KR102520524B1 - 크로뮴, 탄소 및 규소를 포함하는 언더코트 상의 비-수소화 무정형 탄소 코팅으로 코팅된 부품 - Google Patents

크로뮴, 탄소 및 규소를 포함하는 언더코트 상의 비-수소화 무정형 탄소 코팅으로 코팅된 부품 Download PDF

Info

Publication number
KR102520524B1
KR102520524B1 KR1020217001058A KR20217001058A KR102520524B1 KR 102520524 B1 KR102520524 B1 KR 102520524B1 KR 1020217001058 A KR1020217001058 A KR 1020217001058A KR 20217001058 A KR20217001058 A KR 20217001058A KR 102520524 B1 KR102520524 B1 KR 102520524B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chromium
content
coating
layer
amorphous carbon
Prior art date
Application number
KR1020217001058A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210019538A (ko
Inventor
로랑 봄빌롱
파브리스 프로스트
Original Assignee
이드러메까니끄 에 프러뜨망
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 이드러메까니끄 에 프러뜨망 filed Critical 이드러메까니끄 에 프러뜨망
Publication of KR20210019538A publication Critical patent/KR20210019538A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102520524B1 publication Critical patent/KR102520524B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/027—Graded interfaces
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • C23C14/0611—Diamond
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
    • 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
    • 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
    • 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
    • C23C28/048—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 layers graded in composition or physical properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

본 출원은 금속 기재, 기재를 코팅하는 비-수소화 무정형 ta-C 또는 a-C 탄소 코팅, 및 금속 기재와 무정형 탄소 코팅 사이에 배치되며 상부에 무정형 탄소 코팅이 적용되는 크로뮴 (Cr), 탄소 (C) 및 규소 (Si) 기재의 하위층 언더코트를 포함하고, 상기 언더코트가, 그와 무정형 탄소 코팅의 계면에서, 0.3 내지 0.60의, 규소의 원자 퍼센트 대 크로뮴의 원자 퍼센트의 비율 (Si/Cr), 및 2.5 내지 3.5의, 탄소의 원자 퍼센트 대 규소의 원자 퍼센트의 비율 (C/Si)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 부품에 관한 것이다.

Description

크로뮴, 탄소 및 규소를 포함하는 언더코트 상의 비-수소화 무정형 탄소 코팅으로 코팅된 부품
본 발명은 크로뮴, 탄소 및 규소를 포함하는 하위층(sub-layer) 및 상기 하위층 상에 침착된 비-수소화 무정형 탄소 코팅으로 코팅된 금속 기재를 포함하는, 코팅된 부품에 관한 것이다.
본원에서 논의되는, 코팅을 포함하는 부품은, 예를 들어 자동차, 항공 또는 추가로 우주 부문을 위한 마찰 부재이다.
자동차 분야에서는, 그것은 예를 들어 분배 부품, 예컨대 핑거 팔로워, 태핏 또는 추가로 이러한 부품들 사이의 마찰을 저감시키기 위한 캠이다. 그것은 또한 그것의 마모를 저감시키고 표면이 끌리는 것을 방지하기 위한 피스톤 핀일 수 있다.
여기서 기술된 바와 같은 코팅은 피스톤 링, 피스톤 스커트, 라이너와 같은 구성요소에도 적용될 수 있다.
상기 비제한적인 예에서, 코팅은 종종 윤활 환경에서도 기능해야 한다.
본래, 무정형 탄소 코팅은, 수소화 여부에 관계없이, 자동차, 항공 또는 우주 산업을 위한 구성요소로만 제한되지 않는 많은 용도를 갖는다. 예를 들어 플라스틱 산업에서의 금형과 같은 가이딩 또는 슬라이딩 부재도 윤활 없이 마모 및 마찰을 최소화하기 위해 이러한 코팅으로 코팅될 수 있다.
무정형 탄소 코팅은 통상적으로 "DLC" ("다이아몬드 유사 탄소(Diamond Like Carbon)"의 약자)라고 지칭된다. 그것은 일반적으로 얇은 층 형태로 진공 침착 기법에 의해 얻어지는 탄소계 재료를 뜻한다.
이러한 코팅은 예를 들어 두 가지 계열인, 수소 (H)를 포함하는 코팅 및 수소를 포함하지 않는 코팅으로 분류될 수 있다.
