專利名稱：涂覆的馬氏體鋼制品和形成涂覆的鋼制品的方法
涂覆的馬氏體鋼制品和形成涂覆的鋼制品的方法本發(fā)明涉及具有通過PVD(物理氣相沉積)方法、通過CVD(化學(xué)氣相沉積)方法或通過PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法應(yīng)用的具有高硬度和高耐磨性的至少一個(gè)層的涂覆的鋼制品。這樣的涂覆的鋼制品是熟知的且經(jīng)常設(shè)置有硬表面層或?qū)酉到y(tǒng)，使得它們可以用于在使用中經(jīng)受高的摩擦機(jī)械載荷(tribomechanical load)的精密部件。經(jīng)常需要這樣的涂層具有低摩擦系數(shù)以利于部件在配偶體部件上的相對(duì)滑動(dòng)。存在其中涂覆的鋼制品需要具有良好的耐腐蝕性的許多應(yīng)用。這對(duì)于使用鋼制品的情況尤其如此，因?yàn)樵S多鋼且尤其是馬氏體等級(jí)的鋼容易生銹。銹形成不僅可以導(dǎo)致涂層的剝離或剝落，而且導(dǎo)致具有災(zāi)難性結(jié)果的涂層元件的分離，因?yàn)橛餐繉訉⒆鳛槟チ掀鹱饔谩Ｈ欢g決不限于生銹。汽車應(yīng)用中的部件可以遇到存在于油和燃料中以燃燒產(chǎn)物形式的腐蝕性酸性組分。許多精密部件在其中將預(yù)期鹽腐蝕的海洋環(huán)境中運(yùn)行。許多其他精密部件需要腐蝕保護(hù)。這樣的產(chǎn)品包括在需要針對(duì)體液的腐蝕保護(hù)的醫(yī)療應(yīng)用中使用的物品和植入物。另一個(gè)實(shí)例是需要用也可以導(dǎo)致不同形式的腐蝕的侵蝕性介質(zhì)來清潔的食品工業(yè)中使用的產(chǎn)品。在醫(yī)療植入物中，通過在體液和植入物之間的接觸發(fā)生腐蝕。許多通過PVD(物理氣相沉積)方法、通過CVD(化學(xué)氣相沉積)方法或通過PECVD(等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法應(yīng)用的具有高硬度和高耐磨性的涂層可以具有缺陷、裂紋或柱狀結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致從PVD/CVD/PECVD層的自由表面延伸至襯底的顯微鏡下的小的路徑，使得即使PVD/CVD/PECVD涂層材料本身不腐蝕，而是在某種程度上保護(hù)基底材料，即鋼制品，免于腐蝕，然而腐蝕性物質(zhì)可以通過這些小的路徑到達(dá)基底材料，導(dǎo)致不希望的腐蝕。本發(fā)明的主要目的是為具有通過PVD、CVD或PECVD方法應(yīng)用的高硬度和高耐磨性的摩擦涂層的鋼制品提供增強(qiáng)的腐蝕保護(hù)。此外，甚至在涂覆的制品表面已經(jīng)在某種程度上磨損之后，也應(yīng)保留所述增強(qiáng)的腐蝕保護(hù)。此外，所述增強(qiáng)的腐蝕保護(hù)應(yīng)是以成本有效的方式可獲得的，使得腐蝕保護(hù)的增加和所得到的延長的工作壽命超過任何增加的制造成本。為了滿足這些目的，提供了涂覆的鋼制品，該涂覆的鋼制品具有通過PVD (物理氣相沉積)方法、通過CVD (化學(xué)氣相沉積)方法或通過PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法(但排除ALD方法或等離子體增強(qiáng)的ALD方法)應(yīng)用在所述制品的至少一個(gè)表面區(qū)域上的具有高硬度和高耐磨性的至少一個(gè)層，和至少一個(gè)ALD層，所述至少一個(gè)ALD層包括通過ALD (原子層沉積)方法沉積在具有高硬度和高耐磨性的所述至少一個(gè)層上的至少一個(gè)材料層，其中制成所述制品的鋼是馬氏體等級(jí)的鋼，其中通過PVD(物理氣相沉積)方法、通過CVD (化學(xué)氣相沉積)方法或通過PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法(但排除ALD方法或等離子體增強(qiáng)的ALD方法)應(yīng)用的具有高硬度和高耐磨性的所述至少一個(gè)層是DLC層、金屬-DLC層或CrAlN層，且具有在0.5微米至4微米范圍內(nèi)的厚度和在15GPa至IOOGPa范圍內(nèi)，優(yōu)選地在20GPa至90GPa范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在40GPa至80GPa范圍內(nèi)且尤其在50至70Gpa范圍內(nèi)的 硬度，且其中所述ALD層選自包括以下的組:Al203、Si02、Ti02、Ta205、HfO2、前述中的任何的混合層和前述中的兩種或更多種的多層結(jié)構(gòu)，所述ALD層優(yōu)選地具有在Inm至IOOnm范圍內(nèi)，尤其在IOnm至40nm范圍內(nèi)和特別地在20nm至30nm范圍內(nèi)的厚度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該種類的涂層是特別有益的。通過ALD方法或更準(zhǔn)確地通過單個(gè)ALD單層的重復(fù)沉積而沉積的層，不僅覆蓋通過PVD、CVD或PECVD應(yīng)用的所述至少一個(gè)層的自由表面，而且延伸入該層的任何缺陷或裂紋或柱狀晶粒邊界中，且實(shí)際上即使是當(dāng)在柱狀結(jié)構(gòu)的單個(gè)柱之間的缺陷、裂紋或間隙是極小的，具有幾nm或在Inm下的尺寸時(shí)。雖然已知ALD涂層在它們形成遵循它們被應(yīng)用于的表面的精確形狀的均一厚度的涂層的意義上說是共形的，但完全令人驚訝的是，ALD涂層可以深深地滲入這樣小的缺陷、裂紋或間隙或其他空隙空間中。在這種情況下，隨著ALD涂層被一層一層地沉積，ALD涂層的厚度在這樣小的缺陷、裂紋或間隙內(nèi)逐漸增加并有效地密封它們且因此密封前述路徑，抵抗腐蝕性物質(zhì)的進(jìn)入。腐蝕性物質(zhì)可以因此不再到達(dá)基底材料，即，制成制品的鋼。因此，ALD涂層防止基底材料的腐蝕。ALD層可以是極其薄的且因此對(duì)于沉積來說是相對(duì)低成本的(因?yàn)锳LD單層的總數(shù)量和因此需要被重復(fù)的ALD方法的次數(shù)是小的)。不需要ALD涂層完全地填充ALD涂層的所述缺陷、裂紋或間 隙，以堵塞前述路徑和因此防止腐蝕性介質(zhì)到達(dá)襯底，即，ALD涂層是完全有效的，即使當(dāng)路徑不被ALD層完全地填充時(shí)。此外，即使當(dāng)ALD層磨損掉并暴露所述至少一個(gè)PVD、CVD或PECVD層的自由表面時(shí)，其仍存在于由該層中的孔、缺陷、裂紋和空隙間隙形成的所述路徑中且因此仍實(shí)現(xiàn)其密封任務(wù)。特別的益處是將所述方法應(yīng)用到馬氏體等級(jí)的鋼。馬氏體不會(huì)明確地作為鋼的平衡相天然地存在，而是在合適的具有奧氏體相的鋼中通過加熱、淬火和隨后的熱處理形成的非平衡相。在摩擦應(yīng)用中，需要這樣的熱處理來獲得足夠硬度的部件和支撐更硬和耐磨的摩擦PVD、CVD或PECVD涂層。特別有益的是可以在熱處理之前、之后或?qū)嶋H上在熱處理期間，例如在淬火之后但在最終的熱處理例如回火之前提供涂層，而不破壞總涂層的高硬度、高耐磨性和耐腐蝕性。 對(duì)于本發(fā)明，馬氏體等級(jí)的鋼優(yōu)選地是軸承鋼和可冷加工的鋼中的至少一種。其可以是例如 100Cr6、100CrMn6、16MnCr5、C80 或X30CrMoN151 或Din:1.4108 或SAE:AMS5898中的一種。在一些情況下，可以是有利的是，在沉積ALD層之前，通過PVD將Al2O3JiO2或SiO2的另外的層沉積在通過PVD (物理氣相沉積)方法、通過CVD (化學(xué)氣相沉積)方法或通過PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法(但排除ALD方法或等離子體增強(qiáng)的ALD方法)應(yīng)用的具有高硬度和高耐磨性的至少一個(gè)層上。該技術(shù)使得減小ALD層的厚度同時(shí)仍保留其良好的密封效果成為可能。這種另外的PVD層能夠封閉缺陷裂紋、間隙等中的一些，并利于ALD層的均一沉積，特別是當(dāng)所述另外的PVD層的材料對(duì)應(yīng)于隨后的ALD層的材料時(shí)。所述另外的PVD層的沉積可以在用于所述至少一個(gè)PVD/CVD/PECVD層的沉積的相同的室中容易地和相對(duì)低成本地實(shí)現(xiàn)。取決于該層的組成，可能需要在真空室中提供一個(gè)或多個(gè)另外的目標(biāo)，但這是不重要的問題。減小ALD層的厚度，即，需要被重復(fù)的ALD涂覆方法的次數(shù)的能力表示顯著的成本節(jié)約并顯著改進(jìn)涂層的密封。當(dāng)ALD層的組成對(duì)應(yīng)于通過PVD沉積的另外的層的組成時(shí)，是特別有益的。
