用于在潤(rùn)滑條件下通過(guò)摩擦應(yīng)用改進(jìn)磨損和摩擦性能的用含金屬碳層涂布的滑動(dòng)組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于滑動(dòng)部件的涂層，所述涂層允許以與現(xiàn)有技術(shù)比較促進(jìn)減小磨損和摩擦的方式使用類(lèi)金剛石碳(DLC)或含DLC的涂層與含鉬-和/或鋅的潤(rùn)滑劑的組合。本發(fā)明的涂層體系至少包含類(lèi)型Me-C/a)-C：X的含金屬碳層，其元素組成可表示為(MeaC1-a)1-bXb，其中0.3≤a≤0.6，并且0＜b≤0.3，其中Me為金屬或不同金屬的組合，X為不同于Me并且不同于C的元素，或者X為不同于Me并且不含C的元素的混合物。Me可優(yōu)選為鉻(Cr)或鉬(Mo)，X可優(yōu)選為氫(H)或硅和氫的混合物(Si+H)。
【專利說(shuō)明】用于在潤(rùn)滑條件下通過(guò)摩擦應(yīng)用改進(jìn)磨損和摩擦性能的用含金屬碳層涂布的滑動(dòng)組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于滑動(dòng)部件的涂層，所述涂層允許以與現(xiàn)有技術(shù)比較促進(jìn)減小磨損和摩擦的方式使用類(lèi)金剛石碳(DLC)或含DLC的涂層與含鑰和/或含鋅的潤(rùn)滑劑的組合。本發(fā)明的涂層體系至少包含類(lèi)型Me-C/a-C:X的含金屬碳層，其元素組成可表示為(MeaC1J nA，其中0.3≤a≤0.6，并且0<b≤0.3，其中Me為金屬或不同金屬的組合，X為不同于Me并且不同于C的元素，或者X為不同于Me并且不含C的元素的混合物。Me可優(yōu)選為鉻(Cr)或鑰(Mo)，X可優(yōu)選為氫⑶或硅和氫的混合物(Si+H)。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車(chē)工業(yè)中，應(yīng)用DLC涂層已廣為接受為在需要承受很高負(fù)荷的關(guān)鍵設(shè)計(jì)中消除磨損問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解決方法。
[0003]然而，盡管DLC涂層有極佳的摩擦減小性質(zhì)，但已觀察到，將一些先進(jìn)的油添加劑與DLC涂層聯(lián)合使用，在汽車(chē)系統(tǒng)中可能得到不能令人滿意的摩擦減小和磨損性能效果。
[0004]在干燥和潤(rùn)滑兩種條件下DLC涂層的摩擦減小性質(zhì)是眾所周知的，但“減少摩擦損失” 的話題在最近變得越來(lái)越重要，因?yàn)槟壳敖裹c(diǎn)強(qiáng)烈集中在燃料效率和將CO2排放減至最小。
[0005]根據(jù)German guideline VDI2840 的類(lèi)型 a~C:H(無(wú)金屬含氫的 DLC)和 a~C:H:Me(含金屬和氫的DLC)的DLC涂層例如常用于汽車(chē)工業(yè)，并且廣為接受在特別涉及高負(fù)荷、缺油潤(rùn)滑(starved lubrication)和潛在失靈問(wèn)題的關(guān)鍵設(shè)計(jì)中克服磨損問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解決方案。
[0006]含金屬的a-C:H:Me涂層主要通過(guò)反應(yīng)性d.c.磁控管濺射在分批涂布器或在多室在線機(jī)中制備。所用靶由金屬或金屬碳化物組成，工作氣體為氬和烴類(lèi)氣體(例如，乙炔)的混合物。含金屬的a-C:H:Me涂層通常顯示比無(wú)金屬的a-C:H涂層更低的硬度和耐磨性，但可能顯示更高的韌度。在大多數(shù)情況下，用鎢(W)或鈦(Ti)制備a-C:H:Me涂層，以在摩擦學(xué)系統(tǒng)中達(dá)到良好摩擦和/或減小磨損，但在技術(shù)上也可使用其它生成碳化物的金屬。例如，也已通過(guò)反應(yīng)性磁控管濺射沉積技術(shù)用低離子轟擊能產(chǎn)生a-C:H:Cr涂層。已觀察到，在這些情況下，a-C:H:Cr涂層生長(zhǎng)為完全非晶形膜。
[0007]用于滑動(dòng)應(yīng)用的類(lèi)型a-C:H:Me的上述DLC涂層的特征是不大于20%的Me:C原子百分比。
[0008]然而，DLC涂層的摩擦減小性質(zhì)與其它類(lèi)型解決方法存在競(jìng)爭(zhēng)，其他類(lèi)型解決方法例如，新功能設(shè)計(jì)和技術(shù)，尤其是改進(jìn)油添加劑領(lǐng)域的發(fā)展。
[0009]通常，大多數(shù)DLC涂層被設(shè)計(jì)為在存在或不存在潤(rùn)滑的情況下適當(dāng)?shù)仄鹱饔?，但遺憾的是，一些目前使用的添加劑顯示與DLC涂層不良的相容性。這正是通過(guò)類(lèi)型a-C:H和a-C:H:Me的DLC涂層與含鑰和含鋅的油添加劑相互作用觀察的情況，所述含鑰和含鋅的油添加劑例如二硫代氨基甲酸鑰(MoDTC)和二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)。MoDTC是一種摩擦改性劑，目前通常在很多發(fā)動(dòng)機(jī)油中用作添加劑，以減小摩擦。ZDDP是存在于很多類(lèi)型水力和潤(rùn)滑流體中的抗磨添加劑。MoDTC和ZDDP油添加劑，特別在它們以高濃度應(yīng)用時(shí)，可影響DLC涂層的摩擦和/或磨損性質(zhì)，使其強(qiáng)烈變差。
[0010]另外，通常與設(shè)計(jì)成在極端混合或邊界潤(rùn)滑范圍減小摩擦的特壓添加劑(EP添加齊?)相關(guān)，其預(yù)期效果是基于形成含硫化物和鑰氧化物的表面層。在這些情況下，從添加劑復(fù)雜分子產(chǎn)生表面層的摩擦化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成在一種鋼或至少一種金屬表面存在下發(fā)生。為此原因可假定，在使用純碳表面或主要是碳的表面例如a-C:H和a-c:H:Me涂層時(shí)，在添加劑和表面之間的預(yù)期摩擦化學(xué)反應(yīng)不發(fā)生并因此不能形成表面層。另外，在添加劑復(fù)雜分子和a-C:H或a-C:H:Me涂層之間可發(fā)生不需要的化學(xué)反應(yīng)，并且導(dǎo)致涂層本身變性。最可能的解釋是由于在與包含EP添加劑的潤(rùn)滑劑聯(lián)合使用時(shí)，具有大于20GPa硬度的a_C:H涂層常常經(jīng)受連續(xù)磨損，而不顯示具有隨后穩(wěn)定和無(wú)磨損摩擦性能的通常磨合性能。 [0011]另外，已知包含金屬和碳的涂層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈受涂層沉積條件影響。例如，在一些情況下，通過(guò)沉積Cr-C涂層使用增加的離子能可導(dǎo)致在X射線衍射圖中出現(xiàn)一些明確的峰，其可歸因于碳化鉻Cr7C3Xr3C2和fee CrC0在其它情況下，例如，在離子鍍Cr-C涂層中，亞穩(wěn)的fccCrC相顯示為亞化學(xué)計(jì)量。
