CH684575A5 - Method of reducing the coefficients of friction and of increasing the resistance to wear of a body which slides on solid water - Google Patents

Abstract

Method of reducing the coefficients of static friction and sliding friction and of increasing the resistance to wear and abrasion, and the lifetime, of a body 1 which slides on solid water, in which the surface intended for the sliding of the body 1 is provided with a surface layer 2 of amorphous, diamond-like carbon having a thickness of up to 100 mu m, as a friction coating. The surface layer 2 is applied to the sliding body 1 by means of plasma-activated chemical deposition from the vapour phase, PA-CVD, from an atmosphere of C2H2 or CH4 or a mixture of the abovementioned gases or a hydrocarbon, with or without the addition of H2, under a residual pressure of from 10<-6> to 10<-4> bar. The sliding body 1 is preferably provided, prior to the application of the surface layer 2 and at least in part, with an interlayer 3 having a thickness of from 0.1 to 3 mm and being of comparatively high hardness and/or high wear resistance. Foremost among the possible applications of the coating is its use as a sliding (running) surface of winter sports articles, with the objective of reducing times when racing. <IMAGE>

Description

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Beschreibung description

Technisches Gebiet: Technical field:

Wintersportartikel wie Skis, Bob, Schlittschuhe und andere auf Schnee und Eis gleitende feste Gegenstände. Bei Rennen besteht die Tendenz, immer höhere Geschwindigkeiten zu erreichen. Winter sports items such as skis, bobsleds, ice skates and other solid objects gliding on snow and ice. In races there is a tendency to reach ever higher speeds.

Die Erfindung befasst sich mit der Bereitstellung von Wintersport-Geräten aller Art, die verbesserte Gleit- und Verschleisseigenschaften aufweisen und sich durch sehr harte Oberflächenschichten auszeichnen. The invention is concerned with the provision of all kinds of winter sports equipment which have improved sliding and wear properties and are distinguished by very hard surface layers.

Im engeren Sinne bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erniedrigung der Haft- und Gleitreibungskoeffizienten und zur Erhöhung des Verschleiss- und Abnützungswiderstandes sowie der Lebensdauer eines auf festem Wasser gleitenden Körpers. In a narrower sense, the invention relates to a method for lowering the static and sliding friction coefficients and for increasing the wear and wear resistance and the service life of a body sliding on solid water.

Stand der Technik: State of the art:

Moderne Skis, insbesondere Rennskis sind aus zahlreichen Bauelementen schichtweise aufgebaut. Die für diese Laminate und Leisten verwendeten Werkstoffe sind Kunststoffe mit und ohne Faserverstärkung, reine Metalle und Legierungen und teilweise auch Harz. Die Lauffläche besteht meist aus einem speziell harten Kunststoff mit kleinem Gleitwiderstand, der wahlweise durch Aufbringen von Wachs oder Lack weiter verringert werden kann. Der ganze Ski ist längsseitig auf der Laufflächenseite mit mehr oder weniger abrieb- und ver-schleissfesten Stahlkanten bewehrt. Modern skis, especially racing skis, are built up from numerous components in layers. The materials used for these laminates and moldings are plastics with and without fiber reinforcement, pure metals and alloys and sometimes also resin. The tread usually consists of a special hard plastic with low sliding resistance, which can be further reduced by applying wax or varnish. The entire ski is reinforced on the long side on the tread side with more or less abrasion and wear-resistant steel edges.

Schlittenkufen bestehen meistens aus einem Grundkörper aus Holz oder Kunststoff und einer als Lauffläche dienenden Leiste mit halbrundem oder flachem Profil aus Stahl. Ähnliches gilt für Bobkonstruktionen. Sled runners usually consist of a base made of wood or plastic and a bar serving as a tread with a semicircular or flat profile made of steel. The same applies to bob constructions.

Die Kufen der Schlittschuhe bestehen heute ausnahmslos aus metallischen Werkstoffen, meist Kohlenstoff- oder rostfreiem Chromstählen und weisen im Profil den bekannten Hohlschliff auf. The skates of the ice skates today consist exclusively of metallic materials, mostly carbon or stainless chrome steels and have the well-known hollow grinding in profile.

Die erwähnten Wintersportgeräte lassen bezüglich Gleiteigenschaften und Verschleisswiderstand noch zu wünschen übrig. Dies gilt sowohl für Rennen, wobei höhere Endgeschwindigkeiten bei allen Schneeverhältnissen erzielt werden sollen, wie ganz allgemein bezüglich Abnutzung, wobei die höchstmögliche Lebensdauer der Geräte angestrebt wird. The winter sports equipment mentioned still leaves something to be desired in terms of sliding properties and wear resistance. This applies both to races, where higher top speeds are to be achieved in all snow conditions, as more generally with regard to wear, with the aim of achieving the longest possible service life for the devices.