通過PVD沉積的另外的層優(yōu)選地具有在0.5至2微米范圍內(nèi)的厚度。特別有益的是，當(dāng)所述另外的PVD層通過磁控管濺射、反應(yīng)性磁控管濺射或通過雙磁控管濺射來沉積時(shí)，前述中的任何使用或沒有使用等離子體增強(qiáng)來執(zhí)行。磁控管濺射的使用確保獲得非常光滑的涂層。本發(fā)明可以應(yīng)用于的制品可以是以下中的任一種(不是限制):用于工業(yè)、汽車、航海和航天應(yīng)用的精密部件，即軸承部件例如軸承座圈、軸承襯墊、軸承塞(bearingspigot)和滾動(dòng)元件，氣閥傳動(dòng)部件例如凸輪凸角、隨動(dòng)桿凸輪隨動(dòng)件、液壓閥門升降桿、樞軸、氣閥搖臂、燃油泵柱塞、燃油泵活塞、液壓泵的閥座、閥槽、柱塞、活塞、液壓夯錘和氣壓夯錘、液壓缸和氣壓缸?，F(xiàn)在將參考附圖來更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明，附圖中顯示了:

圖1用于沉積DLC涂層的陰極濺射裝置的示意圖；圖2通過圖1的裝置的真空室的修改形式的橫截面圖；圖3A-3C用于ALD層的沉積的實(shí)例的三個(gè)順序步驟；圖4A根據(jù)本發(fā)明的第一復(fù)合涂層；圖4B圖4A的復(fù)合涂層的截面的放大圖；圖4C表面已經(jīng)磨損后的圖4A和圖4B的涂層的放大圖；圖4D類似于圖4B但具有更薄的ALD密封層的放大圖；圖4E表面已經(jīng)磨損后的圖4D的涂層的放大·
圖5用于沉積ALD涂層的室；以及圖6A-6F用于本發(fā)明的實(shí)施方式的涂覆系統(tǒng)的實(shí)例。在所有的圖中，相同的參考數(shù)字被用于相同的部件或特征，或用于具有相同功能的部件，且對(duì)于任意特定部件而提供的說明將不必重復(fù)，除非存在一些重要的區(qū)別。因此，曾經(jīng)對(duì)于特定部件或特征而提供的說明將應(yīng)用到被給出相同的參考數(shù)字的任意其它部件上。作為DLC涂層(類金剛石碳(Diamond Like Carbon)涂層)的介紹，可以參考于2009 年 9 月出版在第 4 版的 World Tribology Congress,Kyoto 中，標(biāo)題為“Diamond-likeCarbon Coatings for tribological applications onAutomotive Components，， 的R.Tietema、D.Doerwald、R.Jacobs和T.Krug的文章。該文章討論了始于20世紀(jì)90年代的類金剛石碳涂層的生產(chǎn)。如文章所描述的，第一類金剛石碳涂層(DLC-涂層)被引入市場(chǎng)，用于汽車部件。這些涂層使得HP柴油注射技術(shù)得到發(fā)展。德國標(biāo)準(zhǔn)VDI 2840 ( “Carbon films:Basic knowledge, film typesandproperties”)提供多種碳膜的明確的概述,碳膜均被表示為金剛石或類金剛石涂層。用于摩擦應(yīng)用的重要涂層是不含氫的四角形“ta-C”涂層且具有結(jié)合的氫的這種類型的另外的涂層被稱為ta_C:H涂層。用于摩擦應(yīng)用的又一重要涂層是具有或不具有結(jié)合的氫的無定形碳涂層，其分別被稱作a-C涂層和a_C:H涂層。而且，頻繁使用a-C:H:Me涂層，a-C:H:Me涂層包含金屬碳化物材料比如碳化鎢?？梢酝ㄟ^CVD且尤其是通過等離子體增強(qiáng)的CVD方法和通過PVD方法，以已知的方式沉積a-C:H涂層。PVD方法還被用于沉積物和a-C:H:Me涂層中。這些方法本身是眾所周知的，如由上面所提及的文章所顯示的，且在此將不對(duì)它們做另外的描述。
目前為止，使用電弧方法來制造ta-C涂層。認(rèn)為在20GPa_90GPa尤其是30GPa-80GPa范圍內(nèi)的硬度是有用的(金剛石具有IOOGpa的硬度)。然而，由于電弧方法導(dǎo)致了大粒子的產(chǎn)生，因此涂層是非常粗糙的。由于大粒子，表面具有粗糙的點(diǎn)。因此，盡管可以得到低摩擦，但在摩擦系統(tǒng)中，由于由大粒子所造成的表面粗糙度，配對(duì)物(counter-part)的磨損率是相對(duì)高的。首先參考圖1，顯示用于涂覆多個(gè)襯底或工件12的真空涂覆裝置10。裝置包括金屬的真空室14，其在這個(gè)實(shí)例中具有至少一個(gè)，優(yōu)選地兩個(gè)或更多個(gè)磁控管陰極16，磁控管陰極16各自設(shè)置有大功率脈沖電源18 (這里僅顯示其中的一個(gè))，用于產(chǎn)生存在于室14的氣相中的材料的離子，即惰性氣體離子和/或由其形成相應(yīng)的陰極的材料的離子的目的。陰極16中的兩個(gè)優(yōu)選地被相對(duì)地放置，用于雙磁控管濺射模式的操作。對(duì)于通過磁控管濺射沉積Al2O3涂層，這可以是有利的，如稍后將更加詳細(xì)地描述的。工件12被安裝在以桌子20的形式的支撐裝置上的支持裝置上，支撐裝置借助于電動(dòng)機(jī)24以箭頭22的方向旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)連接到桌子20的軸26。軸26以本身眾所周知的密封且隔離的方式通過室14的底部處的引出部(lead-through)28。這允許偏置電源32的一個(gè)端子30經(jīng)由導(dǎo)線27連接到工件支撐桌子20上且因此連接到工件上。這里用偏置電源的縮寫字母BPS顯示了這種襯底偏置電源32。BPS優(yōu)選地安裝有HIPMS-偏置容量，如作為W02007/115819公布的EP申請(qǐng)07724122.2所描述的，尤其是關(guān)于該文件的圖1-圖3的實(shí)施方式所描述的。盡管對(duì)于桌子20，這里僅顯示了單一旋轉(zhuǎn)，但用于工件12的支持裝置的樹狀物29還可以關(guān)于它們自己的縱軸旋轉(zhuǎn)(雙重旋轉(zhuǎn))，且如果期望，如果支持裝置被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)，工件可以關(guān)于它們自己的軸旋轉(zhuǎn)( 三重旋轉(zhuǎn))。也可以通過脈沖偏置或RF-偏置進(jìn)行偏置?？梢允姑}沖偏置與HIPIMS-陰極脈沖同步(也在W02007/115819中描述的)。用結(jié)合W02007/115819的圖1-圖3所描述的HIPMS-DC偏置，可以得到良好的結(jié)果。在這個(gè)實(shí)施方式中，真空室14的金屬殼體與地連接。同樣地，高脈沖陰極電源18的正極端子與殼體14連接，且因此與地36及偏置電源32的正極端子連接。提供另外的電壓供應(yīng)17，用于在裝置以等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積模式(PECVD)操作時(shí)使用，且將在稍后更加詳細(xì)地解釋。其可以經(jīng)由開關(guān)19連接到旋轉(zhuǎn)桌子20，而不是偏置電源32。電壓供應(yīng)17適合于將在高達(dá)9，000伏特，通常500-2，500伏特之間的范圍內(nèi)的周期變化的中頻電壓，和以20-250kHz之間的范圍內(nèi)的頻率應(yīng)用到安裝在桌子20上的工件12。連接短截線40 (connection stub)被設(shè)置在真空室14的頂部(但也可以位于其它位置)，且可以經(jīng)由閥42和另外的導(dǎo)管44連接到真空系統(tǒng)，用于排空處理室14的目的。在實(shí)踐中，這個(gè)連接短截線40比所顯示的大,其形成與抽氣站(pumping stand)的連接,抽氣站適合于在室中產(chǎn)生高真空且用法蘭連接在導(dǎo)管44上或直接連接在室14上。未顯示真空系統(tǒng)或抽氣站，但它們是本領(lǐng)域眾所周知的。同樣地，起到將惰性氣體尤其是氬氣供給到真空室14的作用的線路50經(jīng)由閥48和另外的連接短截線46連接到真空室14的頂部。為了供應(yīng)其它工藝氣體比如乙炔、氧氣或氮?dú)?，可以使用額外的氣體供應(yīng)系統(tǒng)43、45、47。通常所描述的類型的真空涂覆裝置是現(xiàn)有技術(shù)已知的，且經(jīng)常安裝有兩個(gè)或更多個(gè)陰極16。例如,可從Hau-zer Techno Coating BV公司購得真空涂覆裝置,其中室具有通常為正方形形狀的橫截面和在四個(gè)側(cè)面中每一個(gè)上的一個(gè)陰極。這種設(shè)計(jì)具有被設(shè)計(jì)為允許進(jìn)入室14的門的一個(gè)側(cè)面。在另外的設(shè)計(jì)中，室的橫截面約為八邊形，具有兩個(gè)門，每一個(gè)門形成室的三個(gè)側(cè)面。每一個(gè)門可以攜帶多達(dá)3個(gè)磁控管和相關(guān)的陰極16。典型的真空涂覆裝置包括多個(gè)另外的裝置，另外的裝置在本申請(qǐng)的示意圖中未顯示。這樣的另外的裝置包括物品，比如以不同設(shè)計(jì)的暗區(qū)屏蔽罩(dark spaceshield)、用于襯底的預(yù)熱的加熱器和有時(shí)的電子束源或等離子體源。