[0012]另外，已研究具有18和85原子％之間Cr含量的濺射沉積Cr-C涂層的機(jī)械加工性能，已知它們?cè)诓煌瑱C(jī)械加工應(yīng)用中根據(jù)Cr含量顯示良好的機(jī)械加工性能。例如，觀察到包含約69原子％ Cr的Cr-C涂層明顯在鉆孔試驗(yàn)中有最低的磨損速率和最佳效果，而包含約18原子％ Cr的Cr-C涂層在車(chē)削試驗(yàn)中達(dá)到最佳的性能。也已知涂有CrxC的工具的涂層厚度對(duì)機(jī)械加工性能具有相當(dāng)大影響。在它們與潤(rùn)滑劑組合使用時(shí)，尤其與含有包含Mo和/或包含Zn的添加劑的潤(rùn)滑劑組合使用時(shí)，至今未研究含金屬的DLC涂層的化學(xué)性質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供上述問(wèn)題的解決方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于滑動(dòng)部件的涂層體系，所述涂層體系允許將DLC或含DLC的涂層與含有包含Mo和/或包含Zn的添加劑(例如，MoDTC和ZDDP)的潤(rùn)滑劑聯(lián)合使用而不使DLC或包含DLC的涂層老化，而與現(xiàn)有技術(shù)比較導(dǎo)致促進(jìn)減小磨損和摩擦。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了克服DLC涂層與含有包含Mo和/或包含Zn的添加劑的潤(rùn)滑劑相互作用的缺陷，發(fā)明人旨在設(shè)計(jì)一種新的金屬摻雜改性的DLC涂層，所述涂層可賦予與所述添加劑的化學(xué)親合性，因此與現(xiàn)有技術(shù)比較提供較佳的摩擦和磨損性質(zhì)。
[0015]如前文所提到，從現(xiàn)有技術(shù)已知具有不大于20% Me-C原子比的a_C:H:Me涂層用于滑動(dòng)組件的涂層，以改進(jìn)磨損和摩擦性能，然而，這些涂層(類(lèi)似于無(wú)金屬的a-C:H涂層)與含有包含Mo和/或包含Zn的添加劑的潤(rùn)滑劑不相容。
[0016]發(fā)明人出乎預(yù)料的發(fā)現(xiàn)，具有大于或等于30%且小于或等于60%的Me:C原子百分比的金屬摻雜DLC涂層顯示與含有包含Mo和/或包含Zn的添加劑的潤(rùn)滑劑正相互作用，并因此顯示與類(lèi)型a-C:H和a-C:H:Me的常規(guī)DLC涂層比較顯著更佳的磨損和摩擦性能。
[0017]為了更精確地描述用于滑動(dòng)應(yīng)用的根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的新型金屬摻雜DLC涂層的改性結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明范圍內(nèi)將這些涂層如下確定為:
[0018]Me-C/a-C-X,其中Me為一種金屬或兩種或更多種金屬的組合，X為不同于Me并且不同于C的元素，或者X為不同于Me的不含C的元素的混合物，其中Me:C原子百分比大于20%。
[0019]在本發(fā)明環(huán)境下，Me:C比總是以原子％給出，并且用以下公式計(jì)算:
[0020]Me:C[原子％ ] = (Me[原子％ ]/(Me[原子％ ]+C[原子％ ]))*100
[0021]因此，在本發(fā)明環(huán)境下，含氫并且具有不大于20%的Me:C比的包含Me的DLC涂層在下文只被稱為a-C:H:Me涂層，而具有大于20%的Me:C比的包含Me的DLC涂層在下文只被稱為Me-C/a-C:X。
[0022]發(fā)明人比較了本發(fā)明的與包含鑰和/或鋅的潤(rùn)滑劑組合使用的Me-C/a-C:X涂層的磨損機(jī)理，并將其與a-C:H和a-C:H:Me涂層的磨損機(jī)理進(jìn)行了比較。
[0023]根據(jù)本發(fā)明合成的Me-C/a-C:X涂層不僅允許實(shí)現(xiàn)減小表面磨損，還允許利用添加劑誘導(dǎo)的摩擦減小有益效果。
[0024]特別是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在Me基本為鉻(Cr)，并且X基本為氫⑶，或者X為氫和硅的混合物(H+Si)時(shí)，可與含 鑰和含鋅的潤(rùn)滑劑(例如，包含MoDTC和包含ZDDP的潤(rùn)滑劑)實(shí)現(xiàn)通過(guò)摩擦應(yīng)用減小磨損和摩擦的很正面的相互作用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1:在潤(rùn)滑(無(wú)MoDTC和含MoDTC的油)振蕩磨損試驗(yàn)中測(cè)試的類(lèi)型a_C:H的DLC涂層的結(jié)果。
[0026]圖2:依賴本涂層組合物的Cr-C/a-C:H涂層的壓痕硬度Hit和磨料磨損率。
[0027]圖3:具有不同Cr:C比的Cr-C/a-C:H涂層的橫截面SEM圖；a)Cr:C比約25% (Hn=10.2Gpa，EIT = 114GPa)，b)Cr:C 比約 50% (Hn = 14.3GPa，EIT = 197GPa),c)Cr:C 比約 70% (HIT = 12.7GPa，EIT = 205GPa), d) Cr:C 比約 50%，但由不同沉積參數(shù)產(chǎn)生(Hn =21.3GPa, EIT = 225GPa)
[0028]圖4:具有不同Cr:C比并且在a)不含MoDTC、b)含有MoDTC的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)油潤(rùn)滑下測(cè)試的Cr-C/a-C:H涂層的球-盤(pán)(ball-on_disc)試驗(yàn)?zāi)Σ燎€；
[0029]圖5:含有不同Cr:C比的Cr_C/a_C:H涂層在油潤(rùn)滑球-盤(pán)試驗(yàn)后的摩擦系數(shù)和平均磨痕深度；a)不含MoDTC的油，b)含有MoDTC的油
[0030]圖6:含有不同Cr:C比的Cr_C/a_C:H涂層和a_C:H涂層在油潤(rùn)滑球-盤(pán)試驗(yàn)后從激光顯微鏡研究得到的磨痕剖面(Y軸滿刻度:15μπι)
[0031]圖7:分別含有約25%、50%和70%的Cr:C比的三種不同Cr_C/a_C:H涂層在油潤(rùn)滑球-盤(pán)試驗(yàn)后的磨痕的SEM圖和EDX元素測(cè)繪圖(element mappings) ；a)不含MoDTC的油:1.-3.行:SEM 圖,EDX:C,EDX:Cr ；b)含有 MoDTC 的油:1.-4.行:SEM 圖,EDX:C,EDX:Cr, EDX:Mo