Amorphe diamantartige Kohlenstoffschichten (amorphous diamondlike carbon = ADLC) sind aus der Literatur bekannt. Sie zeichnen sich durch extrem hohe Härte (HV über 3000 kp/mm2) und Ver-schleissfestigkeit aus. Die Reibungskoeffizienten betragen je nach Gegenwerkstoff und Umgebungsatmosphäre 0.02 bis 0.5. Derartige Schichten sind bis 400°C beständig. Sie lassen sich in Dicken von einigen um durch plasmaaktivierte chemische Niederschlagsverfahren aus der Dampfphase (plasma activated chemical vapour déposition = PA-CVD) auf ein Substrat mit einer gewissen Härte und Steifigkeit aufbringen. Normalerweise wird unter Vakuum mit einem Restdruck von 10-6 bis 10-4 bar und mit H2 verdünnter Kohlenwasserstoffatmosphäre gearbeitet, nachdem das Substrat zuvor durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) unter Argonatmosphäre einem Reinigungsprozess unterworfen wurde. Durch Dotieren der amorphen diamantartigen Kohlenstoffschichten mit Fremdelementen können bestimmte Eigenschaften der Schicht bezüglich des Einsatzzweckes noch optimiert werden. Amorphous diamond-like carbon layers (ADLC) are known from the literature. They are characterized by extremely high hardness (HV over 3000 kp / mm2) and wear resistance. The coefficients of friction are 0.02 to 0.5 depending on the counter material and the surrounding atmosphere. Such layers are resistant up to 400 ° C. They can be applied to a substrate with a certain hardness and rigidity using plasma activated chemical vapor deposition (PA-CVD). Normally, vacuum is used with a residual pressure of 10-6 to 10-4 bar and with a hydrocarbon atmosphere diluted with H2 after the substrate has previously been subjected to a cleaning process by cathode sputtering (sputtering) under an argon atmosphere. By doping the amorphous diamond-like carbon layers with foreign elements, certain properties of the layer can still be optimized with regard to the intended use.

Zum Stand der Technik werden folgende Druckschriften angegeben: The following publications are given regarding the state of the art:

- Prospekt über modernen Ski der Firma Völkl. - Brochure about modern skis from Völkl.

- J. Franks, K. Enke and A. Richard, Diamond-like carbon - properties and applications, Hard Materials, November 1990, Seiten 695-700 - J. Franks, K. Enke and A. Richard, Diamond-like carbon - properties and applications, Hard Materials, November 1990, pages 695-700

- Prospekt der Firma Berna-Bernex AG, 4600 Ölten. - Brochure from Berna-Bernex AG, 4600 Ölten.

- R. S. Bonetti, Dr. M. Tobler «Erste Ergebnisse bei der Beschickung von Aluminium mit amorphem diamantartigem Kohlenstoff», Oberfläche Surface Nr. 6, 1989, S. 14-16. - R. S. Bonetti, Dr. M. Tobler «First results when feeding aluminum with amorphous diamond-like carbon», Surface Surface No. 6, 1989, pp. 14-16.

Nach dem oben Gesagten besteht ein starkes Bedürfnis nach Verbesserung der Gleiteigenschaften und Erhöhung der Lebensdauer von Wintersportgeräten. According to the above, there is a strong need to improve the sliding properties and increase the lifespan of winter sports equipment.

Darstelluno der Erfinduno Representation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erniedrigung der Haft- und Gleitreibungskoeffizienten und zur Erhöhung des Ver-schleisswiderstandes sowie der Lebensdauer eines auf festem Wasser gleitenden Körpers anzugeben, das sich auf die verschiedensten Arten von Wintersportgeräten, insbesondere auf Skis anwenden lässt und eindeutig reproduzierbare Resultate für alle Schnee- und Eisverhältnisse garantiert. Das Verfahren soll in einfacher Weise an beliebig geformten Körpern durchführbar sein und - in Anbetracht der hohen, insbesondere bei Rennen zur Diskussion stehenden Preise - vergleichsweise kostengünstig durchgeführt werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im eingangs erwähnten Verfahren die für das Gleiten des Körpers verantwortliche Fläche mit der Oberflächenschicht aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff von bis 100 um Dicke als Gleitbelag versehen wird. The invention has for its object to provide a method for reducing the static and sliding friction coefficients and for increasing the wear resistance and the life of a body sliding on solid water, which can be applied to a wide variety of types of winter sports equipment, in particular skis and clearly reproducible results guaranteed for all snow and ice conditions. The method should be able to be carried out in a simple manner on bodies of any shape and - in view of the high prices, which are particularly discussed in races - should be able to be carried out comparatively inexpensively. This object is achieved in that, in the method mentioned at the outset, the surface responsible for the sliding of the body is provided with the surface layer of amorphous, diamond-like carbon of up to 100 μm thick as a sliding coating.

