Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für ein Ventiltriebsystem, umfassend ein Substrat und ein auf dem Substrat zumindest bereichsweise aufgebrachtes Schichtsystem, wobei das Schichtsystem eine reibungs- und verschleißreduzierende Schutzschicht zur Bildung einer Bauteiloberfläche umfasst. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein

Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.

Beschichtungen für tribologisch beanspruchte Oberflächen sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Ein Anwendungsgebiet von erheblicher technologischer Bedeutung ist hierbei die Reibungs- und Verschleißreduzierung in

Verbrennungsmotoren. Die hohe dynamische Belastung der an der Kraftübertragung beteiligten Komponenten und deren gegeneinander gleitenden Oberflächen erfordern überaus leistungsfähige Beschichtungen von hoher Härte und Langlebigkeit. Als eine besonders vorteilhafte Klasse von Schichtsystemen haben sich in dieser Hinsicht amorphe Kohlenstoffschichten erwiesen. Insbesondere die sogenannten diamantartigen

Kohlenstoffschichten (diamond-like carbon, DLC) werden erfolgreich bei der Beschichtung von Teilen des Kurbeltriebs, der Ventilsteuerung oder auch des Kraftstoffeinspritzsystems bei Dieselmotoren eingesetzt.

Im Vergleich zu Graphit, der aus kristallinen Schichten sp ² -hybridisierter Kohlenstoffatome aufgebaut ist und Diamant, einem Kristall aus tetraedrisch koordiniertem sp ³ -hybridisiertem Kohlenstoff, liegt beim amorphen Kohlenstoff eine Mischung aus sp ² -hybridsierten und sp ³ - hybridisierten Kohlenstoff-Atomen vor, wobei ein Teil des Kohlenstoffs mit weiteren

Elementen, insbesondere mit Wasserstoff verbunden sein kann. Bezüglich der

mechanischen Eigenschaften können die amorphen Kohlenstoff- Phasen als ein amorphes Netzwerk aus Kohlenstoffatomen mit einer Mischung dreier verschiedener Bindungstypen angesehen werden: die Bindungen zwischen zwei sp ² -hybridisierten Kohlenstoffatomen („graphitähnliche“ Bindungen), Bindungen zwischen sp ³ -hybridisierten Kohlenstoffatomen („diamantähnliche“ Bindungen) und Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen. Bei einem signifikanten Anteil an sp ³ -hybridisiertem Kohlenstoff werden die zugehörigen Kohlenstoff- Schichten als„diamantartig“ bezeichnet, wobei die Bezeichnung„diamantartiger Kohlenstoff (auch„diamantähnlicher Kohlenstoff“) als Sammelbegriff für ein breites Spektrum

verschiedener Kohlenstoffbeschichtungen verwendet wird (zur Einteilung und Nomenklatur siehe VDI-Richtlinie 2840„Kohlenstoffschichten - Grundlagen, Schichttypen und Eigenschaften“, Juni 2012). Der diamantartige Charakter, insbesondere die hohe Härte und der hohe Elastizitätsmodul dieser Schichten ergibt sich aus dem Anteil an sp ³ -Kohlenstoff- Kohlenstoff-Bindungen. Bei einem hohen Anteil an sp ³ -hybridisiertem Kohlenstoff tritt eine spezifische Form des DLC auf, der sogenannte tetraedrische amorphe Kohlenstoff. Bei Beschichtungen wird hier zwischen tetraedrischen wasserstofffreien amorphen

Kohlenstoffschichten (abgekürzt ta-C) und tetraedrischen wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschichten (ta-C:H) unterschieden (siehe dazu die oben genannte VDI-Richtlinie 2840).

Die Anwendung solcher Beschichtungen auf Motorelementen wie Einspritzdüsen,

Tassenstößeln oder Kolbenbolzen verleihen den Bauteilen hervorragende

Reibungseigenschaften, geringe Adhäsion, hohe Oberflächenhärte und bieten einen erhöhten Schutz gegen abrasiven Verschleiß. Gegenüber Diamantschichten, deren

Wachstum sehr hohe Temperaturen erfordert, besitzen amorphe Kohlenstoffschichten darüber hinaus den Vorteil, dass sie bei niedrigeren Temperaturen und daher entsprechend wirtschaftlicher hergestellt werden können. Zu den Nachteilen amorpher Kohlenstoff schichten zählen dagegen eine geringe mechanische Zähigkeit und hohe Druckeigen spannungen. Insbesondere letztere stellen beispielsweise einen begrenzenden Faktor für die Schichtdicke dar und erschweren es zudem, amorphe Kohlenstoffschichten in stabiler Weise auf gekrümmte Flächen aufzubringen.