[0032]圖8:a-C:H涂層在油潤(rùn)滑球-盤(pán)試驗(yàn)后的磨痕的SEM圖和EDX元素測(cè)繪圖。1.-4.行:SEM 圖，EDX:C, EDX:Cr ；EDX:Mo ;左:不含 MoDTC，右:含有 MoDTC
[0033]圖9:不同Cr-C/a-C:H涂層在含有MoDTC的油潤(rùn)滑下球-盤(pán)試驗(yàn)后的磨痕的SEM橫截面圖a)Cr:C比約25% ；b)Cr:C比約50% ；c)Cr:C比約70%[0034]圖10:a-C:H涂層在含有MoDTC的油潤(rùn)滑下球-盤(pán)試驗(yàn)后的磨痕的SEM橫截面圖
[0035]圖11:以不同Cr:C比沉積的Cr_C/a_C:H涂層的氫含量的SMS測(cè)定
[0036]圖12:根據(jù)本發(fā)明的包含Me-C/a-C:H類(lèi)型功能層的涂層體系的草圖。
[0037]實(shí)施例
[0038]初期試驗(yàn)表明，高濃度的MoDTC強(qiáng)烈干擾類(lèi)型a-C:H和a_C:H:Cr的DLC涂層，這可負(fù)面影響這些種類(lèi)涂層的耐磨性。
[0039]發(fā)明人在潤(rùn)滑振蕩磨損試驗(yàn)中測(cè)試a-C:H涂層，并比較含MoDTC的油與無(wú)MoDTC的標(biāo)準(zhǔn)油對(duì)這種DLC涂層的磨損和摩擦性能的影響。結(jié)果示出于圖1中。從圖1可觀察到，使用含MoDTC的潤(rùn)滑劑顯著減小a-C:H涂層的耐磨性，由使用a_C:H涂層誘導(dǎo)的摩擦減小也因此受限。即使含MoDTC的油略微減小了摩擦系數(shù)，DLC涂層也經(jīng)受更顯著的磨損，其可通過(guò)光學(xué)顯微法研究見(jiàn)于磨痕(圖1，右側(cè))。另外，可觀察到，初期與含MoDTC的油相關(guān)的低摩擦系數(shù)也隨進(jìn)行中的磨痕開(kāi)始增加。
[0040]本發(fā)明進(jìn)一步用Cr-C/a-C:H涂層和Cr-C/a-C:X涂層(其中X = H+Si)的一些實(shí)例進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明，此外分析了其與包含Mo和/或包含Zn的潤(rùn)滑劑組合時(shí)的涂層性質(zhì)和摩擦性能。
[0041]為了產(chǎn)生Cr-C/a-C:H涂層和本發(fā)明的Cr-C/a-C:X涂層(其中X = H+Si)，發(fā)明人基本用濺射技術(shù)在含碳涂層中加入Cr，含碳涂層同時(shí)在涂布室通過(guò)等離子輔助化學(xué)蒸氣沉積(PACVD)技術(shù)產(chǎn)生。然而，產(chǎn)生本發(fā)明的涂層也可使用其它已知的物理蒸氣沉積技術(shù)，例如電弧離子鍍(AIP)或 濺射和電弧方法或電弧和PACVD方法或包括在涂層沉積期間活化另外的離子化源的方法的組合。
[0042]Cr-C/a-C:H涂層和根據(jù)本發(fā)明合成的Cr_C/a_C:X涂層(其中X = H+Si)提供必需的活性表面化學(xué)，以實(shí)現(xiàn)與潤(rùn)滑劑中包含的添加劑的正相互作用并因此積聚必需的表面層。
[0043]沉積具有不同Cr:C比的根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的這些涂層，并在下文更詳細(xì)描述對(duì)其形態(tài)、功能性和摩擦性質(zhì)的研究結(jié)果。
[0044]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，改變Cr:C比對(duì)這些涂層的形態(tài)具有顯著影響，從而能夠以正的方式強(qiáng)烈影響這些涂層與包含Mo和/或包含Zn的油添加劑(特別是與發(fā)動(dòng)機(jī)油中的MoDTC添加劑)的摩擦化學(xué)相互作用。
[0045]涂層沉積參數(shù)也可影響形態(tài)，并且通常影響這些涂層的其它涂層性質(zhì)。
[0046]實(shí)施例1:Cr-C/a_C:H涂層與包含MoDTC的潤(rùn)滑劑的相互作用
[0047]涂層沉積:在工業(yè)PVD/PACVD系統(tǒng)(Oerlikon Balzers BAI830DLC)中制備具有不同Cr:C比的Cr-C/a-C:H涂層，殘余壓力在2.0_10_5mbar或更低的范圍內(nèi)。涂布室具有約Im3體積，并且配備有兩個(gè)磁控管源。底材可以2次旋轉(zhuǎn)(2-fold-rotation)或3次旋轉(zhuǎn)涂布，在目前情況下使用2次旋轉(zhuǎn)。
[0048]在沉積前，將鋼底材(DINL 2842，0 22mmX5.6mm)加熱到約150°C，并在純Ar等離子體中用從另外的電弧放電(低壓電弧)提取的離子侵蝕。侵蝕后，在純Ar氣氛中通過(guò)從兩個(gè)Cr靶dc濺射沉積純Cr層(粘附層3)，以確保隨后涂層和鋼底材之間的良好粘附。另外，在Cr-C/a-C:H涂層(功能層I)之前，在混合Ar/N2氣氛中從兩個(gè)Cr靶沉積CrxNy層(支持層5)，以提高對(duì)隨后Cr-C/a-C:H涂層(功能層)的負(fù)荷容量。[0049]在一些情況下，通過(guò)在涂布室中同時(shí)減小氮?dú)饬骱驮黾覥2H2流，在Cr-N和Cr-C/a-C:H層之間沉積基本包含Cr-N-C并且沿其厚度具有可變氮和碳含量的梯度層(過(guò)渡層7)，以增加涂層體系內(nèi)的粘附強(qiáng)度。
[0050]然后,在混合Ar/C2H2氣氛中在4.0-4.5.l(T3mbar的壓力下,通過(guò)從兩個(gè)Cr |E dc濺射沉積Cr-C/a-C:H涂層。在沉積期間，靶功率保持恒定在7.5kW/靶，將偏壓(用d.c.脈沖電源施加)調(diào)節(jié)到-800V,并將Ar流設(shè)定到115sccm。然后,通過(guò)僅僅在142sccm (對(duì)于最低Cr含量)和57SCCm(對(duì)于最高Cr含量)之間改變C2H2流，調(diào)節(jié)Cr:C比。通常將涂層厚度調(diào)節(jié)到約2 μ m，過(guò)程溫度低于230°C。
[0051]Cr-C/a-C:H涂層中的Cr:C比隨C2H2流線性變化。對(duì)于研究的C2H2范圍，在~25%(對(duì)于最高C2H2流)和~70% (對(duì)于最低C2H2流)之間調(diào)節(jié)Cr含量。
[0052]在某些情況下，在沉積Cr-C/a-C:H涂層(功能層I)后，沉積具有磨合性質(zhì)(磨合層9)的另外層或頂層。
[0053]磨合層9優(yōu)選為具有25%的Cr:C比的Cr_C/a_C:H層或具有磨合性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)a-C:H 層。