用于等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積模式的離子源通過參考數(shù)字21顯示在圖1中，且通常被定位在真空室的中心縱軸上。其可以是連接到其自己的電源的電阻加熱絲或任意其它已知設(shè)計(jì)的離子源。離子源21被連接到直流電壓供應(yīng)(未顯示)的負(fù)輸出上。在PECVD涂覆方法期間，直流電壓供應(yīng)的陽極可以通過開關(guān)應(yīng)用到桌子20，且因此應(yīng)用到支持裝置和工件12上。圖1的真空室還分別在室的頂部和底部處安裝有兩個(gè)線圈23和25。這些可以連接到DC電源上或連接到相應(yīng)的DC電源上，它們作為赫姆霍茲(Helmholz)線圈操作且增強(qiáng)沿著室的軸線的磁場(chǎng)。在相同意義上，電流流過線圈23和25中的每一個(gè)。已知的是，等離子體強(qiáng)度和在工件12上流動(dòng)的電流與在線圈23和25中流動(dòng)的電流成正比，且因此與由此產(chǎn)生的磁場(chǎng)成正比。還可能的是，除了磁控管陰極外，在相同的室中設(shè)置電弧陰極和相應(yīng)的電弧電源。涂覆裝置的各個(gè)物品優(yōu)選地都連接到基于計(jì)算機(jī)的方法控制器。這使得協(xié)調(diào)真空涂覆裝置的所有基本功能(抽真空系統(tǒng)、真空水平(真空室中的壓力)、電源、開關(guān)、工藝氣體供應(yīng)和氣流控制、線圈23和25中的電流、任意可變地定位的磁鐵的位置、安全性控制等)成為可能。還使得允許所有相關(guān)的可變參數(shù)的特定值在任意點(diǎn)下及時(shí)靈活地匹配涂層或方法要求，和生產(chǎn)匹配特定的可重復(fù)配方的涂層成為可能。在使用裝置時(shí)，首先通過抽真空系統(tǒng)經(jīng)由導(dǎo)管44、閥42和短截線40從真空室14中抽出空氣，且經(jīng)由線 路50、閥48和連接短截線46供應(yīng)氬氣。在抽空的過程中，預(yù)熱室和工件，以驅(qū)逐出粘附到工件或室的壁的任意揮發(fā)性氣體或化合物。供給到室的惰性氣體(氬氣)總是例如通過宇宙輻射被離子化到初始程度，且分裂成離子和電子。通過在工件上產(chǎn)生足夠高的負(fù)偏置電壓，可以在工件上產(chǎn)生輝光放電。氬離子被吸引到工件上且在那里與工件的材料碰撞，從而蝕刻工件?？蛇x擇地，Ar離子可以通過等離子體源產(chǎn)生。所產(chǎn)生的離子通過負(fù)襯底偏置電壓被吸引到工件12且蝕刻工件12。一旦蝕刻處理已經(jīng)進(jìn)行，就可以開啟涂覆模式。對(duì)于濺射放電，沉積期間，陰極將被活化。Ar離子與目標(biāo)碰撞且從目標(biāo)中敲出原子。由于濺射，電子從目標(biāo)中被逐出且通過暗區(qū)電壓梯度被加速。用它們的能量，它們可以與Ar原子碰撞，其中將放出次級(jí)電子且有助于維持放電。陰極中的每一個(gè)被設(shè)置有磁鐵系統(tǒng)(未顯示在圖1中)，磁鐵系統(tǒng)本身是眾所周知的且通常產(chǎn)生以延伸遍及相關(guān)陰極的表面的閉環(huán)的形式的磁性隧道。作為閉環(huán)形成的這個(gè)隧道迫使電子圍繞環(huán)移動(dòng)且與氬原子碰撞，造成真空室14的氣體氛圍中的進(jìn)一步離子化。這又造成來自相關(guān)陰極的材料在室中的進(jìn)一步離子化及另外的氬離子的產(chǎn)生。沉積的過程中，這些離子可以通過例如10V-1200V的應(yīng)用負(fù)偏置電壓被吸引到襯底上，且用適當(dāng)?shù)哪芰壳脫艄ぜ谋砻?，以控制涂層性能。在HIPMS放電的情況下，不同的放電模式是有效的。離子數(shù)量顯著增加且因此從目標(biāo)中敲出的目標(biāo)材料顆粒將被離子化。對(duì)于正常的濺射放電，情況不是這樣的。因此，存在于室中的氣體也將被高度離子化。當(dāng)應(yīng)用摻雜劑時(shí)，這是特別有益的。供應(yīng)到一個(gè)或多個(gè)陰極的功率引起陰極材料的離子的流出，以移動(dòng)到由工件12占據(jù)的空間中，且用相應(yīng)的陰極材料涂敷它們。涂層的結(jié)構(gòu)受到應(yīng)用的負(fù)偏置電壓影響，負(fù)偏置電壓影響離子朝著工件的移動(dòng)。已知以各種形式的濺射方法。存在用陰極處的恒定電壓和工件處的恒定負(fù)壓來操作的那些方法，且這被稱為DC磁控管濺射。同樣地，脈沖DC濺射是已知的，其中至少一個(gè)陰極以脈沖模式來操作，即脈沖功率通過脈沖電源應(yīng)用到陰極上。特定形式的脈沖放電是HIPIMS放電。在HIPIMS模式中，在功率脈沖期間被供給到每一個(gè)陰極的功率可以比DC濺射模式的功率高得多，因?yàn)槊恳粋€(gè)脈沖之間存在相當(dāng)大的間隔。然而，平均功率保持與用于DC濺射的平均功率相同。對(duì)功率的限制性約束為在這個(gè)陰極過熱之前可以在陰極處消散的熱量。HIPMS的使用導(dǎo)致真空室中的更高的離子化和改進(jìn)的涂層。例如，在眾所周知的HIPIMS濺射(大功率脈沖磁控管濺射)中，每一個(gè)功率脈沖可以具有例如10 μ s的持續(xù)時(shí)間，且脈沖重復(fù)時(shí)間以例如2000 μ s被使用(相應(yīng)于500Hz的脈沖重復(fù)頻率，即脈沖之間的間隔為1990 μ s)。作為另一 個(gè)實(shí)例,脈沖重復(fù)頻率可以為50Hz且脈沖持續(xù)時(shí)間為100 μ s,即脈沖之間的間隔為20ms-100 μ S。這些值僅僅是作為實(shí)例給出且可以在寬的界限中變化。例如，脈沖持續(xù)時(shí)間可以在10 μ s-4ms之間選擇，且脈沖重復(fù)時(shí)間可以在200 μ s_ls之間選擇。由于在將非常高的峰值功率應(yīng)用到陰極上期間的時(shí)間是短的，可以將平均功率保持在相當(dāng)于DC濺射方法的功率的中等水平。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在陰極上應(yīng)用高功率的脈沖，以不同的模式來操作這些，其中出現(xiàn)離子的非常高程度的離子化，離子被逐出陰極:材料依賴性的這種離子化程度可以在40% -90%之間的范圍內(nèi)。作為這種高程度的離子化的結(jié)果，更多的離子被工件吸引且以較高的速度到達(dá)那里，這與用定期濺射或電弧涂覆可能發(fā)生的相t匕，導(dǎo)致密集的涂層且使得實(shí)現(xiàn)完全不同的且更好的涂層性能成為可能。然而，事實(shí)上，功率是以功率峰值的方式被提供的，在這些功率峰期間，相對(duì)高的電流流入偏置電源，且電流消耗不能容易地通過正常的電源來供應(yīng)。為了克服這個(gè)困難，WO 2007/115819描述了如本申請(qǐng)的圖1所示的關(guān)于偏置電源BPS(32)的解決方案，其中提供額外的電壓源60。額外的電壓源60最好是通過電容器來實(shí)現(xiàn)的。電容器60通過通常的偏置電源來帶電荷，以達(dá)到期望的輸出電壓。當(dāng)功率脈沖達(dá)到來自HIPMS電源18的陰極中的一個(gè)時(shí)，那么這導(dǎo)致增加的離子材料流，實(shí)質(zhì)上是陰極材料到工件12的離子，且這表明經(jīng)由工件支撐桌子20和線路27，偏置電源處的偏置電流增加。當(dāng)正常的偏置電源被設(shè)計(jì)用于恒定的DC操作而不是HIPMS操作時(shí)，正常的偏置電源不能釋放出這樣的峰值電流。然而，在功率脈沖之間的周期中，通過偏置電源帶電荷以達(dá)到期望電壓的電容器62能夠在窄的界限之內(nèi)使襯底處的期望偏置保持恒定，且能夠供應(yīng)所需的電流，所需的電流僅引起電容器的小程度的放電。以這種方式，偏置電壓保持至少基本上恒定。作為實(shí)例，放電可以以使得功率脈沖期間的-50V的偏置電壓下降到-40V的方式來發(fā)生。以本教導(dǎo)的簡單形式，陰極16中的一個(gè)是Cr、Ti或Si目標(biāo)，用于提供結(jié)合層材料?？赡艿?，其它材料也可以用于結(jié)合層。當(dāng)沉積以ta-C層的形式的DLC層時(shí)，工件被定位在桌子20上且通過PVD電弧方法以本身已知的方式從碳陰極制備。室10具有空間工作高度，其中工件位于850mm處。為了確保硬的不含氫的碳層在襯底上的良好粘附，裝置初始使用標(biāo)準(zhǔn)ARC粘附層，例如當(dāng)通過碳電弧沉積ta-C時(shí)使用的。將不作詳細(xì)描述，因?yàn)樗皇莾?yōu)選的解決方案且在任何情況下，電弧方法是眾所周知的。圖2顯示了圖1的真空室在垂直于縱軸的橫截面的視圖，具有額外的細(xì)節(jié)，但沒有工件。室還具有四個(gè)陰極，作為結(jié)合層材料的一個(gè)Cr陰極、作為碳源的一個(gè)石墨陰極和用于通過雙磁控管濺射在反應(yīng)性的氧氣氛中形成Al2O3層的兩個(gè)鋁陰極。