DE3731127A1 - Process and device for the vacuum plasma arc deposition of decorative and wear-resistant coatings - Google Patents

Abstract

A process and a device for vapour deposition utilise the technology of cathodic plasma arc deposition in order to deposit hard coatings on cosmetic components or commodity articles (substrates) at down to very low temperatures (the temperature range from approximately 50 to approximately 500@C). The films consist of nitrides, carbides and carbonitrides of titanium, zirconium, titanium-zirconium, titanium-aluminium and of doped systems of the abovementioned systems. The metal is vaporised, using a cathodic arc source, in a vacuum chamber filled if appropriate with low-pressure protective gas or doping gas and forms a hard coating on the surface of the substrate, pulse wise operation being possible for the source. This deposition process improves the colour reproducibility and the wear resistance at down to very low substrate temperatures (greater than or equal to approximately 50@C). The adhesion of the coatings can be improved further by appropriate pre-tension of the substrate. The film compositions, and therefore the colours, can be appropriately adjusted in order to make the use of gold superfluous for decorative applications. <IMAGE>

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von kosmetischen Teilen und Ge­brauchsgegenständen bzw. Teilen hiervon, um Beschichtungen zu schaffen, welche eine Farbe ähnlich gold (10k bis 24k) aufweisen und/oder einen Farbbereich von grau, braun, bronze, schwarz und weißgold, wobei die Beschichtungen hervorragende Eigenschaften hinsichtlich Haftung, Korrosions­beständigkeit und Verschleiß aufweisen. Typische Teile, die abnutzungsfeste oder dekorative Beschichtungen er­fordern, sind Qualitätsringe, Uhrengehäuse und Uhrenarm­bänder, Tafelsilberteile, Automobilteile, Federhalterkappen, Werkzeuge und andere funktionelle Gebrauchsgegenstände.The invention relates to an apparatus and a method for coating cosmetic parts and Ge articles or parts thereof to create coatings which have a color similar to gold (10k to 24k) and / or a color range of gray, brown , bronze, black and white gold, whereby the coatings have excellent properties with regard to adhesion, corrosion resistance and wear. Typical parts that require wear-resistant or decorative coatings are quality rings, watch cases and watch straps, silverware parts, automotive parts, spring holder caps, tools and other functional items.

Für dekorative Anwendungen werden dünne Beschichtungsfilm­materialien auf die Grundmaterialien mittels zweier mög­licher Verfahren aufgebracht, nämlich mittels der Sputter-Technik (Spratztechnik) oder der Ionen-Plattiertechnik. Die bei diesen Techniken typischerweise erforderlichen Substrattemperaturen liegen jedoch im Bereich von 350 bis 550°C. Diese Techniken sind beispielsweise im US-Patent 44 02 994, im US-Patent 39 00 592 und in "Journal of Vacuum Science and Technology", A, Vol. 4, Nr. 6, Nov./Dez., 1986, Seiten 2717 bis 2725 beschrieben. Viele Substratmaterialien wie beispielsweise plattierter Zinkguß, Messing, Lager­stähle, Bronze und Zink, Kunststoff, Aluminium und deren Legierungen enthaltende Legierungen usw. können jedoch diesen hohen Temperaturen nicht ausgesetzt werden. Des weiteren ist aufgrund des mit diesen Techniken erzielten fahlen Gelbs oder anderer fahler Farben in der Regel auf der Oberfläche harter Schichten eine dünne Goldbeschichtung erforderlich. Dies ist in US-Patent 44 15 421 beschrieben. Die Adhäsion der Fläche zwischen der harten Schicht und der Goldschicht und die Farbreproduzierbarkeit sind für die Herstellungstechnologien von Wichtigkeit. Die vorge­nannten Verfahren sind in dieser Hinsicht jedoch nicht stets zufriedenstellend.For decorative applications, thin coating filmmaterials on the base materials using two possapplied process, namely by means of the sputteringTechnology (Spratztechnik) or the ion plating technology.The typically required with these techniquesHowever, substrate temperatures range from 350 to550 ° C. These techniques are, for example, in the US patent44 02 994, in U.S. Patent 3,900,592 and in "Journal of VacuumScience and Technology ", A, Vol. 4, No. 6, Nov./Dec., 1986,Pages 2717 to 2725. Many substrate materials such as plated zinc cast, brass, bearingssteels, bronze and zinc, plastic, aluminum and theirHowever, alloys containing alloys etc. canare not exposed to these high temperatures. Offurther is due to what is achieved with these techniquesusually pale yellows or other pale colorsa thin gold coating on the surface of hard layersrequired. This is described in U.S. Patent 4,415,421.The adhesion of the surface between the hard layer andthe gold layer and the color reproducibility are forthe manufacturing technologies of importance. The featuredHowever, the procedures mentioned are not in this regardalways satisfactory.

In den US-Patenten 36 25 848 (Snaper) und 37 93 179 (Sablev et al.) ist eine Vorrichtung zur Metallverdampfungsbeschich­tung unter Verwendung eines Vakuumlichtbogens offenbart. Verbesserungen hierzu sind im US-Patent 44 30 184 be­schrieben. Auf diese Schutzrechte wird ausdrücklich Bezug genommen. Eine solche Lichtbogenquelle erzeugt einen Be­schichtungsfluß, der in hohem Maße ionisiert ist und hohe Ionenenergien aufweist. Hieraus folgen Beschichtungen mit dichten Mikrostrukturen und hervorragender Adhäsion. Die konventionelle Lichtbogenquelle erfordert jedoch eine typische Substrattemperatur im Bereich von 300 bis 500°C.U.S. Patents 36 25 848 (Snaper) and 37 93 179 (Sablevet al.) is a device for metal evaporation coatingdevice using a vacuum arc.Improvements to this are in U.S. Patent 4,430,184wrote. These protective rights are expressly referred totaken. Such an arc source produces a Bestratification flow that is highly ionized and highHas ion energies. Coatings follow from thisdense microstructures and excellent adhesion. Theconventional arc source, however, requires onetypical substrate temperature in the range of 300 to 500 ° C.

Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine Lichtbogenquelle und ein Verfahren zu schaffen, um dekorative und abnutzungsfeste Beschichtungen bis hinunter zu sehr niedrigen Substrattemperaturen abzulagern, was für viele Teile sehr wesentlich ist, wobei eine solche Technik bislang für solche Beschichtungen nicht kommerziell angewandt wurde.It is therefore a primary object of the present inventionto create an arc source and method todecorative and wear-resistant coatings all the way downto deposit at very low substrate temperatures whatis very essential for many parts, suchTechnology so far has not been commercial for such coatingswas applied. 

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um ein Material mittels kathodischer Vakuum-Lichtbogenablagerung auf ein Substrat bei sehr niedrigen Temperaturen (Temperaturbereich von ungefähr 50 bis 500°C) aufzubringen.Another object of the present invention is to provide aMethod and device to create a materialby means of cathodic vacuum arc deposition onSubstrate at very low temperatures (temperature rangefrom about 50 to 500 ° C).

