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EP2044240B1 - Verfahren zum aufbringen eines beschichtungsmaterials sowie beschichtung für eine metallische oberfläche - Google Patents

Verfahren zum aufbringen eines beschichtungsmaterials sowie beschichtung für eine metallische oberfläche Download PDF

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Publication number
EP2044240B1
EP2044240B1 EP07718480.2A EP07718480A EP2044240B1 EP 2044240 B1 EP2044240 B1 EP 2044240B1 EP 07718480 A EP07718480 A EP 07718480A EP 2044240 B1 EP2044240 B1 EP 2044240B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wear
layer
protection layers
content
transition region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP07718480.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2044240A2 (de
Inventor
Heinrich Werger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2044240A2 publication Critical patent/EP2044240A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2044240B1 publication Critical patent/EP2044240B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12458—All metal or with adjacent metals having composition, density, or hardness gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12576—Boride, carbide or nitride component
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    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12583—Component contains compound of adjacent metal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]

Definitions

  • the invention relates to a method for applying a multi-layer wear-resistant coating to metallic, possibly already coated surfaces, wherein the coating consists of at least two wear protection layers and an intermediate layer disposed between two wear protection layers, as well as a coating for a metallic surface.
  • the layer sequence of at least a first adhesive layer, a first wear protection layer, a second adhesive layer and a second wear protection layer said layer sequence may optionally be applied repeatedly.
  • a plurality of wear protection layers of small layer thickness can be combined to form a sufficiently sufficiently thick coating.
  • the individual wear protection layers can be applied in this case in a thickness which ensures that no excessive residual stresses occur, which could lead to a flaking of the wear protection layers.
  • the adhesive layers applied between the individual wear protection layers in this case consist of a material which is significantly softer compared to the material of the wear protection layer.
  • the die WO 2005/014882 A discloses a CVD method for applying a multi-layer, wear-resistant protective layer to a substrate, which may be metallic.
  • the substrate is a first layer, for example. Chromium applied, followed by, for example, a CrN layer, which is followed by a transition layer of Cr x C y .
  • the top layer is made of diamond-like carbon material (DLC).
  • DLC diamond-like carbon material
  • the WO2006 / 005288 A discloses a piston ring consisting of a base body, on the outer peripheral surface of which a plurality of layers are stacked one above the other, wherein the outer circumferential surface facing adhesive layer is a PVD adhesive layer based on Cr.
  • the WO 01/79585 A discloses a DLC layer system. Directly on the substrate there is an adhesive layer with at least an element from the group of elements of IV, V and VI subgroup and Si. Preferably, an adhesion layer of Cr or Ti is used. This is followed by a transition layer, which is preferably formed as a gradient layer in the course perpendicular to the substrate surface, the metal content decreases and the C content increases.
  • the invention is essentially characterized in that the intermediate layer consists of a material composition comprising the material of the two wear-resistant layers and a further material, wherein the application of the intermediate layer with over a erin the intermediate layer is reduced or increased according to a ramp function.
  • the invention provides that the content of the material of the wear protection layer in the intermediate layer is reduced to at least 30 wt .-%, preferably at least 50 wt .-%.
  • a wear protection layer ie a layer with a content of 100 wt .-% of coating material, followed by a first transition region of the intermediate layer, in which the content of the material of the wear protection layer of 100 wt. Reduced% to, for example, 50 wt .-% and increases the content of the other material accordingly.
  • a further transition region of the intermediate layer is then provided, in which the content of the material of the wear protection layer is again increased to 100 wt .-% and the content of the further material is reduced accordingly.
  • the first transition region preferably directly adjoins the underlying wear protection layer and the second transition region merges directly into the overlying wear protection layer.
  • another area may be arranged in which the content of the materials is the same is chosen permanently.
  • the second transition region directly adjoins the first transition region is preferred, since the intermediate layer should be made as thin as possible and no further functional partial regions appear necessary in addition to the two transition regions serving for the material transition.
  • the material of the wear protection layer of 100 wt .-% reduced to, for example, 50 wt .-% and increases the content of the other material accordingly.
  • a further transition region of the intermediate layer is then provided, in which the content of the material of the wear protection layer is again increased to 100 wt .-% and the content of the further material is reduced accordingly.
  • the first transition region preferably directly adjoins the underlying wear protection layer and the second transition region merges directly into the overlying wear protection layer.