也標(biāo)記為Al的兩個(gè)陰極16具有鋁且具有關(guān)于極性“北” (N)的中心極點(diǎn)和極性“南”(S)的外極點(diǎn)的磁鐵布置，以產(chǎn)生眾所周知的磁控管的磁性隧道。從對(duì)面看時(shí)，陰極具有長形矩形的形狀且在此以垂直于它們的長軸的橫截面顯示。代替具有所示的SNS極性，它們可以具有NSN極性，如關(guān)于圖2的頂部和底部處的Cr和C陰極的磁鐵布置所不的。然后，Cr和C陰極16可以具有帶有SNS極性的磁鐵布置。磁鐵布置可以以相應(yīng)的雙箭頭82的方向朝著相應(yīng)的陰極16移動(dòng)和遠(yuǎn)離相應(yīng)的陰極16移動(dòng)。這是用于HIPMS陰極的操作的重要控制參數(shù)。想法是，磁控管具有圍繞真空室14行進(jìn)的交替的極性。關(guān)于偶數(shù)的陰極，這意味著，當(dāng)圍繞室行進(jìn)時(shí)，磁極總是交替的，即N、S、N、S、N、S、N、S、N、S、N、S。這導(dǎo)致等離子體的增強(qiáng)的磁約束。如果所有的陰極具有相同的極性，比如NSN，還可以實(shí)現(xiàn)類似的磁約束。然后，需要用相鄰的磁控管之間 的輔助的S磁極來操作，以得到圍繞室的類似的N、S、N、S、N布置。將理解，所描述的布置僅在偶數(shù)個(gè)磁控管下起作用。然而，還可能的是，通過使一些磁極比其它磁極強(qiáng)或通過使用輔助磁極，用奇數(shù)個(gè)磁控管來獲得類似的效果。得到封閉的等離子體的這樣設(shè)計(jì)是眾所周知的且記載在各種專利申請(qǐng)中。實(shí)現(xiàn)封閉的等離子體不是必需的。圖2還顯示了與具有SNS磁極或NSN磁極的磁鐵一樣定位在室14的外面的四個(gè)矩形線圈80。線圈形成電磁鐵且具有與用于相應(yīng)的陰極16的外部磁鐵相同的極性。這些電磁鐵線圈80使得陰極16前面的和室14內(nèi)部的磁通量能夠被改變。真空涂覆系統(tǒng)可以如下操作:室和位于其中的工件首先被抽空到低于1(Γ4毫巴的低壓，比如1(Γ5毫巴，且在以例如75SCCm的流量將氮?dú)夤?yīng)至室的同時(shí)，被預(yù)熱。在這期間，室和工件的加熱驅(qū)出污染物，比如吸附在工件的表面上和室的壁上的氣體和水，且通過真空系統(tǒng)除去污染物和真空室中剩下的環(huán)境氣體及供應(yīng)的部分氬氣。因此，氬氣逐漸沖洗真空室。在這個(gè)預(yù)熱和清潔步驟后，在清潔和蝕刻處理的過程中，實(shí)現(xiàn)另外的清潔。這種處理是使用真空室中的氬氣氛，用Ar離子在工件12上進(jìn)行的。這個(gè)步驟進(jìn)行10-30分鐘的時(shí)間段。離子源可以是上面提及的離子源21或另一種離子源。用于蝕刻步驟的另外的選項(xiàng)是使用具有以具有-500至-2000V的相對(duì)高的襯底偏置的HIPMS磁控管蝕刻模式操作的Cr、Ti或Si目標(biāo)的HIPMS蝕刻。這是本領(lǐng)域眾所周知的且描述在 Sheffield Hallam University 的 EP-B-1260603 中。應(yīng)用至Ij Cr,Ti 或 Si 陰極的典型時(shí)間平均等效DC蝕刻功率是在l_25kW的范圍內(nèi)。在第二步驟中，Cr、Ti或Si的結(jié)合層被沉積在金屬表面上。這在約10-20分鐘內(nèi)完成，始于以濺射放電模式或以HIPMS涂覆模式操作的Cr、Ti或Si的目標(biāo)。在這一點(diǎn)上，應(yīng)注意，在使用HIPMS模式的情況下，可以通過陰極消散且因此有效地被應(yīng)用到陰極的最大平均功率是不導(dǎo)致陰極的不期望的溫度增加或陰極的不想要的熔化的功率。因此，在DC濺射操作下，在間接冷卻的目標(biāo)的情況下，約15W/cm2的最大功率可被應(yīng)用到特定的陰極，相當(dāng)于目標(biāo)的容許熱負(fù)荷。在HIPMS操作下，使用脈沖電源，其可以典型地在小于lHz-5kHz的脈沖重復(fù)頻率下應(yīng)用10-4000 μ s寬脈沖功率。在一個(gè)實(shí)例中:如果在20 μ s期間開啟脈沖且應(yīng)用5kHz的脈沖頻率，那么每一個(gè)脈沖將具有與之相關(guān)的180kW的功率，導(dǎo)致以下的平均功率:P = 180kffX (20 μ s/ (200-20) μ s = 20kW。因此，對(duì)于這個(gè)實(shí)例，在HIPMS脈沖期間可以供給的最大脈沖功率是180kW。在結(jié)合層的沉積期間，應(yīng)提供約0-200V的合適的負(fù)襯底偏置。室中的壓力可以在1(Γ4和1(Γ5毫巴之間。結(jié)合層的沉積還可以用過濾電弧陰極(filtered arc cathode)來完成。并且，非過濾電弧陰極的使用是一種可能性，但這是較不利的，因?yàn)槠鋵?dǎo)致歸因于液滴產(chǎn)生的涂層的額外的粗糙度。在第三步驟中，Cr-C、Ti_C或S1-C過渡層被沉積約1_5分鐘，同時(shí)以HIPMS模式或用具有約-50至-2000V襯底偏置的碳電弧陰極操作Cr、Ti或Si目標(biāo)和石墨目標(biāo)。室中的壓力可以再次在1(Γ4和1(Γ5毫巴之間的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的裝置 通常包括多個(gè)磁控管和相關(guān)的陰極，陰極中的至少一個(gè)包括結(jié)合層材料(Cr、Ti或Si)。用于結(jié)合層材料的至少一個(gè)陰極還可以是電弧陰極(過濾的或非過濾的)。裝置還包括用于結(jié)合層材料的濺射的電源，用于在DLC層的沉積之前，在一個(gè)或多個(gè)襯底上沉積結(jié)合層材料。結(jié)合層材料的典型實(shí)例是如已經(jīng)陳述的Cr、Ti或Si。因此，將通常存在最少兩個(gè)陰極，通常一個(gè)Cr陰極和一個(gè)石墨陰極。在實(shí)踐中，可以更便利的是，使用具有四個(gè)或更多個(gè)陰極的濺射裝置。這使得布置磁控管和/或電弧陰極相對(duì)容易，使得存在以本身已知的方式圍繞真空室的外周布置的N、S、N(磁控管I) ;S、N、S(磁控管2) ;N、S、N(磁控管3)和S、N、S(磁控管4)的交替磁極布置，以確保等離子體(閉合場(chǎng))的較強(qiáng)的磁約束。脈沖重復(fù)頻率優(yōu)選地在lHz-2kHz的范圍內(nèi)，尤其是在1Ηζ_1.5kHz的范圍內(nèi)，且尤其為約10-30Hz。如果使用a_C:H或ta-C涂層，那么摻雜劑可以被添加到涂層中。在這方面，摻雜劑可以為來自用電弧濺射或磁控管濺射操作的濺射目標(biāo)或來自HIPIMS陰極(S1、Cr、T1、W、WC)的金屬。摻雜劑還可以由氣相中的前體(比如烴氣體、氮?dú)?、氧氣、含Si的前體比如硅烷、HMDSO、TMS)提供?，F(xiàn)在將描述用于a_C:H層即含氫的DLC層涂層的沉積的特定實(shí)例:以已知的方式，首先通過以下開始處理方法:抽氣使室下降到相對(duì)低的壓力，相對(duì)低的壓力為比用于沉積方法的實(shí)際的室壓力低至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，即達(dá)到小于10_4比如10_5毫巴的壓力。在這期間，或在這之后，以已知的方式，使室及其內(nèi)含物經(jīng)歷加熱過程，以驅(qū)出室中的及吸附在室和其中存在的物品的表面上的揮發(fā)性氣體。在預(yù)熱期間，通過經(jīng)由入口供應(yīng)氬氣且經(jīng)由真空泵除去氬氣，在室中維持氬氣的流動(dòng)。加熱階段通常持續(xù)約20-25分鐘。在預(yù)熱過程后，一旦達(dá)到穩(wěn)定的溫度，發(fā)生蝕刻。例如，蝕刻是用如由歐洲專利EP-B-1260603所包括的HIPMS蝕刻方法來進(jìn)行的，但還可以使用其它蝕刻方法。在蝕刻的過程中，氬氣例如以75sccm被供應(yīng)到真空室中，且通過結(jié)合在其中的磁控管中的一個(gè)或多個(gè)的操作而被離子化，例如可以使用具有Cr目標(biāo)16的磁控管。如果認(rèn)為必要，工件可以設(shè)置有粘附層，還稱為結(jié)合層，以利于DLC涂層的粘附。這樣的結(jié)合層通常不是必要的。對(duì)于一些工件材料，尤其是具有Cr、Ti或Si含量的那些比如100Cr6，DLC層或一些類型的DLC層可以直接被沉積在清潔的且蝕刻過的工件上，而不使用結(jié)合層。如果粘附層被設(shè)置在工件上，那么其可以選自IV、V和VI副族的元素及Si的組。優(yōu)選地，使用元素Cr或Ti的粘附層，其被發(fā)現(xiàn)特別適合于這個(gè)目的。粘附層可以通過電弧濺射或過濾電弧濺射來沉積，但優(yōu)選使用磁控管濺射從圖2的Cr目標(biāo)16沉積。再次，將氬氣供給到真空室中。在這個(gè)階段期間，氬氣流比預(yù)熱和蝕刻期間的高，且可以例如被設(shè)置在120sCCm。真空室中的壓力通常為約10_3毫巴，但可以多達(dá)比10_3毫巴低一個(gè)數(shù)量級(jí)或可以稍微比10_3毫巴高。