Weg zur Ausführung der Erfindung Way of carrying out the invention

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben. The invention is described with reference to the following exemplary embodiments, which are explained in more detail by means of figures.

Dabei zeigt: It shows:

Fig. 1: Einen Querschnitt (schematisch vereinfacht) durch einen Ski mit einer verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht. Fig. 1: A cross section (simplified schematically) through a ski with a wear-resistant, well sliding surface layer.

Fig. 2: Einen Querschnitt (schematisch vereinfacht) durch einen Ski mit einer Zwischenschicht und verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht. Fig. 2: A cross section (schematically simplified) through a ski with an intermediate layer and wear-resistant, well sliding surface layer.

Fig. 3: Einen Querschnitt (schematisch vereinfacht) durch einen Ski mit Stahlkanten und einer Fig. 3: A cross section (simplified schematically) through a ski with steel edges and one

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auf ihnen aufgebrachten verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht. wear-resistant, smooth surface layer applied to them.

Fig. 4: Einen Querschnitt (schematisch) durch eine Schlittenkufe mit einer auf ihr aufgebrachten verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht. Fig. 4: A cross section (schematic) through a sled runner with a wear-resistant, well sliding surface layer applied to it.

Fig. 5: Einen Querschnitt (schematisch) durch eine Schlittschuhkufe mit einer auf ihr aufgebrachten verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht. Fig. 5: A cross section (schematic) through a skate blade with a wear-resistant, well sliding surface layer applied to it.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Ski mit einer verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht schematisch und stark vereinfacht dargestellt. 1 ist der aus verschiedenen Schichten (Laminate, Bänder, Leisten) aufgebaute Kunststoffkörper des Skis. Es werden darin meist verschiedene Kunststoffe mit oder ohne Faserverstärkung verwendet, was jedoch in diesem Zusammenhang nicht erfindungswesentlich ist. Wichtig ist jedoch, dass die unterste, als Lauffläche und Substrat für die harte Oberflächenschicht dienende Lage eine genügend hohe Härte, Steifigkeit und Formbeständigkeit besitzt, um das Eindringen eines Fremdkörpers (Verursachung von Kratzern und Einbuchtungen) möglichst zu verhindern. 2 stellt die harte ver-schleissfeste, gut gleitende Oberflächenschicht aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff dar. In Fig. 1 a cross section through a ski with a wear-resistant, well sliding surface layer is shown schematically and in a highly simplified manner. 1 is the plastic body of the ski made up of different layers (laminates, tapes, lasts). Different plastics with or without fiber reinforcement are mostly used therein, but this is not essential to the invention in this context. However, it is important that the bottom layer, which serves as the tread and substrate for the hard surface layer, has a sufficiently high hardness, rigidity and dimensional stability to prevent the penetration of a foreign body (causing scratches and indentations) as far as possible. 2 shows the hard, wear-resistant, well sliding surface layer made of amorphous, diamond-like carbon.

Fig. 2 zeigt einen schematischen, vereinfachten Querschnitt durch einen Ski mit einer Zwischenschicht und einer verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht. 1 ist der aus mehreren Leisten angefertigte Kunststoffkörper des Skis, 2 die harte verschleissfeste, gut gleitende Oberflächenschicht aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff. Dazwischen befindet sich die Zwischenschicht 3, die vorzugsweise aus einem Metallband (Stahl, Titanlegierung, hochfeste federnde Aluminiumlegierung) besteht. Die an sich schon harte Zwischenschicht 3 verhindert das Eindringen von Fremdkörpern, das Zerkratzen, Einbeulen und Einknicken, ferner die Entstehung von Dellen und Wellen etc. und bildet einen festen, unnachgiebigen Untergrund für die Oberflächenschicht 2. Ferner dient sie der letzteren als Haftvermittler zur besseren - nicht nur mechanischen - sondern auch metallurgischen Verankerung. Fig. 2 shows a schematic, simplified cross section through a ski with an intermediate layer and a wear-resistant, well sliding surface layer. 1 is the plastic body of the ski, made from several lasts, 2 is the hard, wear-resistant, smooth surface layer made of amorphous, diamond-like carbon. In between is the intermediate layer 3, which preferably consists of a metal strip (steel, titanium alloy, high-strength springy aluminum alloy). The already hard intermediate layer 3 prevents the penetration of foreign bodies, scratching, denting and buckling, furthermore the formation of dents and waves etc. and forms a firm, unyielding surface for the surface layer 2. Furthermore, the latter serves as an adhesion promoter for the better - not only mechanical - but also metallurgical anchoring.