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit guter Adhäsion und guten dekorativen Eigenschaften ohne die Verwendung eines Goldfilms zu schaffen.Another object of the present invention is to provide aProcess for coating a substrate with good adhesionand good decorative properties without the useto create a gold film.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, auch für nicht goldfarbene dekorative Beschichtungen ein Ver­fahren unter Verwendung der vorgenannten Vorrichtung zu schaffen.Another object of the present invention is, toofor non gold colored decorative coatings a verdrive to using the aforementioned devicecreate.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, bei der industriellen Herstellung die Reproduzierbarkeit der dekorativen Filme hinsichtlich Farbe und Abnutzungsfestigkeit zu verbessern.It is another object of the invention in industrialManufacturing the reproducibility of decorative filmsin terms of color and wear resistance.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, Substrate in einem evakuierten Gefäß anzuordnen und Titan, Zirkonium, Titan-Zirkonium oder Titan-Aluminium mittels eines elektri­schen Lichtbogens in einer evakuierten Umgebung zu ver­dampfen, um einen Fluß auf die Substrate bestehend aus Ionen, Dämpfen und/oder neutralen Teilchen zu erzeugen. Die Zusammensetzung der Ablagerungen kann variiert werden, indem man sie während der Ablagerung mit einem geeigneten Gas reagieren läßt, um eine Vielfalt unterschiedlicher Filme zu erzeugen. Die Substrattemperatur kann durch automa­tisches Pulsieren der Lichtbogenquelle gesteuert werden. Die "AN"-Zeit und die "AUS"-Zeit der Lichtbogenquelle kann variiert werden, um die Substrattemperatur bis hinunter zu Temperaturen von annähernd 50°c zu steuern. Weiterhin kann die Adhäsion der Beschichtungen verbessert werden, indem an das Substrat eine Vorspannung angelegt wird, um Ionen anzuziehen. Die Beschichtung besteht aus Nitriden, Carbiden, Carbonitriden aus Titan, Titan-Aluminium, Zirkonium und anderen Systemen auf Titan-Zirkonium-Basis. Die Farbe kann variiert werden, indem die Filme mittels geeigneter Zusatzmittel wie beispielsweise Sauerstoff und Kohlenstoff dotiert werden, wobei das Zusatzgas typischer­weise mit einem Anteil im Bereich von 2 bis 7% Atomen vorhanden ist oder indem geeignete reaktive Gasumgebungen verwendet wer­den. Die unterschiedlichen Bereich der Goldfarben (10k bis 24k) wurden beispielsweise in Ti_xN_{1 -x} oder Ti_xZr_{1 -x}N dupliziert, wobei 0 <x < 1 ist, und in dotierten TiN oder ZrN-Filmen.The method according to the invention consists of arranging substrates in an evacuated vessel and evaporating titanium, zirconium, titanium-zirconium or titanium-aluminum by means of an electric arc in an evacuated environment in order to flow onto the substrates consisting of ions, vapors and / or to generate neutral particles. The composition of the deposits can be varied by allowing them to react with an appropriate gas during the deposition to produce a variety of different films. The substrate temperature can be controlled by automatic pulsing of the arc source. The "ON" time and the "OFF" time of the arc source can be varied to control the substrate temperature down to temperatures of approximately 50 ° C. Furthermore, the adhesion of the coatings can be improved by applying a bias voltage to the substrate in order to attract ions. The coating consists of nitrides, carbides, carbonitrides made of titanium, titanium-aluminum, zirconium and other systems based on titanium-zirconium. The color can be varied by doping the films using suitable additives such as oxygen and carbon, the additional gas typically being present in a proportion in the range from 2 to 7% atoms or by using suitable reactive gas environments. The different ranges of gold colors (10k to 24k) were duplicated, for example, in Ti_x N_{1 -x} or Ti_x Zr_{1 -x} N, where 0 <x <1, and in doped TiN or ZrN films.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Aus­führungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert sind. In der Zeichnung zeigtFurther features and advantages of the invention resultfrom the following description, in which several Ausmanagement examples of the invention with reference to the drawingare explained. In the drawing shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bei der vor­liegenden Erfindung verwendeten Vorrichtung zur kathodischen Lichtbogenplasma-Ablagerung,Fig. 1 is a schematic representation of a at the used before lying invention apparatus for cathodic arc plasma deposition,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Lichtbogen­quelle, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kathodischen Lichtbogenplasma-Ablagerujng ver­wendet wird,Fig. 2 is a schematic representation of an arc source which is aimed ver in the inventive apparatus for cathodic arc plasma Ablagerujng,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, welches einen Betriebszyklus der erfindungsgemäßen Lichtbogenquelle zeigt,Fig. 3 is a timing diagram showing an operating cycle of the arc source of the invention,

Fig. 3A ein Blockdiagramm, welches die Steuerschaltung zur Verwendung mit der Lichtbogenversorgung gemäß vorliegender Erfindung zeigt,Fig. 3A is a block diagram showing the control circuit for use with the arc supply of the present invention,

Fig. 3B ein Flußdiagramm eines Programms, welches für die Steuerschaltung gemäßFig. 3A verwendet werden kann,Fig. 3B is a flowchart of a program which can be used for the control circuit shown inFIG. 3A,

Fig. 4 Reflexionsprofile von mittels des erfindungsge­mäßen Herstellungsverfahrens erzeugten Filmen, undFig. 4 reflection profiles of films produced by means of the manufacturing method according to the invention, and

Fig. 5 und 5A Profile, welche die atomare Zusammensetzung der mittels des erfindungsgemäßen Herstellungsver­fahrens erzeugten Beschichtungsfilme zeigt.FIGS. 5 and 5A profiles showing the atomic composition of the coating films produced by the inventive driving Herstellungsver.

Im folgenden wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen.In the following reference is made to the drawing inthe same reference numerals designate the same parts.

Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des Standes der Technik, indem die Adhäsion und die Farb-Re­produzierbarkeit in einem Verfahren und einer Vorrichtung zur kathodischen Lichtbogenablagerung verbessert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung können bei der Beschichtung einer Vielzahl von Substraten ange­wandt werden, einschließlich Zink, Aluminium, rostfreier Stahl, Kunststoffe, Messing und Legierungen hiervon. Bei den mit harten Materialien beschichteten Substraten gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche des Werk­zeugs oder Teils mit zumindest einem harten Beschichtungs­material beschichtet, welches von Nitriden, Carbiden, Carbo­nitriden und dotierten Zusammensetzungen hiervon von Titan, Zirkonium, Titan-Aluminium und Titan-Zirkonium-Systemen gewählt ist.The present invention overcomes the disadvantages ofState of the art by the adhesion and the color reproducibility in a method and a devicefor cathodic arc deposition can be improved.The method and the device according to the invention canwhen coating a variety of substratesbe applied, including zinc, aluminum, stainlessSteel, plastics, brass and alloys thereof. Ataccording to the substrates coated with hard materialsThe present invention is the surface of the workstuff or part with at least one hard coatingmaterial coated, which of nitrides, carbides, carbonitride and doped compositions thereof of titanium,Zirconium, titanium aluminum and titanium zirconium systemsis selected.

InFig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs­gemäßen Vorrichtung100 zur Lichtbogenplasma-Ablagerung gezeigt. Innerhalb eines Vakuumgefäßes wird eine Licht­bogenquelle110 mittels einer extern pulsierend betriebenen Stromversorgung105 betrieben. Die zu beschichtenden Substrate103 können auf einem Drehtisch102 angeordnet sein. Der Drehtisch102 kann mittels einer äußeren Hoch­spannungsversorgung104 negativ vorgespannt sein. Die Ver­sorgungsgeräte104 und105 können, wie inFig. 1 angedeutet, geerdet oder mit geeigneten Quellen positiven Potentials verbunden sein. Die Vorrichtung100 ist auch mit einem Gaszufuhrrohr106 und einem Vakuumpumpensystem101 ver­bunden. Mittels einer Ventilbatterie107 können unter­schiedliche Gase dem Gaszufuhrrohr106 zugeführt werden. Es kann auch ein Schirm bzw. Verschluß108 verwendet werden. Die Lichtbogenquelle kann auch teilweise (in nicht darge­stellter Weise) gedrosselt bzw. mit Leitblechen versehen sein, um den Beschichtungsfluß zu reduzieren, um die Substrattemperatur zu steuern.InFig. 1 an embodiment of a device100 according to the Invention for arc plasma deposition is shown. An arc source110 is operated within a vacuum vessel by means of an externally pulsating power supply105 . The substrates103 to be coated can be arranged on a turntable102 . The turntable102 may be negatively biased by an external high voltage supply104 . The supply devices104 and105 can, as indicated inFIG. 1, be grounded or connected to suitable sources of positive potential. The device100 is also connected to a gas supply pipe106 and a vacuum pump system101 . By means of a valve manifold107 , the gas supply pipe106 can be supplied under different gases. A screen or shutter108 can also be used. The arc source can also be partially throttled (in a manner not shown) with baffles to reduce the coating flow to control the substrate temperature.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, welche beispiels­weise eine Lichtbogenquelle110 darstellt, in der das zu verdampfende Material mittels eines elektrischen Licht­bogens erhitzt wird. Die Lichtbogenquelle kann in der Vakuumkammer in einer Anordnung seitlich, oben oder unten angeordnet sein. Eine Begrenzung des Lichtbogens auf der Quelle wird mittels eines Begrenzungsrings113 erzielt. Der Begrenzungsring113 kann aus Bohr-Nitrid, Titan-Nitrid, Hartglas, Quarzglas oder Natronkalk-Glas bestehen. Eine Lichtbogenbegrenzung kann auch mittels geeigneter Abschirm­bleche und magnetischer Felder erreicht werden. Bei den letztgenannten Techniken tritt eine Auslöschung des Licht­bogens auf und der Lichtbogen wird automatisch mittels einer geeigneten elektronischen Steuereinrichtung wieder gezündet, wie sie beispielsweise im US-Patent 37 93 179 offenbart ist. Die Stromversorgung105 kann eine Gleich­stromversorgung sein, falls das Target leitend ist, oder eine Hochfrequenz-Stromversorgung, falls es isolierend ist.Fig. 2 is a schematic representation, which example shows an arc source110 , in which the material to be evaporated is heated by means of an electric arc. The arc source can be arranged laterally, above or below in an arrangement in the vacuum chamber. The arc is limited on the source by means of a limitingring 113 . The limitingring 113 can consist of drilling nitride, titanium nitride, hard glass, quartz glass or soda lime glass. An arc limitation can also be achieved by means of suitable shielding plates and magnetic fields. In the latter techniques, the arc is extinguished and the arc is automatically re-ignited by means of a suitable electronic control device, as is disclosed, for example, in US Pat. No. 3,793,179. Power supply105 may be a DC power supply if the target is conductive or a high frequency power supply if it is insulating.

