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WO2014037072A1 - Mo-haltige beschichtungen auf werkzeugen für das direkte presshärten - Google Patents

Mo-haltige beschichtungen auf werkzeugen für das direkte presshärten Download PDF

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WO2014037072A1
WO2014037072A1 PCT/EP2013/002223 EP2013002223W WO2014037072A1 WO 2014037072 A1 WO2014037072 A1 WO 2014037072A1 EP 2013002223 W EP2013002223 W EP 2013002223W WO 2014037072 A1 WO2014037072 A1 WO 2014037072A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
press
lubricating
mold according
hardening mold
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2013/002223
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Lukas SOBIECH
Helmut Rudigier
Hans-Werner WULKE
Doris FOPP-SPORI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Original Assignee
Oerlikon Trading AG Truebbach
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oerlikon Trading AG Truebbach filed Critical Oerlikon Trading AG Truebbach
Publication of WO2014037072A1 publication Critical patent/WO2014037072A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
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    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices

Definitions

  • Direct press-hardening comprises the steps of i) tempering at about 900 ° C (austenitic region), ii) transferring the sheet to the press, and iii) molding and curing the component by the mold-held mold. At the end of pressing, the press is held closed until the entire steel plate is sufficiently quenched (Senuma, T .: ISIJ Int. 41, 520 (2001)).
  • the steel sheet is, as described above, processed at temperatures of about 800 ° C.
  • the scaling of the steel surface at high temperatures is difficult.
  • an aluminized steel sheet was developed as a product called USIBOR® 1500 (AlSi-coated, ArcelorMittal) for this application. This has excellent properties in terms of process lubrication, oxidation protection and corrosion resistance in subsequent use in the automobile.
  • PVD coatings with low friction and high wear protection to the mold.
  • nitride-based coatings eg CrN and TiAlN
  • solid lubricants such as carbon or MoS 2 based Layers (eg diamond-like carbon (DLC) and metal MoS 2 composites).
  • Clarysse et al. (Clarysse, F. et al .: Wear 264 (2008) 400-404) describe the wear behavior (galling) of various layer systems in specially designed tests. They have observed that composite carbon-based (DLC-type and WC / C) composites show outstanding galling resistance. Accordingly, they recommended the use of this type of tool coating rather than the typical hard coatings such as CrN, TiN, CrN / TiCrN.
  • Another known concept to improve the properties of molds for press hardening and thus the surface quality of the components produced thereby, is to nitride or carbonitride the molds, as well as to perform other surface treatments on the molds, such as plasma treatments, micro structuring, etc.
  • the object of the present invention is to provide a coating for molding tools which satisfactorily improves the service life and the wear behavior of the tool.
  • the coating should provide sufficient abrasive wear protection, sufficient adhesive wear protection, sufficient adhesion and sufficient temperature stability (phase stability and oxidation).
  • the coating should improve galling protection, as typically observed with AlSi-coated steel sheets during press-hardening, compared to coatings that are currently used (TiAlN and AlCrN).
  • the object is achieved by applying to the tool a layer system which contains one or more layer packages in which, as the distance from the substrate increases, a high-temperature-active smear layer follows a high-temperature-stabilized layer (HT layer).
  • a high-temperature-active smear layer follows a high-temperature-stabilized layer (HT layer).
  • HT layer high-temperature-stabilized layer
  • the term "lubricating layer" is to be understood as a high-temperature-active lubricating layer
  • a plurality of such layer packages are implemented successively as a alternating layer system
  • the number of layer packages and the respective layer thickness can correspond to the prevailing high-temperature tribo contact and the resulting mechanical and chemical stress of the tool be set.
  • the bandwidth can thus extend from bi-layer to multilayer to nano-laminated / structured multilayer.
  • the lubricating layers of the layer packages based on the HT layers are preferably realized by partially replacing the metallic constituents occurring in the HT layer by one or more element (s) which promote the lubricating properties of the layer.