수소를 포함하는 코팅 중에서 산업적으로 많은 관심을 받는 DLC 코팅은
- "a-C:H" 코팅 ("a-C:H"는 "수소화 무정형 탄소"의 약자임)
이다.
이러한 코팅은 일반적으로 탄소계 가스상 전구체 (예를 들어 아세틸렌 (C2H2))의 플라즈마에 의해 지원되는 증기상 화학 침착에 의해 제조된다.
수소를 포함하지 않는 코팅 중에서 산업적으로 많은 관심을 받는 DLC 코팅은
- 일반적으로 흑연 타겟의 마그네트론 스퍼터링에 의해 제조되는 "a-C" 코팅 ("a-C"는 "무정형 탄소"의 약자임),
- 및, 특히, 일반적으로 흑연 타겟의 아크 증발에 의해 제조되는 "ta-C" 코팅 ("ta-C"는 "사면체형 무정형 탄소"의 약자임)
이다.
따라서 전술된 세 가지 유형의 코팅은 다양한 기법에 의해 얻어진다.
더욱이, 현재는, 전술된 바와 같은 각각의 유형의 DLC 코팅 (상기에 설명된 바와 같이, 다양한 기법에 의해 형성됨)의 경우에, 코팅을 특정 기재에 접착시키기 위해, 종종 특수한 하위층을 사용할 필요가 있다.
예를 들어, ta-C 코팅의 경우에, 침착을 시작할 때 매우 높은 에너지 (즉, 수 킬로-전자볼트 정도)에서 탄소 이온 (C)으로 기재 상에 충격을 가함으로써 접착을 얻는다 (이는 예를 들어 문헌(Tetrahedrally Bonded Amorphous Carbon Films I, Basics, Structure and Preparation, Bernd Schultrich, ⓒ Springer-Verlag GmbH Germany 2018 p.552)에 기술되어 있음).
기재는 임의로 금속성 크로뮴 (Cr)의 얇은 층, 때로는 크로뮴 (Cr)의 플래시로 미리 코팅됨으로써, 특히 강철 기재 상에서의 우수한 접착이 촉진될 수 있다. 그러나 이러한 크로뮴 층은 임의적이므로 존재하지 않을 수 있다.
그러나, 최신 기술에 따르면, 최적의 접착은 높은 에너지에서 탄소 이온 (C)으로 상대적으로 차가운 기재에 충격을 가함으로써 얻어진다.
이러한 조건은 제한적인데, 왜냐하면 이러한 충격 이전에 수행되는 초기 단계 (가열에 의한 기재 및 기계의 탈기, 이온 탈거 및 Cr 플래시 침착)가 부품의 가열로 이어지며 이러한 가열은 ta-C 층의 접착에 해롭기 때문이다. 따라서 높은 에너지의 탄소 이온으로 기재에 충격을 가하기 전에 기재의 냉각을 수행하는 것이 바람직하다. 그러나, 진공 하에서 부품 (여기서는 기재)을 냉각시키는 효과는 종종 미미하며, 허용 가능하다고 여겨지는 접착을 위해 요망되는 온도를 얻는 데 긴 시간, 전형적으로 수 시간이 소요된다.
더욱이, 앞서 언급된 바와 같이, 접착은, 미리 크로뮴 플래시로 코팅되는지의 여부에 관계없이, 기재에 높은 에너지의 탄소 이온으로 충격을 가함으로써 얻어진다.
이온의 가속에 필요한 높은 전압은 부품 또는 부품-캐리어 (기재 캐리어라고도 지칭됨) 상에 전기 아크 현상이 촉발될 위험을 증가시키며, 이는 아크에 노출된 부품의 파괴 또는 부품의 접착 손실로 이어질 수 있다. 더욱이, 부품의 바이어스 발생기가 아크를 감지하고 차단하면, 탄소 이온의 침착이 가속 없이 발생하며, 이는 그렇게 침착에 노출된 기재에 대한 탄소 코팅의 접착에 해롭다.
높은 에너지에서 탄소 이온으로 충격을 가하는 이러한 단계의 또 다른 단점은 에너지가 이온으로부터 코팅될 부품으로 전달되기 때문에 코팅될 부품이 가열된다는 것이다. 기재 상의 탄소 이온의 높은 밀도와 높은 에너지의 조합으로 인해, 높은 밀도의 전력이 기재에 가해지고 그것의 온도가 빠르게 상승한다.
