[发明专利]通过使用氮化钼基涂层减轻磨损和/或摩擦

说明书

本发明涉及一种构件，其包括涂覆有含MoxCryN层的涂层的表面，其中x和y在只考虑钼和铬时分别对应于钼含量和铬含量的按原子百分比计的系数，因此x+y被认为是100原子％。

本发明涉及用于获得在构件表面上的磨损减轻或摩擦减轻的涂层。这样的构件例如可以被用在汽车领域或精密零部件(即高度设计的零部件)领域。就此而言，所述构件例如可以是活塞销、凸轮随动件或活塞环或喷嘴针阀。

钼涂层或含钼涂层的使用是众所周知的。氮化钼被用作构件表面上的磨损减轻涂层尤其是众所周知的。

但是，在构件基材表面与氮化钼涂层之间的界面的行为目前仍然不能令人满意并且在使用这种涂覆构件时不足以满足当今的工业要求。

当待涂覆基材材料不够硬时尤其看到了这一点，这就此意味着基材材料所具有的硬度例如在50-65HRC之间，绝没有高出65HRC。

图1示出了在洛氏压痕HRC之后的涂覆表面的照片，在这里，基材的硬度在50至65HRC之间，并且基材被涂覆氮化钼(MoN)。可以在HRC洛氏压痕周围清楚看到MoN涂层的环形断裂。

所看到的环形断裂的产生可能是因为MoN涂层的硬度和杨氏模量与基材材料的硬度和杨氏模量之间的巨大差异。可想到的是，因为实际上该氮化钼涂层中的硬度和杨氏模量相比于基材高了许多，故基材可能在压印载荷施加期间显著变形，而MoN涂层尚未怎么变形，因此MoN涂层开裂。

因此缘故，当可变载荷(断续载荷)被施加在构件的涂覆基材上时，这可能尤其是一个严重问题。

基本上，此问题可以通过使用硬度较高的基材例如由硬质合金制造的基材来避免。但是，被用在许多汽车应用中的构件是由洛氏硬度小于65HRC的材料制造的。

本发明的目的是改性氮化钼涂层和/或待涂覆基材表面，以便在该基材显示出65HRC或以下的硬度且涂覆基材承受载荷或尤其是断续载荷时改善基材表面和MoN涂层之间的接触。

尤其是，本发明的解决方案想要做到，在基材硬度小于或等于65HRC的情况下，HRC洛氏试验的进行在洛氏压印期间在涂覆有MoN基涂层的基材中不产生环形断裂线。

本发明的目的通过提供一种根据权利要求1的具有涂覆表面的构件来实现。在权利要求2-6中描述了这种构件的优选实施例。

这种根据本发明的具有涂覆表面的构件可以通过使用根据权利要求7的方法来制造。权利要求8描述了一种优选方法。

根据第一可能解决方案，待涂覆上MoN涂层的构件表面通过使其接受渗氮工艺被事先改性，以便在沉积MoN涂层之前增大基材表面的硬度。随后该MoN涂层被施加至如上所述事先被渗氮硬化的构件表面。MoN涂层可以例如通过采用反应性物理气相沉积工艺来沉积。优选地，反应性电弧物理气相沉积工艺被用来在硬化构件表面上沉积MoN涂层。所采用的方法的一个特殊优点是基材渗氮工艺和该涂覆工艺在一台设备中完成。这保证了渗氮层与涂层之间的良好附着，而没有形成白层。可以沉积MoN涂层，其显示出六方相或立方相或六方相与立方相的混合型。

图2示出了根据上述第一可能解决方案所涂覆的且随后根据标准的HRC洛氏试验所测试的表面的照片。在此照片中能清楚看到：未观察到围绕洛氏压痕的环形断裂线。

根据第二可能解决方案，待涂覆构件表面被涂覆以改性MoN涂层。在此情况下，不需要在先改性待涂覆构件表面。根据第二可能解决方案的改性的MoN涂层显示出复层结构，其包含交替沉积的MoN层和氮化铬(CrN)层。通过使用第二可能解决方案，在复层涂层的厚度约为4到5微米时，尤其观察到了很好的结果，即不具有环形断裂线或其它粘附破坏的洛氏压痕。在此情况下也可沉积该MoN层，其显示出六方相或立方相或六方相与立方相的混合型。但对某具体应用来说较小的涂层厚度可能是适用的，因为在真实应用中的载荷可能不像在HRC洛氏试验中那样高。在此情况下例如2微米的厚度可能就够了。