[0054]也用具有約2-3 μ m涂層厚度的市售得到的無(wú)金屬DLC涂料(a_C:H涂層)涂布相同鋼樣品用于比較。用約0.5μπι厚濺射Cr層作為粘附層，在混合AiVC2H2氣氛中在m.f.輝光放電過(guò)程中進(jìn)行a-C:H涂布。
[0055]涂層表征:通過(guò)電子探針微區(qū)分析(EPMA，Cameca SX100)測(cè)定涂層的組成。另外，通過(guò)掃描電子顯微法(SEM, Leol530, Leo Electron Microscopy)表征涂層的形態(tài)。在60°角度下拍攝橫截面圖。用記錄至多30mN負(fù)荷-壓痕深度曲線的市售儀器(FischerscopeH100)測(cè)定涂層硬度(壓痕硬度Hn)和彈性壓痕模量(EIT)。最大壓痕深度最高達(dá)到300nm。磨料磨損速率用以氧化鋁懸浮液(平均氧化鋁晶粒尺寸Iym)操作的漿料磨料磨損試驗(yàn)(ball cratering test)測(cè)定。為了對(duì)結(jié)果定量，將磨入涂層的縮孔的體積除以法向載荷(normal load)和旋轉(zhuǎn)球的痕長(zhǎng)度。涂層的磨料磨損速率Wv所用單位為I O—15In3Pf1Iir1。
[0056]進(jìn)行球-盤(pán)試驗(yàn)以分析不同Cr-C/a-C:H涂層的摩擦性質(zhì)(摩擦系數(shù)和磨損性能)。我們使用在施加了 30N法向載荷的靜止未涂布球銷(xiāo)(具有0 3mm的球，100Cr6，硬化到64)下以0.lm/s的線速度旋轉(zhuǎn)的Cr-C/a-C:H涂布的圓盤(pán)。對(duì)于2000m滑動(dòng)距離進(jìn)行測(cè)試。為了在MoDTC存在下分析具有不同Cr:C比的Cr-C/a-C:H涂層的摩擦和磨損性能，在用兩種不同油潤(rùn)滑的條件下進(jìn)行球-盤(pán)試驗(yàn)。兩種油均充分配制。另外，兩種油之一包含MoDTC。在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的赫茲接觸應(yīng)力為約2.0GPa,并在試驗(yàn)結(jié)束由于未涂布鋼球的漸進(jìn)性磨損下降到約0.3GPa的表面應(yīng)力。
[0057]用不同技術(shù)進(jìn)行磨痕的分析。用市售共焦激光顯微鏡(Olympus Lext 0LS3000)確定磨痕的剖面形狀。平均磨痕深度用具有12.5μπι金剛石尖端半徑的探針剖面儀(Dektak3,Veeco)測(cè)定。另外,在磨痕和表面層中的形貌、涂層形態(tài)和表面元素分布通過(guò)不同元素(C，Cr，Mo)的SEM(平面和橫截面)和EDX (Oxford Xiax)測(cè)繪確定。
[0058]機(jī)械性質(zhì)和涂層形態(tài):首先值得提到的是，在此呈現(xiàn)的Cr:C涂層的沉積過(guò)程是穩(wěn)定的，并且涂層組合物的機(jī)械和摩擦性質(zhì)是可再現(xiàn)的。
[0059]圖2給出依賴本涂層組合物的Cr-C/a-C:H涂層的機(jī)械性質(zhì)(壓痕硬度Hn和磨料磨損速率)。涂層的壓痕硬度隨Cr:C比達(dá)到至多約50%前提高，硬度似乎在Cr:C比達(dá)到至多約60%前保持恒定，并且隨更高Cr:C比而降低。磨料磨損速率(用漿料磨料磨損試驗(yàn)測(cè)定)在Cr:C比達(dá)到至多約45%前接近恒定。Cr含量的進(jìn)一步提高導(dǎo)致較高的磨損速率。
[0060]關(guān)系曲線和特征硬度最大值的精確斜度取決于所用金屬相應(yīng)的金屬碳化物和過(guò)程參數(shù)。
[0061]未詳細(xì)研究具有小于25原子％的Cr:C比的涂層，原因是預(yù)期的無(wú)金屬類(lèi)DLC與含Mo和含Zn的油添加劑的相互作用(負(fù)相互作用)以及由很低金屬含量導(dǎo)致的低涂層硬度和增加的磨損速率的預(yù)期的不利組合。
[0062]如所預(yù)期的那樣，與類(lèi)型a-C:H的DLC涂層比較，研究的Cr-C/a-C:H涂層的硬度和耐磨料磨損性較低。由于DLC涂層作為高性能耐磨性和摩擦減小涂層廣泛用于工業(yè)，用類(lèi)型a-C:H的DLC涂層作為參照。大于20GPa的壓痕硬度(在目前情況下在24.SGpa下測(cè)定)和小于l*10_15m3/Nm(在此為0.6*10_15m3/Nm)的磨料磨損速率證明這些涂層的杰出機(jī)械性能。
[0063]除了涂料組分外，也可通過(guò)調(diào)節(jié)沉積過(guò)程參數(shù)影響機(jī)械和摩擦涂層性質(zhì)及涂層形態(tài)，所述沉積過(guò)程參數(shù)例如C2H2流。具有不同組成的Cr-C/a-C:H涂層的橫截面SEM圖示出于圖3a-d中。形態(tài)受柱狀結(jié)構(gòu)支配。具有25% Cr:C比的橫截面具有具“花椰菜”表面形貌的a-C:H:Me涂層的通常外觀(圖3a)。通過(guò)使Cr含量增加到約50原子％和進(jìn)而70原子％的Cr:C比，形態(tài)變得更致密，并且表面變得更光滑(圖3b和3c)。適合的過(guò)程參數(shù)允許調(diào)節(jié)形態(tài)和機(jī)械性質(zhì)。圖 3d給出在完全不同沉積過(guò)程參數(shù)范圍得到的具有類(lèi)似組成(約50%的Cr:C比)的Cr-C/a-C:H涂層的實(shí)例。該涂層的SEM橫截面圖顯示改變的形態(tài)，其具有更細(xì)粒且更致密的結(jié)構(gòu)，另外，表面形貌顯著改變。涂層的形態(tài)改變伴隨硬度和彈性壓痕模量的增加:HIT = 21.3GPa/EIT = 225GPa。
[0064]對(duì)于在本文中提出的研究，選擇如下范圍的Cr-C/a-C:H涂層，其機(jī)械性質(zhì)與工業(yè)上廣為接受的含金屬的DLC涂層(a-C:H:Me)類(lèi)似，即硬度范圍為HIT10_15GPa。
[0065]摩擦性質(zhì)和與油添加劑的相互作用:除了對(duì)涂料本身迫切的性質(zhì)外，涂層在摩擦學(xué)系統(tǒng)(包括底材材料、潤(rùn)滑劑和配對(duì)物)中的性能也受到主要關(guān)注。為了產(chǎn)生代表性的用于汽車(chē)應(yīng)用(例如，在動(dòng)力系統(tǒng))的效果，用IOOCre作為用于潤(rùn)滑摩擦試驗(yàn)中的經(jīng)涂布表面的配對(duì)物材料。
[0066]摩擦試驗(yàn)用具有顯著不同性能的三種不同類(lèi)型的Cr-C/a-C:H進(jìn)行。對(duì)于通過(guò)EPMA分析測(cè)定約25%、50%和70%的Cr:C比，Cr含量為低、中和高，覆蓋HIT10_15GPa硬度范圍。用純DLC(a-C:H)涂層作為參照。