Eine Anode114 ist von der Kathode oder dem Target102 beabstandet. Die Anode kann das äußere Gehäuse der Licht­bogenquelle sein oder die Kammerwandungen oder ein Mantel innerhalb der Kammer, und ist elektrisch vorgespannt oder geerdet. Die Anode114 kann innerhalb der Kammer100 ge­trennt von den Kammerwandungen und dem Boden körperlich angeordnet sein und separat vorgespannt sein, um als Anode des elektrischen Systems zu wirken, wie dies inFig. 2 dargestellt und im US-Patent 36 25 848 beschrieben ist. Darüber hinaus kann die gesamte Kammer oder ein Mantel hier­von Erdpotential aufweisen (siehe beispielsweise US-PS 37 39 179), um als Anode des elektrischen Lichtbogensystems zu wirken.An anode114 is spaced from the cathode or target102 . The anode can be the outer housing of the arc source or the chamber walls or a jacket within the chamber, and is electrically biased or grounded. The anode114 may be physically disposed within the chamber100 from the chamber walls and bottom, and may be separately biased to act as the anode of the electrical system, as shown inFIG. 2 and described in U.S. Patent 3,625,848 . In addition, the entire chamber or a jacket here can have earth potential (see, for example, US Pat. No. 3,739,179) in order to act as the anode of the electric arc system.

Fig. 3 zeigt beispielsweise Betriebszyklen der Stromver­sorgung105. Die ZeitT₁, während der die Lichtbogenquelle eingeschaltet ist und die ZeitT₂, während der die Licht­bogenquelle abgeschaltet ist, kann jeweils unabhängig von­einander variiert werden. Beispielsweise kann die ZeitT₁ Stunden betragen, wenn die Lichtbogenquelle kontinuier­lich betrieben wird, oder sie kann Minuten betragen, wenn sie pulsierend betrieben wird. Die ZeitT₂ kann 0 oder eine begrenzte Zeit sein. Typische Werte für das Pulsmaximum variieren im Bereich zwischen 30 und 200 Ampere.Fig. 3 shows, for example, operating cycles of the supply Stromver105th The timeT₁ during which the arc source is switched on and the timeT₂ during which the arc source is switched off can in each case be varied independently of one another. For example, the timeT can be₁ hour if the arc source is operated continuously, or it can be minutes if it is operated in a pulsating manner. The timeT₂ can be 0 or a limited time. Typical values for the pulse maximum vary in the range between 30 and 200 amperes.

Es wird nunmehr auf dieFig. 3A und 3B Bezug genommen, wobeiFig. 3A ein Blockdiagramm ist, welches die bei der erfindungsgemäßen Lichtbogenversorgung verwendete Steuer­schaltung undFig. 3B ein Flußdiagramm eines Unterprogramms des Programms zeigt, welches in der Steuerschaltung gemäßFig. 3A verwendet werden kann. InFig. 3A ist die Steuer­schaltung insgesamt mit der Bezugsziffer120 bezeichnet und sie umfaßt eine programmierbare Prozeßsteuerung122. Die Prozeßsteuerung kann von Texas Instruments Corporation, Model TCAM 5230, erhalten werden, wobei diese Prozeß­steuerung mit einem Programm versehen ist, um den kathodi­ schen Lichtbogen-Prozeß zu steuern. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Programm modifiziert, indem Programm­schritte hinzugefügt werden, welche demjenigen entsprechend, die durch das Flußdiagramm gemäßFig. 3B beispielsweise dargestellt sind. Zweckmäßigerweise umfaßt die Steuereinheit122 einen Ausgang128, welcher die Größe des von der Licht­bogen-Stromversorgung105 zugeführten Stroms steuert und einen Ausgang130, welcher die Größe der von der Hoch­spannungsversorgung104 gelieferten Gegenspannung steuert. Die Steuereinheit122 ist üblicherweise auch dazu ausge­bildet, Signale von einem Temperatursensor132 empfangen zu können, wobei die Steuereinheit interne Analog-Digital-Schaltungen aufweist, um das Ausgangssignal des Temperatur­sensors zu digitalisieren, um dessen Verarbeitung zu er­leichtern. Der Temperatursensor132 kann typischerweise ein konventioneller Infrarotsensor sein, welcher die Temperatur der Substrate103 mißt. Diese Temperatur wird im folgendenT_S genannt. Die Steuereinheit umfaßt üblicher­weise auch einen Ausgang134, welcher die Lichtbogen-Strom­versorgung105 ein- und ausschaltet. Es ist auch ein kon­ventioneller Ausgang135 vorgesehen, welcher über eine Spule115′ mit einer Zündeinrichtung115 verbunden ist, um einen Lichtbogen vom Target102 zu erzeugen, wobei die Zündeinrichtung elektromechanisch, elektrisch oder als Gasentlader-Typ ausgebildet sein kann.Referring now toFIGS. 3A and 3B,FIG. 3A is a block diagram showing the control circuit used in the arc supply of the present invention andFIG. 3B is a flow chart of a subroutine of the program which is in the control circuit shown inFIG. 3A can be used. InFig. 3A, the control circuit is generally designated by reference numeral120 and it includes a programmable process controller122nd Process control can be obtained from Texas Instruments Corporation, Model TCAM 5230, which process control is provided with a program to control the cathodic arc process. In accordance with one aspect of the invention, the program is modified by adding program steps that correspond to those represented by the flow chart ofFIG. 3B, for example. Advantageously, the control unit122 comprises an output128 which controls the size of the current supplied by the arc power supply105 and an output130 which controls the size of the counter voltage supplied by the high voltage supply104 . The control unit122 is usually also designed to be able to receive signals from a temperature sensor132 , the control unit having internal analog-digital circuits to digitize the output signal of the temperature sensor in order to facilitate its processing. Temperature sensor132 may typically be a conventional infrared sensor that measures the temperature of substrates103 . This temperature is calledT_S in the following. The control unit usually also includes an output134 which turns the arc power supply105 on and off. There is also a conventional output135 , which is connected via a coil115 ' to an ignition device115 to generate an arc from the target102 , wherein the ignition device can be designed electromechanically, electrically or as a gas discharger type.

Im Betrieb ermöglicht das mit der Steuereinheit122 üb­licherweise gelieferte Programm das Einstellen der Größe des Lichtbogenstroms vom Ausgang128. Es ermöglicht auch das Einstellen der Größe der von der Hochspannungsver­sorgung104 gelieferten Vorspannung. Bei der Modifikation des Programms gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Unterprogramm gemäßFig. 3B bei137 eingegeben und die Substrattemperatur wird bei134 gelesen. Die SubstrattemperaturT_S wird dann mit der unteren Temperatur­grenzeT_L bei136 verglichen. Falls es beispielsweise ge­ wünscht wird, die Durchschnittstemperatur des Substrats103 bei ungefähr 100°C zu halten, beträgt die untere TemperaturgrenzeT_L ungefähr 90°C. Wenn die Substrat­temperaturen geringer alsT_L sind, wird über den Ausgang136 der Zündeinrichtung115 Strom zugeführt, um den Licht­bogen zu zünden, wobei dies bei138 angezeigt wird. Dieser Zeitpunkt entspricht einer der führenden Kanten der inFig. 3 gezeigten Pulse. Wie weiter oben erwähnt, wird die Pulshöhe üblicherweise über den Ausgang128 gesteuert. Sobald der Puls iniziiert worden ist, wird bei139 das Unterprogramm gemäßFig. 3A beendet, so daß in das in der Steuereinheit122 üblicherweise vorgesehene Hauptprogramm zurückgekehrt wird. Solang der Ablagerungsvorgang statt­findet, wird das Unterprogramm gemäßFig. 3B wiederholt durchgeführt. Sobald in das Unterprogramm zurückgekehrt wird, wird die Substrattemperatur wiederum abgelesen und es wird erneut ein Vergleich mit der unteren Temperatur­grenzeT_L bei136 durchgeführt. Angenommen, daß zu dieser Zeit die Substrattemperaturen größer sind als die untere Temperaturgrenze, so wird bei140 ein weiterer Vergleich durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Substrattemperatur größer als eine obere TemperaturgrenzeT_U ist. Unter der Annahme, daß die gewünschte, mittlere Temperatur der Substrate ungefähr 100°C ist, wird die TemperaturgrenzeT_U typischerweise bei ungefähr 110°C eingestellt. Wenn diese Temperaturgrenze überschritten wird, so wird über den Ausgang134 der Steuereinheit122 ein Signal erzeugt, um die Lichtbogen-Stromversorgung105 abzustellen, wobei dies bei142 angezeigt wird. Dieser Zeitpunkt entspricht den nachlaufenden Kanten der inFig. 3 gezeigten Pulse. Sobald die Lichtbogenversorgung105 abgeschaltet ist, wird über den Ausgang139 in das Hauptprogramm zurückgekehrt. Wenn die SubstrattemperaturT_S geringer ist als die obere GrenztemperaturT_U, so wird der Puls in seinem "EIN"-Zustand gehalten.In operation, the program normally supplied with the control unit122 enables the size of the arc current to be set from the output128 . It also allows you to adjust the size of the bias voltage supplied by the high voltage supply104 . In modifying the program in accordance with one aspect of the present invention, the subroutine ofFIG. 3B is entered at137 and the substrate temperature is read at134 . The substrate temperatureT_S is then compared with the lower temperature limitT_L at136 . For example, if it is desired to maintain the average temperature of the substrate103 at approximately 100 ° C, the lower temperaturelimit T_{L is} approximately 90 ° C. If the substrate temperatures are less thanT_L , current is supplied via the output136 to the igniter115 to ignite the arc, which is indicated at138 . This time corresponds to one of the leading edges of the pulses shown inFIG. 3. As mentioned above, the pulse height is usually controlled via output128 . As soon as the pulse has been initiated, the subroutine according toFIG. 3A is ended at139 , so that a return is made to the main program usually provided in the control unit122 . As long as the deposition process takes place, the subroutine according toFIG. 3B is carried out repeatedly. As soon as the subroutine is returned to, the substrate temperature is read again and a comparison with the lower temperature limitT_L at136 is carried out again. Assuming that the substrate temperatures are greater than the lower temperature limit at this time, another comparison is made at140 to determine whether the substrate temperature is greater than an upper temperature limitT_U. Assuming that the desired average temperature of the substrates is approximately 100 ° C, the temperaturelimit T_{U is} typically set at approximately 110 ° C. If this temperature limit is exceeded, a signal is generated via the output134 of the control unit122 in order to switch off the arc power supply105 , this being indicated at142 . This time corresponds to the trailing edges of the pulses shown inFIG. 3. As soon as the arc supply105 is switched off, the main program is returned via the output139 . If the substrate temperatureT_{S is} lower than the upper limit temperatureT_U , the pulse is kept in its "ON" state.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Lichtbogen­quelle110 pulsierend betrieben wird, um die Temperatur des Substrats auf einer Höhe zu halten, die für die hier vorgesehenen Beschichtungen geeignet ist, wie weiter unten­stehend im Zusammenhang mit Beispiel I näher erläutert wird.From the above it can be seen that the arc source110 is operated in a pulsating manner in order to maintain the temperature of the substrate at a level which is suitable for the coatings provided here, as will be explained in more detail below in connection with Example I.

