具有氮化钼层体系的基底和用于制造层体系的涂覆方法技术

因此，本发明专利技术涉及具有被设计为表面涂层的多层的层体系(2)的基底(1)，所述层体系具有包含无定形碳的外覆盖层(3)。根据本发明专利技术，在基底(1)和覆盖层(3)之间提供至少一个第一Mo

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有氮化钼层体系的基底和用于制造层体系的涂覆方法
[0001]本专利技术涉及根据各类独立权利要求的上位概念的具有被设计为表面涂层的多层的层体系的基底，特别是在易磨损件如工具或机器部件的表面上，以及用于制造表面涂层的方法。
[0002]高性能工具或所有种类的暴露于磨损的部件的生产主要通过涂覆它们的表面实现。重要的一类这样的经涂覆的基底尤其是工具或机器部件，例如内燃机部件，或特别是用于成形的工具、切削工具以及其它部件，尤其是所有可能设计的机器的易磨损件。
[0003]在实践中，经涂覆的典型基底材料尤其是所有种类的钢、工具钢或硬质金属，还有所有可能的其它基底材料，特别例如陶瓷。具有大约200℃的低回火温度的钢，如滚珠轴承钢，也特别适合于提高它们用于如发动机部件之类部件的性能。在此特别地，摩擦降低和与润滑剂的相容性以及在应用温度下的足够耐受性具有作用。
[0004]在现有技术中，在此存在本领域技术人员已知的整个系列的各种不同的表面涂层，借此可显著改进在表面经受高应力的基底的性能。例如，施加不同的氮化物涂层，例如CrN，或氮氧化物涂层如CrNO，或碳氮化物涂层如TiCN，以及各种DLC涂层。
[0005]例如，例如基于立方氮化硼的陶瓷切削体特别优选用于钢的硬加工。因此，各种各样的SiN陶瓷越来越多地尤其用于Al合金和灰铸铁的高速加工。在此已证实陶瓷的耐受性比金属工具材料高得多，其中可在陶瓷工具上另外提供合适的涂层以进一步增强性能。
[0006]但是，在工业技术中更普遍的是金属基体的涂层，特别是由所有种类的钢制成的基体的涂层。现有技术中已知的硬材料层在此通常基于经典化合物，如TiN、TiNC或CrN。但是，这些已知的硬材料层由于其特殊的物理性质而在其应用范围上具有局限性(不仅仅但尤其是在耐温性方面)。这是因为，一方面硬度在升高的温度下显著降低，另一方面在相对低的温度下已经开始氧化，这导致在应用温度下增加的层磨损。
[0007]为了避免这些问题，在现有技术中已基本开发出两类层，其具有在高达1000℃的范围内的抗氧化性，还具有在硬度方面改进的性质。
[0008]一类层涉及含Al的基础层，如AlTiN和AlCrN，其中根据需要，可与附加元素形成合金。来自这一领域的典型化合物是AlTiXNCO形式的化合物，其中X是例如Cr或另一种金属。
[0009]在现有技术中为提高经涂覆的工具的性能而采取的另一种方法是作为载体层的经典硬材料层与作为功能层的面层的组合。特别地，作为面层，在此提到MeSiXNCO层类型(X是其它金属或B)的高Si含量涂层(10原子％或更高；在本申请中，原子％在此是指“原子百分率”)，如TiSiN，其能够显著改进温度荷载。
[0010]此外，还例如已知的是，借助CVD工艺在可转位切割板上沉积氧化物陶瓷层，如Al2O3，以便能够在升高的接触温度下，特别是在旋转过程中抵抗磨损过程。
[0011]此外，还已知使用硼基层，如B4C或甚至立方BN层。但是，立方BN具有显著缺点在于，其形成极其复杂。这尤其是由于层生长本身中的困难，还由于层中的高残余应力。
[0012]在高温材料领域，近年来已经制成基于SiCN的体积陶瓷，其特征在于高硬度和与SiC和Si3N4相比抗氧化性的改进。它们的特殊性质归因于复杂的共价化学键和氧在SiCN的无定形结构中的低扩散速率。