  • the inventive solution of the problem can be achieved for example by a alternating layer system of molybdenum-rich and low-molybdenum layers.
  • the molybdenum-poor layers in the alternating layer system form the HT layers and have, for example, a composition corresponding to (Mel, Me 2, Mo a ) N.
  • the molybdenum-rich layers form the lubricating layers and have a composition corresponding to (Me3, Me4, Mo b ) N.
  • a and b indicate the metallic content in at.%
  • the maximum molybdenum concentration in the molybdenum rich layers is at least 5 at.%, More preferably at least over 10 at.%, Above the minimum molybdenum concentration of the adjacent low molybdenum layers.
  • the molybdenum-rich layers of the alternating layer system can be deposited, for example, both by means of PVD methods using individual components of material sources (targets) and by means of PVD methods using multicomponent material sources.
  • the molybdenum-rich layers of the alternating layer system may contain one or more other elements selected from the group consisting of C, O, Si, V, W, Zr, Cu, and Ag.
  • the molybdenum-poor layers of the alternating layer system may, in order to further improve the high-temperature stability, for example, by improving the mechanical and chemical properties, one or more further elements and mixtures thereof from the group formed by Si, W, Zr and B.
  • the total layer thickness between 4 and 10 ⁇ , more preferably between 6 and 8 ⁇ .
  • the inventors have reason to believe that the layer oxidation taking place at the high temperatures (about 800 ° C.) releases molybdenum, which subsequently partially reacts to what are known as Magneli phases. It is known that such Magneli phases have excellent lubricating properties (solid state lubrication). An indication of this is the advantageous influence of copper, which, as a catalyst, facilitates oxidation and thus optimizes HT lubrication.
  • such layers are generally suitable as lubricating layers which form Magneli phases.
  • These so-called “shear structures” are formed, for example, by oxides of vanadium, tungsten, titanium or even molybdenum and are characterized by crystallographic shear planes / slip planes with low shear strength / shear stress.
  • a 2 ⁇ thick (Tio .5 Alo.5) N layer is applied to a press-hardening mold. Then follow 4 layer packages, each layer package 0.5 ⁇ a thick (Tio.3Alo.3Moo. 4) on which a 0.5 ⁇ thick (Tio .5 Al 0.5) N layer follows.
  • the layer system is completed by a 0.5 ⁇ m thick (Ti 0 .3 Al 3 .Moo. 4).
  • the (Ti 0.3 Alo .3 Moo .4 ) N layers may in turn be formed as nanolayers.
  • This can be achieved, for example, by separating the materials of the layers from separate material sources (targets) in a PVD process.
  • a TiAl target can be arranged next to a Mo target in the vacuum chamber of a coating installation, during which the substrates to be coated in the vacuum chamber are mounted on a so-called carousel past the targets. If an HT layer is to be deposited, the Mo target will not start up taken and only from the TiAl target is coated. If a smear layer is to be deposited, the Mo target is also put into operation.
  • a 2 ⁇ thick (Ti 0.3 Al 0 .7) N layer is applied to a press-hardening mold. Then follow 4 layer packages, each layer package 0.5 ⁇ a thick (Ti 0. 8 i .42 Alö Moo. 4) contains the N a (Ti 0.3 Al 0.7) N layer follows 0.5 ⁇ thick.
  • the layer system is completed by a 0.5 ⁇ m thick (Tio.18Al 0 42 Moo. 4 ) N.
  • This layer system can also be realized as a variant in the form of a nanolayer structure.
  • a 2 ⁇ thick (Alo .65 Cro .25 Sio .05 ) N layer is applied to a press-hardening mold and Si can optionally also be omitted.
  • Si can optionally also be omitted.
  • 4 layer packages follow, whereby each layer package contains a 0,5 ⁇ thick (Al 0, 42 Croj 8 Moo. 35 Cuo . O 5 ) N on which a 0.5 ⁇ thick (Alo.7Cro.3) N layer follows.