  • first transition region in which the content of the material of the wear protection layer is lowered
  • second transition region in which the content of the material of the wear protection layer is increased again
  • another area may be arranged in which the content of the materials is the same is chosen permanently.
  • the second transition region directly adjoins the first transition region is preferred, since the intermediate layer should be made as thin as possible and no further functional subregions appear necessary in addition to the two transition regions serving for the material transition.
  • the layers are preferably applied by a CVD method, processes being known from the prior art with which the proportions of the individual materials during application of the layers can be changed continuously.
  • the invention provides that the wear protection layer consists of a diamond-like carbon material (DLC).
  • the intermediate layer contains according to the invention in addition the material of the wear protection layer another wear-resistant material, namely CrN.
  • an adhesive layer 2 of a soft material for example Cr
  • a first wear protection layer 3 which may consist of CrN, for example.
  • a transition layer 4 the concentration of the material of the first wear protection layer 3 is reduced to zero and at the same time the concentration of the material of a second wear protection layer 5, for example DLC (diamond like carbon), is increased.
  • a second wear protection layer 5 is applied.
  • the diagram shows the concentration 6 as a function of the distance 7 from the surface of the component 1 to be coated, the solid line 8 representing the concentration of the material of the first wear protection layer and the dot-dash line 9 the concentration of the material of the wear protection layer.
  • Fig. 2 shows a coating according to the present invention.
  • adhesive layer 2 first wear protection layer 3, transition layer 4 and wear protection layer 5
  • an intermediate layer 10 adjoins, in which the concentration of the material of the adjacent wear protection layers is lowered from 100% to 50% in a first transition region a and in a second transition region b is again increased to 100%, wherein a further material, in the present case, the material of the wear protection layer 3, mixed accordingly, wherein the content of the further material in the transition region a increases up to 50% and in the subsequent second Transition area b back to zero is lowered.
  • this intermediate layer 10 includes a further layer of the second wear protection view 5.
  • Intermediate layer 10 and second wear protection layer 5 can subsequently be repeated several times.
  • the advantage of this invention is that the stresses occurring between wear protection layer 3 and wear protection layer 5 due to the coating normally become so great from a certain layer thickness that the coating no longer securely adheres. As a result, the thickness of a coating is limited upwards.
  • the stresses are reduced and it is possible to apply a further layer of the same protective layer, so that in practice almost arbitrarily thick coatings can be realized.
  • DLC diamond like carbon
  • the material of the wear protection layer 3 may be selected.
  • the material of the wear protection layer 3 which is also mixed with the intermediate layer 10, it is possible, for example, to choose CrN.
  • the material admixed with the intermediate layer 10 does not necessarily have to correspond to the material of the wear protection layer 3.
  • the layer structure resulting from the multiple application of the layers 5 and 10 does not necessarily have to be applied to the component 1 with the interposition of the layers 3, 4 and optionally 2. Rather, an immediate application, with or without the interposition of an adhesive layer, conceivable.
  • the arrangement of the existing from the material of the wear protection layer 5 softer material layer 3 is only for producing a continuous transition from the soft material of the component 1 to the very hard material of the wear protection layers fifth

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer mehrlagigen verschleißfesten Beschichtung auf metallische, ggf. bereits beschichtete Oberflächen, wobei die Beschichtung aus wenigstens zwei Verschleißschutzschichten und einer jeweils zwischen zwei Verschleißschutzschichten angeordneten Zwischenschicht besteht, sowie auf eine Beschichtung für eine metallische Oberfläche.
  • Bei hoch belasteten Bauteilen, wie sie beispielsweise im Servoventil oder der Düse eines Einspritzinjektors in einem Common-Rail-Einspritzsystem zu finden sind, ist es Stand der Technik, zur Erhöhung von Härte bzw. verschleißfestigkeit eine Beschichtung mit besonders harten Materialien durchzuführen. Auch eine Beschichtung mit mehreren Lagen ist dabei Stand der Technik.