將約50V的負(fù)偏壓應(yīng)用到襯底載體上，且用應(yīng)用到陰極上的約IOkW功率(平均功率，如果磁控管陰極是以HIPMS模式操作的)，結(jié)合層的沉積僅需要幾分鐘。提供粘附層和DLC層之間的梯度層還可以是有利的。這樣的梯度層還可以改進(jìn)工件上的DLC層的粘附。梯度層的想法是為了逐漸減少Cr在梯度層中的比例，同時(shí)增加碳在梯度層中的比例，從而形成碳化鉻且允許碳含量增加，直到僅DLC涂層在被應(yīng)用。存在用于沉積梯度層的幾種可能性。一種可能性是操作同時(shí)具有碳目標(biāo)16和Cr目標(biāo)的磁控管，例如再次使用HIPMS濺射。供給到Cr目標(biāo)的功率被逐漸減小或逐步減小，同時(shí)供給到C目標(biāo)的功率被逐漸增加或逐步增加。另一種可能性是以反應(yīng)性氣體比如乙炔或甲烷的形式將碳添加到真空室，且逐漸增加存在于室的氣氛中的碳的量，同時(shí)減小供給到Cr目標(biāo)的功率。另一種可能性是使用EP-B-1272683中所描述的技術(shù)，用于粘附層、分級(jí)層(graded layer)及隨后DLC層的沉積。如果使用該方法，那么在部分的Cr層即部分的粘附層的沉積之后，通過使用開關(guān)19，將襯底偏置從直流電轉(zhuǎn)換到中頻，以將為雙極發(fā)生器的電壓供應(yīng)17連接到桌子20而不是恒定的偏置電源32。用500-2，500V之間的優(yōu)選振幅電壓例如700V和20_250kHz之間的頻率例如50kHz來操作電壓供應(yīng)。真空室中的壓力通常為約10_3毫巴，但可以達(dá)到比10_3毫巴低一個(gè)數(shù)量級(jí)或可以稍微比10_3毫巴高。約2分鐘后，乙炔增加(acetylene ramp)以50sCCm開始，且在約30分鐘的時(shí)間段內(nèi)升高到350SCCm。在開啟中頻發(fā)生器后約5分鐘，所使用的Cr目標(biāo)的功率被減小到7kW ;在另外的10分鐘后，該功率被減小到5kW且被維持恒定另外的2分鐘。因 此，對(duì)于分級(jí)粘附層的產(chǎn)生，在沉積粘附層或結(jié)合層的期間，在該層的約三分之一被沉積之后，可以以增加的量將乙炔(或另外的含碳?xì)怏w)供給到真空室中，使得粘附層或結(jié)合層的組成逐漸從鉻變成碳化鉻。一旦梯度層已經(jīng)完成，移動(dòng)在目標(biāo)前面的遮蔽物(screen)且關(guān)閉這些，由此開始“純”的DLC層的沉積，該DLC層基本上由碳原子、少量的氫和較少量的氬原子組成。為了這個(gè)目的，在最簡單的情況下，方法可以用關(guān)閉的蒸發(fā)源，然而在別的方面卻用如在前述梯度層的情況中相同的參數(shù)來完成。然而，發(fā)現(xiàn)有利的是增加純DLC層的沉積的過程中的氣流中的烴部分或降低惰性氣體部分，或尤其優(yōu)選地同時(shí)進(jìn)行兩種措施。并且在此，如上所述的，使用線圈23和25來形成縱向磁場(chǎng)對(duì)于維持穩(wěn)定的等離子體再次具有特定的重要性。在應(yīng)用純DLC層的期間，在關(guān)閉Cr目標(biāo)之后，中頻供應(yīng)被調(diào)節(jié)為保持恒定且氬氣流保持相同，在梯度層期間開始的乙炔增加被均勻地增加約10分鐘，達(dá)到約200-400sccm之間的流量。隨后，在5分鐘的時(shí)間段內(nèi)，氬氣流被不斷減少到約O-1OOsccm之間的流量，例如減少到50sCCm。在隨后的55分鐘的期間，在設(shè)置保持相同的同時(shí)，完成方法。真空室中的壓力通常為約10_3毫巴，但可以達(dá)到比10_3毫巴低一個(gè)數(shù)量級(jí)或可以稍微比10_3毫巴高。用約IOA的激勵(lì)電流操作上面的線圈，且用約為上面的線圈的激勵(lì)電流的三分之一的激勵(lì)電流操作下面的線圈。因此，通過等離子體輔助的CVD (化學(xué)氣相沉積)方法，發(fā)生DLC層的沉積。等離子體輔助來自通過與室中的真空組合的離子源21產(chǎn)生的等離子體和分別通過上面和下面的線圈23和25在室中產(chǎn)生的磁場(chǎng)及存在或起作用的其它磁鐵比如與磁控管相關(guān)聯(lián)的磁鐵(其對(duì)產(chǎn)生磁場(chǎng)是有效的，即使沒有發(fā)生磁控管濺射)對(duì)磁場(chǎng)的貢獻(xiàn)。這些情況導(dǎo)致相對(duì)高的沉積率，且通過氬氣的存在，確保等離子體的離子化。沉積率將通常為約1-2微米每小時(shí)。DLC涂層具有約25GPa的硬度和約0.2的摩擦系數(shù)。其具有約13%的氫含量和約500k0hm的電阻。可以根據(jù)·DVI 3824第4頁測(cè)量的DLC涂層的粘附是非常好的且可以根據(jù)DVI 3824文件歸類為HFl。DLC層的層粗糙度具有Ra = 0.01-0.04的值；如根據(jù)DIN測(cè)量的Rz為< 0.8，且
通常< 0.5。對(duì)于在鋼工件上沉積DLC，存在很多其它的可能性。例如，可以用于本發(fā)明的一些可能的方法被描述在各種現(xiàn)有技術(shù)的文件中。因此，用于沉積作為具有良好的摩擦性能和硬度以及耐腐蝕性的硬涂層的DLC層和硅-DLC層的交替層的等離子體輔助的化學(xué)氣相沉積技術(shù)被描述在EP-A-651069中。EP-A-600533描述了通過PACVD，使用富含氫的硅烷氣體作為Si源和富含氫的甲烷作為碳源，在具有a-Sil-XCX:H的分級(jí)過渡層的鐵襯底上沉積DLC涂層的方法。15nm厚度的Si薄層首先被沉積，之后沉積具有減少的Si比例和增加的C比例的25nm厚度的分級(jí)層，且通過相對(duì)厚的DLC層覆蓋到2.3微米的總層厚度。DE-C-19513614還描述了使用類似于EP-A-600533的薄分級(jí)Si碳層的薄分級(jí)Si碳層，通過在50-1，OOOPa之間的壓力范圍下操作的等離子體增強(qiáng)的CVD方法，在鋼襯底上制備DLC層。沉積方法使用連接到工件的雙極電壓源，且雙極電壓源被設(shè)計(jì)成使得在沉積方法的過程中，正脈沖持續(xù)時(shí)間小于負(fù)脈沖持續(xù)時(shí)間。因此，以IOnm-1O μ m的范圍和15-40GPa之間的硬度范圍沉積各層。
通過等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積應(yīng)用硬DLC層的又一個(gè)方法被描述在US-A-4，728，529中。這個(gè)美國文件描述了用于在應(yīng)用HF等離子體的同時(shí)，沉積DLC的方法，在該方法期間，使用包括混合的惰性氣體或氫氣的不含氧的烴等離子體，在1(Γ3-1毫巴之間的壓力范圍內(nèi)發(fā)生層形成。DE-A-19826259描述了與a_C = H(DLC)層交替的金屬碳化物層(碳化鈦或碳化鉻)
的多層結(jié)構(gòu)。—旦期望厚度的DLC涂層已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，PVD涂覆過程完成，且工件可以被轉(zhuǎn)移到如圖5的另外的真空室中，用于ALD涂層的沉積。首先轉(zhuǎn)到圖3A-圖3C，可以看到用于形成第一 ALD層的一系列步驟。在圖3A的步驟中，產(chǎn)生具有-O-H封端的表面的工件或制品12。這可以在稍后參考圖8描述的真空室中通過在CVD (化學(xué)氣相沉積)條件下，尤其是在PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)條件下，即在等離子體的存在下，允許水進(jìn)入室中來進(jìn)行，如晶片結(jié)合的領(lǐng)域中熟知的。在這個(gè)步驟之前，例如在PVD (物理氣相沉積)條件下，襯底可以經(jīng)歷大量的清潔和蝕刻，例如通過使表面經(jīng)歷如下面參考圖5討論的氬離子轟擊。一旦-O-H封端的表面已經(jīng)形成，通過真空泵從室中除去水，且在相同的條件下，將具有-O-H封端的表面的襯底暴露于三甲基鋁(CH3)3Al的氣氛，且這導(dǎo)致Al原子代替氫原子且鋁原子的另外兩個(gè)鍵分別被CH3基團(tuán)占據(jù)。這種情況顯示在圖3B中?，F(xiàn)在與三甲基鋁的反應(yīng)已經(jīng)停止，因?yàn)椴淮嬖谟糜诨瘜W(xué)反應(yīng)的另外的可能性。通過真空系統(tǒng)抽出過量的三甲基鋁和通過三甲基鋁和-O-H封端的表面的氫原子的反應(yīng)((CH3) 3A1+H — (CH3+H+2CH3A1)和 CH3+H — CH4)而形成的C H4，且在僅產(chǎn)生一個(gè)原子(分子)層之后，反應(yīng)在化學(xué)上停止。在下一步驟中，在CVD或PECVD條件下，再次允許水進(jìn)入室中，且導(dǎo)致在表面上與CH3封端的Al的以下反應(yīng):2CH3+H20 — 2CH4+2 (_0H)。兩個(gè)-OH自由基結(jié)合到鋁上，導(dǎo)致圖3C所示的情況。這些反應(yīng)通常在100°C-400°C范圍內(nèi)的溫度下發(fā)生。通過真空泵，將形成的CHjP過量的水蒸氣抽出真空室。一旦所有的CH3基團(tuán)已經(jīng)被-OH基團(tuán)取代，反應(yīng)再次在化學(xué)上停止。將理解，顯示在圖3C中的情況等效于圖3A的情況，且因此，每一次可以重復(fù)方法，建立Al2O3的另外的ALD層。原則上，盡管較多的層意味著較長的處理時(shí)間且因此不提供多于需要的層，但未限制可以以這種方式建立的層的數(shù)目。在提供Al2O3層的沉積的實(shí)例中，這些是高品質(zhì)的層，所述層是非常致密的且能夠停止腐蝕性物質(zhì)到達(dá)襯底