[0013]相应的多样化的现有技术可见于例如文献WO 2017/148 582 A1、EP 3 074 550 B1、WO 2017/174 197 A1、WO 2016/188 632 A1，它们涉及纯MoN层。
[0014]但是，尽管有所有的先前努力，但在提供满足对机械性质，如硬度、压缩残余应力和韧性，摩擦学性质，如在较高温度以及摩擦下的粘附倾向、抗氧化性、相稳定性和其它特征性质(特别是在特定的应用温度下)的始终更高的要求的涂层方面仅获得部分成功。
[0015]近年来，层体系也已变得越来越成熟，其除粘附层外还通常由无定形(类金刚石)碳层(DLC层)的一个或多个子层组成。
[0016]但是，这种层类型的应用也有显著的局限性。该层，特别是硬度大于30GPa的DLC层，通常具有强的压缩残余应力，因此合理可用的层厚度受到明显限制。机械应力也受限制，特别是在具有比相应涂层低得多的硬度和E模量的软基底上。此外，功能性仅限于DLC层的层体积。在局部磨损的情况下，在一段时间后，由于(局部)剥除DLC层，主要为金属的粘附层(例如Cr)被触及，其通常具有差的摩擦学性质。
[0017]因此本专利技术的目的是提供用于基底，特别是用于易磨损件，如工具或机器部件或特别经受机械应力、摩擦学应力或热应力的其它易磨损件的改进的表面涂层，其克服了现有技术中已知的问题，特别是具有摩擦学起积极作用的行为，尤其但不仅在硬度和压缩残余应力方面改进的机械性质，并且也可在升高的温度下使用。
[0018]本专利技术的进一步目的是提供制造这种改进涂层的方法，特别是适合在100至300℃，尤其是大约150
‑
200℃或大约200℃的温度范围内涂覆。
[0019]实现该目的的本专利技术的主题由各自的独立权利要求的特征表征。
[0020]从属权利要求涉及本专利技术的特别有利的实施方案。
[0021]因此，本专利技术涉及在基底上制造层体系的涂覆方法，和具有被设计为表面涂层的多层的层体系的基底，所述层体系具有包含无定形碳的外覆盖层。根据本专利技术，在基底和覆盖层之间提供至少一个第一Mo
a
N
x
支撑层，所述支撑层具有参考Mo含量a计在25原子％≤x≤55原子％的范围内的氮含量x，其中x+a＝100原子％。
[0022]根据本专利技术涂覆的基底可以在此特别是经受磨损和/或摩擦的部件的组件，尤其是机动车或内燃机的组件，特别是活塞或活塞环、阀、阀盘、或内燃机的另一部件、或工具，如切割工具、成形工具、切削工具、或经受磨损和/或摩擦的另一工具、或磨损的其它部件。
[0023]本专利技术已经表明，使用现有技术中已知的DLC层体系可在很大程度上避免上述问题，并且根据本专利技术的层体系特别有利地用于上述部件和组件。根据本专利技术的MoN支撑层的使用克服了上述缺点，特别是对于大多在高于30GPa的硬度范围内并具有大于300GPa的用纳米硬度测得的E模量的极硬的四面体无定形碳层(ta
‑
C层)也是如此。
[0024]根据本专利技术的层体系——其包含至少一个Mo
a
N
x
支撑层和硬质无定形碳层或类金刚石碳层(其为简单起见在本申请的上下文中也同义地称为DLC层，例如无氢的a
‑
C覆盖层或ta
‑
C覆盖层或由无定形碳制成的另一类型的层)作为向外封闭的覆盖层——主要但不仅限于，用于减少组件，如汽车组件上、工具或其它严重荷载的部件或各个种类的易磨损件中的与润滑剂有关的磨损和摩擦。如下面更详细解释，沉积特别优选借助原则上本身已知的方法进行，例如借助PVD法、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.具有被设计为表面涂层的多层的层体系(2)的基底，所述层体系具有包含无定形碳的外覆盖层(3)，其特征在于在基底(1)和覆盖层(3)之间提供至少一个第一Mo
