EP3143182A1 - Component, use of a component, and method for producing a wear-resistant and friction-reducing component - Google Patents

Component, use of a component, and method for producing a wear-resistant and friction-reducing component

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EP3143182A1
EP3143182A1 EP15711040.4A EP15711040A EP3143182A1 EP 3143182 A1 EP3143182 A1 EP 3143182A1 EP 15711040 A EP15711040 A EP 15711040A EP 3143182 A1 EP3143182 A1 EP 3143182A1
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EP
European Patent Office
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component
layer
carbon layer
layer system
friction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15711040.4A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Romina COSTA
Yashar Musayev
Edgar Schulz
Tim Matthias Hosenfeldt
Bolko Schuseil
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3143182A1 publication Critical patent/EP3143182A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
    • F16G15/00—Chain couplings, Shackles; Chain joints; Chain links; Chain bushes
    • F16G15/12—Chain links
    • 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
    • C23C28/00—Coating 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
    • C23C28/04—Coating 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
    • C23C28/044—Coating 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
    • 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
    • C23C28/00—Coating 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
    • C23C28/04—Coating 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
    • C23C28/046—Coating 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 with at least one amorphous inorganic material layer, e.g. DLC, a-C:H, a-C:Me, the layer being doped or not

Definitions

  • the present invention relates to a component in which at least one surface is at least partially provided with a layer system.
  • the present invention also relates to a use of a component in which at least one surface is at least partially provided with a layer system.
  • the invention further relates to a method for producing a wear-resistant and friction-reducing component, wherein at least one surface is at least partially provided with a layer system.
  • Input components in which at least one surface is at least partially provided with a layer system, find application in various technical fields.
  • layer systems are known from the prior art, the tribological properties, such as wear resistance and
  • Another object of the present invention is a use of a component in which at least one surface at least partially with a
  • Layer system is provided, specify, so that the component during operation ago
  • Another object of the present invention is to provide a production process and process reliable method for producing a wear-resistant and friction-reducing component, which increases the component with increasing
  • At least one surface is at least partially provided with a layer system.
  • the layer system consists of a tetrahedral hydrogen-free amorphous first carbon layer, which is applied to the at least one surface of the component and onto which a hydrogen-free amorphous second carbon layer
  • the first carbon layer is a very hard ta-C
  • Carbon layer and the second carbon layer a tribologically graphite-like carbon layer.
  • the first carbon layer is a ta-C sp3-bonded carbon layer and the second carbon layer is an aC sp2-bonded carbon layer.
  • the total layer thickness of the layer system is preferably 0.5 to 5 ⁇ m. Accordingly, a separate consideration regarding existing space is not necessary. Depending on the sp3 or sp2 content, the tribological properties of the given layer thickness can therefore be set within a very wide range.
  • a further embodiment of the invention provides that in the layer system at least one metal and / or at least one non-metal is doped to the
  • these layer systems then have, for example, high wear resistance, low coefficients of friction and better adhesion of the layers to one another. In other words, a change in the metal content can greatly influence the material properties of the layer systems.
  • these layer systems it is also conceivable that these
  • Silicon for example, increases the temperature resistance in
  • a doping with silicon and oxygen can greatly reduce the surface energy (up to values of the order of magnitude of PTFE).
  • transparent and extremely scratch-resistant layers can be produced.
  • the inventive method for producing a wear-resistant and friction-reducing component, wherein at least one surface is at least partially provided with a layer system, according to the invention is characterized by the following steps: In a first step, a on the at least one surface of the component is a tetrahedral hydrogen-free amorphous first
  • Carbon layer which is a ta-C sp3-bonded carbon layer
  • a first embodiment of the method according to the invention can also provide that, before the deposition of the first carbon layer, an adhesion layer is applied at least to the at least one surface of the component.
  • a further embodiment of the method according to the invention can provide that at least one metal and / or at least one non-metal is doped into the layer system in order to apply the layer system to the respective application
  • the layer system described above consisting of the sp3- or sp2-bonded carbon layers, has excellent tribological properties.
  • this layer system ensures safe and consistent wear protection for the component.
