Entwicklungen bei PVD-Verschleißschutzschichten*

Abstract

Abstract In den zurückliegenden zwei bis drei Jahrzehnten ist ein bemerkenswerter Fortschritt bei der Entwicklung von PVD-Verschleißschutzschichten erreicht worden. Die Beschichtungen wurden in die Großserienfertigung (wie der Automobilindustrie) jedoch nur langsam übernommen. Dafür gibt es mehrere Ursachen. Eine Ursache ist, dass der Schwerpunkt vieler Forscher offensichtlich bei der Entwicklung harter Schichten lag. Diese „superharten“ oder „ultraharten“ Schichten (und die zugehörigen Verfahren) sind häufig für die billigen (und vergleichsweise weichen) Substrate nicht geeignet, die in der Großserie oft verwendet werden. Die Entwicklungen im Verständnis tribologischer Kontaktvorgänge führten zu der Erkenntnis, dass die Härte (H) möglicherweise nicht die einzige Eigenschaft ist, die den Verschleißwiderstand bestimmt. Wir besprechen hier die Bedeutung des Elastizitätsmoduls (E) und des Verhältnisses H/E für die Bestimmung der Widerstandsfähigkeit einer Oberflächenbeschichtung, insbesondere für deren Fähigkeit, Verformungen des Substrats unter Last auszugleichen. Damit ist die Diskussion neuer mehrschichtiger und Nano-Verbund-Beschichtungen verbunden, mit denen ein vergleichsweise niedriger Elastizitätsmodul bei ausreichender Härte eingestelltwerden kann. Weiterhin werden die Vorteile von Vorbehandlungen und Zwischenschichten beschrieben, mit denen die Tragfähigkeit des Substrats für die Beschichtung verbessert werden kann. Insgesamt stellt die Veröffentlichung einen Überblick über die Möglichkeiten dar, wie heute PVD-Verschleißschutzschichten entwickelt werden können, welche die Anforderungen von Reibungs- und Verschleißbeanspruchungen in der praktischen Anwendung vollständig erfüllen.