DE4416525B4

DE4416525B4 - Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung erhöhter Verschleißfestigkeit auf Werkstückoberflächen, und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE4416525B4
Application number: DE4416525A
Authority: DE
Inventors: Norbert Marie Dingremont
Original assignee: Oerlikon Trading AG Truebbach
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2014-05-11
Also published as: FR2705692A1; DE4416525A1; FR2705692B1; JPH0770735A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung erhöhter Verschleißfestigkeit auf Werkstückoberflächen, bei dem auf eine durch Vorbehandlung der Werkstückoberfläche erzeugte Vergütungsschicht eine Hartstoffschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Hartstoffschicht die Oberfläche der Vergütungsschicht einem Vakuumplasma-Ätzprozeß unterzogen wird, der so ausgeführt wird, dass nach dem Aufbringen der Hartstoffschicht die Vergütungsschicht mindestens eines der Vergütungselemente C, N, B, O, S oder Si in einer Konzentration aufweist, die eine vorgegebene Mindestkonzentration nicht unterschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung erhöhter Verschleißfestigkeit von Werkstückoberflächen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie Verwendungen des Verfahrens.
Es hat sich einerseits für zahlreiche Werkstücke, wie für Bauteile und formende Werkzeuge, in einigen Fällen auch für zerspanende Werkzeuge, als vorteilhaft erwiesen, diese einer Oberflächenbehandlung zu unterziehen, durch die eine Vergütungsschicht erzeugt wird, z.B. durch thermochemische Behandlung oder durch eine Plasmabehandlung in Vakuum.
Ebenso hat sich andererseits für zahlreiche Anwendungen ein Beschichten derartiger Werkstücke mit Hartstoffschichten zur Steigerung ihrer Verschleißfestigkeit bewährt.
Bisher war es nur beschränkt möglich, die beiden genannten Verfahren zu kombinieren, Die vorbehandelten und danach beschichteten Werkstücke wiesen in der Praxis bezüglich der Beschichtung immer wieder Bindungsprobleme auf, die sich darin äußerten, dass beim Einsatz so beschichteter Werkstücke lokale Schichtverluste auftraten.
Wenn auf eine z.B. thermochemisch- oder vakuumplasma-behandelte Oberfläche, insbesondere mittels eines PVD-Verfahrens (physical vapor deposition), eine Verschleiß-Schutzschicht aufgebracht wird, so bildet sich eine dünne Schicht an der z.B. thermochemisch erzeugten Vergütungsschicht, in der die Anreicherung an Vergütungselementen in der Vergütungsschicht, wie sie für die Oberflächenzone z.B. thermochemisch- oder vakuumplasma-behandelter Werkstücke charakteristisch ist, einer Verarmung gewichen ist. Unter Vergütungselementen seien Halbmetalle (semi-metal) sowie insbesondere, aber nicht abschließend, die Elemente C, N, B, O, S, Si verstanden. Diese verarmte Zwischenschicht weist nur eine geringe Zug- und Scherfestigkeit auf. Wegen dieser "Verarmungs"-Zwischenschicht wird die aufgebrachte Hartstoffschicht entweder während des Einsatzes abgeschert, oder sie platzt aufgrund der in ihr üblicherweise vorhandenen Druckeigenspannungen ab. Allerdings tritt dieses Phänomen nicht immer auf. Es scheint Verfahrens- und Werkstoffkombinationen zu geben, bei denen dieses Phänomen sich nicht beobachten lässt, mindestens nicht im beschriebenen Umfang. Allein die Tatsache aber, dass diese Probleme bei den meisten der genannten Kombinationsverfahren auftreten, ist für eine qualitätsgesicherte Lohnveredelung, z.B. in Lohnveredelungszentren, ein bisher unüberwindbares Hindernis, da hier eine große Vielfalt zu behandelnder Werkstücke anfällt.
Vorschläge zur Lösung dieses Problems beschränkten sich bisher darauf, die Beschichtungstemperatur bei der Hartstoffbeschichtung genügend tief zu halten, z.B. unter 300°C. Mit den heute üblichen PVD-Beschichtungsverfahren lassen sich aber bei diesen Temperaturen keine Schichten mit ausreichender Haftfestigkeit herstellen.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Haftfestigkeit der aufgebrachten Hartstoffschicht gesichert ist.
Dies wird bei seiner Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 erreicht.