이러한 온도 상승은, 낮은, 즉 전형적으로 150℃ 내지 220℃의 템퍼링 온도를 갖는 기계적 부품의 특징에 해로울 수 있다는 사실 외에도, 이는 약 200℃의 침착 온도를 초과하는 온도에서 붕괴되는 ta-C의 기계적 특성을 위해서도 매우 중요하다.
따라서 통상적인 방법은 부품의 과열 위험으로 이어질 수 있다.
따라서, 본 발명은 전술된 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 매우 우수한 기계적 특성을 갖고 기재에 만족스러운 정도로 접착된 비-수소화 DLC 코팅을 포함하는 부품을 제공하는 것이다.
따라서 본 발명은, 예를 들어 ta-C 코팅의 경우에, 침착 전에 냉각 단계 없이 얻어질 수 있는 부품을 제공하는 것, 즉, ta-C 코팅의 침착 전 냉각 단계 및 현재 ta-C 코팅을 접착시키는 데 사용되고 있는 높은 에너지 이온 충격의 사용을 생략하는, 상기 부붐을 수득하는 침착 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 첫 번째 측면에 따라, 금속 기재, 기재를 코팅하는 ta-C 유형 또는 심지어 a-C 유형의 비-수소화 무정형 탄소 코팅, 및 금속 기재와 무정형 탄소 코팅 사이에 배치되며 상부에 무정형 탄소 코팅이 적용되는 크로뮴 (Cr), 탄소 (C) 및 규소 (Si) 기재의 하위층을 포함하며, 상기 하위층은 그와 무정형 탄소 코팅의 계면에서 (즉, 하위층의 표면에서) 하기 원자비를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품이 제공된다:
- 0.35 내지 0.60의, 규소 함량과 크로뮴 함량 간의 비율 (Si/Cr), 및
- 2.5 내지 3.5의, 탄소 함량과 규소 함량 간의 비율 (C/Si).
이러한 하위층 조성물은 예를 들어 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용한 EDX 분석 (EDX는 (에너지 분산 X-선 분광법)의 약자임)에 의해 또는 GDOES (글로우 방전 광학 방출 분광법)에 의해 측정될 수 있는 함량을 갖는다.
이러한 하위층은, 시간이 경과함에 따라 안정적인, HF1 등급의 코팅 접착 결과를 얻을 수 있게 하는 것으로 밝혀졌다.
더욱이, 이러한 하위층은 적어도 ta-C 침착의 경우에 냉각 단계를 생략할 수 있게 하는 것으로 밝혀졌는데, 왜냐하면 최신 기술과는 대조적으로, 최신 기술에 따른 수백 볼트에 비해 매우 낮은 바이어스 전압에서 탄소 코팅의 침착을 시작할 수 있기 때문이다.
또한 이러한 하위층은 ta-C 또는 a-C 유형의 DLC 코팅과 금속 기재 사이에서 기계적 특성의 전이를 가능하게 하는 것으로 밝혀졌다.
더욱이, 이러한 하위층은 수소화 무정형 탄소, 즉, 특히 a-C:H 유형의 DLC 코팅에도 특히 유리한 것으로 판명되었다.
그래서 이러한 하위층은 주로 크로뮴 (Cr), 규소 (Si) 및 탄소 (C)에 기반하는 조성을 갖는 구배 층의 형태를 취한다.
하위층은, 상기에 언급된 바와 같은, 코팅의 접착을 가능하게 하는 조성이 획득되도록, 규소 (Si) 및 탄소 (C)를 (기재로부터 DLC 코팅 쪽으로 갈수록) 점진적으로 농후하게 갖는다.
특정 예에서, DLC와의 계면 부근에서의 하위층의 규소 함량과 크로뮴 함량 간의 비율 (Si/Cr)은 0.38 내지 0.60, 또는 심지어 0.40 내지 0.60이다.
특정 예에서, DLC와의 계면 부근에서의 하위층의 탄소 함량과 규소 함량 간의 비율 (C/Si)은 2.8 내지 3.2, 또는 심지어 2.9 내지 3.1이다.
하위층은 가능하게는 질소 (N)를 포함할 수 있다. 이는, 하기에 기술되는 바와 같이, 부품이 크로뮴 질화물 층을 추가로 포함하는 경우에 특히 유리하다.
