PVD‐Niedertemperaturbeschichtung für Bauteile zur Integration tribologischer Funktionen in die Oberfläche

Die Realisierung neuer, komplexer Schichtsysteme und vor allem die Niedertemperaturbeschichtung für Bauteile sind mit einem enormen Prozessaufwand verbunden. Mithilfe modernster Prozesstechnik, insbesondere der Pulstechnologie, können zunehmend leistungsfähigere Werkstoffsysteme entwickelt werden, die den hohen Anforderungen in den Bauteilprüfständen standhalten. Für die Bauteilbeschichtung spielen sowohl die Temperatursenkung bis unter 160 °C als auch Reinigungsprozesse eine entscheidende Rolle. Plasmaätzprozesse müssen an die Grundwerkstoffe angepasst und optimiert werden. Des weiteren sind gute Reibeigenschaften bei Bauteilen häufig entscheidender als der Verschleißschutz. Die Entwicklung des Schichtsystems ZrC g basiert auf der Idee, verschleißfeste und reibmindernde PVD‐Schichten (Physical Vapour Deposition) zu erzeugen, die nach einer Einlaufphase eine glatte Oberfläche mit einem nahezu stationären Verschleißzustand erreichen. Die Gradierung wird durch eine kontinuierliche Erhöhung des Reaktivgasflusses des Kohlenstoffträgergases erzeugt. An der Oberfläche der Schicht bildet sich dann eine scherweiche Lage aus Kohlenstoff und innerhalb der Schicht bildet sich beim Durchlaufen der stöchiometrischen Zusammensetzung von C und Zr die Hartstoffphase ZrC. Um eine gute Anbindung an den Grundwerkstoff zu gewährleisten, beginnt der Beschichtungsprozess mit einer weicheren, metallischen Zr‐Schicht als Haftvermittler. Die bisher entwickelten Systeme ZrC g zeigen ein hohes Potenzial für die Bauteilbeschichtung und unterschiedliche Varianten konnten an Triboprüfständen für Getriebe, Axiallager und hydraulische Verdrängereinheiten bereits erfolgreich getestet werden. Neben Kohlenstoffschichten zeigen CrN‐Schichten ein großes Potenzial für die Bauteilbeschichtung. Zwar sind Cr‐Basis‐Schichten weicher als Ti‐Basis‐Schichten, dennoch liegen ihre Härtewerte aber deutlich über denen der niedriglegierten Stahlsubstrate, so dass eine Verbesserung des Abrasionswiderstandes erreicht wird. Ein wesentlicher Vorteil der Cr‐Basis‐Schichten ist ihr niedriges E‐Modul, durch das Cr‐Basis‐Schichten bei Wechselbelastungen im Impact‐Test deutlich höhere Standzeiten erreichen. Eine Weiterentwicklung der CrN‐Schichten stellt das System (Cr x ,Al 1‐x )N dar, das umfangreich untersucht wurde. Neben einer sehr guten Korrosionsschutzwirkung zeichnet sich (Cr x ,Al 1‐x )N durch einen hohen Adhäsionswiderstand aus. Durch die Zugabe von AlN zum CrN lässt sich die Härte bei gleichzeitiger Senkung des E‐Moduls, steigern.