[0067]圖4a顯示利用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)油在潤(rùn)滑下對(duì)樣品涂層得到的摩擦曲線。該油具有無(wú)MoDTC的標(biāo)準(zhǔn)添加劑包裝。所有涂層的摩擦系數(shù)在0.11的范圍內(nèi)，并且在全部滑動(dòng)距離上穩(wěn)定。磨合相當(dāng)快，且摩擦曲線具有相當(dāng)平滑的形狀。應(yīng)注意到，所有Cr-C/a-C:H涂層在這些條件下顯示幾乎相同的摩擦性能。該性能類(lèi)似a-C:H參照涂層，所述參照涂層具有高得多的硬度和耐磨性。
[0068]對(duì)于以下試驗(yàn)，使用相同但另外包含MoDTC添加劑的發(fā)動(dòng)機(jī)油。在這些條件下，摩擦性能是不同的，如圖4b中所示。
[0069]具有相應(yīng)于約25% Cr:C比的Cr含量的Cr_C/a_C:H涂層具有顯著延長(zhǎng)的磨合期。摩擦系數(shù)長(zhǎng)期保持在高水平，之后下降到較低的但仍相對(duì)較高的值。另外，與其它涂層比較，整個(gè)摩擦系數(shù)曲線不平滑。這種性質(zhì)的一種可能的解釋是涂層嚴(yán)重磨損，如后所示。
[0070]具有約50%的Cr:C比的Cr_C/a_C:H涂層和a_C:H涂層的摩擦系數(shù)曲線很相似。在短磨合期(< 50m)后，達(dá)到低水平的平滑摩擦系數(shù)。可通過(guò)涂層粗糙的平滑效應(yīng)解釋在試驗(yàn)開(kāi)始快速降到低摩擦水平。
[0071]具有約70%的Cr:C比的Cr_C/a_C:H涂層具有略長(zhǎng)的磨合期(約200m)，導(dǎo)致較低摩擦系數(shù)。摩擦曲線顯示一些“尖峰”。這些“尖峰”可分別表明涂層的顯著磨損變形的發(fā)生。在此情況下會(huì)暴露中間層和/或金屬底材材料。在此之后，為金屬表面優(yōu)化的添加劑開(kāi)始支配摩擦性質(zhì)。
[0072]除了摩擦系數(shù)本身外，磨痕與底材材料的可能變形和涂層表面的組合對(duì)于評(píng)價(jià)高負(fù)荷潤(rùn)滑磨損試驗(yàn)下涂層摩擦性能是必要的。在第一步，分析各摩擦磨痕的深度。圖5顯示具有不同Cr含量的Cr-C/a-C:H涂層的磨痕深度和摩擦系數(shù)。磨痕深度為感觸式探針剖面儀測(cè)定的平均結(jié)果。圖5a和5b分別顯示含有和不含MoDTC的油的結(jié)果。
[0073]不含MoDTC的油的摩擦系數(shù)幾乎與Cr-C/a-C:H涂層組成無(wú)關(guān)。對(duì)于相應(yīng)于至多約55%的Cr:C比的Cr含量來(lái)說(shuō)，該磨痕深度是淺的。在較高Cr含量下，磨痕深度增加。在相應(yīng)于25% Cr:C比的Cr含量下的該低摩擦系數(shù)在具有相應(yīng)于不多于20% Cr:C比的Cr含量的常規(guī)a-C:H:Me涂層的范圍內(nèi)。那些常規(guī)a_C:H:Me涂層設(shè)計(jì)為不僅在利用標(biāo)準(zhǔn)油的潤(rùn)滑條件下而且也在摩擦接觸中干燥條件下使用時(shí)提供良好的功能性。在這些條件下，a-C:H:Me涂層作為用于寬范圍應(yīng)用的摩擦和磨損減小涂層是一種可行且適合的解決方法。
[0074]在使用含MoDTC的發(fā)動(dòng)機(jī)油時(shí)，結(jié)果顯著不同，如圖5b中可見(jiàn)。摩擦系數(shù)隨涂層中Cr含量增加而連續(xù)減小，但平均磨痕深度顯示對(duì)于相應(yīng)于約40至60%的Cr:C比的Cr含量的顯著最低值。
[0075]磨痕深入分析:為了確定導(dǎo)致此性質(zhì)的機(jī)理，已用3D激光顯微鏡和SEM及EDX測(cè)繪進(jìn)行磨痕的詳細(xì)研究?？捎肊DX測(cè)繪證明利用已知組合物的添加劑的效果。結(jié)果概括于圖6和7中。
[0076]圖7a示出不用MoDTC得到的約25%、50原子％和70原子％ Cr:C比的三種不同Cr-C/a-C:H涂層的磨痕。磨痕的激光顯微鏡剖面(圖6)證明相應(yīng)于25%和50%的Cr:C比的涂層組合物光滑的痕跡和僅僅小的溝槽。EDX測(cè)繪顯示在磨痕和未負(fù)荷涂布區(qū)域的涂層表面之間沒(méi)有顯著差異。對(duì)于具有70%的Cr:C比的Cr-C/a-C:H涂層，可用激光顯微鏡剖面和SEM成像二者在磨痕中觀察到深槽和溝。
[0077]圖6 (右側(cè))和7b顯示在用具有相同三種涂層組成的涂層但使用具有MoDTC添加劑的油進(jìn)行試驗(yàn)后所得磨痕剖面和圖。具有約25%的Cr-C比的涂層的激光顯微鏡剖面顯示在整個(gè)磨痕顯著的溝。SEM和EDX圖證明涂層嚴(yán)重磨損和金屬中間層暴露，顯示涂層在這些試驗(yàn)條件下耐磨性不足。鑰只能沿著磨痕被檢測(cè)到，其轉(zhuǎn)換添加劑與高負(fù)荷涂布區(qū)域中暴露金屬中間層的相互作用。然而，在未負(fù)荷涂布區(qū)域中未檢測(cè)到添加劑和涂層表面之間的相互作用。
[0078]具有約50%的Cr:C比的Cr_C/a_C:H涂層的激光顯微鏡剖面顯示在負(fù)荷和未負(fù)荷區(qū)域之間幾乎沒(méi)有差異，這意味幾乎不能注意到任何可檢測(cè)或可觀察的磨痕。EDX測(cè)繪圖顯示Mo在整個(gè)負(fù)荷區(qū)域的密集分布。這表明添加劑(特別是MoDTC)的預(yù)期效果也對(duì)均勻負(fù)荷區(qū)域起作用。涂層本身的摩擦減小性質(zhì)和與添加劑相互作用的聯(lián)合作用導(dǎo)致相當(dāng)?shù)偷哪Σ料禂?shù)。另外，可假定此低摩擦在整個(gè)表面相當(dāng)均勻。也就是說(shuō)，沒(méi)有能夠通過(guò)局部提高溫度或材料由于局部過(guò)負(fù)荷變形而初始化局部損害的較高摩擦局部區(qū)域。這解釋了在高負(fù)荷下并且使用含鑰添加劑的潤(rùn)滑劑時(shí)，具有相應(yīng)于約50%的Cr:C比的Cr含量的Cr-C/a-C:H涂層的優(yōu)異摩擦性能。
[0079]具有相當(dāng)于70%的Cr:C比的Cr含量的Cr_C/a_C:H涂層顯示深槽和嚴(yán)重涂層磨損?？裳刂c金屬表面暴露相關(guān)的深槽檢測(cè)添加劑沉積。盡管摩擦系數(shù)低，但高負(fù)荷接觸中涂層的不良耐磨性和深槽限制了這種涂層的應(yīng)用。
[0080]為了比較，也使用不含和含有MoDTC添加劑的油作為參照測(cè)試a-C:H涂層，結(jié)果概括于圖8中。如所預(yù)期的那樣，在不含MoDTC測(cè)試時(shí)幾乎觀察不到磨損，并且在磨痕剖面中只存在很少的槽。SEM和EDX研究也沒(méi)有顯示顯著磨損跡象。EDX測(cè)繪表明，沒(méi)有任何添加劑表面活性和因此通過(guò)經(jīng)涂布表面和添加劑之間相互作用產(chǎn)生的摩擦膜(tribo-film)形成的跡象。在含有MoDTC測(cè)試時(shí)，激光顯微鏡剖面和SEM和各EDX圖顯示產(chǎn)生槽和磨損。a-C:H的磨損產(chǎn)生了甚至部分達(dá)到金屬中間層的深槽。與對(duì)Cr-C/a-C:H涂層的發(fā)現(xiàn)相比，在這些槽中或附近沒(méi)有摩擦膜積聚的跡象。不能在碳表面上發(fā)現(xiàn)作為MoDTC添加劑活性的跡象的鑰，尤其在沒(méi)有高負(fù)荷的區(qū)域。