Aus der DE 10 2004 041 235 A1 ist eine verschleißfeste Beschichtung aus wasserstofffreiem tetraedrischen amorphen Kohlenstoff bekannt. In der WO 2017/148582 wird eine

Beschichtung mit einer wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschicht und einer Haftschicht aus Zirkonium beschrieben. Die Druckschrift DE 10 2004 043 550 A1 beschreibt eine Beschichtung mit einer wasserstofffreien, tetraedrischen amorphen Kohlenstoff enthaltenden Funktionsschicht und in der Gebrauchsmusterschrift AT 14701 U1 wird eine Beschichtungs quelle bzw. ein Target (Spendermaterial) beschrieben, das aus dotiertem Kohlenstoff besteht.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, ein Bauteil zur Verfügung zu stellen, das ein Schichtsystem mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, hoher Verschleißbeständigkeit und niedriger Eigenspannung aufweist und sich zur Beschichtung von gekrümmten Flächen, insbesondere von Motorkomponenten eignet.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil umfassend ein Substrat und ein auf das Substrat zumindest bereichsweise aufgebrachtes Schichtsystem, wobei das Schichtsystem eine reibungs- und verschleißreduzierende Schutzschicht zur Bildung einer Bauteiloberfläche umfasst, wobei die Schutzschicht mindestens eine erste Teilschicht aus dotiertem

tetraedrischen amorphen Kohlenstoff aufweist, welcher sp ³ -hybridisierten Kohlenstoff mit einem Stoffmengenanteil von mindestens 50 % umfasst, wobei die erste Teilschicht

Sauerstoff in einer Konzentration im Bereich von 0,1 at.-% bis 3,0 at.-% und Wasserstoff in einer Konzentration im Bereich von 0,1 at.-% bis 15 at.-% enthält, und wobei die erste Teilschicht einen oder mehrere der folgenden Dotierstoffe in einer Konzentration im Bereich von 0,03 at.-% bis 15 at.-% aufweist: Chrom, Molybdän, Wolfram, Silizium, Kupfer, Niob, Zirkonium, Vanadium, Nickel, Eisen, Silber, Hafnium, Fluor, Bor, Stickstoff.

Für die Herstellung der ersten Teilschicht aus dotiertem tetraedrischem amorphem

Kohlenstoff ist es notwendig, einen hohen Anteil von sp ³ -hybridisierten Kohlenstoffatomen zu erzeugen. Der für die Hybridisierung notwendige Elektronenübergang wird dabei durch das Einbringen von Energie angeregt, wobei diese Energie dem Kohlenstoff durch Wechsel wirkung mit energiereichen Partikeln, die beispielsweise bei einem Lichtbogenverdampfen oder einer Sputterdeposition, bei ionengestützten Beschichtungsverfahren oder plasma basierten Verfahren zugeführt werden. Die Einwirkung dieser energiereichen Teilchen führt jedoch gleichzeitig zu Verzerrungen der Struktur des Kohlenstoffnetzwerks und erzeugt hohe mechanische Druckeigenspannungen, die insbesondere einen limitierenden Faktor für die Schichtdicke darstellen. Zusätzlich ist die Haftung der mechanisch verspannten Schicht auf einem Substrat vermindert, da die Spannungen dazu tendieren, die Schicht zu deformieren, so dass es unter tribologischer Belastung zu einer Ablösung oder einem Aufreißen der Schicht kommen kann. Das Aufbringen der Schicht auf gekrümmte Bauteilflächen wird zusätzlich dadurch erschwert, dass der Schicht durch die geometrische Form des Substrats eine vorgegebene Deformation aufgezwungen wird. Durch einen Einbau von Wasserstoff und Sauerstoff in den tetraedrischen amorphen Kohlenstoffs lässt sich eine wesentliche Reduktion der Druckeigenspannungen erreichen und die Elastizität einer ersten Teilschicht erhöhen, so dass ein Schichtsystem herstellbar ist, das auch auf gekrümmten Flächen mit einer ausreichenden Schichtdicke und einer guten Haftfestigkeit eingesetzt werden kann.