  • Dabei ist es zur Erzielung der erforderlichen verschleißwerte wünschenswert möglichst große Schichtdicken aufbringen zu können, wobei jedoch beim Einsatz von besonders harten Materialien als Beschichtungsmaterial die Schichtdicke durch die mit der Schichtdicke ansteigenden Eigenspannungen in der Schicht begrenzt ist. In der Regel führen Eigenspannungen in der Schicht zur Rissbildung in der Beschichtung und/oder zu einem Abplatzen. Aus der WO 2006/005288 A1 ist in diesem Zusammenhang eine Schichtenfolge vorgeschlagen worden, bei welcher auf eine metallische Oberfläche zunächst eine Haftschicht auf Basis von Cr, auf der Haftschicht eine CrN Gradientenschicht und auf der CrN-Gradientenschicht zumindest eine Deckschicht konstanter Zusammensetzung auf Basis von CrN, Cr2N oder einem Gemisch aus beiden Phasen aufgebracht ist. Die CrN-Schicht zeichnet sich hierbei durch relativ geringe Eigenspannungen aus, sodass sich CrN-Schichten in deutlich größeren Schichtdicken auftragen lassen.
  • Der DE 102004002678 B4 ist eine mehrlagige Beschichtung für eine Ventilnadel eines Ventils zu entnehmen, wobei die Schichtenfolge aus mindestens einer ersten Haftschicht, einer ersten Verschleißschutzschicht, einer zweiten Haftschicht und einer zweiten Verschleißschutzschicht besteht, wobei diese Schichtenabfolge gegebenenfalls mehrmals wiederholt aufgebracht werden kann. Bei einer derartigen Ausbildung kann eine Vielzahl von Verschleißschutzschichten geringer Schichtdicke zu einer insgesamt ausreichend dicken Beschichtung zusammengesetzt werden. Die einzelnen Verschleißschutzschichten können hierbei in einer Dicke aufgebracht werden, durch die sichergestellt ist, dass keine zu hohen Eigenspannungen auftreten, die zu einem Abplatzen der Verschleißschutzschichten führen könnten. Die zwischen den einzelnen Verschleißschutzschichten angebrachten Haftschichten bestehen hierbei aus einem Material, das gegenüber dem Material der Verschleißschutzschicht deutlich weicher ist.
  • Die Die WO 2005/014882 A offenbart ein CVD-Verfahre zum Aufbringen einer mehrlagigen, verschleißfesten Schutzschicht auf ein Substrat, das metallisch sein kann. In bevorzugter Ausführung wird das Subtrat wird eine erste Schicht, bspw. Chrom aufgebracht, gefolgt von bspw. einer CrN-Schicht, auf welche eine Übergangsschicht aus CrxCy folgt. Die Deckschicht besteht aus diamantartigem Kohlenstoffmaterial (DLC). Die Übergangsschicht zeigt einen Gradienten, wobei der Kohlenstoffgehalt in Richtung DLC-Schicht zunimmt und der Chromgehalt entsprechend abnimmt.
  • Die WO2006/005288 A offenbart einen Kolbenring, bestehend aus einem Grundkörper, auf dessen äußerer Umfangsfläche mehrere Schichten lagenweise übereinander aufgebracht sind, wobei die der äußeren umfangsfläche zugewandte Haftschicht eine PVD-Haftschicht auf Basis von Cr ist.
    Die WO01/79585 A offenbart ein DLC-Schichtsystem. Direkt auf dem Substrat befindet sich eine Haftschicht mit mindestens einem Element aus der Gruppe der Elemente der IV, V und VI Nebengruppe sowie Si. Bevorzugt wird eine Haftschicht aus Cr oder Ti verwendet. Daran schließt sich eine Übergangsschicht an, die vorzugsweise als Gradientenschicht ausgebildet ist, in deren Verlauf senkrecht zur Substratsoberfläche der Metallgehalt abnimmt und der C-Gehalt zunimmt.
