[发明专利]保护性涂层、具有保护性涂层的涂覆构件以及生产保护性涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有优良的滑动特征和改善耐热性的构件(member)的保护性涂层，所述保护性涂层通过在需要具有耐磨性和足够的高温抗氧化性的构件上形成硬薄膜而生产；涉及具有保护性涂层的涂覆构件，如切割工具、模、成形工具、发动机部件、燃气涡轮机等；且还涉及生产用于构件的保护性涂层(特别是多层薄膜)的方法。

背景技术

滑动构件经常用氮化物涂层涂覆，如CrN或TiN，然而，也越来越多地应用金刚石样碳(DLC)。认为涂覆滑动构件是有用的，因为容易提供光滑表面，并且摩擦特征优良。例如，专利参考文献1公开在金属基材上形成a-C:H型DLC薄膜的技术。专利参考文献2描述通过加入不同的金属改性a-C:H涂层。将这些涂层称为a-C:H:Me涂层。专利参考文献3通过将薄膜中的氢内容物含量限定在约5％原子的低水平而实现改善耐热性，并增加DLC薄膜的硬度。专利参考文献4和专利参考文献5公开在碳薄膜中含有Si的DLC薄膜。

专利参考文献6说明通过加入硅或硼改变a-C:H涂层的光学性质。

然而，由于在专利参考文献1至6中提到的涂层基于碳与一些成合金元素，如氢和/或金属，或硅或硼，其耐热性改善在相稳定性中限于约350-400℃，在空气中氧化方面限于约400-500℃。

与此相反，本发明的申请人提出如专利参考文献7的基于Si(BCNO)的薄膜，用于提高其耐热性，并进一步增加其硬度。因此，用于切割工具和耐磨构件的薄膜的耐磨性和耐热性显著提高。相对于专利参考文献7，本发明不仅要提高耐磨性和耐热性，而且增强薄膜均滑动特征。

[现有技术参考文献]

[参考文献]

[专利参考文献1]DD 258341

[专利参考文献2]DE 32 46 361A1

[专利参考文献3]EP-A-1 266 879

[专利参考文献4]EP-A-1 783 349

[专利参考文献5]WO 97/12075

[专利参考文献6]WO 00/56127

[专利参考文献7]EP-1 783 245

发明概述

[待解决的问题]

对于汽车应用，必须减少CO₂排放。实现它的一种方式是减少发动机和传输中的摩擦损失。这可通过涂覆部件(如挺杆、喷射系统部件和活塞环或衬垫)而实现。

然而，传统DLC涂层显示一些耐热性限制。

需要改善传统DLC涂层性质的另一个实例是切割技术领域。最近的趋势指向在高效加工条件下短时操作，用于缩短生产时间。因此，对于比常规更先进的高效操作，切割速度加快且进料量增加。例如，切割速度加速可增加加工热量，并且工具由于热量可能受到更大损伤。另一方面，在进料量增加时，工具和被加工物体之间的界面压力增加，因此，引起在增加的界面压力下的早期磨损。此外，减少润滑剂的量也是现代生产中的一个重要目标。因此，必须减小摩擦，尤其在切片传输(chip transport)区域。

虽然在任何情况下可能有一些差异，但加工热的影响大于常规加工条件，并且必须改善工具和涂覆工具表面的薄膜的耐热性和抗氧化性。另外，也需要高硬度和高润滑性的物理性质，以抑制高界面压力下发生的磨损。因此，本发明的目的也是提供多层薄膜涂覆的构件，此构件用具有与常规DLC类似水平的润滑性特征并且具有足够高硬度和足够高耐热性的硬薄膜涂覆，本发明也提供生产它的方法。

[解决问题的方法]

本发明涉及涂覆构件，所述构件用包含碳、硅和硼作为主要成分的硬薄膜涂覆。

因此，本发明提供保护性涂层，所述保护性涂层具有化学组成C_aSi_bB_dN_eO_gH_lMe_m，其中Me为至少一种选自{Al，Ti，V，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta，W，Y，Sc，La，Ce，Nd，Pm，Sm，Pr，Mg，Ni，Co，Fe，Mn}的金属，并且a+b+d+e+g+l+m＝1。根据本发明，满足以下条件：0.45≤a≤0.98，0.01≤b≤0.40，0.01≤d≤0.30，0≤e≤0.35，0≤g≤0.20，0≤l≤0.35，0≤m≤0.20。