Der Einbau von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt zudem eine erste Teilschicht, die beim Gleitkontakt mit Stahl einen Reibungskoeffizienten aufweist, der durch Feuchtigkeit nur unbeträchtlich reduziert wird. Weiterhin weist eine mit Wasserstoff und Sauerstoff gebildete tetraedrische amorphe Kohlenstoffschichten eine erhöhte thermische Stabilität auf.

Insbesondere die zusätzliche Dotierung einer ersten Teilschicht mit Metallen hat sich als eine weitere wirksame Maßnahme zur Reduzierung der Druckeigenspannungen herausgestellt. Neben der Reduzierung der Druckeigenspannungen lassen sich durch geeignet gewählte Dotierelemente weitere Eigenschaften einer ersten Teilschicht und damit der Schutzschicht gezielt verbessern. Insbesondere die Dotierung mit Fluor, Silizium und/oder Kupfer führt zu einer erheblichen Verbesserung der tribologischen Eigenschaften der tetraedrischen amorphen Kohlenstoffschichten. Die Dotierung mit Silizium erzeugt eine Schutzschicht, die beim Gleitkontakt mit Stahl einen Reibungskoeffizienten aufweist, der durch Feuchtigkeit nur unbeträchtlich reduziert wird. Weiterhin weisen mit Silizium versetzte tetraedrische amorphe Kohlenstoffschichten eine erhöhte thermische Stabilität auf. Die Dotierung mit Bor in Verbindung mit Fluor erzeugt Schutzschichten, die eine Kombination aus hoher Härte und hydrophoben Eigenschaften zeigen und die Zugabe von Wolfram kann zu einer signifikanten Reibungsreduzierung führen. Ein weiterer möglicher Dotierstoff ist Stickstoff, um der Schutzschicht einen geringeren Reibungskoeffizienten und eine verlängerte Lebensdauer zu verleihen.

Erfindungsgemäß enthält eine erste Teilschicht den Dotierstoff oder die Dotierstoffe in einer jeweiligen Konzentration im Bereich von 0,03 at.-% bis 15 at.-%. Vorzugsweise liegt die jeweilige Konzentration im Bereich von 0,2 at.-% bis 10 at.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 at.-% bis 5 at.-%.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Schichtsystem eine Haftschicht auf, wobei die Haftschicht zwischen dem Substrat und der Schutzschicht angeordnet ist, und wobei die Haftschicht Chrom und/oder Titan und/oder Wolfram und/oder Zirkonium und/oder Molybdän und/oder Chromnitrid und/oder Titannitrid und/oder

Wolframnitrid und/oder Molybdännitrid und oder Zirkoniumnitrid aufweist. Um ein Ablösen der Schutzschicht durch die Druckeigenspannungen der tetraedrischen amorphen

Kohlenstoffschicht zu verhindern, lässt sich die Adhäsion an einem Substrat mit einer derart gewählten Haftschicht zwischen dem Substrat und der Schutzschicht verbessern. Durch das Aufbringen einer Haftschicht aus den vorgenannten Materialien lässt sich die Haftfestigkeit der Schutzschicht auf dem Substrat deutlich verbessern und so für die Anwendung bei Bauteilen unter tribologischer Belastung nutzbar machen.

Durch eine metallische Haftschicht, vorzugsweise aus Titan oder Chrom, lässt sich insbesondere die Adhäsion auf Stahl deutlich verbessern.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Haftschicht eine Schichtdicke im Bereich von 0,001 pm bis 2,0 pm auf. Vorzugsweise liegt die Schichtdicke im Bereich von 0,001 pm bis 1 ,0 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,001 pm bis 0,5 pm. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Schichtsystem eine Zwischenschicht auf, wobei die Zwischenschicht zwischen der Haftschicht und der Schutzschicht angeordnet ist und zumindest ein Karbid eines Metalls oder Übergangsmetalls und/oder ein Karbonitrid eines Metalls oder Übergangsmetalls und/oder ein Nichtmetall aufweist.