  • Gemäß dem Stand der Technik ist somit vorgesehen, dass zur Erhöhung der Gesamtbeschichtungsdicke einzelne Verschleißschutzschichten aus sehr verschleißfestem harten Material mit daran anschließenden bzw, dazwischen liegenden Zwischen-, Übergangs- oder Haftschutzschichten aus einem gegenüber dem Material der Verschleißschutzschicht weicheren Material kombiniert werden, wobei durch die Zwischenschaltung des weicheren Materials die notwendige Elastizität hergestellt wird, welche ein Abplatzen des härteren Materials verhindert. Der Erhöhung der Gesamtbeschichtungsdicke steht jedoch die durch das weichere Material der Zwischenschichten bedingte bereichsweise Herabsetzung der Verschleißfestigkeit gegenüber. Bei extremen Belastungen ergibt sich nämlich notwendiger Weise ein Abtrag der zu oberst aufgebrachten Verschleißschutzschicht, wonach die darunter liegende Zwischenschicht aus weniger verschleißfestem Material frei gelegt wird, welche in der Folge relativ schnell abgenützt wird, sodass insgesamt ein derartiger Schichtenaufbau einem relativ schnellen Verschleiß unterliegt. Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die Verschleißfestigkeit einer mehrlagigen Beschichtung, bei welcher zwischen einzelnen Verschleißschutzschichten jeweils eine Zwischenschicht angeordnet ist, zu erhöhen, sowie ein Verfahren anzugeben, mit welchem eine derartige mehrlagige Beschichtung hergestellt werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus einer Materialzusammensetzung enthaltend das Material der zwei Verschleißschutzschichten und ein weiteres Material besteht, wobei die Aufbringung der Zwischenschicht mit über einen erin der Zwischenschicht gemäß einer Rampenfunktion verringert bzw. erhöht wird. Um weiters sicherzustellen, dass die Zwischenschicht auch bei hohen Belastungen eine ausreichende Verschleißfestigkeit aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Gehalt des Materials der Verschleißschutzschicht in der Zwischenschicht bis auf wenigstens 30 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 50 Gew.-%, verringert wird. Es ergibt sich hierbei bevorzugt ein Schichtaufbau, bei welchem an eine Verschleißschutzschicht, d.h. eine Schicht mit einem Gehalt von 100 Gew.-% an Beschichtungsmaterial, ein erster Übergangsbereich der Zwischenschicht anschließt, in welchem sich der Gehalt des Materials der Verschleißschutzschicht von 100 Gew.-% auf beispielsweise 50 Gew.-% verringert und sich der Gehalt des weiteren Materials entsprechend erhöht. Zum Übergang an die nächste darüber liegende Verschleißschutzschicht aus reinem Material ist anschließend ein weiterer Übergangsbereich der Zwischenschicht vorgesehen, in welchem der Gehalt des Materials der Verschleißschutzschicht wiederum auf 100 Gew.-% erhöht und der Gehalt des weiteren Materials entsprechend verringert wird. Dabei schließt der erste Übergangsbereich bevorzugt unmittelbar an die darunter liegende Verschleißschutzschicht an und der zweite Übergangsbereich geht unmittelbar in die darüber liegende Verschleißschutzschicht über. Wenn gewünscht, kann zwischen dem ersten Übergangsbereich, in welchem der Gehalt des Materials der Verschleißschutzschicht abgesenkt wird, und dem zweiten Übergangsbereich, in welchem der Gehalt des Materials der Verschleißschutzschicht wieder erhöht wird, ein weiterer Bereich angeordnet sein, in welchem der Gehalt der Materialien gleich bleibend gewählt ist. Bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung, bei welcher der zweite Übergangsbereich unmittelbar an den ersten Übergangsbereich anschließt, da die Zwischenschicht möglichst dünn ausgebildet werden soll und neben den beiden dem Materialübergang dienenden Übergangsbereichen keine weiteren funktionellen Teilbereiche notwendig erscheinen.
  • Gehalt des Materials der Verschleißschutzschicht von 100 Gew.-% auf beispielsweise 50 Gew.-% verringert und sich der Gehalt des weiteren Materials entsprechend erhöht. Zum Übergang an die nächste darüber liegende Verschleißschutzschicht aus reinem Material ist anschließend ein weiterer Übergangsbereich der Zwischenschicht vorgesehen, in welchem der Gehalt des Materials der Verschleißschutzschicht wiederum auf 100 Gew.-% erhöht und der Gehalt des weiteren Materials entsprechend verringert wird. Dabei schließt der erste Übergangsbereich bevorzugt unmittelbar an die darunter liegende Verschleißschutzschicht an und der zweite Übergangsbereich geht unmittelbar in die darüber liegende Verschleißschutzschicht über. Wenn gewünscht, kann zwischen dem ersten Übergangsbereich, in welchem der Gehalt des Materials der Verschleißschutzschicht abgesenkt wird, und dem zweiten Übergangsbereich, in welchem der Gehalt des Materials der Verschleißschutzschicht wieder erhöht wird, ein weiterer Bereich angeordnet sein, in welchem der Gehalt der Materialien gleich bleibend gewählt ist. Bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung, bei welcher der zweite Übergangsbereich unmittelbar an den ersten Übergangsbereich anschließt, da die Zwischenschicht möglichst dünn ausgebildet werden soll und neben den beiden dem Materialübergang dienenden Übergangsbereichen keine weiteren funktionellen Teilbereiche notwendig erscheinen.