Dadurch, dass mit Hilfe des Vakuumplasma-Ätzprozesses die Konzentration an Vergütungselement insbesondere im Oberflächenbe reich der Vergütungsschicht gesteuert wird, wird erreicht, dass diese Konzentration so eingestellt werden kann, dass nach der Hartstoffbeschichtung eine vorgegebene Vergütungselementkonzentration darin nicht unterschritten wird.
Grundsätzlich kann durch den genannten Ätzprozess die Vergütungselementkonzentration der Vergütungsschicht erhöht, konstant gehalten oder erniedrigt werden, entsprechend der für optimale Haftung der nachmals aufgebrachten Hartstoffschicht angestrebten Konzentration und der schon vorherrschenden Konzentration an der Vergütungsschicht.
Gemäß Anspruch 2 wird der Ätzprozess in einer reaktiven Gasatmosphäre durchgeführt.
Obwohl es in gewissen Fällen durchaus möglich ist, dass die Vergütungsschicht mit einem Vergütungselement vorliegt und, mittels des reaktiven Ätzprozesses, ein zweites Vergütungselement eingebracht wird, wird, dem Wortlaut von Anspruch 3 folgend, weiter bevorzugterweise der reaktive Ätzprozess in einer Gasatmosphäre durchgeführt, welche dasselbe Vergütungselement enthält, mindestens zum überwiegendem Teil, welches, gegebenenfalls mit einem oder mehreren weiteren Vergütungselementen und dem Werkstück-Grundmaterial, die Vergütungsschicht bildet.
Bevorzugterweise wird das Verfahren an gemäß Anspruch 4 vorbehandelten Werkstücken ausgeführt.
Dadurch, dass, dem Anspruch 5 folgend, zwei der drei Schritte, nämlich Vergüten, Ätzen und Hartstoffbeschichten, in situ, d.h. im gleichen Vakuumrezipienten, durchgeführt werden, ergibt sich eine wesentliche Verringerung der Produktionskosten und damit Erhöhung der Verfahrenswirtschaftlichkeit.
Der Hartstoff-Beschichtungsprozess erfolgt bevorzugterweise, und dem Wortlaut von Anspruch 6 folgend, mittels eines reaktiven plasmaunterstützten Prozesses, insbesondere mittels eines PVD-Prozesses, worunter z.B. reaktives Sputterbeschichten, reaktives Bedampfungsbeschichten – mittels reaktiven arc-Verdampfens, reaktiven Elektronenstrahlverdampfens oder reaktiven Verdampfens mittels Niederspannungs-Bogenentladung –, insbesondere aber Ionenplattieren oder Ionenstrahlsputtern verstanden sei. Grundsätzlich können aber auch andere plasmaunterstützte Beschichtungsprozesse, wie z.B. plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidungsverfahren eingesetzt werden, generell bekannt unter dem Ausdruck PECVD, oder eine andere PVD/CVD-Mischprozessform.
Die Erzeugung der Vergütungsschicht erfolgt bevorzugt, gemäß Wortlaut von Anspruch 7. Dabei kann hierzu jedes Verfahren zur Erzeugung solcher Veredelungsschichten eingesetzt werden; bevorzugt wird aber ein thermochemisches oder ein Vakuumplasmaverfahren.
Bezüglich eines Beispiels zur Erzeugung der Vergütungsschicht sei auf die CH-A-671 407 bzw. die US-A-4 762 756 verwiesen, die diesbezüglich zum integrierten Teil der vorliegenden Beschreibung erklärt werden.
Obwohl als Hartstoffschicht eine beliebige der als Verschleiß-Schutzschicht bekannten Schichten vorgesehen werden kann, so z.B. eine Chrom- und Molybdän-Disulfidschicht oder eine Diamant- oder diamantähnliche Schicht, wird vorzugsweise gemäß dem Wortlaut von Anspruch 8 vorgegangen. Dabei werden die Metalle der Gruppe IVb nach dem "CRC Handbook of Chemistry and Physics", 54. Ausgabe, Robert C. Weast, definiert. Bevorzugterweise wird mindestens eines von Ti, Zr, Hf eingesetzt.
Insbesondere wird dabei vorgeschlagen, dem Wortlaut von Anspruch 9 folgend, den Ätzprozess so durchzuführen, dass auch nach aufgebrachter Hartstoffschicht die Vergütungselementkonzentration an der Vergütungsschicht, insbesondere an deren vormaligen Oberfläche, unverändert bleibt.
Ein ganz wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, dass gemäß Anspruch 10 erkannt wurde, dass die Vergütungselementkonzentration der Vergütungsschicht dadurch so eingestellt werden kann, dass sie nach der Hartstoffbeschichtung einen vorgegebenen Wert einnimmt, wobei die Menge des während der Ätzprozessdauer verbrauchten Reaktivgases, und damit des zugeführten Reaktivgases, als Optimierungsvariable, für die Qualität der danach aufgebrachten Hartstoffschicht eingesetzt wird.
