the production of carbon, sulfur, silicon, or Iv) each 2 physical vapor sources and the rotating device are arranged so that all components are periodically exposed to both physical vapor sources, v) that the time period Dt, in which the component carriers have reached the same position again smaller than the 5th 10 "9 times, preferably 2 10 " 9 times the inverse coating rate expressed in m / sec.
16. Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleißschutzbeschichtungs- verfahrens gemäss Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet dass die Dreh- geschwindigkeit der Drehvorrichtung wenigstens 10 Umdrehungen / Minute, bevorzugt wenigstens 50 Umdrehungen / Minute beträgt.16. A device for carrying out a component wear protection coating method according to claim 15, characterized in that the rotational speed of the rotary device is at least 10 revolutions / minute, preferably at least 50 revolutions / minute.
17. Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleissschutzbeschichtungs- verfahrens gemäss Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreh- geschwindigkeit der Drehvorrichtung wenigstens das 5 10'9 fache bevorzugt17. Device for carrying out a component wear protection coating method according to claim 15, characterized in that the rotational speed of the rotary device is at least 5 × 10 9 times more preferred
2 10'9 fache der in m/sec ausgedrückten inversen Beschichtungsrate ist.2 10 '9 times the inverse coating rate expressed in m / sec.
18. Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleissschutzbeschichtungs- verfahrens gemäss einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeich- net, dass i) der mittlere Abstand quer zur Drehrichtung der Targetplatten (30) der jeweils beiden physikalischen Dampfquellen kleiner ist als der mittlere Durchmesser der Targetplatten (32) der jeweils beiden physikalischen Dampfquellen, ii) der mittlere Abstand quer zur Drehrichtung der Targetplatten (30) der jeweils beiden physikalischen Dampfquellen kleiner ist als der mittlere Ab- stand der Bauteilträger (9) von der Oberfläche der Targetplatten (31) der jeweils beiden physikalischen Dampfquellen.18. Device for carrying out a component wear protection coating method according to one of claims 15 to 17, characterized in that i) the average distance transversely to the direction of rotation of the target plates (30) of the respective two physical vapor sources is smaller than the middle one Ii) the average distance transversely to the direction of rotation of the target plates (30) of the respective two physical vapor sources is smaller than the average distance of the component carriers (9) from the surface of the target plates (31 ) of the two physical vapor sources.
19. Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleissschutzbeschichtungs- verfahrens gemäss einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeich- net, dass der mittlere Abstand quer zur Drehrichtung der Verdampfungsmaterialplatten (30) der jeweils beiden physikalischen Dampfquellen kleiner als 150 mm ist.19. A device for carrying out a component wear protection coating method according to claim 15, characterized in that the mean distance transversely to the direction of rotation of the evaporation material plates (30) of the respective two physical vapor sources is less than 150 mm.
20. Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleissschutzbeschichtungs- Verfahrens gemäss Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit, die ein Bauteilträger benötigt, um von der Mitte einer der jeweils beiden physikalischen Verdampfungseinrichtungen zur Mitte der jeweils anderen physikalischen Verdampfungseinrichtungen zu gelangen, kleiner als 6 Sekunden, bevorzugt kleiner als 1 Sekunde ist.Device for carrying out a component wear-protection coating method according to claim 15, characterized in that the time required for a component carrier to pass from the middle of one of the two physical evaporation devices to the center of the other physical evaporation devices is less than 6 seconds, preferably less than 1 second.
21. Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleissschutzbeschichtungs- verfahrens gemäss Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils beiden physikalischen Verdampfungseinrichtungen kathodische Lichtbogenverdampfer sind.21. Device for carrying out a component wear protection coating method according to claim 15, characterized in that the respective two physical evaporation devices are cathodic arc evaporators.
22. Vorrichtung zur Durchführung eines Bauteilverschleissschutzbeschichtungs- verfahrens gemäss Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass i) der kathodische Lichtbogenverdampfer für Kohlenstoff eine magnetische22. A device for carrying out a component wear protection coating method according to claim 21, characterized in that i) the cathodic arc evaporator for carbon is a magnetic
Kathodenfusspunktführung aufweist, ii) die magnetische Kathodenfusspunktführung so gestaltet ist, dass derIi) the magnetic cathode foot point guide is designed so that the
Kathodenfusspunkt eine oszillatorische Bewegung mit einer Zeitperiode δt quer zur Drehbewegung (21) ausführt, iii) die Zeitperiode δt der oszillatorischen Bewegung des Kathoden- fusspunkts wenigstens das 10 - 100-fache der Zeitperiode Δt ist, in der die Bauteilträger wieder die gleiche Position erreicht haben. Kathodefusspunkt performs an oscillatory movement with a time period δt transverse to the rotational movement (21), iii) the time period δt of the oscillatory motion of the cathode footpoint is at least 10 to 100 times the time period Δt in which the component carriers have again reached the same position.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008000573A2 (en) * 2006-06-27 2008-01-03 Schaeffler Kg Wear-resistant coating and production method for the same
DE102008042896A1 (en) * 2008-10-16 2010-04-22 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Method for coating a sliding element and sliding element, in particular piston ring or cylinder liner of an internal combustion engine
DE102008062220A1 (en) * 2008-12-13 2010-06-17 Mahle International Gmbh Sliding layer useful in a sliding element for a tribological system, consists of amorphous carbon and chromium carbide, where particles of the amorphous carbon and chromium carbide are uniformly distributed
DE102012020756A1 (en) 2012-10-23 2014-04-24 Mahle International Gmbh Component with a coating and process for its preparation
WO2014063676A1 (en) 2012-10-23 2014-05-01 Mahle International Gmbh Component having a coating and method for the production thereof
WO2018171977A1 (en) * 2017-03-24 2018-09-27 Robert Bosch Gmbh Antiabrasion-coated metal part, parts assembly consisting thereof
CN112481591A (en) * 2020-11-11 2021-03-12 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Self-adaptive high-low temperature cycle resistant low-friction functional protective coating and preparation method and application thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1123990A1 (en) * 2000-02-09 2001-08-16 Hauzer Techno Coating Europe Bv Method for PVD coating
JP2003082458A (en) * 2001-09-10 2003-03-19 Sumitomo Electric Ind Ltd Apparatus and method for forming amorphous carbon film
WO2004061150A1 (en) * 2002-12-27 2004-07-22 Commissariat A L'energie Atomique Method for the production of a multilayer wear-resistant coating
US20040144318A1 (en) * 2001-02-02 2004-07-29 Thomas Beck Device for ceramic-type coating of a substrate
US20050170162A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-04 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Hard laminated film, method of manufacturing the same and film-forming device
WO2006027016A1 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 Bic-Violex Sa Method for deposition of a layer on a razor blade edge and razor blade

