Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Verwendung eines Bauteils, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist.

Eingangs genannte Bauteile, bei denen mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist, finden in diversen technischen Gebieten Anwendung. So sind auch Schichtsysteme aus dem Stand der Technik bekannt, die tribologische Eigenschaften, wie Verschleißbeständigkeit und

reibungsreduzierende Funktionen, aufweisen, um für Bauteile, wie beispielsweise für hochbeanspruchte Kettentriebs-, Wälzlagerkomponenten, Motorenelemente und Werkzeuge, diese Eigenschaften zu gewährleisten. Um einen Verschleißschutz gewährleisten zu können, werden derartige Bauteile, wie z. B. Kettenbolzen, aktuell, durch thermo-chemische Behandlung, wie beispielsweise durch Inchromierung oder durch Wärmebehandlung wie z. B durch Karbonitrieren sowie mittels einer PVD-Beschichtung mit CrN, behandelt. Dies ist beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2004 043 550 A1 und

DE 10 2005 047 440 A1 beschrieben. Nachteiligerweise reichen diese Technologien bei den Bauteilen zum einen jedoch nicht für einen sicheren Schutz gegen Verschleiß bei steigender Beanspruchung aus und zum anderen schonen sie dadurch auch nicht ihre Reibpartner.

Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, ein Bauteil, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist, derart weiterzuentwickeln, dass dieses vor tribologischer Beanspruchung geschützt ist und insbesondere dabei einen sicheren und beständigen Verschleißschutz gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 umfasst. Eine weitere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, eine Verwendung eines Bauteils, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem

Schichtsystem versehen ist, anzugeben, so dass das Bauteil im Betrieb vor

tribologischer Beanspruchung geschützt ist und insbesondere dabei einen sicheren und beständigen Verschleißschutz gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch eine Verwendung eines Bauteils gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 5 umfasst.

Eine weitere Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, ein serientaugliches und prozesssicheres Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils anzugeben, das das Bauteil bei steigender

Beanspruchung im Betrieb sicher und beständig vor tribologischer Beanspruchung schützt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils gelöst, das die Merkmale im Anspruch 6 umfasst.

Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil ist mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen.

Erfindungsgemäß besteht das Schichtsystem aus einer auf die mindestens eine Oberfläche des Bauteils aufgebrachten tetraedrischen wasserstofffreien amorphen ersten Kohlenstoffschicht, auf die eine wasserstofffreie amorphe zweite

Kohlenstoffschicht aufgebracht ist. Insbesondere ist dabei die erste Kohlenstoffschicht eine sehr harte ta-C

Kohlenstoffschicht und die zweite Kohlenstoffschicht eine tribologisch graphitähnliche Kohlenstoffschicht. Strukturell beschrieben ist die erste Kohlenstoffschicht eine ta-C sp3-gebundene Kohlenstoffschicht und die zweite Kohlenstoffschicht eine a-C sp2- gebundene Kohlenstoffschicht. Vorzugsweise beträgt die Gesamtschichtdicke des Schichtsystems 0,5 bis 5 μηη. Dementsprechend ist eine gesonderte Berücksichtigung hinsichtlich vorhandenen Bauraums nicht notwendig. Bei der gegebenen Schichtdicke sind je nach sp3- bzw. sp2-Anteil die tribologischen Eigenschaften daher in einem sehr weiten Bereich einstellbar.

In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils ist zumindest auf die mindestens eine Oberfläche des Bauteils vor dem Aufbringen der ersten

Kohlenstoffschicht eine Haftungsschicht aufgebracht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das in das Schichtsystem mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Nichtmetall dotiert ist, um die

Eigenschaften der beiden Kohlenstoffschichten je nach Bedarf und Anwendungsfall modifizieren zu können. Durch Dotieren eines Metalls in eine Kohlenstoffschicht, besitzen diese Schichtsysteme dann beispielsweise hohe Verschleißfestigkeiten, geringe Reibkoeffizienten sowie eine bessere Haftung der Schichten zueinander. D. h., durch eine Veränderung des Metallgehalts lassen sich die Materialeigenschaften der Schichtsysteme stark beeinflussen. Ebenso ist aber denkbar, dass diese

Kohlenstoffschichten mit Elementen wie beispielsweise Silizium, Sauerstoff, etc.

dotiert sind. Silizium beispielsweise erhöht die Temperaturbeständigkeit in

sauerstoffhaltiger Umgebung. Eine Dotierung mit Silizium und Sauerstoff kann die Oberflächenenergie stark herabsetzen (bis hin zu Werten in der Größenordnung von PTFE). Außerdem lassen sich transparente und äußerst kratzfeste Schichten herstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils, bei dem mindestens eine Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem versehen ist, zeichnet sich erfindungsgemäß durch die folgenden Schritte aus: In einem ersten Schritt wird eine auf die mindestens eine Oberfläche des Bauteils eine tetraedrische wasserstofffreie amorphe erste

Kohlenstoffschicht, die eine ta-C sp3-gebundene Kohlenstoffschicht ist,

abgeschieden. In einem anschließenden Schritt wird auf der ersten Kohlenstoffschicht eine wasserstofffreie amorphe zweite Kohlenstoffschicht, die eine a-C sp2-gebundene Kohlenstoffschicht ist, abgeschieden. Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch vorsehen, dass vor dem Abscheiden der ersten Kohlenstoffschicht eine Haftungsschicht zumindest auf die mindestens eine Oberfläche des Bauteils aufgebracht wird.

Ferner kann eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorsehen, dass in das Schichtsystem mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Nichtmetall dotiert wird, um das Schichtsystem an die jeweilige Anwendung

anzupassen (Variation der Härte und der tribologischen Eigenschaften der

Beschichtung).