따라서, 유리한 예시적인 실시양태에서, 하위층은 질소 원자 (N)를 추가로 포함하고, DLC와의 계면 부근에서, 즉, 하위층과 무정형 탄소 코팅 사이의 계면에서 질소 함량과 크로뮴 함량 간의 비율 (N/Cr)은 0.70 미만이다.
유리한 예에 따르면, 하위층과 무정형 탄소 코팅 사이의 계면에서 질소 함량과 크로뮴 함량 간의 비율 (N/Cr)은 0.26 내지 0.70, 또는 심지어 0.29 내지 0.67, 또는 심지어 0.35 내지 0.65이다.
유리한 예에 따르면, 하위층과 무정형 탄소 코팅 사이의 계면에서 규소 함량과 크로뮴 함량 간의 비율 (Si/Cr)은 0.40 내지 0.55, 또는 심지어 0.45 내지 0.55이다.
유리한 예에서, 질소를 포함하거나 포함하지 않은 하위층은 십분의 수 마이크로미터의 두께, 바람직하게는 약 1.1 μm 이하, 예를 들어 약 0.2 μm 내지 1.1 μm, 바람직하게는 약 0.3 μm 내지 0.6 μm의 두께를 갖는다.
사실상, 실제로, 1.1 μm 초과에서는, 하위층의 유지에 해로운, 기둥과 유사한(column-like) 성장이 발생하며, 0.2 μm 미만에서는 하위층이 그것의 적응 층(adaptation layer) 효과를 나타내지 않는다.
무정형 탄소 코팅은 예를 들어 약 0.3 μm 이상, 또는 심지어 약 0.5 μm 이상, 또는 심지어 약 1 μm 이상, 또는 심지어 1.5 μm 이상의 두께를 갖는다.
무정형 탄소 코팅은 예를 들어 약 10 μm 이하, 또는 심지어 8 μm 이하, 또는 가능하게는 심지어 약 3.5 μm 이하의 두께를 갖는다.
무정형 탄소 코팅은 예를 들어 약 1.5 μm 내지 약 3.5 μm의 두께를 갖지만, 이러한 코팅이 예를 들어 피스톤 링에 적용되는 경우에는 8 μm에 이를 수 있다.
금속 기재는 예를 들어 강철 또는 다른 금속 합금으로 만들어진다.
유리한 예시적인 실시양태에서, 부품은, 기재 상에 침착되며 상부에는 하위층이 형성되는 크로뮴계 층을 추가로 포함한다.
크로뮴계 층은 예를 들어 크로뮴 (Cr) 층 및/또는 크로뮴 질화물, 예를 들어 CrN 또는 Cr2N 또는 임의의 중간 화합물 층이다.
바람직하게는, 부품은 크로뮴 (Cr) 층, 또는 크로뮴 (Cr) 층과 후속 크로뮴 질화물 (예를 들어 CrN 또는 Cr2N 또는 임의의 중간 화합물) 층을 포함한다.
바람직하게는, 크로뮴계 층은 십분의 수 마이크로미터의 두께, 바람직하게는 약 1 μm 이하, 또는 심지어 0.6 μm 이하, 예를 들어 약 0.1 μm 내지 0.5 μm, 또는 심지어 약 0.3 μm 내지 0.5 μm의 두께를 갖는다.
하기 표는 1에서 15까지 번호가 매겨진 다양한 시험을 보여준다. EDX에 의해 측정된 원자비는 코팅과의 계면 부근에서의 하위층의 원자비이다 (하위층은 조성 구배를 나타내며, 목표 조성은 하위층이 DLC 코팅과의 계면에서 나타내는 경향이 있는 조성임을 유념하도록 함).
Figure 112021004275207-pct00001
모든 시험에서, 하위층에 대한 DLC의 접착 거동은 하위층의 표면의 조성과 관련되어 있는 것으로 관찰되었다.
표면에서의 질소의 존재는 DLC의 접착에 결정적인 영향을 미치지 않는다. 사실상, 유사한 질소 구성비율 (N/Cr) (실시예 9, 12 및 13)의 경우에, 접착은 양호하거나 불량한 것으로 판정될 수 있다. 실시예 11에서와 같이 상대적으로 많은 질소의 존재는 접착에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 질소의 부재는 우수한 접착으로 이어질 수도 있고 (실시예 4 내지 6, 14 및 15), 그렇지 않을 수도 있다 (실시예 1 내지 3, 7, 8).