  • Carbon layers from plant engineering eg: In-Line plant
  • FIG. 1 is a side view of the component according to the invention, in which a
  • FIG. 2 is a side view of the layer system of FIG. 1;
  • FIG. Fig. 3 is a diagram illustrating mechanical-technological properties of layer systems which can be used for the present invention;
  • Fig. 4 is a diagram showing the friction coefficient of various
  • Fig. 5 is a diagram showing the wear rate of various components
  • FIG. 1 is a side view of the device 10 according to the invention in which a
  • Surface 12 is at least partially provided with a layer system 14.
  • the layer system 14 consists of a tetrahedral hydrogen-free amorphous first material applied to the surface 12 of the component 10
  • Carbon layer 16 on which a hydrogen-free amorphous second carbon layer 18 is applied is applied.
  • Layer system 14 preferably has a total layer thickness D of 0.5 to 5 ⁇ on.
  • FIG. 2 shows a side view of the layer system 14, consisting of the first (ta-C sp3-bonded) carbon layer 16 and the second (aC sp2-bonded) carbon layer 18, wherein before the application of the first carbon layer 16, an adhesion layer 20, on the surface 12 of the component 10 of FIG. 1 is applied.
  • FIG. 3 shows a diagram showing mechanical-technological properties in the
  • the first carbon layer 16 may be doped with at least one metal, such as copper (Cu) and / or at least one nonmetal, such as silicon (Si), to match the properties of the layer systems 14 as appropriate To be able to modify requirements and applications.
  • a metal such as copper (Cu)
  • a nonmetal such as silicon (Si)
  • Figure 4 is a graph illustrating the coefficient of friction of various carbon layers in the ball-and-pulley tribometer which may be used for a layer system 14 of Figures 1 and 2 for the present invention; H.
  • oils X-axis
  • X-axis are changed in order to be able to evaluate the influence on the friction behavior of the respective carbon layer.
  • it is therefore possible to select a layer which then fulfills the desired tribological properties for the component 10.
  • FIG. 5 is a diagram showing the wear rate of various
  • Layer system 14 of FIG. 1 and 2 can be used for the present invention, ie here oils (X-axis) are changed so as to assess the influence on the wear behavior of the respective carbon layer can.
  • oils X-axis
  • a specific layer can be selected which then fulfills the desired tribological properties for the component 10.

Abstract

The invention relates to a component (10), wherein at least one surface (12) is at least partially provided with a layer system (14). According to the invention, the layer system (14) is formed of a tetrahedral, hydrogen-free, amorphous first carbon layer (16) applied to the at least one surface (12) of the component (10), onto which first carbon layer a hydrogen-free amorphous second carbon layer (18) is applied.

Description

Bauteil, Verwendung eines Bauteils sowie Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils  Component, use of a component and method for producing a wear-resistant and friction-reducing component
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist. The present invention relates to a component in which at least one surface is at least partially provided with a layer system.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Verwendung eines Bauteils, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist. The present invention also relates to a use of a component in which at least one surface is at least partially provided with a layer system. The invention further relates to a method for producing a wear-resistant and friction-reducing component, wherein at least one surface is at least partially provided with a layer system.
Eingangs genannte Bauteile, bei denen mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist, finden in diversen technischen Gebieten Anwendung. So sind auch Schichtsysteme aus dem Stand der Technik bekannt, die tribologische Eigenschaften, wie Verschleißbeständigkeit und Input components, in which at least one surface is at least partially provided with a layer system, find application in various technical fields. So layer systems are known from the prior art, the tribological properties, such as wear resistance and
reibungsreduzierende Funktionen, aufweisen, um für Bauteile, wie beispielsweise für hochbeanspruchte Kettentriebs-, Wälzlagerkomponenten, Motorenelemente und Werkzeuge, diese Eigenschaften zu gewährleisten. Um einen Verschleißschutz gewährleisten zu können, werden derartige Bauteile, wie z. B. Kettenbolzen, aktuell, durch thermo-chemische Behandlung, wie beispielsweise durch Inchromierung oder durch Wärmebehandlung wie z. B durch Karbonitrieren sowie mittels einer PVD-Beschichtung mit CrN, behandelt. Dies ist beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2004 043 550 A1 und friction reducing functions, in order to ensure for components such as highly stressed chain drive, rolling bearing components, engine elements and tools, these properties. To ensure wear protection, such components, such. Example, chain pins, currently, by thermo-chemical treatment, such as by chromium plating or by heat treatment such. B by carbonitriding and by means of a PVD coating with CrN treated. This is the case, for example, in German Offenlegungsschriften DE 10 2004 043 550 A1 and US Pat
DE 10 2005 047 440 A1 beschrieben. Nachteiligerweise reichen diese Technologien bei den Bauteilen zum einen jedoch nicht für einen sicheren Schutz gegen Verschleiß bei steigender Beanspruchung aus und zum anderen schonen sie dadurch auch nicht ihre Reibpartner. DE 10 2005 047 440 A1. Disadvantageously, these technologies on the one hand, however, are not sufficient for a reliable protection against wear with increasing load and on the other hand they do not spare their friction partners.
Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, ein Bauteil, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist, derart weiterzuentwickeln, dass dieses vor tribologischer Beanspruchung geschützt ist und insbesondere dabei einen sicheren und beständigen Verschleißschutz gewährleistet. It is therefore an object of the present invention to provide a component in which at least one surface is at least partially provided with a layer system further develop that this is protected against tribological stress and in particular while ensuring a safe and durable wear protection.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 umfasst. Eine weitere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, eine Verwendung eines Bauteils, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem This object is achieved by a component comprising the features in claim 1. Another object of the present invention is a use of a component in which at least one surface at least partially with a
Schichtsystem versehen ist, anzugeben, so dass das Bauteil im Betrieb vor Layer system is provided, specify, so that the component during operation ago
tribologischer Beanspruchung geschützt ist und insbesondere dabei einen sicheren und beständigen Verschleißschutz gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch eine Verwendung eines Bauteils gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 5 umfasst. is protected against tribological stress and in particular ensures a secure and consistent wear protection. This object is achieved by a use of a component comprising the features of claim 5.
Eine weitere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, ein serientaugliches und prozesssicheres Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils anzugeben, das das Bauteil bei steigender Another object of the present invention is to provide a production process and process reliable method for producing a wear-resistant and friction-reducing component, which increases the component with increasing
Beanspruchung im Betrieb sicher und beständig vor tribologischer Beanspruchung schützt. Wear during operation safely and permanently protects against tribological stress.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils gelöst, das die Merkmale im Anspruch 6 umfasst. This object is achieved by a method for producing a wear-resistant and friction-reducing component comprising the features in claim 6.
Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil ist mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen. In the component according to the invention at least one surface is at least partially provided with a layer system.
Erfindungsgemäß besteht das Schichtsystem aus einer auf die mindestens eine Oberfläche des Bauteils aufgebrachten tetraedrischen wasserstofffreien amorphen ersten Kohlenstoffschicht, auf die eine wasserstofffreie amorphe zweite According to the invention, the layer system consists of a tetrahedral hydrogen-free amorphous first carbon layer, which is applied to the at least one surface of the component and onto which a hydrogen-free amorphous second carbon layer
Kohlenstoffschicht aufgebracht ist. Insbesondere ist dabei die erste Kohlenstoffschicht eine sehr harte ta-C Carbon layer is applied. In particular, the first carbon layer is a very hard ta-C
Kohlenstoffschicht und die zweite Kohlenstoffschicht eine tribologisch graphitähnliche Kohlenstoffschicht. Strukturell beschrieben ist die erste Kohlenstoffschicht eine ta-C sp3-gebundene Kohlenstoffschicht und die zweite Kohlenstoffschicht eine a-C sp2- gebundene Kohlenstoffschicht. Vorzugsweise beträgt die Gesamtschichtdicke des Schichtsystems 0,5 bis 5 μηη. Dementsprechend ist eine gesonderte Berücksichtigung hinsichtlich vorhandenen Bauraums nicht notwendig. Bei der gegebenen Schichtdicke sind je nach sp3- bzw. sp2-Anteil die tribologischen Eigenschaften daher in einem sehr weiten Bereich einstellbar. Carbon layer and the second carbon layer, a tribologically graphite-like carbon layer. Structurally described, the first carbon layer is a ta-C sp3-bonded carbon layer and the second carbon layer is an aC sp2-bonded carbon layer. The total layer thickness of the layer system is preferably 0.5 to 5 μm. Accordingly, a separate consideration regarding existing space is not necessary. Depending on the sp3 or sp2 content, the tribological properties of the given layer thickness can therefore be set within a very wide range.