Das zuvor beschriebene Schichtsystem, bestehend aus den sp3- bzw. sp2- gebundenen Kohlenstoffsichten, bringt hervorragende tribologische Eigenschaften mit sich. Zudem gewährleistet dieses Schichtsystem einen sicheren und beständigen Verschleißschutz für das Bauteil. Somit kann die Erfindung auch für

hochbeanspruchte Maschinenelemente angewandt werden. Dazu gehören

beispielsweise Kettenbolzen und weitere Wälzlagerkomponenten sowie

hochbeanspruchte Motoren komponenten wie Tassenstößel, Pumpenstößel,

Schlepphebel, Steuerkolben der Dieseleinspritzpumpe, etc. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht zusätzlich darin, dass die beiden hier beschriebenen

Kohlenstoffschichten aus anlagentechnischer (z. B: In-Line Anlage) und

prozesstechnischer Sicht die Realisierung des Schichtsystems entsprechend leicht und wirtschaftlich realisieren, so dass mittels der Erfindung eine serientaugliche und prozesssichere Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils geschaffen ist.

Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren

entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im

Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bauteils, bei dem eine

Oberfläche zumindest teilweise mit einem Schichtsystem

versehen ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Schichtsystems aus Fig. 1 ; Fig. 3 ein Diagramm, das mechanisch-technologische Eigenschaften von Schichtsystemen veranschaulicht, die für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Reibzahl verschiedener

Kohlenstoffschichten im Kugel-Scheibe-Tribometer

veranschaulicht, die für ein Schichtsystem für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können; und

Fig. 5 ein Diagramm, das die Verschleißrate verschiedener

Kohlenstoffschichten im Kugel-Scheibe-Tribometer

veranschaulicht, die für ein Schichtsystem für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische

Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Bauteil, die erfindungsgemäße Verwendung eines Bauteils sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines verschleißbeständigen und reibungsreduzierenden Bauteils ausgestaltet sein können und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar. Figur 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bauteils 10, bei dem eine

Oberfläche 12 zumindest teilweise mit einem Schichtsystem 14 versehen ist.

Erfindungsgemäß besteht das Schichtsystem 14 aus einer auf die Oberfläche 12 des Bauteils 10 aufgebrachten tetraedrischen wasserstofffreien amorphen ersten

Kohlenstoffschicht 16, auf die eine wasserstofffreie amorphe zweite Kohlenstoffschicht 18 aufgebracht ist. Das durch die beiden Kohlenstoffschichten 16, 18 gebildete

Schichtsystem 14 weist vorzugsweise eine Gesamtschichtdicke D von 0,5 bis 5 μιτι auf.

In der hier dargestellten Ausführungsform ist vor dem Aufbringen der ersten

Kohlenstoffschicht 16 eine Haftungsschicht 20 auf die Oberfläche 12 des Bauteils 10 aufgebracht, so dass eine bessere Haftung gewährt ist. Figur 2 zeigt eine Seitenansicht des Schichtsystems 14, bestehend aus der ersten (ta-C sp3-gebundene) Kohlenstoffschicht 16 und der zweiten (a-C sp2-gebundene) Kohlenstoffschicht 18, wobei vor dem Aufbringen der ersten Kohlenstoffschicht 16 eine Haftungsschicht 20, auf die Oberfläche 12 des Bauteils 10 aus Fig. 1 aufgebracht wird.

Figur 3 zeigt ein Diagramm, das mechanisch-technologische Eigenschaften im

Hinblick auf Adhäsion und Härte von Schichtsystemen 14 veranschaulicht, die für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können. So kann beispielsweis die erste Kohlenstoffschicht 16 (s. hierzu Fig. 1 ) mit mindestens einem Metall, wie beispielspiel Kupfer (Cu) und/oder mindestens ein Nichtmetall, wie beispielswiese Silizium (Si) dotiert werden, um die Eigenschaften des Schichtsystemen 14 je nach Bedarf und Anwendungsfall modifizieren zu können.

Figur 4 zeigt ein Diagramm, das die Reibzahl verschiedener Kohlenstoffschichten im Kugel-Scheibe-Tribometer veranschaulicht, die für ein Schichtsystem 14 nach Fig. 1 und 2 für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können, d. h. hier werden Öle (X-Achse) verändert, um so den Einfluss auf das Reibverhalten der jeweiligen Kohlenstoffschicht bewerten zu können. Je nach Anwendungsfall des Bauteils 10 (s. hierzu Fig. 1 ) und dessen Beanspruchung im Betrieb, kann somit gezielt eine Schicht gewählt werden, die dann die gewünschten tribologischen Eigenschaften für das Bauteil 10 erfüllt.

Figur 5 zeigt ein Diagramm, das die Verschleißrate verschiedener

Kohlenstoffschichten im Kugel-Scheibe-Tribometer veranschaulicht, die für ein

Schichtsystem 14 nach Fig. 1 und 2 für die vorliegende Erfindung herangezogen werden können, d. h. hier werden Öle (X-Achse) verändert, um so den Einfluss auf das Verschleißverhalten der jeweiligen Kohlenstoffschicht bewerten zu können. Auch hier kann je nach Anwendungsfall des Bauteils 10 (s. hierzu Fig. 1 ) und dessen Beanspruchung im Betrieb, gezielt eine Schicht gewählt werden, die dann die gewünschten tribologischen Eigenschaften für das Bauteil 10 erfüllt. Bezugszeichenliste

Bauteil

Oberfläche

Schichtsystem

tetraedrische wasserstofffreie amorphe erste Kohlenstoffschicht, ta-C sp3-gebundene Kohlenstoffschicht

wasserstofffreie amorphe zweite Kohlenstoffschicht;

a-C sp2-gebundene Kohlenstoffschicht

Haftungsschicht

Gesamtschichtdicke