  • the layer system is completed by a 0.5 ⁇ m thick layer (Alo. 42 Cro.i8Moo.35Cuo.o 5 ).
  • the Mo-containing layers are again realized in the example as nanolayers.
  • a press-hardening molding tool with a layer system applied to the substrate contains one or more layer packages in which a smearing layer on a high-temperature-stabilized layer (HT layer) follows with increasing distance from the substrate.
  • HT layer high-temperature-stabilized layer
  • One or more of the smear layers may contain a Magneli phase.
  • One or more of the smear layers may contain a molybdenum concentration that is above the molybdenum concentration in the HT layers.
  • the base material from which the lubricating layers are constructed may substantially correspond to the base material constituting the HT layer.
  • One or more of the lubricating layers may include one or more of the group consisting of C, O, Si, V, W, Zr, Cu, and Ag to further improve the lubricating properties.
  • One or more of the HT layers may contain one or more further elements and mixtures thereof from the group formed by Si, W, Zr, and B to improve their high temperature properties.

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Description

Mo-haltige Beschichtungen auf Werkzeugen für das direkte Presshärten
Die stetig steigenden Anforderungen im modernen Automobilbau hinsichtlich Leichtbau und Fahrzeugsicherheit können mit neuen Fertigungstechnologien, wie z.B. dem direkten Presshärten, erfüllt werden. Beim direkten Presshärten wird ein höchstfester Bor-Mangan- Stahl (22MnB5) in einem Prozessschritt warm umgeformt und gleichzeitig im Werkzeug gehärtet, wodurch eine Festigkeitssteigerung auf bis zu 1500 MPa ermöglicht wird. Infolge der hohen Prozesstemperaturen und der beachtlichen Relativbewegung beim Umformen resultieren jedoch für das Werkzeug sehr hohe thermische und mechanische Belastungen. Die Folgen sind erhöhter Werkzeugverschleiß, geringere Werkzeugstandzeiten und somit höhere Kosten für die Nacharbeit der Werkzeugoberflächen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Schichtungssystems, das den Werkzeugverschleiß signifikant reduziert und somit die Werkzeugstandzeit deutlich erhöht. Stand der Technik
In den letzten Jahren werden zur Herstellung von Karosseriekomponenten für Automobile mehr und mehr Bleche aus höchstfestem Bor-Mangan-Stahl (22MnB5) verwendet, um den aktuellen Anforderungen hinsichtlich Leichtbau, Fahrzeugsicherheit sowie C02-Ausstoss (Umweltproblematik) gerecht zu werden. Diese höchstfesten Bor-Mangan-Stähle können mittels direktem Presshärten in einem Prozessschritt bei hohen Temperaturen von ca. 800°C warm umgeformt und gleichzeitig im Werkzeug gehärtet werden. Es resultiert somit ein fertiges Bauteil (z.B. die B-Säule eines Fahrzeugs), das folgende Eigenschaften aufweist: i) Reduziertes Gewicht gegenüber konventionellen Stählen, ii) hohe Maßhaltigkeit durch Reduktion des Bauteilverzugs und iii) Festigkeitssteigerung (Martensitbildung) bis zu 1500 MPa.
Das direkte Presshärten umfasst die Schritte i) Tempern bei ca. 900°C (austenitischer Bereich), ii) Transfer des Blechs in die Presse und iii) Formen und Härten des Bauteils durch das auf Raumtemperatur gehaltene Formwerkzeug. Am Ende des Abpressens wird die Presse geschlossen gehalten bis die ganze Stahlplatte ausreichend abgeschreckt ist (Senuma, T.: ISIJ Int. 41, 520 (2001)).
Da im Allgemeinen die Formbarkeit von hochfesten Stahlblechen bei Raumtemperatur schwierig ist, wird das Stahlblech, wie bereits oben beschrieben, bei Temperaturen von ca. 800°C verarbeitet. Um jedoch die Verzunderung der Stahloberfläche bei hohen Temperaturen
BESTÄTIGUNGSKOPIE zu verhindern, werden heutzutage unterschiedliche Stahlbeschichtungen (Zn, AlZn, AISi) verwendet.