[0081]磨痕深度測(cè)定和激光顯微鏡剖面不能辨別摩擦和變形。因此制備并通過(guò)SEM研究磨痕的橫截面，如見(jiàn)于圖9。對(duì)于具有25%的Cr:C比的Cr-C/a-C:H涂層，可證實(shí)由于局部過(guò)負(fù)荷顯著形成槽、部分磨損和鋼底材塑性變形(圖9a)。然而，值得注意的是，涂層可順從底材材料變形，因此表明聞涂層品質(zhì)和優(yōu)良的涂層粘附。
[0082]對(duì)于具有70%的Cr:C比的Cr_C/a_C:H，可觀察到底材變形和涂層嚴(yán)重?fù)p傷(圖9c)。另外，與具有25%的Cr:C比的Cr-C/a-C:H涂層相比，具有70%的Cr:C比的Cr Cr-C/a-C:H涂層似乎變形、破裂和幾乎粉碎。與具有25%的Cr:C比的Cr-C/a-C:H比較，這與該樣品的磨痕的更多散射的EDX圖良好地一致。
[0083]具有50%的Cr:C比的Cr_C/a_C:H涂層(圖9b)顯示完全不同的性能。難以從未負(fù)荷區(qū)域辨別磨痕，甚至在高負(fù)荷區(qū)域也見(jiàn)不到底材材料的任何磨損或變形。只能檢測(cè)到涂層變平滑和小的溝槽。
[0084]圖10顯示在使用MoDTC添加劑的潤(rùn)滑摩擦試驗(yàn)后a_C:H涂層磨痕的SEM橫截面圖?？稍谀ズ壑袡z測(cè)大量可辨別槽。顯而易見(jiàn)，使得槽產(chǎn)生的不是底材材料變形，而是-c:H涂層厚度減小。將這認(rèn)為是在MoDTC添加劑潤(rùn)滑條件下a-C:H涂層磨損的清楚證明。
[0085]使用3D剖面、橫截面和SEM/EDX詳細(xì)分析磨痕表明，在約2GPa或甚至更大的高負(fù)荷下，不僅可能出現(xiàn)涂層磨損，而且可能出現(xiàn)在下面的底材材料的變形。對(duì)于具有約50原子％的Cr:C比的Cr-C/a-C:H涂層，耐磨性和摩擦減小涂層本身以及涂層和添加劑之間的另外的相互作用的聯(lián)合作用保證了均勻的低摩擦(與極佳耐磨性相比)。本體系可經(jīng)受高負(fù)荷，而沒(méi)有變形和磨損。改變涂層組成也意味在潤(rùn)滑體系中在高負(fù)荷下磨損機(jī)理的改變。
[0086]具有不同組成的Cr-C/a-C:H涂層成功地通過(guò)在混合Ar/C2H2氣氛中濺射鉻靶合成?？烧{(diào)節(jié)大范圍Cr:C比。涂層的機(jī)械和摩擦性質(zhì)的詳細(xì)研究表明，在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)油潤(rùn)滑下的高負(fù)荷摩擦接觸中，Cr-C/a-C:H涂層顯示極佳的性能。在使用不含MoDTC添加劑的發(fā)動(dòng)機(jī)油時(shí)，Cr-C/a-C:H涂層類(lèi)似廣為接受的a_C:H的涂層，而這與涂層中的Cr含量無(wú)關(guān)。在含MoDTC添加劑的發(fā)動(dòng)機(jī)油中試驗(yàn)涂層時(shí)，具有> 50原子％的Cr含量的Cr-C/a-C:H涂層顯示類(lèi)似于a-C:H涂層的摩擦系數(shù)。然而，具有約50原子％的Cr的Cr:C的Cr-C/a-C:H涂層的耐磨性優(yōu)于a-C:H涂層的耐磨性。a-C:H涂層的較高涂層硬度沒(méi)有帶來(lái)益處，原因是觀察的磨損似乎最可能是由于經(jīng)涂布表面和油添加劑之間摩擦化學(xué)機(jī)理的結(jié)果。在目前情況下，Cr-C/a-C:H涂層的較佳性能，尤其在相應(yīng)于約50原子％的Cr:C比的Cr含量，可歸因于Cr-C/a-C:H涂層表面和含鑰添加劑之間的正化學(xué)和機(jī)械相互作用。
[0087]作為實(shí)例描述的本發(fā)明的所有涂層在具有380mm最大涂層高度的小型工業(yè)涂布機(jī)(Oerlikon Balzers BAI830DLC)中進(jìn)行。我們也將Cr-C/a-C:H涂布過(guò)程轉(zhuǎn)移到具有850mm最大涂層高度的工業(yè)高體積涂布機(jī)或中體積涂布機(jī)(Oerlikon Balzers RS90或OBRS50)。在所有涂布機(jī)上，用于Cr-C/a-C:H涂層的沉積過(guò)程是穩(wěn)定的，并且涂層性質(zhì)(組成、機(jī)械和摩擦性質(zhì))是可再現(xiàn)的。在此情況下，涂層高度是指要涂布底材沿其分布的相應(yīng)于在涂布機(jī)垂直軸的長(zhǎng)度的尺寸，并且最大涂層高度相應(yīng)于由其能夠保證的在要涂布的底材上沉積均勻涂層的最長(zhǎng)涂層高度(關(guān)于涂層品質(zhì)和厚度)。
[0088]對(duì)圖11中示出的結(jié)果，通過(guò)EPMA分析測(cè)定功能層Cr_C/a_C:H的各Cr:C比，并通過(guò)二次離子質(zhì)譜(SMS)檢查測(cè)定氫含量。二次離子質(zhì)譜是在材料科學(xué)和表面科學(xué)中使用的技術(shù)，用于通過(guò)用聚焦的一次離子束濺射樣品表面并收集和分析噴射的二次離子分析固體表面和薄膜的組成。這些二次離子用質(zhì)譜儀檢測(cè)測(cè)定表面的元素、同位素或分子組成。根據(jù)圖11中顯示的結(jié)果，氫含量隨鉻含量增加而減小，然而，在約I的Cr:C比，仍有顯著可檢測(cè)的H含量(約3原子％)。
[0089]實(shí)施例2:Cr-C/a-C:X 涂層(X = H+Si)
[0090]涂層沉積:以類(lèi)似于實(shí)施例1中Cr-C/a-C:H涂層的方式制備X = H+Si并且具有不同Cr:C比的Cr-C/a-C:X涂層，但用四甲基硅烷(TMS)或TMS和C2H2氣體的混合物沉積涂層的含碳層。使用工業(yè)PVD/PACVD系統(tǒng)(Oerlikon Balzers BAI830DLC)制備涂層，且殘余壓力在2.0.10_5mbar的范圍內(nèi)或更低。
[0091]在沉積前，將鋼底材(DIN1.2842，0 22mmX 5.6mm)加熱到約150°C，并在純Ar等離子體中用從另外的電弧放電(低壓電弧)提取的離子侵蝕。侵蝕后，在純Ar氣氛中通過(guò)從兩個(gè)Cr靶dc濺射沉積純Cr層(粘附層3)，以在隨后的涂層和鋼底材之間保證良好的粘附。另外，在Cr-C/a-C: (Si+H)涂層(功能層I)前，在混合Ar/N2氣氛從兩個(gè)Cr靶沉積CrxNy層(支持層5)，以提高對(duì)隨后Cr-C/a-C: (Si+H)涂層(功能層I)的負(fù)荷能力。