Dabei wird bevorzugterweise, dem Wortlaut von Anspruch 11 folgend, der Ätzprozess erst dann begonnen, wenn das erwähnte Reaktivgas mit einem vorgegebenen Partialdruck vorliegt, sei dies im Sinne eines minimal geforderten Partialdruckes zum Auslösen des Ätzprozesses, der dann erhöht wird, sei dies bereits als Reaktivgas-Partialdruck, welcher während des Ätzprozesses aufrechterhalten wird und/oder wenn vorzugsweise eine vorgegebene Werkstücktemperatur nicht überschritten ist.
Dem Wortlaut von Anspruch 12 folgend, eignet sich das vorgeschlagene Verfahren insbesondere für die Beschichtung formender Werkzeuge oder zerspanender Werkzeuge, dabei, dem Wortlaut von Anspruch 13 folgend, insbesondere für Stahlwerkstüke.
Die Erfindung wird anschließend anhand von Beispielen und Figuren erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch den Aufbau einer Vakuum-Behandlungskammer, worin das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, als Beispiel,
2 die Behandlungskammer nach 1, betrieben zum Vorheizen der erfindungsgemäß behandelten Werkstücke vor deren Ätzen,
3 die Anlage nach 1, betrieben zum erfindungsgemäßen, reaktiven Plasmaätzen der vergüteten Werkstückoberflächen,
4 die Anlage nach 1, betrieben zum Aufbringen der Hartstoffschicht durch Ionenplattieren, nach erfolgtem reaktivem Plasmaätzen,
5 die Anlage nach 1, betrieben zum Aufbringen der Hartstoffschicht durch innenunterstütztes Sputterbeschichten, nach erfolgtem reaktivem Plasmaätzen,
6 die Anlage nach 1 zum Aufbringen der Hartstoffschicht mittels eines Hybridprozesses aus Ionenplattieren und innenunterstütztem Sputterbeschichten.
Gemäß 1 umfasst eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise eingesetzte Anlage eine Vakuumkammer 1, woran Vakuumpumpen 3 über ein steuerbares Drosselventil 4 angeschlossen sind. An einer Drehdurchführung 6 ist eine Werkstückträgerkalotte 8 vorgesehen, welche auf steuerbare Bias-Spannung gelegt werden kann. Hinter der Werkstückträgerkalotte 8 mit den schematisch eingetragenen Werkstücken 10 sind Gaseinlässe 12 vorgesehen.
An der Kammer 1 ist weiter eine Heißkathodenkammer 14 mit Gaseinlass 16 vorgesehen. Die Heißkathodenkammer 14 kommuniziert, wie schematisch dargestellt, über eine Blendenanordnung 18 mit dem Innenraum der Kammer 1. Im weiteren umfasst die Anlage in der Kammer 1 eine Planar-Magnetron-Sputterquelle 20 sowie eine Elektronenstrahl-Verdampfereinheit 22 und eine Hilfsanode 24.
Eine Anlage dieser Konfiguration ist bekannt und wird von der Anmelderin unter der Typenbezeichnung BAI640R eingesetzt und vertrieben.
Die Pumpleistung der Öldiffusionspumpe und Wälzkolbenpumpe beträgt ca. 800 Liter in der Sekunde.
Es wurden Proben aus Z38CDV-5- und 35NCD16-Stählen mit verschiedenen thermochemischen Vorbehandlungen unterschiedlich nitriert. Dies, um unterschiedliche Vergütungsschichten als variierende Anfangsbedingungen für das erfindungsgemäße Vorgehen zu schaffen. Es wurden somit sowohl die Parameter der Vergütungsschicht wie auch, danach, der Hartstoffbeschichtung nach dem Ätzschritt systematisch variiert. Dem Ätzschritt wurde ein Heizschritt vorgelagert, was aber nicht zwingend ist.
Überraschenderweise zeigte sich, dass für einen weiteren Bereich von Parametern der Vergütungsschicht (Nitride, Boride etc.) und damit z.B. der thermochemischen Vorbehandlung sowie des folgenden Heizschrittes und dabei insbesondere der Werkstücktemperatur sowie des Hartstoff-Beschichtungsverfahrens, dabei auch des aufgebrachten Hartstoff-Schichtwerkstoffes, die Hartstoffbeschichtung nur dann ein vollständig befriedigendes Resultat ergab, wenn die Menge des während des reaktiven Ätzschrittes verbrauchten und damit des der Vakuumkammer zugeführten Reaktivgases innerhalb eines vorgegebenen engen Bereiches lag, abgestimmt auf die Art der Vergütungsschicht (Nitrid, Bond etc.), die Stahlsorte, aber – wie erwähnt – unabhängig von der Art der folgenden Hartstoffbeschichtung (Nitrid, Karbonitrid etc.).
Daraus wurde erkannt, dass durch gezielte Einstellung der Konzentration an Vergütungselement in der Vergütungsschicht, trotz der nachmaligen Hartstoffbeschichtung, optimale Verhältnisse eingestellt werden können, vorzugsweise das Entstehen einer an Vergütungselement verarmten Zwischenschicht vermieden werden kann.
Beispiel
I. Oberflächen-Vorbehandlung als Anfangsbedingung
Erzeugung der Vergütungsschicht