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils ist zumindest auf die mindestens eine Oberfläche des Bauteils vor dem Aufbringen der ersten In a first embodiment of the component according to the invention is at least on the at least one surface of the component prior to the application of the first
Kohlenstoffschicht eine Haftungsschicht aufgebracht. Carbon layer applied an adhesion layer.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das in das Schichtsystem mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Nichtmetall dotiert ist, um die A further embodiment of the invention provides that in the layer system at least one metal and / or at least one non-metal is doped to the
Eigenschaften der beiden Kohlenstoffschichten je nach Bedarf und Anwendungsfall modifizieren zu können. Durch Dotieren eines Metalls in eine Kohlenstoffschicht, besitzen diese Schichtsysteme dann beispielsweise hohe Verschleißfestigkeiten, geringe Reibkoeffizienten sowie eine bessere Haftung der Schichten zueinander. D. h., durch eine Veränderung des Metallgehalts lassen sich die Materialeigenschaften der Schichtsysteme stark beeinflussen. Ebenso ist aber denkbar, dass diese  To be able to modify the properties of the two carbon layers as needed and application. By doping a metal in a carbon layer, these layer systems then have, for example, high wear resistance, low coefficients of friction and better adhesion of the layers to one another. In other words, a change in the metal content can greatly influence the material properties of the layer systems. However, it is also conceivable that these
Kohlenstoffschichten mit Elementen wie beispielsweise Silizium, Sauerstoff, etc. Carbon layers with elements such as silicon, oxygen, etc.
dotiert sind. Silizium beispielsweise erhöht die Temperaturbeständigkeit in are doped. Silicon, for example, increases the temperature resistance in
sauerstoffhaltiger Umgebung. Eine Dotierung mit Silizium und Sauerstoff kann die Oberflächenenergie stark herabsetzen (bis hin zu Werten in der Größenordnung von PTFE). Außerdem lassen sich transparente und äußerst kratzfeste Schichten herstellen. oxygenated environment. A doping with silicon and oxygen can greatly reduce the surface energy (up to values of the order of magnitude of PTFE). In addition, transparent and extremely scratch-resistant layers can be produced.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist, zeichnet sich erfindungsgemäß durch die folgenden Schritte aus: In einem ersten Schritt wird eine auf die mindestens eine Oberfläche des Bauteils eine tetraedrische wasserstofffreie amorphe erste The inventive method for producing a wear-resistant and friction-reducing component, wherein at least one surface is at least partially provided with a layer system, according to the invention is characterized by the following steps: In a first step, a on the at least one surface of the component is a tetrahedral hydrogen-free amorphous first
Kohlenstoffschicht, die eine ta-C sp3-gebundene Kohlenstoffschicht ist, Carbon layer, which is a ta-C sp3-bonded carbon layer,
abgeschieden. In einem anschließenden Schritt wird auf der ersten Kohlenstoffschicht eine wasserstofffreie amorphe zweite Kohlenstoffschicht, die eine a-C sp2-gebundene Kohlenstoffschicht ist, abgeschieden. Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch vorsehen, dass vor dem Abscheiden der ersten Kohlenstoffschicht eine Haftungsschicht zumindest auf die mindestens eine Oberfläche des Bauteils aufgebracht wird. deposited. In a subsequent step, a hydrogen-free amorphous second carbon layer, which is an aC sp2-bonded carbon layer, is deposited on the first carbon layer. A first embodiment of the method according to the invention can also provide that, before the deposition of the first carbon layer, an adhesion layer is applied at least to the at least one surface of the component.
Ferner kann eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorsehen, dass in das Schichtsystem mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Nichtmetall dotiert wird, um das Schichtsystem an die jeweilige Anwendung Furthermore, a further embodiment of the method according to the invention can provide that at least one metal and / or at least one non-metal is doped into the layer system in order to apply the layer system to the respective application
anzupassen (Variation der Härte und der tribologischen Eigenschaften der (variation of hardness and tribological properties of
Beschichtung). Coating).