[0092]在一些情況下，在涂布室中通過(guò)同時(shí)減小氮?dú)饬骱驮黾覥2H2或TMS流或C2H2和TMS流的混合物，也在Cr-N和Cr-C/a-C: (H+Si)層之間沉積基本包含Cr-N-C并且沿其厚度具有可變氮和碳含量的梯度層(過(guò)渡層7)，以增加涂層體系內(nèi)的粘附強(qiáng)度。
[0093]然后，在混合Ar/TMS或Ar/TMS+C2H2氣氛中在4.0-4.5-l(T3mbar的壓力范圍下，從兩個(gè)Cr靶通過(guò)dc濺射沉積Cr-C/a-C: (H+Si)涂層。在沉積期間，靶功率保持恒定在7.5kff/革巴，將偏壓(用d.c.脈沖電源施加)調(diào)節(jié)到-800V,并將Ar流設(shè)定到115sccm。然后,通過(guò)在142sCCm(對(duì)于最低Cr含量)和57sCCm (對(duì)于最高Cr含量)之間僅僅改變C2H2流調(diào)節(jié)Cr:C比。通常將涂層厚度調(diào)節(jié)到約2 μ m，過(guò)程溫度低于230°C。
[0094]Cr-C/a-C: (H+Si)涂層中的Cr含量幾乎隨TMS或TMS+C2H2流線性變化。對(duì)于研究的流范圍，調(diào)節(jié)Cr含量，以得到具有在~25% (對(duì)于最高TMS或TMS+C2H2流)和~70%(對(duì)于最低TMS或TMS+C2H2流)之間的Cr:C比的涂層。
[0095]在某些情況下，在沉積Cr-C/a-C: (H+Si)涂層(功能層I)后，沉積具有磨合性質(zhì)的另外層或頂層(磨合層9)。
[0096]磨合層優(yōu)選為具有25%的Cr:C比的Cr_C/a_C: (H+Si)層或具有磨合性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)a-C:H 層。
[0097]為了比較，也用具有約2-3 μ m涂層厚度的市售可得無(wú)金屬DLC涂料(a_C:H)涂布的相同鋼樣品。用約0.5μπι厚濺射Cr層作為粘附層，在混合AiVC2H2氣氛中在m.f.輝光放電過(guò)程中進(jìn)行a-C:H涂布。 [0098]與在摩擦學(xué)應(yīng)用試驗(yàn)中得到較佳摩擦和磨損性能的對(duì)比無(wú)金屬a-C:H涂層比較，如上所述根據(jù)本發(fā)明沉積并且具有在30和60%之間(含端點(diǎn))的Cr:C比的Cr-C/a-C:(H+Si)涂層表現(xiàn)出與包含Mo和包含Zn的油添加劑的較佳作用。
[0099]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案
[0100]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案是用于與包含鑰和/或鋅的潤(rùn)滑劑一起使用的滑動(dòng)組件，其中所述組件包含預(yù)見(jiàn)至少部分與潤(rùn)滑劑接觸的涂層，所述涂層包含至少一個(gè)通過(guò)組合物形成的Me-C/a-C:X層，所述組合物可表示為(MeaC1J ^bXb,其中0.3≤a≤0.6，并且O< b ≤ 0.3
[0101]-其中Me為金屬或兩種或更多種金屬的混合物，
[0102]-C為碳，并且
[0103]-X為不同于Me并且不同于C的元素，或者X為不同于Me的元素的混合物并且不同于包含C的元素混合物。
[0104]-如果只考慮Me和C的元素平衡，a為Me的原子分?jǐn)?shù),并且
[0105]-如果考慮Me、C和X的元素平衡，b為X的原子分?jǐn)?shù)。
[0106]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在上述滑動(dòng)組件的涂層中包含至少一個(gè)Me-C/a-C:X層，其中Me為鉻或鑰或主要包含鉻或鑰的兩種或更多種金屬的混合物，并且
[0107]-X為氫⑶或硅(Si)或氮(N)或硼(B)，或者
[0108]-X為主要包含氫或硅或氮或硼的元素的混合物。
[0109]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在上述滑動(dòng)組件的涂層中包含的至少一個(gè)Me-C/a-C:X層為功能層(I)。
[0110]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，上述滑動(dòng)組件的涂層除了功能層(I)外還包含至少一個(gè)粘附層(3)和/或至少一個(gè)支持層(5)和/或至少一個(gè)過(guò)渡層(7)和/或至少一個(gè)磨合層(9)，其中
[0111]-如果提供，使所述至少一個(gè)粘附層(3)沉積于要涂布的底材表面(10)上、要涂布的底材表面(10)和功能層⑴之間，
[0112]-如果提供，使所述至少一個(gè)支持層(5)沉積于功能層(I)下、要涂布的底材表面
(10)和功能層(I)之間或所述至少一個(gè)粘附層(3)和功能層(I)之間，
[0113]-如果提供，使所述至少一個(gè)過(guò)渡層(7)沉積于功能層(I)下、所述至少一個(gè)粘附層(3)和功能層(I)之間或所述至少一個(gè)支持層(5)和功能層之間，
[0114]-如果提供，使所述至少一個(gè)磨合層(9)沉積于功能層(I)上。[0115]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，除了功能層(I)外還包含至少一個(gè)粘附層(3)和/或至少一個(gè)支持層(5)和/或至少一個(gè)過(guò)渡層(7)和/或至少一個(gè)磨合層(9)的上述滑動(dòng)組件的涂層的特征為:
[0116]-所述功能層(I)具有元素組成(CraC1JhbXb,其中a在0.3≤a≤0.6的范圍內(nèi)，優(yōu)選0.4≤a≤0.5，更優(yōu)選& = 0.45，且13在0<&≤0.3的范圍內(nèi)，優(yōu)選I≤a≤0.2，更優(yōu)選如果Me為鉻并且X為氫，則2≤a≤0.12，這樣的功能層(I)，并且
[0117]-如果提供，所述至少一個(gè)粘附層(3)基本為由一種或多種金屬組成的金屬層，優(yōu)選由鉻組成，這樣的至少一個(gè)粘附層⑶優(yōu)選具有低于Iym的厚度，并且/或者
[0118]-如果提供，所述至少一個(gè)支持層(5)基本為金屬氮化物層，優(yōu)選基本由氮化鉻組成，這樣的至少一個(gè)支持層(5)，并且/或者
[0119]-如果提供，所述至少一個(gè)過(guò)渡層(7)主要為金屬-碳-氮層，所述層也可包含在功能層中含有的元素Me和X，并且為沿著層厚度具有可變?cè)貪舛鹊奶荻葘樱涮卣魈貏e是接近支持層(5)處的碳濃度較低和接近功能層(I)處的碳濃度較高，并且/或者
