[发明专利]具有渐次的硬度分布的磨损保护系统

说明书

技术领域

本发现涉及一种用于制造具有改善的干运转特性的层系统的方法。本发明的层系统具有至少一个电镀沉积的硬铬层和一个涂敷在该层上的DLC层（Diamond like carbon，类似金刚石的炭）。本发明还涉及一种按照本发明方法制造的层系统和将这种层系统用于阀门构件、尤其是气体阀门构件的涂层的用途。

背景技术

在机械制造、设备制造和仪器制造中，磨损保护层用于延长机械上受高负荷的构件的寿命。例如长久以来，化学上将镍层或硬铬层以巨大的成功用作为在这些领域中的磨损保护。用电镀法将这些层涂敷到要保护的构件、衬底和基础材料上。

为了借助磨损保护层来延长构件、衬底或基础材料的寿命，在此一方面尝试通过该保护层的尽可能低的摩擦系数来降低应力，并且另一方面可以通过保护层的高的硬度又使在预先给定的负荷下的材料磨耗最小化。磨损保护层的任务尤其是应减少基础材料的磨蚀，并因此抵抗基础材料的持续的、尤其是磨蚀性的变形。除此之外，磨损保护层可以提供一种适合于相对物体的摩擦副（Reibpaarung），并可以防止例如来自受污染燃料中的硬颗粒侵入到构件的基础材料中，并因此防止例如密封面的破坏。

与例如润滑漆的有机层相反地，电镀的磨损保护层在构件的整个寿命持续时间期间履行其任务，其中所述有机层在启动阶段在构件之间磨耗并且实现了这些构件的也称为磨损体的表面的完美均衡的。在此，电镀的磨损保护层拥有一种或多种分别沉积的金属的材料特性。迄今仅有条件地、也就是通过选择用于该层的金属以及通过变化层厚度或沉积条件，可以将这些特性与特定的要求概要相匹配。

在要保护的基础材料和磨损保护层的大的硬度差别的情况下，可能导致所谓的蛋壳效应。在此情况下，硬的磨损保护层在负荷下坍塌到基础材料中，因为在基础材料中不存在足以支承磨损保护层的基础硬度。

除了将磨损保护层常规地单层涂敷在基础材料上之外，用于优化磨损保护层的特性的新的发展设置了所谓的多层系统。在此情况下，原则上遵循两种不同的方案。一方面可以交替设置软的和硬的层，并且另一方面在磨损保护层构造中设置连续的硬度变化。后者也称为分层次的磨损保护层系统。

例如通过电镀法，例如通过将要镀层的衬底或构件转换到不同的电解液槽中，可以生成由不同材料构成的磨损保护层的序列。如果在保护层层序列中将不同的材料用于各个层，在此的挑战是制造一种牢固附着的复合物。另一种用于构造多层系统的方法是，将磨损层的材料在交变的沉积条件下涂敷在基础材料上。因此可以通过施加作为沉积电流的直流电压，例如将铬一方面沉积为硬铬，其中通过施加脉冲电流将无裂纹的铬层沉积到所沉积的硬铬层上。

还已知例如通过物理气相沉积（PVD）或例如化学气相沉积（CVD）的相近方法来生成保护层。用PVD法可以以很纯的形式沉积几乎所有的金属和甚至于炭。然而仅能经济地生成在几个纳米直至几个微米范围中的薄层。除此之外，这些方法是成本非常昂贵的。

对于受高负荷的构件，常常用硬铬层或类似金刚石的炭层（DLC）来实现磨损保护。但是在大多数情况下条件是，基础是足够硬的和可以承受负荷的，以便避免磨损保护层压入到基础材料中并且由此出现上述蛋壳效应。因此常常采用像硬化的钢那样的适当硬的基础材料，例如100Cr6。

发明内容

利用本发明提供了一种用于在衬底表面上沉积具有改善的干运转特性的层系统的方法，该方法至少具有以下的方法步骤：

- 通过施加脉冲的沉积电流在衬底表面上电镀沉积硬铬层；

- 借助PVD或CVD将DLC层涂敷到电镀沉积的硬铬层上。

通过由硬铬层和DLC层组成的根据本发明的组合，在一个层系统中联合了两个层的有利特性。如此沉积的层系统的特点在于它们的硬度以及它们的突出的干运转特性。

根据本发明在第一方法步骤中所沉积的硬铬层既可以是单层，又可以是多层系统。如下多层系统是特别合适的：该多层系统由微裂纹地沉积的硬铬层和通过施加脉冲电流在其上沉积的无裂纹的铬层构成的组合组成。

本发明方法提供了以下的优点，即不必使要涂层的衬底经受费事的预处理，如这通常在衬底上沉积DLC层时必要的那样。因此迄今需要在费事的和成本昂贵的磨削步骤中对于随后的涂层准备好要配备DLC层的衬底表面。通过本发明方法可以避免衬底表面的这种强化的预处理，由此可此优化每个工件的成本。