Das zuvor beschriebene Schichtsystem, bestehend aus den sp3- bzw. sp2- gebundenen Kohlenstoffsichten, bringt hervorragende tribologische Eigenschaften mit sich. Zudem gewährleistet dieses Schichtsystem einen sicheren und beständigen Verschleißschutz für das Bauteil. Somit kann die Erfindung auch für The layer system described above, consisting of the sp3- or sp2-bonded carbon layers, has excellent tribological properties. In addition, this layer system ensures safe and consistent wear protection for the component. Thus, the invention also for
hochbeanspruchte Maschinenelemente angewandt werden. Dazu gehören highly stressed machine elements are used. This includes
beispielsweise Kettenbolzen und weitere Wälzlagerkomponenten sowie For example, chain pins and other rolling bearing components as well
hochbeanspruchte Motoren komponenten wie Tassenstößel, Pumpenstößel, highly stressed engine components such as bucket tappets, pump tappets,
Schlepphebel, Steuerkolben der Dieseleinspritzpumpe, etc. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht zusätzlich darin, dass die beiden hier beschriebenen  Drag lever, control piston of the diesel injection pump, etc. A further advantage of the invention is additionally that the two described here
Kohlenstoffschichten aus anlagentechnischer (z. B: In-Line Anlage) und Carbon layers from plant engineering (eg: In-Line plant) and
prozesstechnischer Sicht die Realisierung des Schichtsystems entsprechend leicht und wirtschaftlich realisieren, so dass mittels der Erfindung eine serientaugliche und prozesssichere Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils geschaffen ist. From a process engineering point of view, realize the realization of the layer system correspondingly easily and economically, so that by means of the invention, a production-compatible and process-reliable production of a wear-resistant and friction-reducing component is created.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren In the following, embodiments of the invention and their advantages with reference to the accompanying figures will be explained in more detail. The proportions in the figures
entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im do not always match the real size ratios as some shapes are simplified and other shapes are enlarged for better illustration
Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen: Relationship to other elements are shown. Showing:
Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bauteils, bei dem eine 1 is a side view of the component according to the invention, in which a
Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem  Surface at least partially with a layer system
versehen ist;  is provided;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Schichtsystems aus Fig. 1 ; Fig. 3 ein Diagramm, das mechanisch-technologische Eigenschaften von Schichtsystemen veranschaulicht, die für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können; FIG. 2 is a side view of the layer system of FIG. 1; FIG. Fig. 3 is a diagram illustrating mechanical-technological properties of layer systems which can be used for the present invention;
Fig. 4 ein Diagramm, das die Reibzahl verschiedener Fig. 4 is a diagram showing the friction coefficient of various
Kohlenstoffschichten im Kugel-Scheibe-Tribometer  Carbon layers in the ball-disk tribometer
veranschaulicht, die für ein Schichtsystem für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können; und  which can be used for a layer system for the present invention; and
Fig. 5 ein Diagramm, das die Verschleißrate verschiedener Fig. 5 is a diagram showing the wear rate of various
Kohlenstoffschichten im Kugel-Scheibe-Tribometer  Carbon layers in the ball-disk tribometer
veranschaulicht, die für ein Schichtsystem für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können.  which can be used for a layer system for the present invention.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Identical or equivalent elements of the invention will be identical
Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Bauteil, die erfindungsgemäße Verwendung eines Bauteils sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils ausgestaltet sein können und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar. Figur 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bauteils 10, bei dem eine Reference numeral used. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure. The illustrated embodiments are merely examples of how the component according to the invention, the inventive use of a component and the inventive method for producing a wear-resistant and friction-reducing component can be designed and thus do not represent a final limitation of the invention. Figure 1 is a side view of the device 10 according to the invention in which a
Oberfläche 12 zumindest teilweise mit einem Schichtsystem 14 versehen ist. Surface 12 is at least partially provided with a layer system 14.
Erfindungsgemäß besteht das Schichtsystem 14 aus einer auf die Oberfläche 12 des Bauteils 10 aufgebrachten tetraedrischen wasserstofffreien amorphen ersten According to the invention, the layer system 14 consists of a tetrahedral hydrogen-free amorphous first material applied to the surface 12 of the component 10
Kohlenstoffschicht 16, auf die eine wasserstofffreie amorphe zweite Kohlenstoffschicht 18 aufgebracht ist. Das durch die beiden Kohlenstoffschichten 16, 18 gebildete Carbon layer 16, on which a hydrogen-free amorphous second carbon layer 18 is applied. The formed by the two carbon layers 16, 18
Schichtsystem 14 weist vorzugsweise eine Gesamtschichtdicke D von 0,5 bis 5 μιτι auf.  Layer system 14 preferably has a total layer thickness D of 0.5 to 5 μιτι on.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist vor dem Aufbringen der ersten In the embodiment shown here, before the application of the first
Kohlenstoffschicht 16 eine Haftungsschicht 20 auf die Oberfläche 12 des Bauteils 10 aufgebracht, so dass eine bessere Haftung gewährt ist. Figur 2 zeigt eine Seitenansicht des Schichtsystems 14, bestehend aus der ersten (ta-C sp3-gebundene) Kohlenstoffschicht 16 und der zweiten (a-C sp2-gebundene) Kohlenstoffschicht 18, wobei vor dem Aufbringen der ersten Kohlenstoffschicht 16 eine Haftungsschicht 20, auf die Oberfläche 12 des Bauteils 10 aus Fig. 1 aufgebracht wird. Carbon layer 16, an adhesion layer 20 applied to the surface 12 of the component 10, so that a better adhesion is granted. FIG. 2 shows a side view of the layer system 14, consisting of the first (ta-C sp3-bonded) carbon layer 16 and the second (aC sp2-bonded) carbon layer 18, wherein before the application of the first carbon layer 16, an adhesion layer 20, on the surface 12 of the component 10 of FIG. 1 is applied.