10。應(yīng)注意，本發(fā)明不限于Al2O3層的沉積，但原則上可以與能夠通過ALD生長的所有層材料一起使用，包括=Al2O3' Si02、Ti02、Ta2O5' HfO20這些材料通過ALD的沉積可以用ICKnowledge publication “2004IC Technology” 中所描述的試劑來進(jìn)行。ALD 方法的一個(gè)特定應(yīng)用是在集成電路的生產(chǎn)中，且關(guān)于這一點(diǎn)的方法被相當(dāng)詳細(xì)地描述在IC Knowledgepublication ^2004 ICTechnology”中。在那里描述的細(xì)節(jié)可以有助于實(shí)現(xiàn)本教導(dǎo),且將該參考文獻(xiàn)在這一方面的公開內(nèi)容通過弓I用包括在本文中。可以通過ALD方法生產(chǎn)的涂層的更長的列表可以在Riikka L.Puurunen的題目 為“Surface chemistry of atomic layer deposition:A case studyfor thetrimethyl aluminum/water process”的文章中發(fā)現(xiàn),所述文章發(fā)表在 Journal Of AppliedPhysics 97,2005年的121301期，第121301-1頁到第121301-52頁中。這篇文章給出了ALD方法的大量細(xì)節(jié)且概述了本領(lǐng)域其他人已經(jīng)公布的工作。在那里描述的細(xì)節(jié)可以有助于實(shí)現(xiàn)本教導(dǎo)，且將該參考文獻(xiàn)在這一方面的公開內(nèi)容通過引用包括在本文中。如通過前面所參考的Puurunen的文章所證明的，術(shù)語ALD層或原子層沉積稍微令人誤解。但是如果所使用的涂層是以上的列表中諸如Cu、Mo、N1、Ta、Ti或W的元素的涂層，則該方法可以方便地被視為，好像該方法的每一個(gè)循環(huán)被用來沉積每層基本上一個(gè)原子厚的一個(gè)或多個(gè)層。如果涂層是分子，例如Al2O3涂層，那么嚴(yán)格來說，名稱是不正確的，但是在國際上被理解的。而且，如Puurunen所強(qiáng)調(diào)的，ALD方法的每一個(gè)循環(huán)的真實(shí)生長可以少于一個(gè)，因?yàn)槌鲇诟鞣N原因，并不是襯底上或前述ALD層上的所有位點(diǎn)都必定是反應(yīng)位點(diǎn)。應(yīng)注意，上面所描述的ALD方法 是方法可以如何進(jìn)行的一個(gè)實(shí)例且不以任何方式被理解成限制性實(shí)例。三甲基鋁還可以“同時(shí)”結(jié)合到表面上的兩個(gè)OH基團(tuán)上，且然后僅有一個(gè)突出的甲基。將發(fā)生兩種情況。將會(huì)發(fā)生哪一種優(yōu)選地與空間位阻的程度(以及其他)有關(guān)，這或多或少地是指具有最佳幾何配合的哪種。使用三甲基鋁和水的ALD方法的另外的變體被描述在由Technical University of Eindhoven的Stephan Heil寫作的文件“Plasma Assisted Atomic Deposition of TiN films,June 23rd 2004，，中。在那里描述的細(xì)節(jié)可以有助于實(shí)現(xiàn)本教導(dǎo)，且將該參考文獻(xiàn)在這一方面的公開內(nèi)容通過引用包括在本文中。此外，已知通過ALD，使用氧氣(O2)作為前體,沉積A1203。這是特別有吸引力的，因?yàn)樗氖褂眯枰行Т迪碅LD室。例如，用于通過ALD沉積Al2O3的O2的使用被描述在Stephan Heil 博士的 2008 年 6 月 29 日提交的且題目為 “Atomic layer deposition ofMetal Oxide and Nitrides”的博士論文中。在那里描述的細(xì)節(jié)可以有助于實(shí)現(xiàn)本教導(dǎo),且將該參考文獻(xiàn)在這一方面的公開內(nèi)容通過引用包括在本文中。根據(jù)本發(fā)明制造的第一涂敷制品12顯示在圖4A中。其中僅表面區(qū)域110被顯示在這里且其在下面被稱作襯底的制品具有通過PVD (物理氣相沉積)方法或通過CVD (化學(xué)氣相沉積)方法例如PECVD(等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法在表面區(qū)域110上應(yīng)用的至少一個(gè)第一層112，和包括通過ALD (原子層沉積)方法在相同的表面區(qū)域110上沉積的材料的一個(gè)或多個(gè)原子層的第二層114。PVD或CVD層112是如上面參考圖1和圖2所述的摩擦層，且被選擇為具有高的硬度和高的耐磨性，優(yōu)選地具有低的摩擦系數(shù)。在這個(gè)實(shí)例中，層110是直接應(yīng)用到馬氏體鋼工件的表面上的DLC層，即在DLC層和工件之間沒有結(jié)合層或分級(jí)層，盡管如果需要或如果必要，這樣的層可以被設(shè)置，以得到DLC層的良好粘附和/或以防止剝落。ALD層114是Al2O3層。DLC層112通常具有柱狀結(jié)構(gòu)和/或多孔結(jié)構(gòu)，這將另外允許腐蝕性物質(zhì)比如液體或氣體到達(dá)襯底且在那里造成腐蝕。然而，由于以ALD層(層系統(tǒng))114的形式的密封層，這不再是可能的。如圖4A所示的。此處，制品或襯底的表面區(qū)域110具有直接沉積在其上的PVD或CVD層112，且ALD層(層系統(tǒng))114被沉積在PVD或CVD層112上。關(guān)于這個(gè)實(shí)施方式，圖4B的放大圖是非常有啟發(fā)性的。在此，放大圖以夸大的方式被描繪，以顯示PVD或CVD層112的柱狀結(jié)構(gòu)。僅為了闡述，圖4B闡述了在PVD或CVD層112的柱118之間形成的空隙通道116。這個(gè)實(shí)施方式認(rèn)識(shí)且利用了 ALD方法的重要優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)為原子層生長可以發(fā)生在深且窄的間隙中，即在此，發(fā)生在空隙通道的側(cè)壁上且發(fā)生在開孔的側(cè)壁和任意其它缺陷比如裂紋的側(cè)壁上。這意味著即使僅通過ALD生長幾個(gè)層，這些層足以密封PVD層。如果生長了足夠的ALD層，它們可以完全填充且密封如圖7B所示的開孔和空隙通道。然而，這不是必要的且如果ALD層114僅位于存在的任意柱、孔或其它缺陷的側(cè)壁，這是足夠的。這種情況顯示在圖4D中。通常來說，如果ALD層114包括具有在lnm_50nm的范圍內(nèi)的厚度的多個(gè)單層，這是足夠的。Inm或幾個(gè)nm厚度的薄層可以被相對(duì)快速地沉積，因?yàn)橄拗屏私?14所需要的ALD方法的重復(fù)(循環(huán))次數(shù)。當(dāng)共形的ALD層114在使用中顯著磨損時(shí)，那么直到PVD或CVD層的表面被暴露，其才磨損，如圖4C和圖4E所示的，且之后，在一個(gè)長的時(shí)間段內(nèi)，由于硬的DLC層，磨損是微不足道的。在這個(gè)長的時(shí)間段過程中，襯底10通過密封PVD或CVD層112中的“開口”的ALD層材料而被保護(hù)免于腐蝕侵蝕。因此，當(dāng)ALD層已經(jīng)磨損到PVD或CVD層的自由表面時(shí)，圖4A-圖4E的實(shí)施方式也是有益的，因?yàn)楸M管腐蝕性物質(zhì)可以到達(dá)PVD或CVD或PECVD層的自由表面，但它們還不能到達(dá)制品本身的表面。當(dāng)然，圖4D和圖4E (尤其)的PVD層112還具有帶有腐蝕性物質(zhì)可以滲透到其中的空隙通道的多孔結(jié)構(gòu)或柱狀結(jié)構(gòu)。然而，由于在這樣的通道中向下延伸到制品的實(shí)際表面的ALD層(層系統(tǒng))114，它們不能到達(dá)襯底。PVD或CVD層112還可以包括層系統(tǒng)(未顯示，但包括多個(gè)不同的PVD和/或CVD層或交替層系統(tǒng)或超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu))或分級(jí)層。這樣的層結(jié)構(gòu)本身是熟知的。