[发明专利]用于具有摩擦应力的高温应用的涂层

说明书

本发明涉及用于组件、部件和工具的承受于高温应用中的磨损保护涂层。组件、部件和工具以下共同称为基材。

发明目的

在“高”温下的应用对于部件、组件和工具的表面功能性就机械、结构和化学稳定性而言提出极限要求。为了确保长期稳定的表面功能性和因此保障工业过程生产率，本发明为部件、可活动的组件和模制工具和切削工具提供了硬材料层体系，其以令人满意的方式改善该组件和工具在具有明显较高的热负荷的各种工业应用（即大于400℃的温度，以下称为高温应用）中的磨损。这些高温稳定的硬材料层体系的基本性能如下：i)足够的研磨-磨损保护、ii)足够的粘附-磨损保护、iii)足够的层附着和iv)足够的温度稳定性（相稳定性和耐氧化性）。

发明内容

根据本发明，建议基本上包含多层层体系作为基础的涂层体系。在该多层层体系上，设置具有至少一个层的顶部润滑层体系。该顶部润滑层体系向外终结涂层体系。该顶部润滑层体系含有钼作为主要成分，并且根据占优势的高温摩擦接触和由此产生的表面的机械和化学应力，可以具有合适的建造结构/微结构以及合适的组成。

以下给出对于优选的建造结构/微结构和组成的进一步阐述。以下简化地将顶部润滑层体系也称为顶部润滑层。

图1展示了根据本发明的涂层

图2展示了根据本发明的涂层的局部（纳米层）

图3展示了根据本发明的涂层的局部（纳米层）

图4展示了

图5展示了

图6展示了

图7展示了。

所述顶部润滑层的建造结构的特征可以在于i)单层结构、ii)双层结构、iii)多层结构或者iv)纳米层压的结构，其中在情况ii)-iv)中通过该结构改变所述微结构或者化学机理。然而，该微结构和/或组成的分级（Gradierungen）在所有情况i)-iv)中是可行的，并且设置其以对于各种应用确保润滑性能与所需的机械性能相协调。在所有情况中，所述层原则上是纳米级性质的。

该顶部润滑层的化学组成的特征基本上如下：Mo_a-X_b-Y_c，其中a、b和c给出各个成分的原子浓度，和a+b+c=l，并且钼实现为占优势的成分，即0≤b<a和0≤c<a，其中优选为b+c>0，其中作为可变的金属成分的X：B、Si、V、W、Zr、Cu和Ag或者它们的组合，其中作为可变的非金属成分的Y：C、O和N或者它们的组合。

在高于500℃的高温应用中，特别优选为具有以下组成的顶部润滑层：

o Mo和/或Mo-Cu

o Mo-N和/或Mo-Cu-N

o Mo-O-N和/或Mo-Cu-O-N

o Mo-Si-B和/或Mo-Si-B-N

o Mo-Si-B-O-N。

该顶部润滑层优选地含有至少95原子%的钼。该顶部润滑层特别优选地不含有铝。该顶部润滑层的层厚度优选为0.25至1.5 μm，特别优选为0.5至1.0 μm。

优选地，对于特定的高温应用（温度、摩擦接触、环境气氛和持续时间）评定顶部润滑层和位于其下的层体系的合适配对。

以下应例如阐述Mo-X-Y顶部润滑层与位于其下的多层层体系的相互配合。该顶部润滑层与位于其下的多层层体系的组合的作用机理可以鉴于各种高温应用中的机械、结构和化学稳定性大致如下来描述：虽然仅在摩擦接触的最初阶段中使用顶部润滑层，其中在升高的温度下连续地施涂该润滑层并形成固体润滑相（尤其金属氧化物），并且因此优化摩擦运转（Einlauf）性能（即因此对于进一步进程最佳地调理最初摩擦接触），所述位于其下的多层层体系（在通过该顶部润滑层的发生了的表面调理之后）负责维持持久和高温稳定的（研磨和粘附的）磨损保护。认为在超过约400℃的温度下，顶部润滑层开始氧化（根据确切的微结构和组成）。包含于顶部润滑层中的金属，例如B、V、W、Zr、Cu、Ag和Mo的氧化可能导致形成所谓的“马格涅利相”。已知这样的马格涅利相具有出色的润滑性能（固体润滑）。相反地，位于其下的多层层体系通过其与层化学机理相协调的建造结构，不仅提供所需的机械、结构和化学的高温稳定性，而且还在最高1000℃的高温下在稳定的长时间使用中，依照希望地和在本情况中可控地形成固体润滑相（尤其金属氧化物；可能形成所谓的“马格涅利相”）。

根据本发明，多层层体系包含至少一个高温稳定化的层（HT-层）。这样的层可以例如为符合(Mel, Me2, Mo)N的组成。