Figur 3 zeigt ein Diagramm, das mechanisch-technologische Eigenschaften im FIG. 3 shows a diagram showing mechanical-technological properties in the
Hinblick auf Adhäsion und Härte von Schichtsystemen 14 veranschaulicht, die für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können. So kann beispielsweis die erste Kohlenstoffschicht 16 (s. hierzu Fig. 1 ) mit mindestens einem Metall, wie beispielspiel Kupfer (Cu) und/oder mindestens ein Nichtmetall, wie beispielswiese Silizium (Si) dotiert werden, um die Eigenschaften des Schichtsystemen 14 je nach Bedarf und Anwendungsfall modifizieren zu können. With respect to adhesion and hardness of layer systems 14, which can be used for the present invention. For example, the first carbon layer 16 (see FIG. 1) may be doped with at least one metal, such as copper (Cu) and / or at least one nonmetal, such as silicon (Si), to match the properties of the layer systems 14 as appropriate To be able to modify requirements and applications.
Figur 4 zeigt ein Diagramm, das die Reibzahl verschiedener Kohlenstoffschichten im Kugel-Scheibe-Tribometer veranschaulicht, die für ein Schichtsystem 14 nach Fig. 1 und 2 für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können, d. h. hier werden Öle (X-Achse) verändert, um so den Einfluss auf das Reibverhalten der jeweiligen Kohlenstoffschicht bewerten zu können. Je nach Anwendungsfall des Bauteils 10 (s. hierzu Fig. 1 ) und dessen Beanspruchung im Betrieb, kann somit gezielt eine Schicht gewählt werden, die dann die gewünschten tribologischen Eigenschaften für das Bauteil 10 erfüllt. Figure 4 is a graph illustrating the coefficient of friction of various carbon layers in the ball-and-pulley tribometer which may be used for a layer system 14 of Figures 1 and 2 for the present invention; H. Here oils (X-axis) are changed in order to be able to evaluate the influence on the friction behavior of the respective carbon layer. Depending on the application of the component 10 (see FIG. 1) and its stress during operation, it is therefore possible to select a layer which then fulfills the desired tribological properties for the component 10.