Insbesondere in Europa wurde ein aluminisiertes Stahlblech als Produkt mit dem Namen USIBOR® 1500 (AlSi-beschichtet, ArcelorMittal) für diese Anwendung entwickelt. Diese hat hervorragende Eigenschaften in Bezug auf Prozessschmierung, Oxidationsschutz sowie hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit im anschliessenden Einsatz im Automobil.
Trotz der sehr vielversprechenden Eigenschaften AlSi-beschichteter Stahlbleche gibt es signifikante Probleme hinsichtlich Adhäsiv- Verschleiss der Werkzeugoberflächen: Die „weiche" AlSi-Beschichtung der Stahlbleche weist bei Temperaturen um die 800°C eine sehr stark Neigung auf, an der Werkzeugoberfläche der Presse haften zu bleiben. Dieser adhesive Verschleiss mit erheblichem Materialübertrag wird häufig auch als„Galling" bezeichnet. Nach mehreren aufeinanderfolgenden Abpresszyklen kann das anhaftende Material zu Kratzern und Rissen auf dem zu formenden Produkt fuhren und die Neigung zu Abrasiv- Verschleiss des Werkzeugs in Folge von Ausbrüchen des anhaftenden Materials wird stark erhöht. Die Folge ist, dass der Betrieb in regelmässigen Abständen angehalten werden muss, um die Anhaltungen auf der Werkzeugoberfläche zeitaufwendig zu entfernen.
Ein Konzept, um die aktuelle Leistungsfähigkeit des industriellen Presshärtens in Kombination mit AlSi-beschichteten Stahlblechen zu verbessern, besteht darin, PVD- Beschichtungen mit niedriger Reibung und hohem Verschleissschutz auf das Formwerkzeug aufzubringen. In der Literatur (Clarysee, F. et al.: Wear 264 (2008) 400-404) sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Typen von PVD-Beschichtungen bekannt: Nitridbasierte Beschichtungen (z.B. CrN und TiAlN) und feste Schmiermittel, wie Kohlenstoff oder MoS2 basierte Schichten (z.B. diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC) und Metall-MoS2 Verbünde).
Ausserdem untersuchten Clarysse et al. (Clarysse, F. et al.: Wear 264 (2008) 400-404) das Verschleissverhalten (Galling) verschiedener Schichtsysteme in speziell dafür ausgelegt Tests. Sie haben beobachtet, dass Verbundschichten aus Kohlenstoffbasis (DLC-Typ und WC/C) ein herausragendes Verhalten hinsichtlich Widerstandsfähigkeit gegenüber Galling zeigen. Sie empfahlen demgemäss die Verwendung dieser Art von Werkzeugbeschichtung anstatt der typischen Hartstoffschichten wie CrN, TiN, CrN/TiCrN. Ein anderes bekanntes Konzept, um die Eigenschaften von Formwerkzeugen für das Presshärten zu verbessern und damit die Oberflächenqualität der dadurch hergestellten Komponenten, besteht darin, die Formwerkzeuge zu nitrieren oder zu karbonitrieren, sowie andere Oberflächenbehandlungen an den Formwerkzeugen vorzunehmen, wie Plasmabehandlungen, Mikro strukturierung usw.
Allerdings führen die besseren Eigenschaften des Formwerkzeuges, welche durch Anwendung der oben genannten Konzepte erreicht werden, nicht zu einer ausreichenden Verbesserung der Prozessqualität des Formprozesses von beschichteten hochfesten Stahlblechen. Speziell wenn AlSi-beschichtete hochfeste Stahlbleche wie USIBOR® 1500 verwendet wurden, konnte das Galling- Phänomen nicht zufriedenstellend reduziert werden und bleibt weiterhin ein zentrales Problem des direkten Presshärtens.