이와는 대조적으로, 크로뮴의 구성비율은 더 결정적인 요소인 것으로 판명되었다. 크로뮴의 구성비율은 Si/Cr 비율, 및 질소가 존재하는 경우에는, N/Cr 비율에 의해 정의된다. 상대적으로 높은 크로뮴의 구성비율은 접착에 적합하지 않은 것으로 보인다 (예를 들어 실시예 1 내지 3). 상대적으로 낮은 크로뮴의 구성비율도 역시 DLC의 접착에 적합하지 않은 것으로 보인다 (예를 들어 실시예 7 및 8).
따라서, Si/Cr 조성의 비율이 0.35 내지 0.6인 경우에, 이러한 하위층 상에 침착된 모든 DLC 층은 접착성인 것으로 판명되었다 (실시예 4, 5, 6, 9, 10, 13, 14 및 15).
상기에 기술된 바와 같은 코팅을 얻기 위해, 하기에 기술되는 바와 같은 진공 침착 장비가 사용된다.
진공 침착 장비는 주로 챔버, 펌핑 시스템, 가열 시스템을 포함하며, 이는 챔버 내에서 가스의 탈리를 가속시키고 품질이 우수하다고 여겨지는 진공을 빠르게 얻기 위해, 부품 (기재) 및 챔버 내부를 펌핑 및 가열하도록 구성된다.
침착 장비는 기하학, 전기적 바이어스 및 운동학의 관점에서 부품, 또는 코팅될 부품의 일부에 적합한 기재 캐리어를 추가로 포함한다.
진공 침착 장비는 또한, 코팅될 금속 기재 상에 일반적으로 존재하는 부동태화 층을 제거하기 위해, 코팅될 부품 (기재)에 아르곤 (Ar) 이온으로 충격을 가하도록 구성된 이온 탈거 시스템을 포함한다.
ta-C 코팅의 경우에, 이온 탈거를 위해 수많은 다양한 기법이 적합할 수 있다. 이는 a-C 코팅에도 동일하게 적용된다.
진공 침착 장비는 또한, 크로뮴계 층을 생성하기 위해, 크로뮴 타겟을 구비한 마그네트론 캐소드를 포함한다.
바람직하게는, 이온 탈거 시스템은 마그네트론 캐소드와 동시에 기능하도록 구성된다. 따라서 이온 탈거의 종결은 크로뮴 타겟을 구비한 마그네트론 캐소드를 예비-스퍼터링하는 데 활용된다.
따라서 이러한 장비는 a-C:H 유형의 코팅의 만족스러운 침착을 가능하게 하기 때문에 특히 유리하다.
예를 들어, 문헌 FR 2 995 493에 기술된 바와 같은 플라즈마 공급원은 코팅될 부품의 효과적인 이온 탈거를 수행하여 그것을 ta-C, 또는 a-C, 또는 심지어 a-C:H 유형의 DLC 코팅으로 코팅하는 데 사용될 수 있다.
하위층을 침착시키는 단계는 예를 들어 상기에 기술된 바와 같은 조성을 갖는 하위층을 제조하도록 구성된다.
하위층을 침착시키는 단계는 더욱이 예를 들어 상기에 기술된 바와 같은 두께를 갖는 하위층을 제조하도록 구성된다.
한 구현예에서, 방법은 금속성 크로뮴을 침착시키는 단계, 예를 들어 크로뮴을 스퍼터링하는 단계를 임의로 포함할 수 있다.
임의로, 이러한 금속성 크로뮴 침착 단계는, 크로뮴 질화물 층, 예를 들어 CrN 또는 Cr2N 또는 임의의 중간 화합물 층을 얻기 위해, 크로뮴을 스퍼터링하는 단계와 동시에 질소를 도입시키는 단계를 포함한다.
임의로 질소를 포함하는, 이러한 크로뮴계 층을 상기에 기술된 바와 같이 십분의 수 마이크로미터 두께로 침착시킨다.
