[发明专利]特别是用于配气机构系统的部件以及生产这种部件的方法

说明书

本发明涉及一种部件(100)，特别是用于配气机构系统的部件，该部件包括衬底(3)和至少部分地施加到衬底(3)上的层系统(1)，其中层系统(1)包括用于形成部件表面的减少摩擦和减少磨损的保护层(2)，其中保护层(2)具有由掺杂的四面体非晶碳制成的至少一个第一子层(4，4a)，该掺杂的四面体非晶碳包含摩尔分数为至少50％的sp³杂化碳，其中第一子层(4，4a)包含浓度为0.1原子％～3.0原子％的氧和浓度为0.1原子％～15原子％的氢，并且其中第一子层(4，4a)具有浓度为0.03原子％～15原子％的以下掺杂物中的一种或多种掺杂物：铬、钼、钨、硅、铜、铌、锆、钒、镍、铁、银、铪、氟、硼、以及氮。本发明还涉及生产这种部件(100)的方法。

技术领域

本发明涉及特别是用于配气机构系统的部件，该部件包括衬底和至少部分地施加到该衬底上的层系统，其中该层系统包括用于形成部件表面的减少摩擦和减少磨损的保护层。本发明还涉及用于生产这种部件的方法。

背景技术

在多种实施方案中，从现有技术已知用于受摩擦应力的表面的涂层。在技术上至关重要的应用领域是减少内燃发动机中的摩擦和磨损。动力传动装置中涉及的部件及其相对彼此滑动的表面上的高动态负载需要具有高硬度和耐久性的极高性能涂层。在这方面，非晶碳层已被证明是一类特别有利的层系统。特别地，所谓的类金刚石碳(DLC)层成功地用于柴油发动机中的曲柄传动系统、气门控制系统或燃料喷射系统的零件的涂层中。

相比于由sp²杂化碳原子的结晶层构成的石墨，以及四面体配位的sp³杂化碳的晶体金刚石，非晶碳具有sp²杂化碳原子和sp³杂化碳原子的混合物，其中一些碳可以与其他元素键合，特别是与氢键合。就机械特性而言，非晶碳相可以被视作具有以下三种不同键类型的混合物的碳原子的非晶网络：两个sp²杂化碳原子之间的键(“类石墨”键)、sp³杂化碳原子之间的键(“类金刚石”键)和碳氢键。如果存在显著比例的sp³杂化碳，则相关碳层被称为“金刚石型”，其中名称“金刚石型碳”(也称为“类金刚石碳”)用作范围广泛的不同碳涂层的集合术语(有关分类和命名，请参见VDI指南2840“碳层-基础、层类型和特性”，2012年6月([VDI guideline 2840“Carbon layers—basics,layer types and properties”],June2012)。这些层的金刚石型特征，特别是高硬度和高弹性模量，是由于sp³碳-碳键的比例导致的。在高比例的sp³杂化碳的情况下，存在特殊形式的DLC，其被称为四面体非晶碳。就涂层而言，四面体无氢非晶碳层(缩写为ta-C)和四面体含氢非晶碳层(ta-C:H)之间存在区别(请参见上面提及的VDI指南2840)。

在发动机元件(诸如喷嘴、铲斗挺杆或活塞销)上使用此类涂层向部件提供优异的摩擦特性、低粘合性、高表面硬度，并且提供增强的抗磨损保护。与金刚石层的生长需要非常高的温度相比，非晶碳层还具有可以在较低温度下生产的优点，因此更经济。相比之下，非晶碳层的缺点包括低机械韧性和高残余压应力。后者特别构成例如层厚度的限制因素，并且还使得难以以稳定的方式将非晶碳层施加到弯曲表面上。

由DE 10 2004 041 235 A1已知一种由无氢四面体非晶碳制成的耐磨涂层。WO2017/148582描述了一种具有无氢非晶碳层和由锆制成的粘合层的涂层。文献DE 10 2004043 550 A1描述了一种具有含无氢四面体非晶碳的功能层的涂层，并且实用新型AT 14701U1描述了一种由掺杂碳组成的涂层来源或涂层靶材(供体材料)。

在该背景技术下，本发明的目的是提供具有层系统的部件，该层系统具有低摩擦系数、高耐磨性和低内应力，并且适用于涂覆弯曲表面，特别是发动机部件。