Aufgabe der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe eine Beschichtung für Formwerkzeuge zur Verfügung zu stellen, die in zufriedenstellender Weise die Lebensdauer und das Verschleissverhalten des Werkzeuges verbessert. Die Beschichtung sollte genügend abrasiven Verschleissschutz, genügend adhäsiven Verschleissschutz, genügend Haftung und genügend Temperaturstabilität (Phasenstabilität und Oxidation) bieten. Grundsätzlich sollte die Beschichtung den Schutz gegen Galling, wie es typischerweise bei AlSi-beschichteten Stahlblechen beim Presshärten beobachtet wird, im Vergleich zu Beschichtungen, die derzeit genutzt werden (TiAlN und AlCrN), verbessern.
Beschreibung der Erfindung
Erfmdungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass auf das Werkzeug ein Schichtsystem aufgebracht wird, welches ein oder mehrere Schichtpakete enthält in welchem mit zunehmendem Abstand vom Substrat eine hochtemperaturaktive Schmierschicht auf eine hochtemperaturstabilisierte Schicht (HT-Schicht) folgt. In Rahmen der vorliegenden Beschreibung soll der Begriff „Schmierschicht" als hochtemperaturaktive Schmierschicht verstanden werden. Vorzugsweise sind mehrere solcher Schichtpakete aufeinanderfolgend als Wechselschichtsystem realisiert. Die Anzahl der Schichtpakete sowie die jeweilige Schichtdicke kann entsprechend dem vorherrschenden Hochtemperatur- Tribokontakt und der daraus resultierenden mechanische und chemischen Beanspruchung des Werkzeugs eingestellt werden. Die Bandbreite kann sich somit vom Bi-Layer, über Multilayer bis hin zum nano-laminierten/strukturierten Multilayer erstrecken.
Vorzugsweise werden die Schmierschichten der Schichtpakete auf der Basis der HT- Schichten realisiert, indem die in der HT-Schicht vorkommenden metallischen Bestandteile teilweise durch ein (oder mehrere) die Schmiereigenschaften der Schicht fördernde(s) Element(e) ersetzt wird (werden).
Konkret kann die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe beispielsweise durch ein Wechselschichtsystem aus molybdänreichen und molybdänarmen Schichten erreicht werden. Die molybdänarmen Schichten im Wechselschichtsystem bilden die HT-Schichten und haben beispielsweise eine Zusammensetzung entsprechend (Mel,Me2,Moa)N. Die molybdänreichen Schichten bilden die Schmierschichten und haben eine Zusammensetzung entsprechend (Me3,Me4,Mob)N. Hierbei geben a und b den metallischen Anteil in at.% an und es gilt 0<a<b<l und Mel ,Me2, Me3 und Me4 sind Elemente aus der Gruppe gebildet durch AI, Cr und Ti und es gilt vorzugsweise: Mel=Me3 und/oder Me2=Me4
Vorzugsweise liegt die maximale Molybdänkonzentration in den molybdänreichen Schichten bei mindestens 5 at.%, besonders bevorzugt mindestens über 10 at.% über der minimalen Molybdänkonzentration der benachbarten molybdänarmen Schichten.
Die molybdänreichen Schichten des Wechselschichtsystems können beispielsweise sowohl mittels PVD-Verfahren unter Verwendung von Einzelkomponenten Materialquellen (Targets) als auch mittels PVD-Verfahren unter Verwendung von Mehrkomponenten Materialquellen abgeschieden werden.
Die molybdänreichen Schichten des Wechselschichtsystems können, um die Schmierung weiter zu verbessern, ein oder mehrere weitere Elemente aus der Gruppe gebildet durch C, O, Si, V, W, Zr, Cu, und Ag enthalten.