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1123990A1 (en) * 2000-02-09 2001-08-16 Hauzer Techno Coating Europe Bv Method for PVD coating
US20040144318A1 (en) * 2001-02-02 2004-07-29 Thomas Beck Device for ceramic-type coating of a substrate
JP2003082458A (en) * 2001-09-10 2003-03-19 Sumitomo Electric Ind Ltd Apparatus and method for forming amorphous carbon film
WO2004061150A1 (en) * 2002-12-27 2004-07-22 Commissariat A L'energie Atomique Method for the production of a multilayer wear-resistant coating
US20050170162A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-04 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Hard laminated film, method of manufacturing the same and film-forming device
WO2006027016A1 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 Bic-Violex Sa Method for deposition of a layer on a razor blade edge and razor blade

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008000573A2 (en) * 2006-06-27 2008-01-03 Schaeffler Kg Wear-resistant coating and production method for the same
WO2008000573A3 (en) * 2006-06-27 2008-04-24 Schaeffler Kg Wear-resistant coating and production method for the same
DE102008042896A1 (en) * 2008-10-16 2010-04-22 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Method for coating a sliding element and sliding element, in particular piston ring or cylinder liner of an internal combustion engine
CN102187129A (en) * 2008-10-16 2011-09-14 菲特尔莫古布尔沙伊德有限公司 Method for coating a sliding element and sliding element, in particular a piston ring or cylinder liner of an internal combustion engine
DE102008062220A1 (en) * 2008-12-13 2010-06-17 Mahle International Gmbh Sliding layer useful in a sliding element for a tribological system, consists of amorphous carbon and chromium carbide, where particles of the amorphous carbon and chromium carbide are uniformly distributed
DE102008062220B4 (en) * 2008-12-13 2021-04-22 Mahle International Gmbh Sliding layer, its use on or with a sliding element and method for producing a sliding layer
DE102012020757A1 (en) 2012-10-23 2014-05-08 Mahle International Gmbh Component with a coating and process for its preparation
WO2014063676A1 (en) 2012-10-23 2014-05-01 Mahle International Gmbh Component having a coating and method for the production thereof
WO2014063677A1 (en) 2012-10-23 2014-05-01 Mahle International Gmbh Component having a coating and method for the production thereof
CN104812928A (en) * 2012-10-23 2015-07-29 马勒国际公司 Component having a coating and method for the production thereof
CN104812929A (en) * 2012-10-23 2015-07-29 马勒国际公司 Component having a coating and method for the production thereof
US20150240347A1 (en) * 2012-10-23 2015-08-27 Mahle International Gmbh Component having a coating and method for the production thereof
US9840766B2 (en) 2012-10-23 2017-12-12 Mahle International Gmbh Component having a coating and method for the production thereof
US10059899B2 (en) 2012-10-23 2018-08-28 Mahle International Gmbh Component having a coating and method for the production thereof
DE102012020756A1 (en) 2012-10-23 2014-04-24 Mahle International Gmbh Component with a coating and process for its preparation
WO2018171977A1 (en) * 2017-03-24 2018-09-27 Robert Bosch Gmbh Antiabrasion-coated metal part, parts assembly consisting thereof
CN110475902A (en) * 2017-03-24 2019-11-19 罗伯特·博世有限公司 The metal component of anti-wear coating, the component assembly being made from it
CN110475902B (en) * 2017-03-24 2022-03-08 罗伯特·博世有限公司 Wear-resistant coated metal component, component assembly consisting of said component
CN112481591A (en) * 2020-11-11 2021-03-12 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Self-adaptive high-low temperature cycle resistant low-friction functional protective coating and preparation method and application thereof

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