Das Pulsieren der Lichtbogenquelle kann in anderer Weise verwirklicht werden. Beispielsweise kann bei136 ein Ver­gleich gemacht werden, um zu bestimmen, obT_S <T_U. Falls dies zutrifft, wird die Lichtbogenversorgung abgestellt. Es werden dann bei140 Vergleiche gemacht, um festzustellen, wannT_S <T_L. Sobald dies zutrifft, wird der Lichtbogen erneut gezündet. Weiterhin können da, wo Hardware-Quellen zum Erzeugen von Pulsfolgen bei anderen Anwendungen als der kathodischen Ablagerung bekannt sind, Hardware-Kon­figurationen verwendet werden. Weiterhin kann die Art der zur Aufrechterhaltung der Substrattemperatur vorgesehene Steuerung in anderer Weise von derjenigen, die inFig. 3B dargestellt ist, unterschiedlich sein. Beispielsweise kann eine konventionelle Regelkreissteuerung verwendet werden, bei der die gemessene Substrattemperatur kontinuier­lich mit der gewünschten Substrattemperatur verglichen wird, um ein kontinuierliches Fehlersignal zu erhalten, welches verwendet wird, um die Substrattemperatur zu steuern. In alternativer Weise kann ähnlichFig. 3B ver­fahren werden und ein Vergleich entsprechend Schritt131 durchgeführt werden, um festzustellen, ob die TemperaturT_S kleiner alsT_L ist. Falls dies zutrifft, wird der Licht­bogen gezündet und die Stromversorgung105 während einer vorbestimmten Zeitdauer eingeschaltet. Es wird hier keine obere TemperaturgrenzeT_U verwendet. Vielmehr wird die SubstrattemperaturT_S wiederholt mit der unteren TemperaturT_L verglichen. WennT_S wiederum kleiner ist alsT_L, so wird die Lichtbogenversorgung während der vorbestimmten Zeitdauer erneut eingeschaltet.The pulsation of the arc source can be realized in another way. For example, a comparison can be made at136 to determine whetherT_S <T_U. If this is the case, the arc supply is switched off. Comparisons are then made at140 to determine whenT_S <T_L. As soon as this is the case, the arc is ignited again. Furthermore, where hardware sources for generating pulse trains are known in applications other than cathodic deposition, hardware configurations can be used. Furthermore, the type of control provided to maintain the substrate temperature may be different from that shown inFIG. 3B. For example, a conventional control loop controller can be used in which the measured substrate temperature is continuously compared to the desired substrate temperature to obtain a continuous error signal which is used to control the substrate temperature. Alternatively, a procedure similar toFIG. 3B can be followed and a comparison can be carried out in accordance with step131 to determine whether the temperatureT_{S is} less thanT_L. If so, the arc is struck and the power supply105 is turned on for a predetermined period of time. No upper temperaturelimit T_{U is} used here. Rather, the substrate temperatureT_S is repeatedly compared with the lower temperatureT_L. IfT_{S is} again less thanT_L , the arc supply is switched on again during the predetermined time period.

Der Lichtbogen wird innerhalb der Kammer mittels der Zünd­einrichtung115 gezündet. Die Zündeinrichtung115 kann ein elektromechanisches Gerät sein, welches die Oberfläche der Kathodenquelle mit einem Lichtbogen zündenden Draht kontaktiert, oder ein Gasentladungs-Zündsystem, bei dem eine Hochspannungs-Gasentladung zwischen der Zündeinrichtung und der Kathodenoberfläche mittels eines geeigneten Ver­sorgungsgerätes eine elektrische Strombahn erzeugt. Die kathodische Lichtbogenquelle ist mittels eines speziellen Kanals, der auf den Kupferblock111, welcher an der Rück­seite der Kathode oder des Lichtbogenquellenmaterials102 befestigt ist, eingearbeitet ist, wassergekühlt. Der elek­trische Lichtbogen bewirkt auf der Oberfläche des Kathoden­materials einen "Kathodenfleck". Der Kathodenfleck bewegt sich in zufälliger Weise über die Oberfläche des Beschich­tungsquellenmaterials, um ein Beschichtungsplasma zu bilden. Die Bewegung des Kathodenflecks kann auch mit Hilfe ge­eigneter Magnetfeldanordnungen gesteuert werden.The arc is ignited within the chamber by means of the ignition device115 . The ignition device115 can be an electromechanical device which contacts the surface of the cathode source with an arc-igniting wire, or a gas discharge ignition system in which a high-voltage gas discharge between the ignition device and the cathode surface generates an electrical current path by means of a suitable supply device. The cathodic arc source is water-cooled by means of a special channel which is worked into the copper block111 which is attached to the rear side of the cathode or the arc source material102 . The electric arc causes a "cathode spot" on the surface of the cathode material. The cathode spot moves randomly across the surface of the coating source material to form a coating plasma. The movement of the cathode spot can also be controlled with the aid of suitable magnetic field arrangements.

Die zu beschichtenden Gegenstände werden üblicherweise als Substrate bezeichnet und sind allgemein bei103 darge­stellt, wobei die Substrate nicht im Detail gezeigt sind, nachdem sie als solche nicht Teil der Erfindung sind. Die Beschichtungsmaterialquelle102 wird üblicherweise als Kathode oder Target bezeichnet (wobei das Target auf der Kathode angeordnet sein kann oder das Target die Kathode darstellen kann). Das Target102 ist der Ursprung des Be­schichtungsflusses bzw. des Plasmas für den Lichtbogen­ablagerungs-Prozeß. Die Quellenmaterialien102 wie bei­spielsweise Titan, Zirkonium, Titan-Zirkonium oder Titan-Aluminium sind Festkörper und können zylindrische, kreis­förmige, längliche oder rechtwinklige Form oder jedwede andere geeignete Form aufweisen. In alternativer Weise können separate Targets für jedes Quellenmaterials ver­wendet werden, um gleichzeitig ein gemischtes Beschichtungs­system aufzutragen bzw. abzulagern.The objects to be coated are commonly referred to as substrates and are generally shown at103 , the substrates not being shown in detail since, as such, they are not part of the invention. Coating material source102 is commonly referred to as a cathode or target (where the target can be located on the cathode or the target can be the cathode). The target102 is the origin of the coating flow or the plasma for the arc deposition process. The source materials102, such as titanium, zirconium, titanium zirconium, or titanium aluminum, are solid and can be cylindrical, circular, elongated or rectangular in shape, or any other suitable shape. Alternatively, separate targets can be used for each source material to simultaneously apply or deposit a mixed coating system.

Im Betrieb werden die zu beschichtenden Substrate chemisch gereinigt und dann auf dem drehbaren Werkstückhalter102 angeordnet. Mittels eines Pumpsystems101 wird dann die Vakuumkammer100 evakuiert. Die Substrate oder Teile werden dann ionengereinigt und durch Metallionenbombardierung aufgeheizt, indem die Lichtbogenquellen110 eingeschaltet werden und die Substrate mittels der Hochspannungsversorgung104 auf eine Hochspannung vorgespannt werden. Danach wird die Lichtbogenquelle110 mit unterschiedlichen Betriebs­zyklen pulsierend betrieben und die Vorspannung der Hoch­spannungsversorgung104 und die Lichtbogenstromquelle105 werden in Abhängigkeit von der Temperaturgrenze der Substrate eingestellt. Es wird dann über das Gaszufuhrventil106 und die Ventilbatterie107 ein reaktives Gas mit geeigneten Dotierstoffen zugeführt, um den Kammerdruck im Bereich von ungefähr 0,1 bis 5,0 Mikron aufrecht zu erhalten. Die Substratvorspannung und der Lichtbogenstrom können mittels einer automatischen Prozeßsteuereinheit gesteuert werden, welche bei einer vorher eingestellten Temperaturgrenze betrieben wird. Die hieraus folgende harte Beschichtung beginnt sich bei einer gegebenen Substrattemperatur abzu­lagern. Typische Beschichtungsstärken im Bereich von 0,5 bis 5,0 Mikron werden dann für dekorative Anwendungen abge­lagert.In operation, the substrates to be coated are chemically cleaned and then arranged on the rotatable workpiece holder102 . The vacuum chamber100 is then evacuated by means of a pump system101 . The substrates or parts are then ion-cleaned and heated by metallic ion bombardment by the arc sources are turned on110 and the substrates are biased to a high voltage by the high voltage supply104th Thereafter, the arc source110 is operated pulsating with different operating cycles and the bias of the high voltage supply104 and the arc current source105 are set depending on the temperature limit of the substrates. A reactive gas with suitable dopants is then supplied via gas supply valve106 and valve manifold107 to maintain the chamber pressure in the range of approximately 0.1 to 5.0 microns. The substrate bias and the arc current can be controlled by an automatic process control unit which operates at a previously set temperature limit. The resulting hard coating begins to deposit at a given substrate temperature. Typical coating thicknesses in the range of 0.5 to 5.0 microns are then deposited for decorative applications.