사용하기 가장 용이한 유기규소 가스, 즉, 적어도 규소를 보유하는 가스, 전형적으로 테트라메틸실란 (TMS라고도 지칭되며, 화학식 (SiCH3)4)를 갖고, 미량의 산소를 포함할 수 있음), 또는 실란과 탄화수소의 혼합물을 도입시키면서, 침착을 계속한다. 배타적이지는 않지만, TMS는 상대적으로 우수한 화학적 안정성 및 강한 휘발성을 가지므로 질량 유량계에 의한 용이한 사용을 가능하게 하기 때문에 단연코 우선적으로 사용된다.
크로뮴계 층 (Cr, 및/또는 CrN 또는 Cr2N)을 사전에 침착시키는 경우에, 유기규소 가스를, 하위층의 규소 함량이 그것의 크로뮴 함량의 적어도 약 0.35배 및 계면 부근에서의 크로뮴 함량의 최대 약 0.60배일 때의 유량까지 증가하는 속도로 도입시킨다. 동시에, 계면 부근에서 탄소 함량 대 규소 함량의 비율은 2.5 내지 3.5이다.
질소를 포함하는 크로뮴계 층을 사용하는 경우에, 유기규소 가스의 양이 증가할 때, 주입되는 질소의 양을 점차 감소시킬 수 있다. 질소의 양을 반드시 0으로 만들 필요는 없지만 그것은 유기규소 가스의 양보다 훨씬 더 적어져야 한다. CrN (또는 Cr2N) 층을 제조하기 위해 도입된 질소를 또한 유기규소 전구체의 도입 전에 갑자기 0으로 떨어뜨릴 수 있다. 그럼에도 불구하고, 질소를 점진적으로 감소시키는 것이 바람직한 실시양태인데, 왜냐하면 이는 하위층에서의 질소의 점진적인 전이를 가능하게 하기 때문이다.
예를 들어, CrN 층을 고려할 때, N/Cr은 예를 들어 1의 값을 가지므로 질소의 양이 과도하다고 여겨질 수 있다. Cr2N 층을 고려할 때, N/Cr은 예를 들어 0.5의 값을 가지며, 이러한 경우에 이러한 비율은 유지될 수 있다.
상기에 기술된 진공 하의 다양한 얇은 층 (크로뮴계 층, 하위층 또는 추가로 DLC 코팅)의 제조 동안에, 기재 캐리어의 바이어스 전압은 일반적으로 -50V 내지 -100V (볼트)이다.
이러한 층의 침착 동안에 아르곤의 부분압은 바람직하게는 0.2 Pa 내지 0.4 Pa이다.
유기규소 가스의 유량이 요구되는 수준에 도달할 때, 마그네트론 캐소드의 전기 공급을 차단하고, 반응성 가스 (즉, 유기규소 가스, 또는 경우에 따라 유기규소 가스와 질소)를 중단시킨다. 아르곤이 제공되는 경우에, 아르곤의 유량을 낮은 값으로 감소시키거나 심지어 0으로 만들어서, 아크 공급원을 사용한 ta-C의 침착 또는 a-C의 침착을 시작한다.

Claims (10)

  1. 금속 기재, 기재를 코팅하는 ta-C 유형 또는 심지어 a-C 유형의 비-수소화 무정형 탄소 코팅, 및 금속 기재와 무정형 탄소 코팅 사이에 배치되며 상부에 무정형 탄소 코팅이 적용되는 크로뮴 (Cr), 탄소 (C) 및 규소 (Si) 기재의 하위층을 포함하며, 상기 하위층은 그와 무정형 탄소 코팅의 계면에서 하기 원자비를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품:
    - 0.35 내지 0.60의, 규소 함량과 크로뮴 함량 간의 비율 (Si/Cr), 및
    - 2.5 내지 3.5의, 탄소 함량과 규소 함량 간의 비율 (C/Si).
  2. 제1항에 있어서, 하위층의 규소 함량 (Si)과 크로뮴 함량 (Cr) 간의 비율 (Si/Cr)이 0.38 내지 0.6인 것을 특징으로 하는 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하위층의 탄소 함량 (C)과 규소 함량 (Si) 간의 비율 (C/Si)이 2.8 내지 3.2, 또는 심지어 2.9 내지 3.1인 것을 특징으로 하는 부품.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하위층이 질소 원자 (N)를 추가로 포함하고, 하위층과 무정형 탄소 코팅 사이의 계면에서 질소 함량과 크로뮴 함량 간의 비율 (N/Cr)이 0.70 미만인 것을 특징으로 하는 부품.