在這個(gè)實(shí)施方式中，ALD層(層系統(tǒng))14"可以不受限制地為A1203、Si02、Ti02、Ta2O5, HfO2、前述中的任何的混合層和前述中的兩種或更多種的多層結(jié)構(gòu)中的一個(gè)。PVD或CVD層112可以-不受限制且不包括可能的結(jié)合層_包括DLC層、金屬-DLC層和S1-DLC或CrAlN層中的一個(gè)?，F(xiàn)在將參考圖5來解釋用于ALD涂層的沉積的裝置。當(dāng)從其側(cè)面中的任一個(gè)看時(shí)，顯示在圖5中的處理室130具有至少基本上矩形形式的中心。未顯示 在圖5中的室門關(guān)于垂直的樞軸(pivot axle)，即平行于圖的平面的軸，樞軸地連接到室的前側(cè)。室的后側(cè)可以通過載荷鎖(load lock)連接到圖1的室14的一個(gè)側(cè)面處相應(yīng)設(shè)計(jì)的開口，室14通常通過位于開口之內(nèi)的門關(guān)閉，室14的門可以攜帶磁控管和相關(guān)陰極。然而，在實(shí)踐中，這樣的載荷鎖不是必要的，在正常的環(huán)境氣氛下，來自圖1和圖2的室的處理制品可以簡單地被運(yùn)輸?shù)綀D5的室中。并且，用于應(yīng)用DLC涂層的一個(gè)室比如根據(jù)圖1和圖2的室可以將涂覆的工件供給到用于應(yīng)用ALD涂層的多個(gè)裝置中，比如根據(jù)圖5的裝置。布置可以是使得圖1的工件桌20和工件12可以在PVD涂層112的沉積后被轉(zhuǎn)移到ALD室中。如果使用載荷鎖系統(tǒng)，這可以在沒有真空的損失且沒有工件表面的污染下進(jìn)行。如果期望，桌20可以在室130中旋轉(zhuǎn)，但這不是必需的。轉(zhuǎn)移系統(tǒng)未被顯示，但可以被設(shè)計(jì)，如在通常的載荷鎖系統(tǒng)中的。裝置還可以被設(shè)計(jì)成具有多個(gè)衛(wèi)星(satellite)ALD室的簇系統(tǒng)，比如圍繞用于沉積DLC涂層的一個(gè)室布置的130，如圖1和圖2所示的。
當(dāng)門和載荷鎖被關(guān)閉時(shí)，室130可以在所有的側(cè)面上被關(guān)閉。門可以被打開，以允許接近室的內(nèi)部且取出桌20上的ALD涂覆的工件。參考數(shù)字132是指用于性能真空泵(未顯示)，比如擴(kuò)散泵、低溫泵或以已知的方式起作用以在處理室中產(chǎn)生需要的真空的簡單的機(jī)械泵的連接導(dǎo)管的導(dǎo)管。該真空可以是約100毫托，盡管其不一定需要達(dá)到如此的低，以致在高溫的室中產(chǎn)生熱空間。壓力通常可以在1-1000毫托的范圍內(nèi)。相對(duì)放置的真空連接導(dǎo)管162是用于從通過孔166經(jīng)由閥系統(tǒng)(未顯示，但包括流量調(diào)節(jié)器和開/關(guān)閥)供給到室130的O2氣體中產(chǎn)生等離子體的等離子體發(fā)生器164。參考數(shù)字168表示基本上包括用來自源172的rf能量供應(yīng)的線圈170的rf等離子體發(fā)生器。參考數(shù)字174是指惰性氣體比如氬氣的源，其可以被允許在吹掃循環(huán)期間直接經(jīng)由閥176進(jìn)入室中且在允許Al (CH3)3作為用于通過ALD沉積Al2O3層的前體進(jìn)入室130時(shí)間接經(jīng)由閥178和容器180進(jìn)入室中。為了這個(gè)目的，另外的閥或閥系統(tǒng)182存在于容器180和室130之間，且可以被電控制(如裝置中的所有其它閥可以被電控制一樣)，以允許通過氬氣流夾帶的預(yù)定量的Al (CH3)3經(jīng)由孔184進(jìn)入室130中。圖8的裝置可以如下操作:首先，室130中的氣氛經(jīng)由導(dǎo)管162排空且被氬氣代替。這以已知的方式通過真空泵的操作和氬氣經(jīng)由閥176的同時(shí)供應(yīng)來進(jìn)行，以沖洗來自真空室130的原來存在的殘余空氣。通過壁加熱器，室130通常被加熱到200-400°C之間。然后，裝置被轉(zhuǎn)換到進(jìn)氧循環(huán)且通過氧等離子體在室中產(chǎn)生等離子體。之后，將預(yù)定量的Al (CH3) 3添加到室中，用于通過ALD形成第一 Al2O3層。之后，重復(fù)方法，直到已經(jīng)通過等離子體增強(qiáng)的ALD方法產(chǎn)生期望數(shù)量的ALD層。一旦已經(jīng)通過ALD方法沉積最后的層，即一旦ALD層(層系統(tǒng))11·4已經(jīng)完成，現(xiàn)在可以通過打開室門從室中取出制品。應(yīng)注意，用于進(jìn)行如上所述的PVD和/或CVD方法和ALD方法的簇裝置的實(shí)例僅作為實(shí)例給出，且裝置可以采用非常不同的形式。由于ALD層或?qū)酉到y(tǒng)114是相對(duì)薄的且可以在與通過PVC或CVD沉積摩擦層112所需要的時(shí)幀相當(dāng)?shù)臅r(shí)幀內(nèi)相對(duì)快速地被沉積，所以簇布置可能并不是理想的布局。例如，完整的裝置可以作為長的管狀裝置來實(shí)現(xiàn)，長的管狀裝置具有單個(gè)制品運(yùn)動(dòng)通過的用于PVD沉積方法和/或CVD沉積方法和ALD沉積方法的連續(xù)站。整個(gè)管狀裝置可以通過使用用于允許制品進(jìn)入裝置且在不損失真空下從裝置中將其取出的載荷鎖來排空。供給到各個(gè)站和局部真空泵的局部氣體還可以被提供，以在制品例如在傳送帶上順序地運(yùn)動(dòng)通過的各個(gè)站中保持期望的氣氛。相對(duì)于非有利的真空產(chǎn)生周期，這樣的布置可以有助于最小化所需氣體的消耗量且增強(qiáng)有用的處理時(shí)間。然而，可能最容易的是僅使用兩個(gè)單獨(dú)的室，用于沉積DLC層的一個(gè)室和用于沉積ALD層的一個(gè)室。現(xiàn)在，一些實(shí)施例將被提供有利的層系統(tǒng)，參考圖6A-圖6F，層系統(tǒng)可以根據(jù)本教導(dǎo)被沉積。實(shí)施例1首先轉(zhuǎn)向圖6A，可以看到以100Cr6鋼的凸輪隨動(dòng)件的形式的制品的表面區(qū)域110，100Cr6鋼的凸輪隨動(dòng)件設(shè)置有4微米厚度的不含氫的ta_C層的層112。層112的結(jié)構(gòu)類似于圖4D所闡述的結(jié)構(gòu)。在層112的上方，存在使用圖5的裝置通過ALD沉積的25nm厚度的Al2O3層114。在這種情況下，沒有設(shè)置結(jié)合層，因?yàn)殇摰腃r含量和ta-C層的碳被認(rèn)為是充足的。實(shí)施例2(圖6B)這個(gè)實(shí)施例類似于實(shí)施例1，但具有在鉻的薄結(jié)合層112’上如上詳細(xì)描述沉積的a-C:H層(DLC層)和使用如上詳細(xì)描述的圖1的裝置沉積的分級(jí)的碳化鉻層。結(jié)合層112’只是相對(duì)薄的，且在這個(gè)實(shí)施例中為10-300nm厚。實(shí)施例3(圖6C)在這個(gè)實(shí)施例中，涂層類似于實(shí)施例2的涂層，但包括在圖1的裝置中通過PVD沉積的100nm-2 μ m厚度的Al2O3的另外的層112 "。為了這個(gè)目的，修改圖1和圖2的裝置，使得其可以從另外設(shè)置在真空室14中用于反應(yīng)濺射的兩個(gè)相對(duì)的Al磁控管陰極中進(jìn)行雙磁控管濺射。Al2O3的反應(yīng)濺射被詳細(xì)描述在作為EP-A-2076916公布的歐洲專利申請(qǐng)中。裝置還可以被設(shè)計(jì)成利用HIPMS和雙磁控管濺射的結(jié)合使用，如歐洲專利申請(qǐng)11007077.8中所描述的。實(shí)施例4(圖6D)在這個(gè)實(shí)施例中，層結(jié)構(gòu)是如圖6A所示的雙層結(jié)構(gòu)，但層112是通過CVD方法(而不是ALD方法)沉積的1-4微米厚度的a-C:H層。此外，A1203的ALD層114具有25nm的厚度。實(shí)施例5(圖6E)這個(gè)實(shí)施例與實(shí)施例2相同，但是ALD層114具有26_50nm的較大厚度。實(shí)施例6(圖6F)這個(gè)實(shí)施例類似于實(shí)施例5，但具有通過PVD (反應(yīng)性氧氣氛中的雙磁控管濺射)沉積的1-2.5μπι厚度的Al2O3的另外的層112"，如實(shí)施例3中的。實(shí)施例7在這個(gè)實(shí)施例中，層結(jié)構(gòu)類似于實(shí)施例2(圖6Β)的層結(jié)構(gòu)，但層112由通過PVD沉積在CrN結(jié)合層112’上的CrAlN層而不是a_C:H層組成。

