Деталь з dlc покриттям і спосіб нанесення dlc покриття

Реферат: Дійсна деталь містить WC-C шар з градієнтом його складу, що є вільною від металовмісного підшару й іонно-імплантованого шару, і поверхневий DLC шар, що характеризується когезійними властивостями при випробуваннях за допомогою нанесення подряпин. UA 114790 C2 (12) UA 114790 C2 UA 114790 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Дійсний винахід відноситься до області техніки DLC (алмазоподібних) покриттів, зокрема, покриттів для тертьових деталей. Дійсний винахід знаходить особливо корисне застосування для зменшення коефіцієнта тертя штоків поршнів, розподільних валів, штовханів клапанів, циліндрів, поршневих кілець і т.п., наприклад, взагалі, у всіх випадках тертя під навантаженням. Фахівці в даній області техніки добре обізнані про можливість нанесення DLC покриття на розглянуту деталь або деталі для зменшення такого тертя. Винахід також може знаходити застосування там, де існує вимога до поверхні, утвореної покриттям, щоб поверхня мала чорний колір без якої-небудь спроби зменшення тертя. Фахівцям у даній області техніки також відомо, що погана адгезія DLC плівок до компонентів може представляти собою істотні проблеми при певних застосуваннях. Одне технічне рішення для поліпшення адгезії включає застосування металовмісного адгезійного шару на основі кремнію або, наприклад, хрому. Були запропоновані різні технічні рішення. Наприклад, документ WO2011/018252 описує тертьову деталь з покриттям, що складається з адгезійного шару, металовмісного DLC покриття й DLC покриття, що не містить метал. Адгезійний шар переважно представляє собою хромове покриття з максимальною товщиною, що складає 1 мкм, тоді як металовмісне DLC покриття переважно виконане з WCC покриття на основі карбіду вольфраму. Співвідношення товщин різних шарів і покриттів обмежені певними діапазонами значень, таким чином, що за межами даних значень, у випадку якщо товщина DLC покриття занадто мала, термін служби компонента зменшується, а, у випадку якщо товщина DLC покриття занадто велика, компонент буде зношуватися передчасно з ризиком відшарування. Документ WO0179585 розкриває багатошарову систему, що містить адгезійний шар, перехідний шар і шар алмазоподібного вуглецю. Адгезійний шар містить елемент 4-ої, 5-ої або 6-ої підгрупи й кремній, тоді як перехідний шар містить вуглець і щонайменше один елемент 4ої, 5-ої або 6-ої підгрупи й кремній. Верхній шар головним чином виконаний з алмазоподібного вуглецю. Система має твердість, що складає щонайменше 15 ГПа, і адгезійною міцністю щонайменше рівня HF3. Загалом, спостерігається відшарування DLC плівки з даного підшару, пов'язане з внутрішніми напруженнями в DLC плівці, і дане відшарування підсилюється зі збільшенням товщини даної плівки. Також очевидно, що даний адгезійний підшар формується на окремому етапі, що збільшує вартість способу і його складність. Метою винаходу є подолання даних недоліків простим, надійним, ефективним і діючим способом. Проблемою, вирішення якої передбачене дійсним винаходом, є виготовлення DLC плівок з поліпшеною адгезією без використання металовмісних адгезійних підшарів (наприклад, кремнію або хрому) на підставі ідей з рівня техніки. Для вирішення даної проблеми була розроблена й доведена до досконалості металева деталь, що містить WC-C шар з градієнтом складу без металовмісного підшару, і поверхневий DLC шар, що характеризується когезійними властивостями при випробуванні за допомогою нанесення подряпин. Зазначена проблема переважно вирішується за допомогою способу, при якому: - травлять деталь у НВЧ-плазмі; - піддають деталь нанесенню WC-C шару з градієнтом складу; - використовують НВЧ-плазму для нанесення DLC покриття HaWC-C шар. Травлення у НВЧ-плазмі дає можливість забезпечення більш ефективного травлення (незалежно від геометрії оброблюваної деталі), ніж при використанні іонного травлення у двоелектродній системі за допомогою регулювання потоку іонів. Також забезпечується можливість травлення деталей при низькій температурі без їхнього руйнування. Також спостерігалося, що застосування НВЧ-плазми для нанесення DLC покриття дає можливість зменшення тривалості процесу нанесення приблизно на 50 % у порівнянні зі стандартним способом нанесення DLC покриття. Переважно для забезпечення травлення в діапазоні тисків від 0,05 до 0,5 Па створюють плазму аргону. Відповідно до іншого аспекту, WC-C шар з градієнтом складу виготовляють за допомогою використання технології магнетронного фізичного осадження з парової фази (PVD). Починають з першого чистого WC шару, за яким слідує шар з поступовим збільшенням витрати вуглеводного газу, такого як С2Н2, за яким, нарешті, слідує WC-C шар. Товщина WC-C шару з градієнтом складу складає від 0,3 до 10 мкм і переважно, 0,8 мкм для більшості застосувань, за винятком тих, які вимагають більших товщин, як, наприклад, поршневі кільця. 1 UA 114790 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Відповідно до іншого аспекту, DLC покриття має товщину від 1 до 20 мкм. Винахід також відноситься до тертьової деталі з DLC покриттям, нанесеним на WC-C шар з градієнтом складу, що має протравлену у НВЧ-плазмі деталь. Винахід розкритий нижче більш докладно, при цьому зроблені посилання на прикладені графічні матеріали, на яких: - Фіг. 1 представляє профіль зламу покриття при випробуванні за допомогою нанесення подряпин. - Фіг. 2 представляє поперечний переріз по лінії А-А на фіг. 1 у випадку адгезійного відшарування. - Фіг. 3 представляє поперечний переріз по лінії А-А на фіг. 1 у випадку когезійного відшарування. - Фіг. 4 представляє поперечний переріз по лінії А-А на фіг. 1 у випадку когезійного/адгезійного відшарування. Як показано, у рівні техніки описані DLC покриття, які в кожному випадку включають адгезійний підшар, виконаний, наприклад, із чистого хрому, за яким слідує шар на основі карбіду вольфраму, у якому зміст вуглецю поступово збільшується доти, поки не буде отриманий DLC шар, легований вольфрамом з метою забезпечення адгезії DLC шару, що осаджується, нелегованого металом. У контексті даного винаходу були проведені випробування з метою порівняння результатів, отриманих для DLC покриттів, виготовлених з одним або декількома підшарами, й DLC покриття, у якому не використовується адгезійний шар відповідно до аспектів винаходу. Матеріали осаджували на металовмісні підкладки, які попередньо були піддані іонному травленню для того, щоб усунути будь-які поверхневі оксиди, для того щоб поліпшити адгезію покриття. Фахівцям у даній області техніки добре відомі різні технології іонного травлення, наприклад, головним чином іонне травлення у двоелектродній системі, іонне травлення у триелектродній системі й травлення у плазмі електронного циклотронного резонансу (ECR). Іонне травлення у двоелектродній системі включає прикладання негативної напруги величиною кілька сотень вольт (