  • Bevorzugt werden die Schichten mit einem CVD-Verfahren aufgebracht, wobei aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt sind, mit welchen die Mengenverhältnisse der einzelner Materialien beim Aufbringen der Schichten kontinuierlich verändert werden können.
  • Um eine möglichst verschleißfeste Ausbildung zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht aus einem diamantartigen Kohlenstoffmaterial (DLC) besteht. Die Zwischenschicht enthält erfindungsgemäß neben dem Material der Verschleißschutzschicht ein weiteres verschleißfestes Material, nämlich CrN.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt Fig.1 eine Mehrfachbeschichtung nach dem Stand der Technik und Fig.2 eine Beschichtung nach der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der Schichtenfolge gemäß Fig.1 wird auf das zu beschichtende Material 1 zuerst eine Haftschicht 2 aus einem weichen Material, beispielsweise Cr, aufgebracht. Danach erfolgt der Auftrag einer ersten Verschleißschutzschicht 3, die beispielsweise aus CrN bestehen kann. In einer Übergangsschicht 4 wird die Konzentration des Materials der ersten Verschleißschutzschicht 3 auf Null verringert und gleichzeitig die Konzentration des Materials einer zweiten Verschleißschutzschicht 5, beispielsweise DLC (diamond like carbon) erhöht. Anschließend wird eine zweite Verschleißschutzschicht 5 aufgebracht. Im Diagramm ist die Konzentration 6 als Funktion des Abstands 7 von der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils 1 dargestellt, wobei die durchgezogene Linie 8 die Konzentration des Materials der ersten Verschleißschutzschicht und die strichpunktierte Linie 9 die Konzentration des Materials der Verschleißschutzschicht darstellt.
  • Fig. 2 zeigt eine Beschichtung nach der vorliegenden Erfindung. Nach der bereits bekannten Schichtabfolge aus zu beschichtendem Material 1, Haftschicht 2, erster Verschleißschutzschicht 3, Übergangsschicht 4 und Verschleißschutzschicht 5 schließt eine Zwischenschicht 10 an, in der die Konzentration des Materials der angrenzenden Verschleißschutzschichten in einem ersten Übergangsbereich a von 100% auf 50% abgesenkt und in einem zweiten Übergangsbereich b wiederum auf 100% erhöht wird, wobei ein weiteres Material, im vorliegenden Fall das Material der Verschleißschutzschicht 3, entsprechend zugemischt wird, wobei der Gehalt des weiteren Materials im Übergangsbereich a auf bis zu 50% erhöht und im anschließenden zweiten Übergangsbereich b wieder auf Null abgesenkt wird. An diese Zwischenschicht 10 schließt eine weitere Lage der zweiten Verschleißschutzsicht 5 an. Zwischenschicht 10 und zweite Verschleißschutzschicht 5 können in weiterer Folge mehrfach wiederholt werden.
  • Der Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass die zwischen Verschleißschutzschicht 3 und Verschleißschutzschicht 5 auftretenden Spannungen auf Grund der Beschichtung normaler Weise ab einer bestimmten Schichtdicke so groß werden, dass die Beschichtung nicht mehr sicher haftet. Dadurch ist die Dicke einer Beschichtung nach oben begrenzt. Durch Einführung der speziellen Zwischenschicht 10 werden die Spannungen verringert und es kann eine weitere Lage derselben Schutzschicht aufgebracht werden, sodass in der Praxis nahezu beliebig dicke Beschichtungen realisierbar sind.
  • Als Material der Verschleißschutzschicht 5 kann hierbei DLC (diamond like carbon) gewählt sein. Als Material der Verschleißschutzschicht 3, das auch der Zwischenschicht 10 zugemischt wird, kann beispielsweise CrN gewählt sein. Das der Zwischenschicht 10 zugemischt Material muss aber nicht notwendigerweise dem Material der Verschleißschutzschicht 3 entsprechen.