在所有的實(shí)施例中，除非特別說明某些不同，否則各層具有與其它實(shí)施例中的厚度相同的厚度。因此，層112通常為1-4微米厚。如果存在，層112"通常為50ηπι-2.5μπι厚，且ALD層114通常為10-50nm厚。發(fā)現(xiàn)所有實(shí)施例的耐腐蝕性是良好的，且摩擦性質(zhì)也是極好的。具有結(jié)合層112'的涂層具有相對(duì)更長的工作壽命。在實(shí)施例3和實(shí)施例6中，所述另外的層112"可以由代替Al2O3的TiO2或SiO2組成。
權(quán)利要求
1.一種涂覆的鋼制品(12)，具有在所述制品的至少一個(gè)表面區(qū)域上通過PVD (物理氣相沉積)方法、通過CVD (化學(xué)氣相沉積)方法或通過PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法(但排除ALD方法或等離子體增強(qiáng)的ALD方法)應(yīng)用的具有高硬度和高耐磨性的至少一個(gè)層(112 ;112，112' ；112,112/，112")，和至少一個(gè)ALD層，所述至少一個(gè)ALD層包括通過ALD (原子層沉積)方法沉積在具有高硬度和高耐磨性的所述至少一個(gè)層上的至少一個(gè)材料層(114)，其中制成所述制品的鋼是馬氏體等級(jí)的鋼，其中通過PVD(物理氣相沉積)方法、通過CVD (化學(xué)氣相沉積)方法或通過PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法(但排除ALD方法或等離子體增強(qiáng)的ALD方法)應(yīng)用的具有高硬度和高耐磨性的所述至少一個(gè)層(112;112，112' ；112,112/，112")是 DLC 層、金屬-DLC 層或 CrAlN 層，且具有在O. 5微米至4微米范圍內(nèi)的厚度和在20GPa至IOOGPa范圍內(nèi)，優(yōu)選地在30GPa至90GPa范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在40GPa至80GPa范圍內(nèi)且尤其在50至70GPa范圍內(nèi)的硬度，且其中所述ALD層(114)選自包括以下的組Al203、Si02、Ti02、Ta205、Hf02、前述中的任何的混合層和前述中的兩種或更多種的多層結(jié)構(gòu)，所述ALD層優(yōu)選地具有在Inm至IOOnm范圍內(nèi)，尤其在IOnm至40nm范圍內(nèi)和特別地在20nm至30nm范圍內(nèi)的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的鋼制品，其中所述DLC層或金屬DLC層是以下中的一種不含氫的四角形“ta-C”涂層、結(jié)合氫的ta_C:H涂層、不具有結(jié)合的氫的a-C無定形碳涂層、具有結(jié)合的氫的a_C:H涂層和包括金屬碳化物材料例如碳化鎢的a-C:H:Me涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的涂覆的鋼制品，其中所述馬氏體等級(jí)的鋼是軸承鋼和可冷加工的鋼中的至少一種。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂覆的制品，其中所述馬氏體等級(jí)的鋼是100Cr6、100CrMn6、16MnCr5、C80 或 X30CrMoN 15 I 或 Din: I. 4108 或 SAE:AMS5898 中的一種。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂覆的制品，其中在應(yīng)用所述ALD層之前，A1203、TiO2或SiO2的另外的層(112")通過PVD沉積在通過PVD (物理氣相沉積)方法、通過CVD(化學(xué)氣相沉積)方法或通過PECVD(等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法(但排除ALD方法或等離子體增強(qiáng)的ALD方法)應(yīng)用的具有高硬度和高耐磨性的所述至少一個(gè)層(112 ；112,112')上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的涂覆的制品，其中所述ALD層(114)的組成對(duì)應(yīng)于通過PVD沉積的所述另外的層(112")的組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的涂覆的制品，其中通過PVD沉積的所述另外的層具有在O. 5至2微米范圍內(nèi)的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7中任一項(xiàng)所述的涂覆的制品，其中所述另外的PVD層通過磁控管濺射、反應(yīng)性磁控管濺射或通過雙磁控管濺射來沉積，前述中的任何一種使用或沒有使用等離子體增強(qiáng)來執(zhí)行。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂覆的鋼制品，其中所述DLC層是以下中的一種不含氫的四角形“ ta-C ”涂層、ta-C: H涂層、a-C涂層、a-C: H涂層和包括金屬碳化物材料例如碳化鎢的a-C:H:Me涂層。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的涂覆的制品，并且所述涂覆的制品是以下制品中的一種用于工業(yè)、汽車、航海和航天應(yīng)用的精密部件，即軸承部件例如軸承座圈、軸承襯墊、軸承塞和滾動(dòng)元件，氣閥傳動(dòng)部件例如凸輪凸角、隨動(dòng)桿凸輪隨動(dòng)件、液壓閥門升降桿、樞軸、氣閥搖臂、燃油泵柱塞、燃油泵活塞、液壓泵的閥座、閥槽、柱塞、活塞、液壓夯錘和氣壓夯錘、液壓缸和氣壓缸。
11.一種形成涂覆的鋼制品(12)的方法，包括以下步驟 -得到由馬氏體等級(jí)的鋼制成的制品， -將具有高硬度和高耐磨性的至少一個(gè)層(112 ;112，112' ；112,112/，112")通過PVD (物理氣相沉積)方法、CVD (化學(xué)氣相沉積)方法和PECVD (等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積)方法(但排除ALD方法或等離子體增強(qiáng)的ALD方法)中的一種直接地沉積在所述制品的至少一個(gè)表面區(qū)域處或沉積在所述制品的至少一個(gè)表面區(qū)域處的結(jié)合層和/或過渡層之上，具有高硬度和高耐磨性的所述至少一個(gè)層(112 ;112，112' ；112,112/，112")是DLC層、金屬-DLC層或CrAlN層，且具有在O. 5微米至4微米范圍內(nèi)的厚度和在20GPa至IOOGPa范圍內(nèi)，優(yōu)選地在30GPa至90GPa范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在40GPa至80GPa范圍內(nèi)且尤其在50至70GPa范圍內(nèi)的硬度，和 -將包括通過ALD (原子層沉積)方法沉積的至少一個(gè)材料層(114)的至少一個(gè)ALD層沉積在具有高硬度和高耐磨性的所述至少一個(gè)層(112 ;112，112' ；112,112/，112")上，所述ALD層(114)選自包括以下的組Al203、Si02、Ti02、Ta205、Hf02、前述中的任何的混合層和前述中的兩種或更多種的多層結(jié)構(gòu)，且所述ALD層優(yōu)選地具有在Inm至IOOnm范圍內(nèi)，尤其在IOnm至40nm范圍內(nèi)和特別地在20nm至30nm范圍內(nèi)的厚度。
全文摘要
一種涂覆的鋼制品，具有通過PVD方法、CVD方法或PECVD方法應(yīng)用在所述制品的至少一個(gè)表面區(qū)域上的具有高硬度和高耐磨性的至少一個(gè)層，和包括通過ALD方法沉積在具有高硬度和高耐磨性的所述至少一個(gè)層上的至少一個(gè)材料層的至少一個(gè)ALD層，其中制成制品的鋼是馬氏體等級(jí)的鋼，其中通過PVD方法、CVD方法或PECVD方法應(yīng)用的具有高硬度和高耐磨性的所述至少一個(gè)層是DLC層、金屬-DLC層或CrAlN層，且具有在0.5微米至4微米范圍內(nèi)的厚度和在20GPa至100GPa范圍內(nèi)尤其在30至80GPa范圍內(nèi)的硬度，且其中所述ALD層選自包括以下的組A12O3、SiO2、TiO2、Ta2O5、HfO2、前述中的任何的混合層和前述中的兩種或更多種的多層結(jié)構(gòu)，ALD層具有在1nm至100nm范圍內(nèi)且尤其在20nm至30nm范圍內(nèi)的厚度。
文檔編號(hào)C23C16/27GK103252938SQ20121059303
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者伊萬·科列夫, 保羅·彼德斯, 羅蘭德·塔普, 伯特倫·海格, 亞沙爾·穆薩耶夫, 謝爾蓋·克塞維, 蒂姆·馬提亞·豪森菲爾德, 于爾根·吉埃爾, 朱罕納·考斯特姆 申請(qǐng)人:豪澤爾涂層技術(shù)有限公司, 謝夫勒兩合公司, 皮考遜公司