Eine Schichtdicke der Zwischenschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 0,001 pm bis 1 ,0 pm. Insbesondere liegt die Schichtdicke der Zwischenschicht im Bereich von 0,001 pm bis 0,5 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,001 pm bis 0,05 pm. Durch die Zwischen schicht lässt sich vorteilhafterweise die Adhäsion zwischen der Schutzschicht und der Haftschicht verbessern. Die Zwischenschicht kann in einem getrennten Wachstumsschritt abgeschieden werden oder beispielsweise durch Karbidbildung an der Grenzfläche zwischen Haftschicht und Kohlenstoffschicht erzeugt werden, indem Kohlenstoff in die freie Oberfläche der Haftschicht implantiert wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Schutzschicht aus einer einzelnen ersten Teilschicht aus dotiertem tetraedrischen amorphen Kohlenstoff. Bei dieser Ausführungsform wird die erste Teilschicht aus dotiertem tetraedrischen amorphen Kohlenstoff direkt auf einem Substrat aufgebracht und das Schichtsystem weist keine zusätzlichen Haft- oder Zwischenschichten auf. Auf diese Weise lässt sich

vorteilhafterweise eine besonders einfache Prozessführung realisieren, ohne dass für die Herstellung der Schutzschicht getrennte Wachstumsschritte für unterschiedliche Schichten notwendig sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schutzschicht eine oder mehrere erste Teilschichten aus dotiertem tetraedrischen amorphen Kohlenstoff und eine oder mehrere zweite Teilschichten aus undotiertem tetraedrischen amorphen Kohlenstoff auf, wobei die ersten und zweiten Teilschichten einander abwechseln. Durch die Struktur aus alternierend dotierten ersten Teilschichten und undotierten zweiten

Teilschichten lassen sich die mechanischen Eigenschaften der Schutzschicht anhand weniger Versuche gezielt positiv beeinflussen. So wird beispielsweise bei einer derartig geschichteten Struktur die Ausbreitung von Materialrissen unterdrückt und so die Zähigkeit der Schutzschicht verbessert. Die Eigenschaften der Mehrschichtstruktur können durch den Dotierungsgrad und die Anzahl und Dicke der ersten und zweiten Teilschichten weiter beeinflusst werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schutzschicht eine Härte auf, die größer als 40 GPa ist. Die Angabe der Härte bezieht sich auf eine Messung mittels Nanoindentierung gemäß DIN EN ISO 14577-4 (April 2017).

Bei dem Bauteil handelt es sich insbesondere um ein Gleitlagerbauteil oder um ein

Wälzlagerbauteil oder um ein Bauteil eines Schlepphebels oder eines Kipphebels oder um einen Pumpenstößel oder einen Rollenstößel. Insbesondere ist das Schichtsystem auf dem Bauteil dabei in einem Rollkontakt und/oder einem Wälzkontakt und/oder einem Gleitkontakt zu einem angrenzenden Kontaktbauteil angeordnet.

Insbesondere ist das Bauteil ein Rollelement, insbesondere eine Kurvenrolle, beispielweise eine Nockenrolle, wobei auf einer Lauffläche des Rollelements und/oder auf einer oder mehreren Seitenflächen des Rollelements das Schichtsystem ausgebildet ist. Derartige Rollelemente werden im Ventiltrieb von Verbrennungsmotoren eingesetzt, beispielsweise als Teil eines Rollenschlepphebels. Der Schlepphebel dient bei Verbrennungsmotoren als Übertragungselement zwischen Nocken und Stößelstange. Der Abgriff am Nocken erfolgt im Falle von Rollenschlepphebeln über Kurvenrollen bzw. Nockenrollen. Durch Aufbringen des erfindungsgemäßen Schichtsystems auf die Oberfläche lassen sich Verschleißerschei nungen aufgrund der tribologischen Beanspruchung der Rollenfläche vorteilhafterweise vermindern sowie die Reibverluste reduzieren.