Beispiel IExample I

Für unterschiedliche Substrattemperaturen und Beschichtungs­kombinationen beobachtete typische Betriebsbedingungen sind in Tabelle I gezeigt, in der der Bereichx für Legierungen und Carbonitride von 0 <x < 1 variiert, und insbesondere von 0,1 bis 0,9 in 0,1-Schritten, falls dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist, wie beispielsweise bei Proben 5 und 14, wo sich die 0,1-Schritte von 0,1 bis 0,5 erstreckten. Im allgemeinen stellt beispielsweise die Probe 10 neun Proben dar, bei denenx in 0,1-Schritten von 0,1 bis 0,9 gesteigert wurde. Das vorstehende trifft auf alle Proben zu, bei denen eine Legierung das Target­material bildet oder ein Carbonitrid das Beschichtungs­material bildet, bei denen Werte"x" angegeben sind.Typical operating conditions observed for different substrate temperatures and coating combinations are shown in Table I, in which the rangex for alloys and carbonitrides varies from 0 <x <1, and in particular from 0.1 to 0.9 in 0.1 steps if this is not expressly stated otherwise, such as for samples 5 and 14, where the 0.1 increments ranged from 0.1 to 0.5. In general, for example, sample 10 represents nine samples in whichx was increased in 0.1 steps from 0.1 to 0.9. The above applies to all samples in which an alloy forms the target material or a carbonitride forms the coating material in which values"x" are given.

Darüber hinaus war das Dotierungsmaterial O₂ oder C oder eine Mischung hieraus, wenn Hintergrund-O₂ typischerweise in C-dotierten Proben vorhanden war und wenn der Betrag an Dotierungsmaterial im Bereich von ungefähr 2 bis 7% Atomgewicht lag. Typischerweise war die C-Quelle ein Kohlen­stoff enthaltendes Gas wie beispielsweise CH₄ oder C₂H₂. Das vorstehende trifft auf alle Proben zu, bei denen ange­geben ist, daß das Beschichtungsmaterial dotiert ist.In addition, the dopant was O₂ or C, or a mixture thereof, when background O_{2 was} typically present in C-doped samples and when the amount of dopant ranged from about 2 to 7% atomic weight. Typically, the C source was a carbon-containing gas such as CH₄ or C₂ H₂ . The above applies to all samples where it is stated that the coating material is doped.

Die vorhergehenden Anmerkungen hinsichtlich der relativen Legierungs- und Carbonitrid-Mengen und Dotierungsmaterial-Mengen treffen auch auf das Beispiel II und alle anderen Bezugnahmen auf"x" und Dotierungsmaterialien in der Be­schreibung und den Ansprüchen zu. Weiterhin kann auch ein Edelgas wie beispielsweise Argon anwesend sein.The preceding comments regarding the relative amounts of alloy and carbonitride and dopant also apply to Example II and all other references to"x" and dopant in the description and claims. A noble gas such as argon can also be present.

Tabelle I Table I

Aus den in Tabelle I aufgeführten Ergebnissen wurde heraus­gefunden, daß der Glanz bzw. Schimmer der Grundmaterialien erhalben bleib, wenn die Beschichtungsdicke kleiner als 5 Mikron war. Dickere Schichten (wie beispielsweise 25 oder 50 Mikron) können ebenfalls abgelagert werden. Bei solchen Schichten kann der Glanz (Reflexionsvermögen) des Substrats (Grundmaterials) nicht dupliziert bzw. nachge­ahmt werden; es kann jedoch das Oberflächenfinish dupliziert werden. Typische Schichten der obengenannten Dicke können mehrere Schichten aufweisen, deren Material jeweils gleich oder unterschiedlich sein kann.From the results listed in Table I was foundfound that the gloss or shimmer of the base materialsstay up if the coating thickness is less thanWas 5 microns. Thicker layers (such as 25or 50 microns) can also be deposited. Atsuch layers, the gloss (reflectivity)of the substrate (base material) not duplicated or replicatedbe imitated; however, the surface finish can be duplicatedwill. Typical layers of the above thickness canhave several layers, the material of which is the same in each caseor can be different.

Fig. 4 zeigt das optische Reflexionsvermögen von erfin­dungsgemäß hergestellten Filmen aus dotiertem TiN, dotiertem ZrN und Ti_xZr_{1 -x}N. Es ist auch das Reflexionsvermögen von 14k Goldfilm dargestellt. Es ist daher ersichtlich, daß die optischen Reflexionsspektren der erfindungsge­mäßen Beschichtungsfilme den Erfordernissen gemäß US-Patent 44 15 521 (Sasanuma) entsprechen. Die unterschiedlichen Farbspektren, die in unterschiedlichen Beschichtungssystemen erhalten wurden, sind in Tabelle II als Beispiel II gezeigt.Fig. 4 shows the optical reflectivity of films made according to the invention made of doped TiN, doped ZrN and Ti_x Zr_{1 -x} N. The reflectivity of 14k gold film is also shown. It can therefore be seen that the optical reflection spectra of the coating films according to the invention meet the requirements of US Pat. No. 4,415,521 (Sasanuma). The different color spectra obtained in different coating systems are shown in Table II as Example II.

Beispiel IIExample II

Tabelle II Table II

Aus den Ergebnissen der Tabelle II ist ersichtlich, daß für dekorative Beschichtungen ein weiter Farbbereich er­zeugt werden kann. Die Dicke des Beschichtungsfilms war in allen Fällen im Bereich zwischen 0,10 bis 6 Mikron. bei TiN ist die gold-gelbe Farbe im allgemeinen reich an grün und bronzefarbener Farbe, wobei ZrN ein gelblich-grüner ist, bei dem grün vorherrscht. Sowohl TiN als auch ZrN können mit O₂ dotiert werden, um das Grün zu eliminieren, und mit C, um das Rot zu verstärken. Dementsprechend kann durch Kombination der Dotierstoffe O₂ und C bei dotiertem TiN oder dotiertem ZrN eine Steuerung von 10k bis 24k be­wirkt werden. Weiterhin steigt bei Ti_xZr_{1 -x}N der Wert vonk an, wenn der Wert vonx ansteigt. In ähnlicher Weise variieren TiC_xN_{1 -x} und Ti_xAl_{1 -x}N durch unterschiedliche Farben hindurch, wenn sich der Wert vonx ändert.From the results in Table II it can be seen that a wide range of colors can be produced for decorative coatings. The thickness of the coating film was in the range between 0.10 to 6 microns in all cases. in the case of TiN, the gold-yellow color is generally rich in green and bronze-colored, whereas ZrN is a yellowish-green in which green predominates. Both TiN and ZrN can be doped with O₂ to eliminate the green and with C to enhance the red. Accordingly, control of 10k to 24k can be effected by combining the dopants O₂ and C in the case of doped TiN or doped ZrN. Furthermore, for Ti_x Zr_{1 -x} N, the value ofk increases as the value ofx increases. Similarly, when the value ofx changes, TiC_x N_{1 -x} and Ti_x Al_{1 -x} N vary through different colors.

Unter nochmaligem Bezug aufFig. 4 sei angemerkt, daß die 14k Goldfarbe von Ti_xZr_{1 -x}N-Beschichtung mitx-Werten im Bereich von ungefähr 0,25 bis ungefähr 0,30 erhalten wurde. Diese Farbe wurde mittels der dotierten ZrN-Beschichtung mit ungefähr 1% O₂ und ungefähr 4% C erhalten, wobei alle Prozent-Angaben für alle Dotierungsstoffe, auf die in der Beschreibung und in den Ansprüchen Bezug genom­men wird, auf die Atome bezogen sind. Die 14k Goldfarbe des dotierten TiN wurde mit ungefähr 4% O₂ erreicht. Weiterhin befanden sich Ti und N in nicht-stöchiometrischen Verhältnissen, wobei das Verhältnis des Anteils an Ti von ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,25 für jedes Prozent Stickstoff variierte. Um nicht-stöchiometrische Beschich­tungsfilme zu erhalten, wurde ein verminderter Stickstoff­druck im Bereich von 0,1 bis 1,0 Mikron verwendet.Referring again toFIG. 4, it should be noted that the 14k gold color of Ti_x Zr_1-x N coating withx values in the range of about 0.25 to about 0.30 was obtained. This color was obtained by means of the doped ZrN coating with approximately 1% O₂ and approximately 4% C, all percentages for all dopants to which reference is made in the description and in the claims refer to the atoms . The 14k gold color of the doped TiN was achieved with approximately 4% O₂ . Furthermore, Ti and N were in non-stoichiometric ratios, with the ratio of the proportion of Ti varying from about 1.15 to about 1.25 for each percent nitrogen. A reduced nitrogen pressure in the range of 0.1 to 1.0 micron was used to obtain non-stoichiometric coating films.