a) Ein erster Satz von Proben und Werkzeugen aus Stahl 35NCD16 wurde zuerst in einer bekannten Trioden-Plasma-Nitrierkammer nitriert. Es resultierte an der Oberfläche nur eine Diffusionsschicht. Folgende Bedingungen wurden eingestellt:

Tabelle 1

Werkstück-Temperatur	570°C
Gasgemisch	Wasserstoff mit 3 % Stickstoff
Druck	266 Pa
Behandlungszeit	4 Stunden
totale Werkstückoberfläche	200 cm²
Entladespannung	700V
Entladestrom	0.65 A

Unter diesen Bedingungen ergaben sich eine Nitriertiefe von 125 μm und eine Oberfläche der Härte 530 HV_0,1 bei einer Tiefe von 25 μm.

b) Ein zweiter Satz von Proben und Werkzeugen wurde in der erwähnten Trioden-Nitrieranlage so behandelt, dass sich eine Schicht aus γ'/Fe₄N über der Diffusionsschicht bildete. Die Bedingungen dafür waren folgende:

Werkstück-Temperatur	550°C
Gasgemisch	Wasserstoff mit 8 % Stickstoff
Druck	266 Pa
Behandlungszeit	4 Stunden
totale Werkstückoberfläche	200 cm²
Stickstofffluss	26 Norm-cm³/min
Entladespannung	650V
Entladestrom	0.65 A

Unter diesen Bedingungen ergab sich eine Nitriertiefe von 170 μm mit einer Härte von 600 HV₀ _, ₁ bei einer Tiefe von 25 μm.
Für Werkzeuge aus Z38CDV5 (DIN 1,2343) führten dieselben Bedingungen bei einer Behandlungszeit von 16 Stunden zu einer Nitriertiefe von 150 μm bei einer Harte von 1200 HV₀ _, ₁ bei 25 μm Tiefe.

c) Ein dritter Satz von Proben und Werkzeugen wurde in derselben Trioden-Nitrieranlage so behandelt, dass sich auf ihrer Oberfläche eine Schicht aus ε-Fe_2- ₃(CN) über der Diffusionsschicht abschied. Die Bedingungen hierfür waren:

Werkstück-Temperatur	550°C
Druck	266 Pa
Wasserstofffluss	46.6 Norm-cm³/min
Stickstofffluss	267 Norm-cm³/min
Methanfluss	10 Norm-cm³/min
Behandlungszeit	4 Stunden
totale Werkstückoberfläche	200 cm²
Entladespannung	500 V
Entladestrom	0.7 A