  5. 제4항에 있어서, 하위층과 무정형 탄소 코팅 사이의 계면에서 질소 함량과 크로뮴 함량 간의 비율 (N/Cr)이 0.26 내지 0.70이고, 규소 함량과 크로뮴 함량 간의 비율 (Si/Cr)이 0.40 내지 0.55인 것을 특징으로 하는 부품.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하위층이 1.1 μm 이하, 0.2 μm 내지 1.1 μm, 또는 0.3 μm 내지 0.6 μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 부품.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 무정형 탄소 코팅이 0.3 μm 이상, 0.5 μm 이상, 또는 1 μm 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 부품.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 무정형 탄소 코팅이 1.5 μm 내지 3.5 μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 부품.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기재 상에 침착되며 상부에는 하위층이 형성되는 크로뮴계 층을 추가로 포함하고, 상기 크로뮴계 층은 크로뮴 (Cr) 층 및/또는 크로뮴 질화물 층인 것을 특징으로 하는 부품.
  10. 제9항에 있어서, 크로뮴계 층이 십분의 수 마이크로미터의 두께, 1 μm 이하, 0.6 μm 이하, 0.1 μm 내지 0.5 μm, 또는 0.3 μm 내지 0.5 μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 부품.
KR1020217001058A 2018-06-18 2019-06-17 크로뮴, 탄소 및 규소를 포함하는 언더코트 상의 비-수소화 무정형 탄소 코팅으로 코팅된 부품 KR102520524B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1855318 2018-06-18
FR1855318A FR3082527B1 (fr) 2018-06-18 2018-06-18 Piece revetue par un revetement de carbone amorphe non-hydrogene sur une sous-couche comportant du chrome, du carbone et du silicium
PCT/FR2019/051463 WO2019243721A1 (fr) 2018-06-18 2019-06-17 Pièce revêtue par un revêtement de carbone amorphe non-hydrogéné sur une sous-couche comportant du chrome, du carbone et du silicium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210019538A KR20210019538A (ko) 2021-02-22
KR102520524B1 true KR102520524B1 (ko) 2023-04-12

Family

ID=65031268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217001058A KR102520524B1 (ko) 2018-06-18 2019-06-17 크로뮴, 탄소 및 규소를 포함하는 언더코트 상의 비-수소화 무정형 탄소 코팅으로 코팅된 부품

Country Status (14)

Country Link
US (1) US11732343B2 (ko)
EP (1) EP3807450B1 (ko)
JP (1) JP7104806B2 (ko)
KR (1) KR102520524B1 (ko)
CN (1) CN112400037B (ko)
BR (1) BR112020024242A2 (ko)
CA (1) CA3101723A1 (ko)
ES (1) ES2949386T3 (ko)
FR (1) FR3082527B1 (ko)
HU (1) HUE063739T2 (ko)
MA (2) MA51939B1 (ko)
MX (1) MX2020014186A (ko)
PL (1) PL3807450T3 (ko)
WO (1) WO2019243721A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008163430A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Jtekt Corp 高耐食性部材およびその製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3885375B2 (ja) * 1997-09-30 2007-02-21 帝国ピストンリング株式会社 ピストンリング
JP4354559B2 (ja) * 1998-12-15 2009-10-28 Ｔｄｋ株式会社 ダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材
DE10018143C5 (de) * 2000-04-12 2012-09-06 Oerlikon Trading Ag, Trübbach DLC-Schichtsystem sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Schichtsystems
JP3292199B2 (ja) * 2001-03-22 2002-06-17 住友電気工業株式会社 ゴム用金型、ゴム用金型の製造方法およびゴムの成形方法
FR2891554B1 (fr) * 2005-10-03 2008-01-11 Hef Soc Par Actions Simplifiee Revetement anti-corrosion a base de silicium, de carbone, d'hydrogene et d'azote.