Die 10k Goldfarbe wurde mitThe10k gold color was with

• (a) Ti_xZr_{1 -x}N erzielt, wobeix von ungefähr 0,15 bis ungefähr 0,20 variierte, mit(a) Ti_x Zr_{1 -x} N achieved, wherex varied from about 0.15 to about 0.20, with
• (b) dotiertem ZrN mit ungefähr 2% O₂-Dotierung, und mit(b) doped ZrN with approximately 2% O₂ doping, and with
• (c) dotiertem TiN mit ungefähr 4% O₂-Dotierung und 3% C-Dotierung, wobei das Verhältnis des Betrages an Ti von ungefähr 1,25 bis ungefähr 1,40 für jedes Prozent Stickstoff variierte.(c) doped TiN with approximately 4% O₂ doping and 3% C doping, the ratio of the amount of Ti varying from approximately 1.25 to approximately 1.40 for each percent nitrogen.

Zur Herstellung der 18k Goldfarbe wurde dotiertes TiN mit ungefähr 2% O₂-Dotierung und ungefähr 5% Kohlenstoff-Dotierung oder Ti_xZr_{1 -x}N verwendet, bei demx von ungefähr 0,4 bis ungefähr 0,45 variiert.To produce the 18k gold color, doped TiN with approximately 2% O₂ doping and approximately 5% carbon doping or Ti_x Zr_{1 -x} N, in whichx varies from approximately 0.4 to approximately 0.45, was used.

Bei der 24k Goldfarbe wurde Ti_xZr_{1 -x}N verwendet, wobeix von ungefähr 0,5 bis ungefähr 0,55 variiert.For the24k gold color, Ti_x Zr_{1 -x} N was used, wherex varies from about 0.5 to about 0.55.

Beispiel IIIExample III

Als nächstes wurde die Abnutzungsfestigkeit dieser Be­schichtungen unter Verwendung eines "Nadel-auf-Scheibe"-Verfahrens gemessen, bei dem eine Nadel mit einer Last von 500 g auf rotierende beschichtete Proben (beschichtete Scheiben) aufgelegt wurde und Kratzer in der Beschichtung mit einem optischen Mikroskop von 50facher Vergrößerung nach 50 Umdrehungen gesucht wurden. In keiner der harten Beschichtungen gemäß Tabelle II waren Kratzer vorhanden.Next, the wear resistance of this Belayers using a "needle-on-disk" -Procedure measured in which a needle with a loadfrom 500 g to rotating coated samples (coatedWashers) and scratches in the coatingwith an optical microscope of 50x magnificationwere searched for 50 revolutions. In none of the hard onesCoatings according to Table II were scratched.

Beispiel IVExample IV

Fig. 5 und 5A zeigen die atomaren Zusammensetzungsprofile verschiedener Beschichtungen für unterschiedliche Farben, wie sie mittels eines Elektronenspektroskops für chemische Analyse (ESCA) gemessen wurden, wobeiFig. 5 des ESCA-Sputter-Tiefenprofil für einen mit O₂ und C dotierten TiN-Film undFig. 5A das gleiche Profil für einen TiZrN-Film zeigen. Das im Film vorhandene O₂ stammt aus einem Hinter­grundanteil von O₂ im System. Dieser Hintergrundanteil ist auch in dem inFig. 5 gezeigten O₂ enthalten.FIGS. 5 and 5A show the atomic composition profiles of different coatings for different colors, as measured by means of an electron spectroscope chemical analysis (ESCA),Fig. 5 of the ESCA sputter depth profile of a doped with O₂ and C TiN film andFigure 5A shows the same profile for a TiZrN film. The O₂ present in the film comes from a background portion of O₂ in the system. This background component is also contained in the O₂ shown inFIG. 5.

Es versteht sich, daß es sich bei den vorstehend be­schriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur um Bei­spiele handelt. Zahlreiche Details hinsichtlich der Be­schichtungsmaterialien, der Anordnung und der Konstruktion können modifiziert werden. Obwohl weiterhin die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit einem Lichtbogen-Beschichtungssystem beschrieben wurden, ver­steht es sich, daß sie auch bei anderen Systemen anwendbar ist, beispielsweise dann, wenn das Material von einem Target mittels eines Bogens, welcher auf einen vorbestimmten Be­reich der Targetoberfläche begrenzt sein muß, Blitz-ver­dampft wird.It is understood that the above beWritten embodiments of the invention only forgames is about. Numerous details regarding the Belayering materials, arrangement and constructioncan be modified. Although still the preferredEmbodiments of the invention in connection with aArc coating system have been described, verit is true that they can also be used in other systemsis, for example, if the material from a targetby means of a sheet which is on a predetermined loadingrange of the target surface must be limited, Blitz-veris steaming.

Claims (87)