Die molybdänarmen Schichten des Wechselschichtsystems können, um die Hochtemperaturstabilität weiter zu verbessern, z.B. durch Verbesserung der mechanischen und chemischen Eigenschaften, ein oder mehrere weitere Elemente und deren Mischungen aus der Gruppe gebildet durch Si, W, Zr und B enthalten. Vorzugsweise beträgt die Gesamtschichtdicke zwischen 4 und 10 μηι, besonders bevorzugt zwischen 6 und 8 μηι. Die Erfinder haben Grund zur Annahme, dass die bei den hohen Temperaturen (ca. 800°C) stattfindende Schichtoxidation Molybdän freisetzt, das anschliessend teilweise zu sogenannten Magneli Phasen reagiert. Es ist bekannt, dass solche Magneli Phasen exzellente Schmiereigenschaften (Festkörperschmierung) haben. Indiz dafür ist auch der vorteilhafte Einfluss des Kupfers der wohl als Katalysator die Oxidation erleichtert und somit die HT- Schmierung optimiert.
Dementsprechend sind neben den hier beschriebenen molybdänhaltigen Schmierschichten generell solche Schichten als Schmierschichten geeignet, welche Magneli Phasen bilden. Diese so genannten„Scherstrukturen" werden beispielsweise durch Oxide von Vanadium, Wolfram, Titan oder auch Molybdän gebildet. Sie zeichnen sich durch kristallographische Scherebenen/Gleitebenen mit niedriger Scherfestigkeit/Schubspannung aus.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen im Detail und beispielhaft erläutert.
Gemäss einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung wird auf ein Presshärte- Formwerkzeug eine 2μηι dicke (Tio.5Alo.5)N Schicht aufgebracht. Anschliessend folgen 4 Schichtpakete, wobei jedes Schichtpaket eine 0.5μηι dicke (Tio.3Alo.3Moo.4) enthält auf die eine 0.5 μπι dicke (Tio.5Al0.5)N Schicht folgt. Das Schichtsystem wird durch eine 0.5 μιη dicke (Ti0.3Alo.3Moo.4) abgeschlossen.
In einer leicht abgewandelten Variante des ersten Beispiels können die (Ti0.3Alo.3Moo.4)N Schichten ihrerseits als Nanolagen ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Materialien der Schichten im Rahmen eines PVD-Verfahrens von getrennten Materialquellen (Targets) abschieden werden. Beispielsweise kann in der Vakuumkammer einer Beschichtungsanlage ein TiAl Target neben einem Mo-Target angeordnet sein, wobei während der Beschichtung die zu beschichtenden Substrate in der Vakuumkammer auf einem sogenannten Karussell montiert an den Targets vorbeirotiert werden. Soll eine HT-Schicht abgeschieden werden, so wird das Mo-Target nicht in Betrieb genommen und lediglich vom TiAl-Target wird beschichtet. Soll eine Schmierschicht abgeschieden werden, so wird zusätzlich das Mo-Target in Betrieb genommen.
Gemäss einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung wird auf ein Presshärte- Formwerkzeug eine 2μηι dicke (Ti0.3Al0.7)N Schicht aufgebracht. Anschliessend folgen 4 Schichtpakete, wobei jedes Schichtpaket eine 0.5μηι dicke (Ti0.i8Alö.42Moo.4)N enthält auf die eine 0.5μιη dicke (Ti0.3Al0.7)N -Schicht folgt. Das Schichtsystem wird durch eine 0.5μιτι dicke (Tio.18Al0 42Moo.4)N abgeschlossen. Auch dieses Schichtsystem kann als Variante in Form einer Nanolagenstruktur verwirklicht werden.
Gemäss einem dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung wird auf ein Presshärte- Formwerkzeug eine 2μπι dicke (Alo.65Cro.25Sio.05)N Schicht aufgebracht wobei Si optional auch weggelassen werden kann. Anschliessend folgen 4 Schichtpakete, wobei jedes Schichtpaket eine 0.5μιτι dicke (Al0.42Croj8Moo.35Cuo.o5)N enthält auf die eine 0.5μιτι dicke (Alo.7Cro.3)N Schicht folgt. Das Schichtsystem wird durch eine 0.5 μηι dicke (Alo.42Cro.i8Moo.35Cuo.o5) abgeschlossen. Die Mo-enthaltenden Schichten sind wiederum im Beispiel als Nanolagen verwirklicht.