Die Nitriertiefe wurde 170 μm, die Härte betrug 700 HV₀ _, ₁ bei 25 μm Tiefe.
Für Werkzeuge aus Z38CDV5 (DIN 1,2343) ergaben diese Bedingungen bei einer Behandlungszeit von 16 Stunden eine Nitriertiefe von 150 μm und eine Härte von 1300 HV₀ _, ₁ bei 25 μm.
II. Erfindungsgemäße Behandlung der vergüteten Oberfläche
a) Heizen
Die unterschiedlich vergüteten Proben und Werkzeuge wurden erst in einem Neutralplasma an der Anlage gemäß 2 auf 470°C erwärmt. Hierzu kann, als Beispiel, vorgegangen werden gemäß der US-A-4 555 611 oder der DE-34 06 953 A1 , welche bezüglich Heizens zum integrierten Bestandteil der vorliegenden Beschreibung erklärt werden.
b) Ätzen
In der folgenden Tabelle sind die Ätzparameter für Versuche 1 bis 6 zusammengestellt, die an allen unterschiedlich vergüte ten und geheizten Proben und Werkzeugen durchgeführt wurden. Der Betrieb der Anlage nach 1 zum Ätzen ist in 3 dargestellt.
Daraus ist deutlich erkennbar, dass bei allen vornitrierten Werkstücken, also in weiten Grenzen unabhängig von der vorgebildeten Vergütungsschicht, dann eine perfekt haftende, saumfreie, glatte Hartschicht erzeugt werden konnte, wenn während der Ätzprozessdauer 5 Norm-cm³/min-Stickstoff bei einem Stickstoff-Partialdruck von 0.02 Pa der Kammer zugeführt wurde. Daraus ist weiter ersichtlich, dass grundsätzlich der Parameter "während der Ätzprozessdauer verbrauchte und damit eingelassene Reaktivgasmenge" eine Optimierungsvariable des Ätzprozesses für die Haftung der nachmals aufgebrachten Hartschicht bildet. Dabei spielt der während des Ätzprozesses erfolgende Reaktivgasverzehr für die optimale Reaktivgas-Zuführ-Mengeneinstellung eine wesentliche Rolle. Diese ist im wesentlichen von der Größe der gleichzeitig geätzten Werkstückoberfläche abhängig.

Gemäß folgender Tabelle ergab sich für eine Totaloberfläche von 0.15 m² eine optimale Stickstoffmenge von 5 Norm-cm³/min. Für eine Totalfläche von 1 m² ergibt sich eine optimale Menge bei 25 Norm-cm³/min. Tabelle 4

Parameter	Versuch 1	Versuch 2	Versuch 3	Versuch 4	Versuch 5	Versuch 6
Argondruck	0.12 Pa
Stickstoffpartialdruck	-	- 004 Pa	0.02 Pa	0.02 Pa	.032 Pa	0.04 Pa
Stickstofffluss: Norm cm³/min	-	1	5	5	8	10
Werkstückoberfläche	.15 m²
Bogenstrom	160 A
Werkstückspannung	- 200 V
Werkstückstrom	1.5 A
Werkstücktemperatur	400 °C
Dauer: min	10	10	10	15	10	10
Resultat	Bildung eines schwarzen Saums unter der Titan-Nitridschicht		Perfekt haftende, saumfreie, glatte Schicht	Kein Saum, aber die Schichtist rauh und porös, pulvrig
Einsatzverhalten der beschichteten Werkzeuge	schlecht		ausgezeichnet	schlecht