a
N
x
支撑层(4)，所述支撑层(4)具有参考Mo含量a计在25原子％≤x≤55原子％的范围内的氮含量x，其中x+a＝100原子％。2.根据权利要求1的基底，其中第一Mo
a
N
x
支撑层(4)的氮含量x在30原子％≤x≤53原子％的范围内，优选在大约50原子％。3.根据权利要求1或2任一项的基底，其中层体系(2)包含在基底(1)和第一Mo
a
N
x
支撑层(4)之间和/或在第一Mo
a
N
x
支撑层(4)和外覆盖层(3)之间的至少一个第二Mo
b
N
y
支撑层(5)，其中，参考第二Mo
b
N
y
支撑层(5)的Mo含量b计，氮含量y在35原子％≤y≤45原子％的范围内，优选在40原子％，其中y+b＝100原子％。4.根据前述权利要求任一项的基底，其中在基底(1)和无定形碳的外覆盖层(3)之间提供多个分别相同或不同的第一Mo
a
N
x
支撑层(4)，和/或其中在基底(1)和无定形碳的外覆盖层(3)之间提供多个分别相同或不同的第二Mo
b
N
y
支撑层(5)，和/或其中第一Mo
a
N
x
支撑层(4)和/或第二Mo
b
N
y
支撑层(5)含有一定比例的金属Mo，其中通过分别在5原子％至20原子％之间调节氮含量x和y来分别调节第一MoN
x
支撑层(4)中的Mo和Mo2N的相混合物和第二Mo
b
N
y
支撑层(5)中的Mo和Mo2N的相混合物，其中x+a＝100原子％和y+b＝100原子％，和/或其中第一Mo
a
N
x
支撑层(4)和/或第二Mo
b
N
y
支撑层(5)由纯Mo2N相及其相混合物β
‑
Mo2N和γ
‑
Mo2N组成，和/或由Mo2N/MoN相混合物组成，和/或由纯MoN相，特别是立方MoN相和/或六方δ
‑
MoN相或相混合物组成，在此特别优选γ
‑
Mo2N和纯六方相8
‑
MoN。5.根据前述权利要求任一项的基底，其中第一Mo
a
N
x
支撑层(4)和/或第二Mo
b
N
y
支撑层(5)另外包含一种或多种选自[Ag、Cr、Ti、Cu、Al、Si、B、O、C]的元素和/或选自元素周期表的第4、第5或第6族的元素，并且其中第一Mo
a
N
x
支撑层(4)和/或第二Mo
b
N
y
支撑层(5)包含至少一个充当支撑层的组成(Mo
x
M
z
)
c
(N
u
C
v
O
w
)
d
的层，其中M包含至少一种周期表第4至第6族的元素，和/或元素Si、B、Al、Cu、Ag之一，其中x+z+u+v+w＝100原子％，且c/d＝3，其中25原子％≤x≤55原子％和0≤z≤20原子％、0≤v≤5原子％和0≤w≤5原子％。6.根据前述权利要求任一项的基底，其中所述层体系另外包含在基底(1)的表面上和/或在第一Mo
a
N
x
支撑层(4)的表面上和/或在第二Mo
b
N
y
支撑层(5)的表面上提供的粘附层(6)，所述粘附层特别与一种或多种选自[C、N、O]的元素形成合金，和/或其中所述粘附层(6)除杂质外还包含一种或多种元素周期表的第4、第5或第6族的元素，特别是还包含元素Cr、Ti、Cu、Al、Mo之一。7.根据前述权利要求任一项的基底，其中所述层体系(2)另外包含在第一Mo
a
N
x
支撑层(4)下方和/或在第二Mo
b
N
y
支撑层(5)下方的中间层(7)，特别是单相金属氮化物、金属碳化物以及金属碳氮化物，和/或金属氮化物、金属碳化物和金属碳氮化物的相混合物，其中中间层(7)特别包含单相Cr2N或CrN层或CrN和Cr2N的相混合物，和/或其中第一Mo<...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：欧瑞康表面解决方案股份公司，普费菲孔，
类型：发明
国别省市：