Fig. 3 stellt einen schematischen, vereinfachten Querschnitt durch einen Ski mit Stahlkanten und einer auf ihnen aufgebrachten verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht dar. 1 ist der aus mehreren Elementen zusammengesetzte Kunststoffkörper des Skis, 4 ist je eine auf der unteren Längsseite in der Ecke des Kunststoffprofils eingelassene Kante. Die Stahlkante 4 trägt sowohl auf der unteren als auch auf der seitlichen Fläche eine harte verschleissfeste, gut gleitende Oberflächenschicht aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff. Es versteht sich von selbst, dass die Stahlkante 4 in Abweichung von ihrem in der Fig. 3 dargestellten L-Profil jeden beliebigen anders geeigneten Querschnitt (Rechteck, Quadrat, Dreieck etc.) aufweisen kann. Fig. 3 shows a schematic, simplified cross section through a ski with steel edges and a wear-resistant, smooth surface layer applied to them. 1 is the plastic body of the ski composed of several elements, 4 is one on the lower longitudinal side in the corner of the plastic profile recessed edge. The steel edge 4 has a hard, wear-resistant, smooth surface layer made of amorphous, diamond-like carbon on both the lower and the lateral surface. It goes without saying that the steel edge 4 can have any other suitable cross-section (rectangle, square, triangle etc.) in deviation from its L-profile shown in FIG. 3.

In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine Schlittenkufe mit einer verschleissfesten, gut gleitenden In Fig. 4 is a cross section through a sled runner with a wear-resistant, well sliding

Oberflächenschicht dargestellt (schematisch). 5 ist der Holzkörper des Schlittens oder Bobs, 6 die im vorliegenden Fall den Querschnitt eines Kreissegments aufweisende Stahlkufe, deren zylindrische Manteloberflächen die harte verschleissfeste, gut gleitende Oberflächenschicht 2 aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff trägt. Selbstverständlich kann die Stahlkufe 6 des Schlittens auch ein anderes als ein kreisförmiges Profil haben. Surface layer shown (schematic). 5 is the wooden body of the sled or bob, 6 which in the present case has the cross section of a segment of a circle of steel, the cylindrical surface of which bears the hard, wear-resistant, smooth surface layer 2 made of amorphous, diamond-like carbon. Of course, the steel runner 6 of the carriage can also have a profile other than a circular one.

Fig. 5 bezieht sich auf einen schematischen Querschnitt durch eine Schlittschuhkufe mit einer verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht. 7 ist die Stahlkufe des Schlittschuhs (C-Stahl oder Chromstahl), 2 die den Hohlschliff der Lauffläche umfassende Oberflächenschicht. Fig. 5 relates to a schematic cross section through a skate blade with a wear-resistant, well sliding surface layer. 7 is the steel skate of the skate (carbon steel or chrome steel), 2 the surface layer comprising the hollow grinding of the tread.

In allen Figuren ist die bis 100 um dicke Oberflächenschicht 2 in stark übertriebener Dicke dargestellt. The surface layer 2, which is up to 100 μm thick, is shown in a greatly exaggerated thickness in all the figures.

Ausführungsbeispiel 1: Example 1:

Siehe Fig. 1. Es lag ein aus verschiedenen Bauelementen zusammengesetzter Kunststoffski von 190 cm Länge und 7,5 cm mittlerer Breite vor. Die mit Längsrillen versehene Lauffläche des Kunststoffkörpers 1, welche aus einem vergleichsweise harten faserverstärkten Kunststoff bestand, wurde direkt mit einer verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht 2 aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff versehen. Die Lauffläche wurde zunächst geschliffen und auf Hochglanz poliert, um eine maximal mögliche Oberflächengüte zu erreichen. Dann wurde der Ski in eine Vakuumbeschich-tungsanlage gebracht, deren Behälter evakuiert, mit Argongas ein Partialdruck von 10~5 bar eingestellt. Nun wurde das Werkstück durch Hochfrequenzbe-schlagung mittels Kathodenzerstäubung (Sputtern) unter Argon gereinigt. Dann wurde das Argon durch eine Mischung aus C2H2 und H2 ersetzt und der Druck auf 10-6 bar eingestellt. Der Beschichtungs-vorgang dauerte 6 Stunden, wobei eine Dicke der Oberflächenschicht von 4 um erzielt wurde. Der Laufversuch mit einer Druckbelastung von 8000 Pa und Geschwindigkeiten bis 10 m/s auf Schnee bei einer Temperatur von -5°C ergab Gleitreibungskoeffizienten von besser als 0.04. See Fig. 1. There was a plastic ski composed of various components of 190 cm in length and 7.5 cm in medium width. The tread of the plastic body 1 provided with longitudinal grooves, which consisted of a comparatively hard fiber-reinforced plastic, was directly provided with a wear-resistant, smooth surface layer 2 made of amorphous, diamond-like carbon. The tread was first ground and polished to a high gloss in order to achieve the maximum possible surface quality. Then the ski was brought into a vacuum coating system, the container of which was evacuated, and a partial pressure of 10 ~ 5 bar was set with argon gas. Now the workpiece was cleaned by high frequency fogging using cathode sputtering (sputtering) under argon. Then the argon was replaced by a mixture of C2H2 and H2 and the pressure was adjusted to 10-6 bar. The coating process lasted 6 hours, whereby a thickness of the surface layer of 4 µm was achieved. The running test with a pressure load of 8000 Pa and speeds up to 10 m / s on snow at a temperature of -5 ° C resulted in sliding friction coefficients of better than 0.04.

Ausführungsbeispiel 2: Example 2:

Siehe Fig. 2. Der Kunststoffkörper 1 eines Skis von 180 cm Länge und 7 cm mittlerer Breite, der auf der Lauffläche eine zentrale Rille aufwies, wurde zunächst mit einer Zwischenschicht 3 in Form eines 0.3 mm dicken Bandes aus einem hochglanzpolierten vergüteten Kohlenstoffstahl (Federstahl) versehen. Diese Zwischenschicht 3 hat eine Masse von 340 g. Nun wurde genau gleich vorgegangen wie unter Beispiel 1 beschrieben. Die Beschich-tungsprozedur dauerte 3 Stunden, wobei die Dicke der aus amorphem diamantartigem Kohlenstoff bestehende Oberflächenschicht 2 auf ca. 2 um eingestellt wurde. Der Laufversuch unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 ergab einen Gleitreibungskoeffizient von besser als 0.03. Die Oberflächenschicht 2 war sehr hart und dank der ebenfalls See FIG. 2. The plastic body 1 of a ski 180 cm long and 7 cm medium wide, which had a central groove on the tread, was first made with an intermediate layer 3 in the form of a 0.3 mm thick band made of a highly polished, tempered carbon steel (spring steel). Mistake. This intermediate layer 3 has a mass of 340 g. The procedure was exactly the same as that described in Example 1. The coating procedure lasted 3 hours, the thickness of the surface layer 2 consisting of amorphous diamond-like carbon being set to approximately 2 μm. The running test under the same conditions as in Example 1 gave a sliding friction coefficient of better than 0.03. The surface layer 2 was very hard and thanks to that too

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vergleichsweise harten und elastischen Zwischen-SCfliCflt 5 SUS Feçierstahl kratzfest und lies sich weder mit einem Nagel noch einer Nadel örtlich eindrücken. comparatively hard and elastic intermediate SCfliCflt 5 SUS Feçier steel scratch-resistant and could not be pressed in locally with a nail or a needle.

Ausführungsbeispiel 3: Example 3:

Siehe Fig. 2. Ein leichter Kunststoffski hatte eine Länge von 100 cm und eine Breite von durchschnittlich 6 cm. Die Lauffläche des Kunststoffkörpers 1 wurde mit einer Zwischenschicht 3 aus einem hochglanzpolierten 0.25 mm dicken Band aus einer ausgehärteten Titanlegierung Ti7AI4Mo (7 Gew.-% AI + 4 Gew.-% Mo) mit einer Vickershärte HV von 450 und einer Streckgrenze von 1150 MPa abgedeckt. Die Masse der Zwischenschicht betrug 110 g. Ähnlich Beispiel 1 wurde nun eine aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff bestehende Oberflächenschicht 2 aufgetragen. Der Gasdruck im Vakuumbehälter betrug unter einer C2H2/H2 Atmosphäre 10~6 bar. Nach ca. 3 Stunden war der Beschichtungsprozess beendet. Die Oberflächenschicht wies eine durchschnittliche Dicke von 2 um auf. Ein Laufversuch unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen zeigte Gleitreibungskoeffizienten von besser als 0.28. Die Oberflächenschicht 2 war ausserordentlich hart und derart fest mit der Zwischenschicht 3 verankert, dass sie sich auf keine Art und Weise mit einem scharfen spitzen Gegenstand ablösen lies. Dies ist offenbar auf die Bildung einer karbidischen Zwischenphase an der Grenzfläche amorpher, diamantartiger Kohlenstoff/ Titan zurückzuführen, die einen hervorragenden Bindungsmechanismus gewährleistet. Titan ist ein Karbidbildner und Titankarbid hat eine sehr hohe Härte. See Fig. 2. A light plastic ski had a length of 100 cm and an average width of 6 cm. The tread of the plastic body 1 was covered with an intermediate layer 3 made of a highly polished 0.25 mm thick tape made of a hardened titanium alloy Ti7AI4Mo (7% by weight AI + 4% by weight Mo) with a Vickers hardness HV of 450 and a yield strength of 1150 MPa . The mass of the intermediate layer was 110 g. Similar to Example 1, a surface layer 2 consisting of amorphous, diamond-like carbon was now applied. The gas pressure in the vacuum container was 10 ~ 6 bar under a C2H2 / H2 atmosphere. The coating process was finished after about 3 hours. The surface layer had an average thickness of 2 µm. A running test under the conditions given in Example 1 showed sliding friction coefficients of better than 0.28. The surface layer 2 was extremely hard and so firmly anchored to the intermediate layer 3 that it could not be detached in any way with a sharp, pointed object. This is apparently due to the formation of a carbidic intermediate phase at the amorphous, diamond-like carbon / titanium interface, which ensures an excellent binding mechanism. Titanium is a carbide former and titanium carbide has a very high hardness.

Ausführungsbeispiel 4: Example 4:

Siehe Fig. 3. Ein Kunststoffski von 190 cm Länge und 7 cm durchschnittlicher Breite wurde mit Stahlkanten 4 aus Kohlenstoffstahl versehen. Die Lauffläche des Kunststoffkörpers besteht aus hochfestem, faserverstärktem Kunststoff und war geschliffen. Die Stahlkanten 4 wurden mit einer harten verschleissfesten, gut gleitenden Oberflächenschicht 2 aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff versehen, welche die Aussenseiten der L-förmigen Stahlkante umfasste. Es wurde prinzipiell ähnlich wie in den vorangegangenen Beispielen vorgegangen. Die C2H2/H2 Mischung stand unter einem Restdruck von 10~e bar. Es wurde 5 Stunden beschichtet, bis die Oberflächenschicht eine Dicke von durchschnittlich 4 um aufwies. Bei einem Abrieb-und Verschleissversuch in feuchter Luft (100% rei. Feuchtigkeit) gegen Stahl wurde ein Gleitreibungskoeffizient von besser als 0.15 gemessen. Die Oberflächenschicht erwies sich als kratz- und abriebfest. See Fig. 3. A plastic ski 190 cm long and 7 cm average width was provided with steel edges 4 made of carbon steel. The tread of the plastic body is made of high-strength, fiber-reinforced plastic and was ground. The steel edges 4 were provided with a hard, wear-resistant, smooth surface layer 2 made of amorphous, diamond-like carbon, which encompassed the outer sides of the L-shaped steel edge. In principle, the procedure was similar to that in the previous examples. The C2H2 / H2 mixture was under a residual pressure of 10 ~ e bar. It was coated for 5 hours until the surface layer had an average thickness of 4 µm. In an abrasion and wear test in moist air (100% pure moisture) against steel, a sliding friction coefficient of better than 0.15 was measured. The surface layer proved to be scratch and abrasion resistant.