Bei dem Bauteil kann es sich aber mit Vorteil auch um einen Außenring, einen Innenring oder einen Wälzkörper eines Wälzlager oder um einen Außenring oder Innenring eines Gleitlagers handeln.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des

erfindungsgemäßen Bauteils, wobei mindestens eine erste Teilschicht aus dotiertem tetraedrischen amorphen Kohlenstoff aufgebracht wird, indem die erste Teilschicht durch physikalische Gasphasenabscheidung mittels Lichtbogenverdampfen, insbesondere einArc- Verfahren, und/oder durch Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern (englisch: High Power Impulse Magnetron Sputtering, HiPIMS, oder High Power Pulsed Magnetron Sputtering, HPPMS) aufgebracht wird, wobei der mindestens eine Dotierstoff über eine Gasphase in die erste Teilschicht eingebracht wird und/oder ein Targetmaterial (Spendermaterial) aus dotiertem Kohlenstoff eingesetzt wird und/oder der mindestens eine Dotierstoff durch Co- Sputtern in die Schutzschicht eingebaut wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt: Fig. 1a ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Schichtsystem auf einem Substrat in einer schematischen Darstellung;

Fig. 1b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem

Schichtsystem auf einem Substrat in einer schematischen Darstellung;

Fig. 2a ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem

Schichtsystem umfassend eine Haftschicht auf einem Substrat in einer

schematischen Darstellung;

Fig. 2b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem

Schichtsystem umfassend eine Haftschicht auf einem Substrat in einer

schematischen Darstellung;

Fig. 3a ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem

Schichtsystem umfassend eine Zwischenschicht auf einem Substrat in einer schematischen Darstellung;

Fig. 3b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem

Schichtsystem umfassend eine Zwischenschicht auf einem Substrat in einer schematischen Darstellung;

Fig. 4a ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem

Schichtsystem umfassend eine Haftschicht und eine Zwischenschicht auf einem Substrat in einer schematischen Darstellung;

Fig. 4b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem

Schichtsystem umfassend eine Haftschicht und eine Zwischenschicht auf einem Substrat in einer schematischen Darstellung;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils in Form eines

Rollelements in einer schematischen Darstellung;

In dem in Fig. 1a dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils 100 mit einem Schichtsystems 1 besteht dieses aus der Schutzschicht 2, die aus einer einzelnen homogenen ersten Teilschicht 4 aus dotiertem tetraedrischem amorphen Kohlenstoff gebildet ist, die unmittelbar auf einem Substrat 3 aufgebracht ist.

Bei dem in Fig. 1 b dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Bauteil 100 eine

Schutzschicht 2, die aus einer Abfolge von mehreren ersten Teilschichten 4a und zweiten Teilschichten 5 gebildet ist, wobei unmittelbar auf dem Substrat 3 zunächst eine erste Teilschicht 4a aus einem dotierten tetraedrischen amorphen Kohlenstoff aufgebracht ist, auf der wiederum eine zweite Teilschicht 5 aus einem undotierten tetraedrischen amorphen Kohlenstoff angeordnet ist. Der Wechsel aus dotierten ersten teilschichten 4a und undotierten zweiten Teilschichten 5 setzt sich bis zur obersten zweiten Teilschicht 5 fort.

Bei den hier und in den Figuren 2b, 3b und 4b dargestellten Schichtsystemen 1 handelt es sich um beispielhafte Darstellungen. Die Abfolge aus dotierten ersten Teilschichten 4a und undotierten zweiten Teilschichten 5 kann im Prinzip eine beliebige Anzahl von ersten Teilschichten 4a und zweiten Teilschichten 5 enthalten.

In dem in Fig. 2a dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauteils 100 ist zwischen dem Substrat 3 und der Schutzschicht 2 eine Haftschicht 6 angeordnet, die die Anbindung der Schutzschicht 2 an das Substrat 3 verbessert und zusammen mit der Schutzschicht 2 das Schichtsystem 1 bildet.

In dem in Fig. 2b dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauteils 100 ist zwischen der Schutzschicht 2, die eine abwechselnde Abfolge von ersten Teilschichten 4a aus einem dotierten tetraedrischen amorphen Kohlenstoff und von zweiten Teilschichten 5 aus einem undotierten tetraedrischen amorphen Kohlenstoff umfasst, und dem Substrat 3 eine

Haftschicht 6 angeordnet.

In dem in Fig. 3a dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauteils 100 ist zwischen einem Substrat 3 und der Schutzschicht 2 umfassend lediglich eine erste Teilschicht 4a aus dotiertem tetraedrischem amorphen Kohlenstoff eine Zwischenschicht 7 angeordnet, die zusammen mit der Schutzschicht 2 das Schichtsystem 1 bildet.