  • Weiters ist anzumerken, dass der aus der mehrfachen Aufbringung der Schichten 5 und 10 entstehende Schichtenaufbau nicht notwendiger Weise unter Zwischenschaltung der Schichten 3, 4 und ggf. 2 auf dem Bauteil 1 aufgebracht sein muss. Vielmehr ist auch eine unmittelbare Aufbringung, mit oder ohne Zwischenschaltung einer Haftschicht, denkbar. Die Anordnung der aus gegenüber dem Material der Verschleißschutzschicht 5 weicherem Material bestehenden Schicht 3 erfolgt lediglich zur Herstellung eines kontinuierlichen Übergangs vom weichen Material des Bauteils 1 zum sehr harten Material der Verschleißschutzschichten 5.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Aufbringen einer mehrlagigen verschleißfesten Beschichtung auf metallische, ggf. bereits beschichtete Oberflächen, wobei die Beschichtung aus wenigstens zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) und einer jeweils zwischen zwei Verschleißschutzschichten angeordneten Zwischenschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus einer Materialzusammensetzung enthaltend das Material der zwei Verschleißschutzschichten und ein weiteres Material besteht, wobei als Material für die zwei Verschleißschutzschichten ein diamantartiges Kohlenstoffmaterial (DLC) gewählt wird und als das in der Zwischenschicht enthaltene weitere Material CrN gewählt wird, wobei die Aufbringung der Zwischenschicht mit über einen ersten Übergangsbereich abnehmendem Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten und über einen zweiten Übergangsbereich zunehmendem Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten erfolgt, wobei der Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten in der Zwischenschicht an jeder Stelle mit mindestens 5 Gew.-% gewählt wird, wobei der Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten in der Zwischenschicht bis auf wenigstens 30 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 50 Gew.-%, verringert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten in der Zwischenschicht gemäß einer Rampenfunktion verringert bzw. erhöht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des ersten Übergangsbereichs der Zwischenschicht mit einem sich von 100 Gew.-% ausgehend verringernden Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten und das Aufbringen des zweiten Übergangsbereichs mit einem bis zu einem Gehalt von 100 Gew.-% zunehmendem Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Übergangsbereich unmittelbar an die darunter liegende Verschleißschutzschicht anschließt und der zweite Übergangsbereich unmittelbar in die darüber liegende Verschleißschutzschicht übergeht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Übergangsbereich unmittelbar an den zweiten Übergangsbereich anschließt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten mit einem CVD Verfahren aufgebracht werden.
  7. Mehrlagige Beschichtung auf eine metallische, gegebenenfalls bereits beschichtete Oberfläche bestehend aus wenigstens zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) und jeweils einer zwischen zwei Verschleißschutzschichten angeordneten Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (10) aus einer Materialzusammensetzung enthaltend das Material der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) und ein weiteres Material mit über einen ersten Übergangsbereich (a) abnehmendem Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) und über einen zweiten Übergangsbereich (b) zunehmendem Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) besteht, wobei als Material der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) ein diamantartiges Kohlenstoffmaterial (DLC) gewählt ist und als das in der Zwischenschicht (10) enthaltene weitere Material CrN gewählt ist, wobei der Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten (5,5) in der Zwischenschicht (10) an jeder Stelle mindestens 5 Gew.-% beträgt, wobei sich der Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) in der Zwischenschicht (10) bis auf höchstens 30 Gew.-%, bevorzugt höchstens 50 Gew.-%, verringert.
  8. Beschichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) in der Zwischenschicht (10) gemäß einer Rampenfunktion (9) verringert bzw. erhöht.
  9. Beschichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Übergangsbereich (a) der Zwischenschicht (10) mit einem sich von 100 Gew.-% ausgehend verringernden Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) und der zweite Übergangsbereich (b) mit einem bis zu einem Gehalt von 100 Gew.-% zunehmendem Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) aufgebracht ist.
  10. Beschichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Übergangsbereich (a) unmittelbar an die darunter liegende Verschleißschutzschicht (5) anschließt und der zweite Übergangsbereich (b) unmittelbar in die darüber liegende Verschleißschutzschicht (5) übergeht.
  11. Beschichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übergangsbereich (b) unmittelbar an den ersten Übergangsbereich (a) anschließt.
  12. Beschichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) eine Verschleißschutzschicht (3) eines weiteren Materials angeordnet ist.
  13. Beschichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verschleißschutzschicht (3) des weiteren Materials und den zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) eine Übergangsschicht (4) mit zunehmendem Gehalt des Materials der zwei Verschleißschutzschichten (5, 5) und entsprechend abnehmendem Gehalt des weiteren Materials angeordnet ist.
  14. Beschichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (3) des weiteren Materials unter Zwischenschaltung einer Haftschicht (2), zB aus Cr, auf der zu beschichtenden Oberfläche (1) aufgebracht ist.
EP07718480.2A 2006-07-26 2007-06-04 Verfahren zum aufbringen eines beschichtungsmaterials sowie beschichtung für eine metallische oberfläche Active EP2044240B1 (de)

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