Figur 5 zeigt ein Diagramm, das die Verschleißrate verschiedener FIG. 5 is a diagram showing the wear rate of various
Kohlenstoffschichten im Kugel-Scheibe-Tribometer veranschaulicht, die für ein Carbon layers in the ball-disk tribometer illustrated for a
Schichtsystem 14 nach Fig. 1 und 2 für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können, d. h. hier werden Öle (X-Achse) verändert, um so den Einfluss auf das Verschleißverhalten der jeweiligen Kohlenstoffschicht bewerten zu können. Auch hier kann je nach Anwendungsfall des Bauteils 10 (s. hierzu Fig. 1 ) und dessen Beanspruchung im Betrieb, gezielt eine Schicht gewählt werden, die dann die gewünschten tribologischen Eigenschaften für das Bauteil 10 erfüllt. Bezugszeichenliste Layer system 14 of FIG. 1 and 2 can be used for the present invention, ie here oils (X-axis) are changed so as to assess the influence on the wear behavior of the respective carbon layer can. Here again, depending on the application of the component 10 (see FIG. 1) and its stress during operation, a specific layer can be selected which then fulfills the desired tribological properties for the component 10. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Bauteil component
Oberfläche surface
Schichtsystem layer system
tetraedrische wasserstofffreie amorphe erste Kohlenstoffschicht, ta-C sp3-gebundene Kohlenstoffschicht tetrahedral hydrogen-free amorphous first carbon layer, ta-C sp3-bonded carbon layer
wasserstofffreie amorphe zweite Kohlenstoffschicht; hydrogen-free amorphous second carbon layer;
a-C sp2-gebundene Kohlenstoffschicht a-C sp2-bonded carbon layer
Haftungsschicht liability layer
Gesamtschichtdicke Total layer thickness

Claims

P 140824 WO 2015/172775 PCT/DE2015/200065 - 8 -Patentansprüche P 140824 WO 2015/172775 PCT / DE2015 / 200065 - 8 patent claims
1 . Bauteil (10), bei dem mindestens eine Oberfläche (12) zumindest teilweise mit einem Schichtsystem (14) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (14) aus einer auf die mindestens eine Oberfläche (12) des Bauteils (10) aufgebrachten tetraedrischen wasserstofffreien amorphen ersten Kohlenstoffschicht (16) besteht, auf die eine wasserstofffreie amorphe zweite 1 . Component (10), wherein at least one surface (12) is at least partially provided with a layer system (14), characterized in that the layer system (14) of a on the at least one surface (12) of the component (10) applied tetrahedral consists of hydrogen-free amorphous first carbon layer (16), on which a hydrogen-free amorphous second
Kohlenstoffschicht (18) aufgebracht ist. Carbon layer (18) is applied.
2. Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Gesamtschichtdicke (D) des Schichtsystems (14) 0,5 bis 5 μιτι beträgt. 2. Component (10) according to claim 1 or 2, wherein a total layer thickness (D) of the layer system (14) is 0.5 to 5 μιτι.
3. Bauteil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest auf die mindestens eine Oberfläche (12) des Bauteils (10) vor dem Aufbringen der ersten Kohlenstoffschicht (16) eine Haftungsschicht (20) aufgebracht ist. 3. Component (10) according to one of the preceding claims, wherein at least on the at least one surface (12) of the component (10) prior to the application of the first carbon layer (16) an adhesion layer (20) is applied.
4. Bauteil (10) nach vorangehenden Ansprüchen, wobei in das Schichtsystem (14) mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Nichtmetall dotiert ist. 4. Component (10) according to the preceding claims, wherein in the layer system (14) at least one metal and / or at least one non-metal is doped.
5. Verwendung eines Bauteils (10), bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise (12) mit einem Schichtsystem (14) nach einem der vorangehenden 5. Use of a component (10), wherein the at least one surface at least partially (12) with a layer system (14) according to one of the preceding
Ansprüche 1 bis 4 versehen ist, so dass das Bauteil (10) infolge des Schichtsystems (14) verschleißbeständig und reibungsreduzierend mit einem Reibpartner Claims 1 to 4 is provided so that the component (10) due to the layer system (14) wear resistant and friction-reducing with a friction partner
zusammenwirkt. interacts.
6. Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils (10), bei dem mindestens eine Oberfläche (12) zumindest teilweise mit einem Schichtsystem (14) versehen ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: 6. A method for producing a wear-resistant and friction-reducing component (10), wherein at least one surface (12) is at least partially provided with a layer system (14), characterized by the following steps:
Abscheiden einer tetraedrischen wasserstofffreien amorphen ersten Depositing a tetrahedral hydrogen-free amorphous first
Kohlenstoffschicht (16) auf die mindestens eine Oberfläche (12) des Bauteils (10); und P 140824 Carbon layer (16) on the at least one surface (12) of the component (10); and P 140824
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Abscheiden einer wasserstofffreien amorphen zweiten Kohlenstoffschicht (18) auf die erste Kohlenstoffschicht (16). Depositing a hydrogen-free amorphous second carbon layer (18) on the first carbon layer (16).
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei zumindest auf die mindestens eine Oberfläche (12) des Bauteils (10) vor dem Abscheiden der ersten Kohlenstoffschicht (16) eine Haftungsschicht (20) aufgebracht wird 7. The method of claim 6, wherein at least on the at least one surface (12) of the component (10) before the deposition of the first carbon layer (16), an adhesion layer (20) is applied
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei in das Schichtsystem (14) mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Nichtmetall dotiert wird. 8. The method of claim 6 or 7, wherein in the layer system (14) at least one metal and / or at least one non-metal is doped.
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