Wesentlich am Ätzen, welches durch negatives Spannen der Werkstücke gegenüber Plasmapotential ausgelöst wird, ist, dass bereits bei Beginn des Ätzens mindestens ein minimaler Partialdruck des eingesetzten Reaktivgases eingestellt ist. Bevorzugterweise wird der erwähnte Partialdruck von beispielsweise 0.02 Pa für den in der Tabelle 4 definierten Ätzprozess mit Stickstoff bereits kurz vor Einsetzen des Ätzens eingestellt, d.h. bevor die Werkstücke auf negatives DC-Potential gelegt werden. Das Ätzverfahren kann sowohl als DC- wie auch als AC-Verfahren durchgeführt werden oder als Mischform mit Hilfe eines gemischten AC-/DC-Plasmas. Gemäß 3 wurde hier ein DC-Plasmaätzen eingesetzt.
c) Hartstoffbeschichten, Resultate
Nach dem Ätzen wurden die Proben und Werkzeuge teils durch Ionenplattieren – Betrieb der Anlage nach 4 –, teils durch innenunterstütztes Sputterbeschichten – Betrieb der Anlage nach 5 –, teils durch einen Hybridprozess – Betrieb der Anlage nach 6 – hartstoffbeschichtet. Beim Vorgehen gemäß den 4 und 5 wurden die Substrate (Proben und Werkzeuge) mit einer 4,5 μm dicken TiN-Hartstoffschicht beschichtet.
Die so beschichteten Formwerkzeuge zeigen unter Betriebsbedingungen eine wesentliche Standzeiterhöhung, und zwar sowohl gegenüber unbehandelten Formwerkzeugen wie auch gegenüber unbeschichteten, nur vorbehandelten, wie auch gegenüber mit der 4,5 μm starken Titan-Nitridschicht direkt beschichteten, nicht vorbehandelten Werkzeugen. Ebenso waren die Standzeiten für Werkzeuge, geätzt nach den Versuchen 1, 2, 4 bis 6 gemäß der Tabelle 4, wesentlich geringer als die Standzeiten der gemäß Versuch 3 geätzten Werkzeuge.
Weitere Versuche mit anderen Stählen und anderen Nitrierverfahren ergaben, dass die Abscheidung einer gut haftenden Hartstoffschicht mit guter Struktur immer dann erreicht wird, wenn die thermochemischen Bedingungen während der Ätzphase die Bildung einer Zwischenschicht an der Diffusionsschicht verhindern, welche einen Mangel am Vergütungselement aufzeigt, an der betrachteten Stahlsorte. Das Erzielen einer von einer an Vergütungselement verarmten Zwischenschicht freien Diffusionsschicht wird erfindungsgemäß, wie erwähnt wurde, durch die entsprechende Auslegung der thermochemischen Bedingungen während der Ätzphase realisiert, dabei insbesondere durch gezielte Einstellung der während der Ätzprozessdauer zugeführten und damit der verbrauchten Reaktivgasmenge.
Auch für andere Oberflächen-Vergütungsprozesse als Nitrieren, nämlich z.B. für Borieren, Karburieren oder Nitrokarburieren, Karbonitrieren, Oxinitrieren, Oxikarbonitrieren, Oxinitrokarburieren, wurde erkannt, dass die erfindungsgemäß genutzte Gesetzmäßigkeit Gültigkeit hat. In weiteren Versuchen wurden anschließend an das erwähnte Plasmaätzen auch – mit Betrieb der Anlage z.B. gemäß 6 – andere Hartstoffschichten, wie Chrom- und Molybdän-Disulfidschichten, auf den vornitrierten Stahl aufgebracht. Auch hier wurde ein wesentlich verbessertes Standzeitverhalten erzielt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung erhöhter Verschleißfestigkeit auf Werkstückoberflächen, bei dem auf eine durch Vorbehandlung der Werkstückoberfläche erzeugte Vergütungsschicht eine Hartstoffschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Hartstoffschicht die Oberfläche der Vergütungsschicht einem Vakuumplasma-Ätzprozeß unterzogen wird, der so ausgeführt wird, dass nach dem Aufbringen der Hartstoffschicht die Vergütungsschicht mindestens eines der Vergütungselemente C, N, B, O, S oder Si in einer Konzentration aufweist, die eine vorgegebene Mindestkonzentration nicht unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Plasmaätzprozess in einer reaktiven Gasatmosphäre erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Gasatmosphäre ein Reaktivgas enthält, in welchem das gleiche Vergütungselement enthalten ist, wie es in der Vergütungsschicht zusammen mit dem Werkstück-Grundwerkstoff vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergütungsschicht durch ein thermochemisches oder Vakuumplasmaverfahren erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der drei Schritte Vergüten, Ätzen, Hartstoffbeschichten in situ vorgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoff-Beschichtungsprozess mittels eines reaktiven plasmaunterstützten Verfahrens insbesondere eine PVD-Verfahrens, realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Vergütungsschicht Borieren, Karburieren, Nitrokarburieren, Karbonitrieren, Oxinitrieren, Oxikarbonitrieren, Oxinitrokarburieren, vorzugsweise Nitrieren, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartstoffschicht ein Bond, Nitrid, Karbid, Karbonitrid, Nitrokarbid, Oxinitrid, Oxikarbonitrid, Oxinitrokarbid eines Metalles, vorzugsweise der Gruppe Ivb, oder einer Legierung mit mindestens einem dieser Metalle, aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ätzprozess so ausgeführt wird, dass die Konzentration der Vergütungselemente in der Vergütungsschicht an deren Oberfläche, nach Aufbringen der Hartstoffschicht, im wesentlichen unverändert bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des während der Ätzprozessdauer verbrauchten Reaktivgases als Optimierungsvariable für die Qualität der nachmals aufgebrachten Hartstoffschicht eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ätzprozess erst dann begonnen wird, wenn ein vorgegebener Reaktivgas-Partialdruck erreicht ist und eine vorgegebene Werkstücktemperatur nicht überschritten ist.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von verschleißfesten Beschichtungen auf formenden Werkzeugen oder zerspannenden Werkzeugen.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von verschleißfesten Beschichtungen auf Werkstücken, deren Grundwerkstoff Stahl ist.