Ausführunqsbeispiel 5: Example 5:

Siehe Fig. 4. Ein Schlitten (Bob) bestand aus einem Holzkörper 5, auf den als Lauffläche eine Stahlkufe 6 befestigt war, die als Querschnitt ein See Fig. 4. A sled (bob) consisted of a wooden body 5, on which a steel runner 6 was fastened as a tread, which was a cross section

Kreissegment aufwies. Die aus Kohlenstoffstahl bestehende Kufe 6 wurde gemäss Beispiel 4 mit einer 3 jim dicken Oberflächenschicht aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff versehen. Der Laufversuch ergab Gleitreibungskoeffizienten von besser als 0.025. Die als Gleitbelag dienende Oberflächenschicht 2 erwies sich als abrieb- und verschleiss-fest, derart dass auch eine Stahlfeile hoher Härte keine Beschädigung verursachte. Circle segment had. The carbon steel skid 6 was provided according to Example 4 with a 3 µm thick surface layer made of amorphous, diamond-like carbon. The running test showed sliding friction coefficients of better than 0.025. The surface layer 2 serving as a sliding coating proved to be resistant to abrasion and wear, so that even a steel file of high hardness did not cause any damage.

Ausführungsbeispiel 6: Example 6:

Siehe Fig. 5. Ein Stahlkufe 7 eines Schlittschuhs besteht aus gehärtetem Chromstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Sie wurde gemäss Beispiel 3 mit einer Oberflächenschicht 2 aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff versehen, welcher die ganze Partie der Lauffläche (Hohlschliff) abdeckte. Die Oberflächenschicht hatte eine Dicke von 2.5 um und haftete derart fest auf dem metallischen Substrat, dass sie sich mechanisch nicht mehr lösen liess. Praktische Laufversuche ergaben ausgezeichnete Resultate mit Gleitreibungskoeffizienten besser als 0.04 unter Bedingungen, die ungefähr den praktischen Verhältnissen entsprechen. Eine der hervorragenden Eigenschaften der Oberflächenschicht 2 ist, dass das Wiederanfrieren von Wassertröpfchen an der Schlittenkufe praktisch unterbunden wurde, was auf einen sehr geringen Haftreibungskoeffizienten für festes Wasser auf amorphem, diamantartigem Kohlenstoff schliessen lässt. Künstlich festgefrorene Wassertröpfchen konnten nur durch umdrehen der Kufe, also durch ihr Eigengewicht abgelöst werden. See Fig. 5. A steel skate 7 of an ice skate consists of hardened chrome steel with a medium carbon content. According to Example 3, it was provided with a surface layer 2 made of amorphous, diamond-like carbon, which covered the entire area of the tread (hollow grinding). The surface layer had a thickness of 2.5 μm and adhered so firmly to the metallic substrate that it could no longer be removed mechanically. Practical running tests gave excellent results with sliding friction coefficients better than 0.04 under conditions which correspond approximately to the practical conditions. One of the outstanding properties of the surface layer 2 is that the freezing of water droplets on the sled runner was practically prevented, which suggests a very low coefficient of static friction for solid water on amorphous, diamond-like carbon. Artificially frozen water droplets could only be detached by turning the runners, i.e. by their own weight.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. The invention is not restricted to the exemplary embodiments.

Das Verfahren zur Erniedrigung der Haft- und Gleitreibungskoeffizienten und zur Erhöhung des Verschleiss- und Abnützungswiderstandes sowie der Lebensdauer eines auf festem Wasser gleitenden Körpers 1; 5; 7 wird durchgeführt, indem die für das Gleiten des Körpers 1; 5; 7 vorgesehene Fläche mit einer Oberflächenschicht 2 aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff von bis 100 (im Dicke als Gleitbelag versehen wird, wobei die Oberflächenschicht 2 durch plasmaaktivierten chemischen Niederschlag aus der Dampfphase PA-CVD aus einer Atmosphäre von C2H2 oder CH4 oder einer Mischung der vorgenannten Gase oder eines Kohlenwasserstoffes, mit oder ohne Zusatz von H2 unter einem Vakuum mit einem Restdruck von 10~6 bis 10-4 bar auf den gleitenden Körper 1 ; 5; 7 aufgebracht wird. In vorteilhafter Weise wird der gleitende Körper 1 vor dem Aufbringen der Oberflächenschicht 2 wenigstens teilweise mit einer Zwischenschicht 3 vergleichsweise hoher Härte und/ oder hoher Verschleissfestigkeit, bestehend aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff mit oder ohne Faserverstärkung versehen. Die Zwischenschicht 3 besteht vorzugsweise aus einem harten, Karbide hoher Härte bildenden Metall oder Nichtmetall und liegt in Form eines Bandes oder einer Platte von 0.25 bis 3 mm Dicke oder in Form einer Leiste oder Kante oder eines beliebigen Profils vor. Der nach dem Verfahren The process for lowering the static and sliding friction coefficients and for increasing the wear and wear resistance and the service life of a body sliding on solid water 1; 5; 7 is carried out by the for the sliding of the body 1; 5; 7 provided surface with a surface layer 2 made of amorphous, diamond-like carbon of up to 100 (in thickness as a sliding coating), the surface layer 2 by plasma-activated chemical precipitation from the vapor phase PA-CVD from an atmosphere of C2H2 or CH4 or a mixture of the aforementioned gases or a hydrocarbon, with or without the addition of H2 under a vacuum with a residual pressure of 10 ~ 6 to 10-4 bar on the sliding body 1; 5; 7. Advantageously, the sliding body 1 is applied before the application of the surface layer 2 at least partially provided with an intermediate layer 3 of comparatively high hardness and / or high wear resistance, consisting of a metallic or ceramic material or of a plastic with or without fiber reinforcement, The intermediate layer 3 preferably consists of a hard metal or non-metal which forms high hardness and lies in the form of a ribbon o that of a plate of 0.25 to 3 mm thickness or in the form of a strip or edge or any profile. The one after the procedure