JP2008050696A (ja) * 2006-07-27 2008-03-06 Nsk Ltd コーティング装置およびスパッタリング成膜方法
JP5102516B2 (ja) * 2007-03-06 2012-12-19 株式会社神戸製鋼所 成形金型
WO2011014974A1 (en) * 2009-08-07 2011-02-10 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Tribology combined with corrosion resistance: a new family of pvd- and pacvd coatings
EP2681346B1 (en) * 2011-03-02 2017-09-06 Oerlikon Surface Solutions AG, Pfäffikon Sliding component coated with metal-comprising carbon layer for improving wear and friction behavior by tribological applications under lubricated conditions
AT511605B1 (de) 2011-12-12 2013-01-15 High Tech Coatings Gmbh Kohlenstoffbasierende beschichtung
FR2995493B1 (fr) 2012-09-11 2014-08-22 Hydromecanique & Frottement Dispositif pour generer un plasma presentant une etendue importante le long d'un axe par resonnance cyclotronique electronique rce a partir d'un milieu gazeux
JP5965378B2 (ja) * 2013-10-31 2016-08-03 株式会社リケン ピストンリング及びその製造方法
DE102014217040A1 (de) * 2014-08-27 2016-03-03 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Beschichtung für Metallbauteile, Verfahren zum Beschichten eines Metallbauteils, Kolben für Verbrennungskraftmaschinen und Kfz
AT14701U1 (de) * 2015-03-19 2016-04-15 Plansee Composite Mat Gmbh Beschichtungsquelle zur Herstellung dotierter Kohlenstoffschichten
CN107532279B (zh) * 2015-04-23 2020-10-30 日立金属株式会社 包覆模具及其制造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008163430A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Jtekt Corp 高耐食性部材およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021533254A (ja) 2021-12-02
MA52899B1 (fr) 2023-09-27
MA51939A1 (fr) 2021-02-26
JP7104806B2 (ja) 2022-07-21
BR112020024242A2 (pt) 2021-02-23
MA51939B1 (fr) 2021-06-30
US20210310112A1 (en) 2021-10-07
EP3807450A1 (fr) 2021-04-21
EP3807450C0 (fr) 2023-06-07
FR3082527B1 (fr) 2020-09-18
FR3082527A1 (fr) 2019-12-20
CN112400037B (zh) 2022-11-08
MA52899A (fr) 2021-04-21
EP3807450B1 (fr) 2023-06-07
CN112400037A (zh) 2021-02-23
ES2949386T3 (es) 2023-09-28
WO2019243721A1 (fr) 2019-12-26
MX2020014186A (es) 2021-03-09
CA3101723A1 (fr) 2019-12-26
HUE063739T2 (hu) 2024-01-28
US11732343B2 (en) 2023-08-22
KR20210019538A (ko) 2021-02-22
PL3807450T3 (pl) 2023-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Moriguchi et al. History and applications of diamond-like carbon manufacturing processes
KR101860292B1 (ko) 피복 공구 제조 방법
KR20180123508A (ko) 지르코늄 접착층을 갖는 무수소 탄소 코팅
WO2015121944A1 (ja) ピストンリングとその製造方法
JP4122387B2 (ja) 複合硬質皮膜、その製造方法及び成膜装置
JP5077293B2 (ja) 非晶質炭素被膜の製造方法及び非晶質炭素被覆摺動部品
JP2003247060A (ja) 非晶質炭素被膜の製造方法及び非晶質炭素被覆摺動部品
JP2009035584A (ja) 摺動部材
KR102520524B1 (ko) 크로뮴, 탄소 및 규소를 포함하는 언더코트 상의 비-수소화 무정형 탄소 코팅으로 코팅된 부품
JP2003082458A (ja) 非晶質炭素被膜の形成装置及び形成方法
JP6533374B2 (ja) Ｄｌｃ皮膜の成膜方法
Weng et al. Metal-doped diamond-like carbon films synthesized by filter-arc deposition
WO2023066510A1 (en) Method for forming hard and ultra-smooth a-c by sputtering
RU2778062C2 (ru) Деталь, снабженная покрытием из негидрированного аморфного углерода на подслое, содержащем хром, углерод и кремний
JP2000144426A (ja) 高硬度高密着性ｄｌｃ膜の成膜方法
CN112400038B (zh) 在包含铬、碳和硅的底涂层上涂覆有氢化非晶碳涂层的零件
RU2788796C2 (ru) Деталь, снабженная покрытием из гидрированного аморфного углерода на подслое, содержащем хром, углерод и кремний
CN115413313B (zh) 活塞环及其制造方法
JP2018059136A (ja) 金属構造体及び金属構造体の製造方法
Guliyev Influence of voltage oscillation pulse-off time in a doms on the properties of hard hydrogen-free DLC coatings for the automotive industry.

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right