Tests mit den Schichten entsprechend den Beispielen haben gezeigt, dass die entsprechend beschichteten Formwerkzeuge deutlich verbesserte Eigenschaften gegenüber den nicht beschichteten Werkzeugen oder gegenüber herkömmlich beschichteten Werkzeugen aufweisen.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wurde ein Presshärte-Formwerkzeug mit einem auf dem Substrat aufgebrachten Schichtsystem offenbart, welches ein oder mehrere Schichtpakete enthält in welchem mit zunehmendem Abstand vom Substrat eine Schmierschicht auf eine hochtemperaturstabilisierten Schicht (HT-Schicht) folgt.
Eine oder mehrere der Schmierschichten können eine Magneli Phase enthalten. Eine oder mehrere der Schmierschichten können eine Molybdänkonzentration enthalten, welche über der Molybdänkonzentration in der HT-Schichten liegt.
Das Grundmaterial, aus dem die Schmierschichten aufgebaut sind, kann im Wesentlichen dem Grundmaterial, aus dem die HT-Schicht aufgebaut ist, entsprechen. Eine oder mehrere der Schmier schichten können zur zusätzlichen Verbesserung der Schmiereigenschaften eines oder mehrere der Elemente aus der Gruppe gebildet durch C, O, Si, V, W, Zr, Cu, und Ag enthalten.
Eine oder mehrere der HT-Schichten können zur Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften ein oder mehrere weitere Elemente und deren Mischungen aus der Gruppe gebildet durch Si, W, Zr und B enthalten.

Claims

Ansprüche
1. Presshärte-Formwerkzeug mit einem auf dem Substrat aufgebrachten Schichtsystem, welches ein oder mehrere Schichtpakete enthält, in welchem mit zunehmendem Abstand vom Substrat eine Schmierschicht auf eine hochtemperaturstabilisierten Schicht (HT-Schicht) folgt.
2. Presshärte-Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierschicht eine Magneli Phase enthält.
3. Presshärte-Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierschicht eine Molybdänkonzentration enthält, welche über der Molybdänkonzentration in der HT-Schicht liegt.
4. Presshärte-Formwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die HT-Schicht eine Zusammensetzung entsprechend (Mel,Me2,Moa)N hat und die Schmierschicht eine Zusammensetzung entsprechend (Me3,Me4,Mob)N hat, wobei a und b den metallischen Anteil in at% angibt und 0<a<b<l gilt und wobei Mel,Me2, Me3 und Me4 Elemente aus der Gruppe gebildet durch AI, Cr und Ti sind und vorzugsweise gilt: Mel=Me3 und/oder Me2=Me4
5. Presshärte-Formwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Molybdänkonzentration in der Schmierschicht mindestens 5 at.%, bevorzugt mindestens 10 at.% über der minimalen Molybdänkonzentration einer benachbarten HT-Schicht liegt.
6. Presshärte-Formwerkzeugt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ,das Grundmaterial aus dem die Schmierschicht aufgebaut ist im Wesentlichen dem Grundmaterial aus dem die HT-Schicht aufgebaut ist entspricht.
7. Presshärte-Formwerkzeugt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierschicht zur zusätzlichen Verbesserung der Schmiereigenschaften eines oder mehrere der Elemente aus der Gruppe gebildet durch C, O, Si, V, W, Zr, Cu, und Ag enthält.
8. Presshärte-Formwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die HT-Schicht zur Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften ein oder mehrere weitere Elemente und deren Mischungen aus der Gruppe gebildet durch Si, W, Zr und B enthält.
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