[0120]-如果提供，所述至少一個(gè)磨合層(9)為a-C:H層或Me-C/a-C:H層，所述層通過(guò)可表示為(Me’ ,C1J ^bX^ b的組合物形成，其中a = 0.25，Me’為與功能層⑴中Me相同的元素或元素的混合物，C為碳，X’為與功能層(I)中X相同的元素或元素的混合物，如果只考慮Me’和C的元素平衡，a為Me,的原子分?jǐn)?shù),如果考慮Me’、C和V的元素平衡，b為X’的原子分?jǐn)?shù)。
[0121]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，除了功能層(I)外還包含至少一個(gè)粘附層
(3)和/或至少一個(gè)支持層(5)和/或至少一個(gè)過(guò)渡層(7)和/或至少一個(gè)磨合層(9)的上述滑動(dòng)組件的涂層的特征為:
[0122]-所述功能層(I)根據(jù)應(yīng)用具有0.5和30 μ m之間的厚度，
[0123]-所述至少一個(gè)粘附層(3)具有低于Iμ m，優(yōu)選0.3 μ m的厚度，
[0124]-所述至少一個(gè)支持層(5)具有低于3μ m，優(yōu)選約1.5 μ m的厚度，
[0125]-所述至少一個(gè)過(guò)渡層(7)具有低于Iμ m，優(yōu)選約0.3 μ m的厚度，
[0126]-所述至少一個(gè)磨合層(9)具有最大Iμ m,優(yōu)選在0.2和0.5 μ m之間的厚度。
[0127]如上提到，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用選擇要使用的涂層厚度。例如，對(duì)于涂布活塞密封圈，可推薦至多30 μ m的涂層厚度，特別是功能層涂層厚度，而對(duì)于涂布摩擦發(fā)動(dòng)機(jī)部件則為至多10 μ m0
[0128]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種摩擦學(xué)系統(tǒng)，所述摩擦學(xué)系統(tǒng)包含本發(fā)明的上述實(shí)施方案之一的滑動(dòng)組件和包含鑰和/或鋅的潤(rùn)滑劑。
[0129]本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方案之一的滑動(dòng)組件通過(guò)潤(rùn)滑條件用于高負(fù)荷應(yīng)用的用途。
【權(quán)利要求】
1.用于與包含鑰和/或鋅的潤(rùn)滑劑一起使用的滑動(dòng)組件，其中所述組件包含預(yù)見(jiàn)至少部分與潤(rùn)滑劑接觸的涂層，其特征在于所述涂層包含至少一個(gè)通過(guò)組合物形成的層，所述組合物可表示為(MeaHbXb,其中0.3≤a≤0.6，并且0<b<0.3，其中 -Me為金屬或兩種或更多種金屬的混合物， _C為碳， -X為不同于Me并且不同于C的元素，或者X為不同于Me的元素的混合物并且不同于包含C的元素的混合物， -如果只考慮Me和C的元素平衡，a為Me的原子分?jǐn)?shù)，并且 -如果考慮Me、C和X的元素平衡，b為X的原子分?jǐn)?shù)。 權(quán)利要求1的滑動(dòng)組件，其特征在于 -Me為鉻或鑰或主要包含鉻或鑰的兩種或更多種金屬的混合物，并且 -X為氫或娃或氮或硼，或者 -X為主要包含氫或硅或氮或硼的元素的混合物。
2.權(quán)利要求1的滑動(dòng)組件，其特征在于在涂層中包含的通過(guò)可表示為(MeaC1J1A的組合物形成的至少一層為功能層(I)。
3.權(quán)利要求2的滑動(dòng)組件，其特征在于所述涂層除了功能層(I)外還包含至少一個(gè)粘附層(3)和/或至少一個(gè)支持層 (5)和/或至少一個(gè)過(guò)渡層(7)和/或至少一個(gè)磨合層(9)，其中 -如果提供，使所述至少一個(gè)粘附層(3)沉積于要涂布的底材表面(10)上、要涂布的底材表面(10)和功能層⑴之間， -如果提供，使所述至少一個(gè)支持層(5)沉積于功能層(I)下、要涂布的底材表面(10)和功能層(I)之間或所述至少一個(gè)粘附層(3)和功能層(I)之間， -如果提供，使所述至少一個(gè)過(guò)渡層(7)沉積于功能層(I)下、所述至少一個(gè)粘附層(3)和功能層(I)之間或所述至少一個(gè)支持層(5)和功能層之間， -如果提供，使所述至少一個(gè)磨合層(9)沉積于功能層(I)上。
4.權(quán)利要求3的滑動(dòng)組件，其特征在于 -所述功能層(I)具有元素組成(CraC1Ub,其中a在0.3≤a≤0.6的范圍內(nèi)，優(yōu)選0.4≤a≤0.5，更優(yōu)選& = 0.45，且13在0<&≤0.3的范圍內(nèi)，優(yōu)選I≤a≤0.2，更優(yōu)選如果Me為鉻并且X為氫，則2≤a≤0.12，這樣的功能層(I)，并且 -如果提供，所述至少一個(gè)粘附層(3)基本為由一種或多種金屬組成的金屬層，優(yōu)選由鉻組成，這樣的至少一個(gè)粘附層(3)優(yōu)選具有低于Iym的厚度，并且/或者 -如果提供，所述至少一個(gè)支持層(5)基本為金屬氮化物層，優(yōu)選基本由氮化鉻組成，這樣的至少一個(gè)支持層(5)，并且/或者 -如果提供，所述至少一個(gè)過(guò)渡層(7)主要為金屬-碳-氮層，其也可包含在功能層中含有的元素Me和X，并且其為沿著層厚度具有可變?cè)貪舛鹊奶荻葘?，其特征特別是接近支持層(5)處的碳濃度較低和接近功能層⑴處的碳濃度較高，并且/或者 -如果提供，所述至少一個(gè)磨合層(9) Sa-C:H層或Me-C/a-C:H層，其通過(guò)可表示為(Me’ ,C1J ^bX^ b的組合物形成，其中a = 0.25，Me’為與功能層⑴中Me相同的元素或元素的混合物，C為碳，V為與功能層(I)中X相同的元素或元素的混合物，如果只考慮Me’和C的元素平衡，a為Me’的原子分?jǐn)?shù)，如果考慮Me’、C和X’的元素平衡，b為X’的原子分?jǐn)?shù)。
5.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的滑動(dòng)組件，其特征在于所述滑動(dòng)組件為活塞密封圈或滑動(dòng)元件。
6.摩擦學(xué)系統(tǒng)，其包括權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的滑動(dòng)組件和包含鑰和/或鋅的潤(rùn)滑劑。
7.權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的滑動(dòng)組件通過(guò)潤(rùn)滑條件用于高負(fù)荷應(yīng)用的用途。
【文檔編號(hào)】C23C14/06GK103635602SQ201280012217
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月2日
【發(fā)明者】J·貝克, M·格里施克, A·吉斯 申請(qǐng)人:歐瑞康貿(mào)易股份公司(特呂巴赫)