In dem in Fig. 3b dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauteils 100 ist zwischen einer Schutzschicht 2, welche eine abwechselnde Abfolge von ersten Teilschichten 4a aus einem dotierten tetraedrischen amorphen Kohlenstoff und von zweiten Teilschichten 5 aus einem undotierten tetraedrischen amorphen Kohlenstoff aufweist, eine Zwischenschicht 7 angeordnet, die zusammen mit den ersten Teilschichten 4a und den zweiten Teilschichten 5 das, auf dem Substrat 3 aufgebrachte Schichtsystem 1 bildet. In dem in Fig. 4a dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauteils 100 sind zwischen dem Substrat 3 und der Schutzschicht 2 in Form einer ersten Teilschicht 4 aus dotiertem tetraedrischem amorphen Kohlenstoff eine Haftschicht 6 und eine Zwischenschicht 7 angeordnet, die zusammen mit der Schutzschicht 2 das Schichtsystem 1 bilden. Die

Haftschicht 6 verbessert dabei die Anbindung der Zwischenschicht 7 an das Substrat 3, während die Zwischenschicht 7 wiederum als Haftvermittler zwischen der Haftschicht 6 und der Schutzschicht 2 fungiert. Die Zwischenschicht 7 kann beim Herstellungsprozess entweder separat nach der Haftschicht 6 und vor der Schutzschicht 2 abgeschieden werden oder beispielsweise durch eine Reaktion zwischen der Haftschicht 6 und der Schutzschicht 2 oder durch eine Implantation von Kohlenstoff in die Haftschicht 6 gebildet werden.

In dem in Fig. 4b dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauteils 100 sind zwischen der Schutzschicht 2, welche eine abwechselnde Abfolge von ersten Teilschichten 4a aus einem dotierten tetraedrischem amorphen Kohlenstoff und von zweiten Teilschichten 5 aus einem undotierten tetraedrischen amorphen Kohlenstoff aufweist, eine Haftschicht 6 und eine Zwischenschicht 7 angeordnet, die analog zu Fig. 4a die Anbindung an das Substrat 3 verbessern.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Bauteil 100 in Form eines Rollelements 8 ist die Lauffläche 9 des Rollelements 8 mit einem Schichtsystem 1 versehen, um die reibungs- und

verschleißmindernden Eigenschaften der Schutzschicht 2 für den Einsatz des Rollelements 8 als Teil einer Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors nutzbar zu machen. Optional können zusätzlich auch die Seitenflächen 10, 11 des Rollelements 8 mit dem Schichtsystem 1 versehen sein.

Das vorstehend beschriebene Rollelement 8 ist insbesondere eine Kurvenrolle 8, wobei auf der Lauffläche 9 des Rollelements 8 und/oder auf einer oder mehreren Seitenflächen 10, 11 des Rollelements 8 eine Ausführungsform des Schichtsystems 1 ausgebildet ist.

Die vorstehend beschriebenen Bauteile 100 und das vorstehend beschriebene Rollelement 8 können mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, bei dem auf einem Substrat 3 oder der Lauffläche 9 und/oder den Seitenflächen 10, 11 , eine Schutzschicht 2 umfassend mindestens eine erste Teilschicht 4a aus dotiertem

tetraedrischen amorphen Kohlenstoff aufgebracht wird, wobei die Schutzschicht 2 durch physikalische Gasphasenabscheidung mittels Lichtbogenverdampfen und/oder

Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern aufgebracht wird, wobei mindestens ein Dotierstoff über eine Gasphase in die mindestens eine erste Teilschicht 4a eingebracht wird und/oder ein Target aus dotiertem Kohlenstoff eingesetzt wird und/oder der mindestens eine Dotierstoff durch Co-Sputtern in die mindestens eine erste Teilschicht 4a eingebracht wird.

Bezugszeichenliste

1 Schichtsystem

2 Schutzschicht

3 Substrat

4, 4a erste Teilschicht aus dotiertem tetraedrisch amorphen Kohlenstoff

5 zweite Teilschicht aus undotiertem tetraedrisch amorphen Kohlenstoff

6 Haftschicht

7 Zwischenschicht

8 Rollelement

9 Lauffläche

10 erste Seitenfläche

11 zweite Seitenfläche

100 Bauteil