[發明專利]具有磨合層的DLC涂層

有效

• 申請號: 201480009401.1
• 申請日: 2014-02-10
• 公開（公告）號: CN104995331B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 塞巴斯蒂恩·吉蒙德;曼弗雷德·烏爾澤;弗朗茲·威多維茨
• 申請（專利權）人: 歐瑞康表面處理解決方案股份公司普費菲孔
• 主分類號: C23C16/00
• 分類號: C23C16/00;C23C16/02;C23C16/26;C23C16/455
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司11129
• 代理人: 張濤

本發明涉及用于制造具有厚磨合層的耐磨層的方法。

背景技術

在具有滑動表面的構件中，對于硬質表面有著大量需求，但其作為外層具有磨合層，因而滑動的配對體首先能夠至少部分磨損掉該磨合層，并因此達成匹配于其自身幾何形狀。

作為滑動層而已知的是：采用DLC層并且用比較柔軟的層覆蓋它，從而該比較柔軟的層起到磨合層作用。但此時不利的是，必須轉到另一層材料上。這對涂覆設備和要執行的涂覆方法提出更高的要求。

發明內容

因此，本發明任務是提供一種具有柔軟磨合層的硬質表面涂層，其中，該硬質涂層和柔軟磨合層的層材料基本相同，這涉及到化學元素及其濃度。

這是如此做到的，在DLC層上實現密度減小和進而硬度減小的梯度層。當梯度層足夠厚時，由此產生有效的磨合層。

在此顯然的是，因為梯度層較薄且密度減小，故這導致該層的總硬度減小。在一個優選實施方式中如此實現該梯度，即所述層的總硬度不小于15GPa。

根據本發明的另一個優選實施方式，該DLC層具有這樣的硬度，該硬度不小于1500HV或15GPa，最好不小于18GPa，更好是不小于20GPa。

根據本發明的另一個優選實施方式，在梯度層厚度內沒有硬度小于600HV或6GPa的區域，優選不小于8GPa。

根據本發明的另一個優選實施方式，DLC層的厚度不小于0.5μm。

根據本發明的另一個優選實施方式，梯度層的厚度不小于300nm。

根據本發明的涂層例如可以借助等離子體輔助CVD工藝、PVD工藝或者兩者的組合來制造。

根據本發明的用于制造所述層的一個優選實施方式包括組合式等離子體輔助CVD和霧化工藝。

根據本發明的涂層尤其具有以下優點：

該DLC層保持足夠堅硬以保證耐磨。

在具有較大粗糙度的基材上，甚至可以出現梯度層耐磨性的增大，因為在基材尖峰之間的區域得到了保護。

梯度層的制造可以基于用于DLC層制造的常規加工過程。不需要附加裝備或附加氣體。

附圖說明

現在，將結合工藝描述來舉例詳述本發明。

圖1與參照物相對照地示出了用于各種DLC樣品的氫濃度。

圖2示出了具有梯度的DLC樣品與沒有梯度的DLC樣品的關于磨損的對照情況。

具體實施例

基材在真空室內借助等離子體輔助CVD方法來制造，在這里，采用了由乙炔和氬氣構成的組合物作為工作氣體。該工作氣體在該室內借助等離子體被離子化，該等離子體是通過低壓電弧放電產生的。還有，在涂覆工藝過程中施加“基材偏壓(Substratbias)”于該基材。

為了DLC層的涂覆，基材偏壓保持在900V的恒定值。DLC涂覆要求80分鐘。為了涂覆梯度層，基材偏壓連續從900V降低至50V。在經過了40分鐘后，達到了50V的基材偏壓。拋開基材偏壓不算，在整個涂覆過程中，其它的涂覆參數保持不變。但是，低壓電弧放電電流連續增大，以對抗伴隨基材偏壓降低而出現的基材電流減小。通過連續減小基材偏壓，實現層密度的連續減小，這又導致了層硬度的減小。

結果，梯度層是0.7μm厚。用于整個體系(DLC層和梯度層)通過以10mN負荷微壓印在涂層測厚儀(Fischerscope)上而測得的硬度等于18GPa。該層體系表現出優異的耐磨性。

氫原子濃度([H])的深度變化是利用2MeV He ERDA(彈性反沖探測分析)針對兩個DLC樣品來求出的：一個具有梯度，一個沒有梯度。為了計算出數據，作為參照物測量具有9.5at％H的標準物(云母)，并且利用SRIM程序(www.srim.org)來確定在DLC層和標準物中的α粒子的能量損耗(減速能力)。無梯度的DLC層的涂覆是在900V的恒定基材偏壓下進行的并且需要80分鐘(層厚～1μm)。為了涂覆具有梯度的DLC層，基材偏壓從900V連續地降低到50V。該步驟用時80分鐘并且導致了1.5μm的梯度層厚。結果如圖1所示。該方法允許測量直達約350nm深度。該表面在曲線圖中靠右(0)，深度刻度向左移。結果表明，氫原子濃度朝著梯度表面增大。而在無梯度的DLC樣品中，氫原子濃度保持不變。