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4 4th

7 7

CH 684 575 A5 CH 684 575 A5

hergestellte gleitende Körper 1; 5; 7 hat vorzugsweise die Form eines Skis 1 oder einer Schlittenkufe 5 beliebiger Art und Ausführung oder eines Schlittschuhs. manufactured sliding body 1; 5; 7 preferably has the shape of a ski 1 or a sled runner 5 of any type and design or an ice skate.

Claims (6)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Erniedrigung der Haft- und Gleitreibungskoeffizienten und zur Erhöhung des Verschleiss- und Abnützungswiderstandes sowie der Lebensdauer eines auf festem Wasser gleitenden Körpers (1; 5; 7) dadurch gekennzeichnet, dass die für das Gleiten des Körpers (1; 5; 7) vorgesehene Fläche mit einer Oberflächenschicht (2) aus amorphem, diamantartigem Kohlenstoff von bis 100 um Dicke als Gleitbelag versehen wird.1. A method for lowering the static and sliding friction coefficients and for increasing the wear and wear resistance as well as the life of a body sliding on solid water (1; 5; 7), characterized in that for the sliding of the body (1; 5; 7 ) provided surface is provided with a surface layer (2) of amorphous, diamond-like carbon of up to 100 microns thick as a sliding coating. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (2) durch plasmaaktivierten chemischen Niederschlag aus der Dampfphase PA-CVD aus einer Atmosphäre von C2H2 oder CH4 oder einer Mischung der vorgenannten Gase oder eines Kohlenwasserstoffes, mit oder ohne Zusatz von H2, unter einem Vakuum mit einem Restdruck von 10-6 bis "IO-4 bar auf den gleitenden Körper (1 ; 5; 7) aufgebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the surface layer (2) by plasma-activated chemical precipitation from the vapor phase PA-CVD from an atmosphere of C2H2 or CH4 or a mixture of the aforementioned gases or a hydrocarbon, with or without the addition of H2, is applied to the sliding body (1; 5; 7) under a vacuum with a residual pressure of 10-6 to "IO-4 bar. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gleitende Körper (1) vor dem Aufbringen der Oberflächenschicht (2) wenigstens teilweise mit einer Zwischenschicht (3) vergleichsweise hoher Härte und/oder hoher Verschleissfe-stigkeit, bestehend aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff mit oder ohne Faserverstärkung, versehen wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the sliding body (1) before applying the surface layer (2) at least partially with an intermediate layer (3) comparatively high hardness and / or high wear resistance, consisting of a metallic or ceramic Material or from a plastic with or without fiber reinforcement, is provided. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) aus einem harten, Karbide hoher Härte bildenden Metall besteht und in Form eines Bandes oder einer Platte von 0.25 bis 3 mm Dicke oder in Form einer Leiste oder Kante oder eines beliebigen Profils vorliegt.4. The method according to claim 3, characterized in that the intermediate layer (3) consists of a hard, carbide forming high hardness metal and in the form of a band or a plate of 0.25 to 3 mm thick or in the form of a strip or edge or any Profile. 5. Nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 bis 4 hergestellte gleitende Körper (1; 5; 7).5. Sliding bodies (1; 5; 7) produced by the method according to claims 1 to 4. 6. Gleitender Körper (1; 5; 7) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er die Form eines Skis (1) oder einer Schlittenkufe (5) beliebiger Art und Ausführung oder eines Schlittschuhs hat.6. Sliding body (1; 5; 7) according to claim 5, characterized in that it has the shape of a ski (1) or a sled runner (5) of any type and design or an ice skate. 55 1010th 1515 2020th 2525th 3030th 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 55