Translated fromGerman

1. Verfahren zum Beschichten eines Substrats,gekennzeichnet durch die Schritte, sequentiell Lichtbogenpulse auf ein Target einwirken zu lassen, um das Targetmaterial zu verdampfen, und das verdampfte Material auf ein Sub­strat abzulagern, um hierauf eine Beschichtung auszu­bilden, die zumindest aus dem Targetmaterial besteht.1. A method for coating a substrate,characterized by the steps of sequentially allowing arc pulses to act on a target in order to evaporate the target material, and to deposit the evaporated material on a substrate in order to form a coating thereon, which at least consists of the target material consists.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtung noch größer als 50 Mikron ist.2. The method according to claim 1, characterized in thatthe thickness of the coating is still greater than 50 micronsis.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus mehreren Schichten gebildet ist.3. The method according to claim 2, characterized in thatthe coating is formed from several layers.4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schichten das gleiche Material umfaßt.4. The method according to claim 3, characterized in thateach of the layers comprises the same material.5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Schichten ein Material umfaßt, welches zu demjenigen der anderen Schichten unterschiedlich ist.5. The method according to claim 3, characterized in thatat least one of the layers comprises a material whichdifferent from that of the other layersis. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtung nicht größer als ungefähr 5 Mikron ist.6. The method according to claim 2, characterized in thatthe thickness of the coating is no greater than approximatelyIs 5 microns.7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke im Bereich zwischen 0,1 und ungefähr 5 Mikron liegt.7. The method according to claim 6, characterized in thatthe thickness ranges between 0.1 and about 5 micronslies.8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszyklus der Lichtbogenpulse derart ist, daß die Temperatur des Substrats im wesentlichen geringer als 350°C ist.8. The method according to claim 1, characterized in thatthe operating cycle of the arc pulses is such thatthe temperature of the substrate is substantially lowerthan 350 ° C.9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Substrats zwischen ungefähr 50°C und ungefähr 150°C ist.9. The method according to claim 8, characterized in thatthe temperature of the substrate between about 50 ° Cand is about 150 ° C.10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Kunststoffmaterial umfaßt.10. The method according to claim 8, characterized in thatthe substrate comprises plastic material.11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrattemperatur ungefähr 50°C ist.11. The method according to claim 10, characterized inthat the substrate temperature is about 50 ° C.12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Target Titan beinhaltet.12. The method according to claim 10, characterized in thatthat the target contains titanium.13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktion des verdampften Materials mit einem Gas herbeigeführt wird, um eine Verbindung zu schaffen, so daß diese Verbindung als Beschichtung auf dem Substrat abgelagert wird.13. The method according to claim 10, characterized in thatthat a reaction of the vaporized material with aGas is brought in to create a connectionso that this compound as a coating on the substrateis deposited.14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit einem Dotierstoff dotiert wird, so daß die abgelagerte Beschichtung diesen Dotierstoff beinhaltet.14. The method according to claim 13, characterized inthat the compound is doped with a dopant,so that the deposited coating contains this dopantincludes. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff Sauerstoff, Kohlenstoff oder eine Mischung hiervon ist.15. The method according to claim 14, characterized inthat the dopant is oxygen, carbon or aMixture of these is.16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff ungefähr 2 bis 7% des Atomgewichts der Beschichtung darstellt.16. The method according to claim 14, characterized in thatthat the dopant is about 2 to 7% of atomic weightrepresents the coating.17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Targetmaterial aus derjenigen Gruppe ausgewählt wird, welche im wesentlichten aus Titan, Zirkonium und Titan-Zirkonium-Legierungen besteht.17. The method according to claim 13, characterized inthat the target material is selected from that groupwhich is essentially made of titanium, zirconium andTitanium-zirconium alloys exist.18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff umfaßt, so daß die Beschichtung TiN, ZrN oder Ti_xZr_{1 -x}N umfaßt, wobei 0 <x < 1.18. The method according to claim 17, characterized in that the gas comprises nitrogen, so that the coating comprises TiN, ZrN or Ti_x Zr_{1 -x} N, where 0 <x <1.19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß 0,1 <x < 0,9.19. The method according to claim 18, characterized in that 0.1 <x <0.9.20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung TiN umfaßt und daß das Verfahren den Schritt umfaßt, das TiN mit einem Dotierstoff zu dotieren, welcher Sauerstoff oder Kohlenstoff oder eine Mischung hiervon beinhaltet.20. The method according to claim 18, characterized inthat the coating comprises TiN and that the processincludes the step of adding a dopant to the TiNdoping which is oxygen or carbon or oneMixture of these includes.21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff ungefähr 2 bis 7% des Atomgewichts der Beschichtung darstellt.21. The method according to claim 20, characterized inthat the dopant is about 2 to 7% of atomic weightrepresents the coating.22. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate Zink oder eine Zinklegierung umfassen.22. The method according to claim 8, characterized in thatthe substrates comprise zinc or a zinc alloy.23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrattemperatur ungefähr 100°C ist.23. The method according to claim 22, characterized in thatthat the substrate temperature is about 100 ° C. 24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktion des Verdampfungsmaterials mit einem Gas herbeigeführt wird, um eine Verbindung zu bilden, so daß diese Verbindung als Beschichtung auf dem Substrat abgelagert wird.24. The method according to claim 22, characterized in thatthat a reaction of the evaporation material with aGas is produced to form a connectionso that this compound as a coating on the substrateis deposited.25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit einem Dotierstoff dotiert wird, so daß die abgelagerte Beschichtung diesen Dotierstoff umfaßt.25. The method according to claim 24, characterized inthat the compound is doped with a dopant,so that the deposited coating contains this dopantincludes.26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff Sauerstoff, Kohlenstoff oder eine Mischung hiervon ist.26. The method according to claim 25, characterized inthat the dopant is oxygen, carbon or aMixture of these is.27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff ungefähr 2 bis 7% des Atomgewichts der Beschichtung darstellt.27. The method according to claim 25, characterized inthat the dopant is about 2 to 7% of atomic weightrepresents the coating.28. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Targetmaterial aus einer Gruppe gewählt ist, die im wesentlichen aus Titan, Zirkonium, Titan-Zirkonium-Legierungen und Titan-Aluminium-Legierungen besteht.28. The method according to claim 24, characterized inthat the target material is selected from a group,which essentially consist of titanium, zirconium, titanium zirconiumAlloys and titanium-aluminum alloys.29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff umfaßt, so daß die Beschichtung TiN, ZrN, Ti_xZr_{1 -x}N oder Ti_xAl_1-xN umfaßt, wobei 0 <x < 1.29. The method according to claim 28, characterized in that the gas comprises nitrogen, so that the coating comprises TiN, ZrN, Ti_x Zr_{1 -x} N or Ti_x Al_1-x N, where 0 <x <1.30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß 0,1x 0,9.30. The method according to claim 29, characterized in that 0.1x 0.9.31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung TiN umfaßt und daß es den Schritt umfaßt, das TiN mit einem Dotierstoff zu dotieren, wel­cher Sauerstoff oder Kohlenstoff oder eine Mischung hiervon umfaßt.31. The method according to claim 29, characterized inthat the coating comprises TiN and that it includes the stepcomprises doping the TiN with a dopant, welcher oxygen or carbon or a mixtureincludes this. 32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff ungefähr 2 bis 7% des Atomgewichts der Beschichtung darstellt.32. The method according to claim 31, characterized inthat the dopant is about 2 to 7% of atomic weightrepresents the coating.33. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Messing umfaßt.33. The method according to claim 8, characterized in thatthe substrate comprises brass.34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrattemperatur ungefähr 150°C ist.34. The method according to claim 33, characterized inthat the substrate temperature is about 150 ° C.35. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt umfaßt, das Verdampfungsmaterial mit einem Gas zur Reaktion zu bringen, um eine Verbindung zu bilden, so daß diese Verbindung als Beschichtung auf dem Substrat abgelagert wird.35. The method according to claim 33, characterized inthat it includes the step of evaporating materialto react with a gas to form a compoundto form, so that this compound as a coatingis deposited on the substrate.36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit einem Dotierstoff dotiert wird, so daß die abgelagerte Beschichtung den Dotierstoff umfaßt.36. The method according to claim 35, characterized inthat the compound is doped with a dopant,so that the deposited coating contains the dopantincludes.37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff Sauerstoff, Kohlenstoff oder eine Mischung hiervon ist.37. The method according to claim 36, characterized in thatthat the dopant is oxygen, carbon or aMixture of these is.38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff ungefähr 2 bis 7% des Atomgewichts der Beschichtung darstellt.38. The method according to claim 36, characterized in thatthat the dopant is about 2 to 7% of atomic weightrepresents the coating.39. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Targetmaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die im wesentlichen aus Titan, Zirkonium, Titan-Zirkonium-Legierungen und Titan-Aluminium-Legierungen besteht.39. The method according to claim 35, characterized inthat the target material is selected from the groupwhich essentially consist of titanium, zirconium, titanium zirconiumAlloys and titanium-aluminum alloys.40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff umfaßt, so daß die Beschichtung TiN, ZrN oder Ti_xZr_{1 -x}N oder Ti_xAl_{1 -x}N umfaßt, wobei 0 <x < 1.40. The method according to claim 39, characterized in that the gas comprises nitrogen, so that the coating comprises TiN, ZrN or Ti_x Zr_{1 -x} N or Ti_x Al_{1 -x} N, where 0 <x <1.41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß 0,1x 0,9.41. The method according to claim 40, characterized in that 0.1x 0.9.42. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung TiN umfaßt und daß das Verfahren weiterhin den Schritt umfaßt, das TiN mit einem Dotier­stoff zu dotieren, der Sauerstoff oder Kohlenstoff oder eine Mischung hiervon umfaßt.42. The method according to claim 40, characterized inthat the coating comprises TiN and that the processfurther comprises the step of doping the TiNto dope the oxygen or carbon ora mixture thereof.43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff ungefähr 2 bis 7% des Atomgewichts der Beschichtung darstellt.43. The method according to claim 42, characterized inthat the dopant is about 2 to 7% of atomic weightrepresents the coating.44. Verfahren zum Beschichten eines Substrats, dadurch ge­kennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt, kontinuierlich einen Lichtbogen auf ein Target einwirken zu lassen, um das Targetmaterial zu verdampfen, ein Substrat vorzu­sehen, welches im wesentlichen aus rostfreiem Stahl besteht, und das Verdampfungsmaterial auf das Substrat abzulagern, um eine Beschichtung hierauf auszubilden, welche zumindest aus dem Targetmaterial besteht, wobei das Substrat im wesentlichen aus Qualitätsringen, Feder­halterkappen, Brillenfassungen und Silberwaren wie Tafel­silber besteht.44. A method for coating a substrate, thereby geindicates that it includes the steps, continuouslyallow an arc to act on a targetto evaporate the target materialsee which is essentially stainless steelexists, and the evaporation material on the substratedeposit to form a coating thereon,which consists at least of the target material, whereinthe substrate essentially from quality rings, featherholder caps, spectacle frames and silverware such as blackboardssilver exists.45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Substrats im wesentlichen 400°C ist.45. The method according to claim 44, characterized inthat the temperature of the substrate is essentiallyIs 400 ° C.46. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsmaterial mit einem Gas zur Reaktion gebracht wird, um eine Verbindung zu bilden, so daß diese Verbindung als Beschichtung auf dem Substrat ab­gelagert wird.46. The method according to claim 44, characterized inthat the vaporization material to react with a gasis brought to form a connection so thatthis compound as a coating on the substrateis stored. 47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß das Targetmaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die im wesentlichen aus Titan, Zirkonium, Titan-Zirkonium-Legierungen und Titan-Aluminium-Legierungen besteht.47. The method according to claim 46, characterized in thatthat the target material is selected from a groupwhich essentially consist of titanium, zirconium, titanium zirconiumAlloys and titanium-aluminum alloys.48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff umfaßt, so daß die Beschichtung TiN, ZrN, Ti_xZr_{1 -x}N oder Ti_xAl_{1 -x}N umfaßt, wobei 9 <x < 1.48. The method according to claim 47, characterized in that the gas comprises nitrogen, so that the coating comprises TiN, ZrN, Ti_x Zr_{1 -x} N or Ti_x Al_{1 -x} N, where 9 <x <1.49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß 0,1x 0,9.49. The method according to claim 48, characterized in that 0.1x 0.9.50. Verfahren zum Beschichten eines Substrats, dadurch ge­kennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt, einen Licht­bogen kontinuierlich auf ein Target einwirken zu lassen, welches im wesentlichen Titan, Titan-Zikonium-Legie­rungen und Titan-Aluminium-Legierungen umfaßt, um das Targetmaterial zu verdampfen, ein Substrat vorzusehen, welches im wesentlichen aus Werkzeugstahl besteht, das Verdampfungsmaterial mit Stickstoff oder einem Kohlen­stoff beinhaltenden Gas reagieren zu lassen, um eine Verbindung zu bilden, und die Verbindung auf dem Substrat abzulagern, um eine Beschichtung hierauf auszubilden, die zumindest aus dem Targetmaterial besteht, wobei diese Verbindung aus einer Gruppe gewählt ist, die im wesentlichen aus TiC, TiC_xN_{1 -x}, Ti_xZr_{1 -x}N und Ti_xAl_{1 -x}N besteht, wobei 0 <x < 1.50. A method of coating a substrate, characterized in that it comprises the steps of continuously causing an arc to act on a target which essentially comprises titanium, titanium-ziconium alloys and titanium-aluminum alloys in order to Vaporize target material, provide a substrate consisting essentially of tool steel, react the evaporation material with nitrogen or a carbon-containing gas to form a compound, and deposit the compound on the substrate to form a coating thereon consists at least of the target material, this compound being selected from a group consisting essentially of TiC, TiC_x N_{1 -x} , Ti_x Zr_{1 -x} N and Ti_x Al_{1 -x} N, where 0 <x < 1.51. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß 0,1x 0,9.51. The method according to claim 50, characterized in that 0.1x 0.9.52. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Substrats größer oder gleich ungefähr 450°C ist.52. The method according to claim 50, characterized inthat the temperature of the substrate is greater than or equal tois about 450 ° C. 53. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum sequentiellen Einwirkenlassen von Lichtbogenpulsen auf ein Target umfaßt, um das Targetmaterial zu verdampfen, sowie eine Einrichtung, um das Verdampfungsmaterial auf das Substrat abzulagern, um hierauf eine Beschichtung zu erzeugen, die zumindest aus dem Targetmaterial besteht.53. Device for coating a substrate, therebycharacterized as having a sequential meansAllowing arc pulses to act on a targetcomprises to evaporate the target material, and aSet up the evaporation material on the substratedeposit to create a coating on it,which consists at least of the target material.54. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebszyklus der Lichtbogenpulse so ist, daß die Temperatur des Substrats im wesentlichen kleiner als 350°C ist.54. Device according to claim 53, characterized inthat the operating cycle of the arc pulses is such thatthe temperature of the substrate is substantially lowerthan 350 ° C.55. Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Substrats ungefähr 50°C bis unge­fähr 150°C ist.55. Device according to claim 54, characterized inthat the temperature of the substrate about 50 ° C to ungeis about 150 ° C.56. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Kunststoffmaterial umfaßt.56. Device according to claim 53, characterized in thatthat the substrate comprises a plastic material.57. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Zink oder eine Zinklegierung umfaßt.57. Device according to claim 53, characterized inthat the substrate comprises zinc or a zinc alloy.58. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Messing umfaßt.58. Device according to claim 53, characterized inthat the substrate comprises brass.59. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum kontinuier­lichen Einwirkenlassen eines Lichtbogens auf ein Target umfaßt, um das Targetmaterial zu verdampfen, eine Ein­richtung, um ein Substrat vorzusehen, welches im wesent­lichen aus rostfreiem Stahl besteht, und eine Einrich­tung, um das Verdampfungsmaterial auf dem Substrat abzu­lagern, um hierauf eine Beschichtung zu erzeugen, die zumindest aus dem Targetmaterial besteht, wobei das Substrat im wesentlichen aus Qualitätsringen, Feder­halterkappen, Brillengestellen, Uhrengehäusen und Uhren­bändern, Feuerzeuggehäusen und Silberware wie Tafel­ silber besteht.59. Device for coating a substrate, therebycharacterized in that it is a facility for continuouslet an arc act on a targetcomprises an on to evaporate the target materialdirection to provide a substrate which is essentiallyLichen consists of stainless steel, and a Einrichdevice to deposit the evaporation material on the substratestore in order to create a coating thereon thatconsists at least of the target material, theSubstrate mainly from quality rings, featherholder caps, eyeglass frames, watch cases and watchestapes, lighter cases and silverware such as blackboards silver exists.60. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum kontinuier­lichen Einwirkenlassen eines Lichtbogens auf ein Target umfaßt, welches im wesentlichen aus Titan, Titan-Zirkonium-Legierungen und Titan-Aluminium-Legierungen besteht, um das Targetmaterial zu verdampfen, eine Ein­richtung, um ein Substrat vorzusehen, welches im wesent­lichen aus Werkzeugstahl besteht, eine Einrichtung, um eine Reaktion des Verdampfungsmaterials mit einem Gas herbeizuführen, um eine Verbindung zu bilden, und eine Einrichtung, um die Verbindung auf dem Substrat abzulagern, um hierauf eine Beschichtung herzustellen, die zumindest das Targetmaterial umfaßt, wobei diese Beschichtung aus einer Gruppe ausgewählt ist, die im wesentlichen aus TiC, TiC_xN_{1 -x}, Ti_xZr_{1 -x}N und Ti_xAl_{1 -x}N besteht, wobeix < 0 < 1 ist.60. Apparatus for coating a substrate, characterized in that it comprises a device for the continuous action of an arc on a target, which consists essentially of titanium, titanium-zirconium alloys and titanium-aluminum alloys to evaporate the target material , a device for providing a substrate consisting essentially of tool steel, a device for causing the evaporation material to react with a gas to form a compound, and a device for depositing the compound on the substrate to thereupon to produce a coating which comprises at least the target material, this coating being selected from a group consisting essentially of TiC, TiC_x N_{1 -x} , Ti_x Zr_{1 -x} N and Ti_x Al_{1 -x} N, wherex <0 <1.61. Verfahren zum Beschichten eines Substrats, dadurch ge­kennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt, einen Licht­bogen auf ein Target einwirken zu lassen, welches im wesentlichen zumindest aus Titan, Titan-Aluminium, Zirkonium oder Titan-Zirkonium besteht, um das Target zu verdampfen, als Substrat ein dekoratives Teil vorzu­sehen, wobei das Material dieses Teils aus der Gruppe gewählt ist, die im wesentlichen aus Kunststoff, Zink, Zinklegierungen, Messing und rostfreiem Stahl besteht, das Verdampfungsmaterial mit einem Gas zur Reaktion zu bringen, welches zumindest Stickstoff oder ein Kohlen­stoff enthaltendes Gas umfaßt, und das Reaktionsprodukt als Beschichtung auf dem Substrat abzulagern.61. A method for coating a substrate, thereby geindicates that it includes the steps of a lightto act on a target, which in theessentially at least made of titanium, titanium-aluminum,Zirconium or titanium zirconium is made to the targetto evaporate, a decorative part as substratesee, the material of this part from the groupis selected, which is essentially made of plastic, zinc,Zinc alloys, brass and stainless steel,the vaporization material with a gas for reactionto bring which is at least nitrogen or a coalgas containing substance, and the reaction productto be deposited as a coating on the substrate.62. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß die dekorativen Teile im wesentlichen aus Qualitäts­ringen, Uhrengehäusen, Uhrenbändern, Silberwaren wie Tafelsilber, Brillenrahmen, Federhalterkappen und Feuer­zeugen bestehen.62. The method according to claim 61, characterized inthat the decorative parts are essentially of qualityrings, watch cases, watch bands, silverware such asSilverware, glasses frames, pen caps and firewitness exist. 63. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Titan-Zirkonium-Legierung umfaßt und daß das Gas Stickstoff umfaßt, um auf dem Substrat eine goldfarbene Beschichtung zu erzeugen, welche Ti_xZr_{1 -x}N umfaßt, wobei 0 <x < 1 ist und die Goldfarbe von ungefähr 10k bis 24k derart variiert, daß mit zu­nehmendemx auchk ansteigt.63. The method according to claim 61, characterized in that the substrate comprises a titanium-zirconium alloy and that the gas comprises nitrogen to produce a gold-colored coating on the substrate which comprises Ti_x Zr_{1 -x} N, where 0 <x <1 and the gold color varies from approximately 10k to 24k in such a way thatk increases with increasingx .64. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldfarbe ungefähr 10k ist und daßx zwischen 0,15 und 0,20 variiert.64. The method according to claim 63, characterized in that the gold color is approximately 10k and thatx varies between 0.15 and 0.20.65. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldfarbe ungefähr 14k ist und daßx zwischen ungefähr 0,25 und 0,30 variiert.65. The method according to claim 63, characterized in that the gold color is approximately 14k and thatx varies between approximately 0.25 and 0.30.66. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldfarbe ungefähr 18k ist und daßx zwischen ungefähr 0,40 und 0,45 variiert.66. The method according to claim 63, characterized in that the gold color is approximately 18k and thatx varies between approximately 0.40 and 0.45.67. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldfarbe ungefähr 24k ist und daßx zwischen ungefähr 0,50 und 0,55 variiert.67. The method according to claim 63, characterized in that the gold color is approximately 24k and thatx varies between approximately 0.50 and 0.55.68. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Titan ist und daß das Gas das Kohlen­stoff enthaltende Gas enthält, um auf dem Substrat eine graufarbene Beschichtung herzustellen, die TiC enthält.68. The method according to claim 61, characterized inthat the substrate is titanium and that the gas is coalcontains gas to contain a on the substrateto produce a gray-colored coating that contains TiC.69. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Titan ist und daß das Gas eine Mischung aus Stickstoff und dem Kohlenstoff enthaltenden Gas umfaßt, um auf dem Substrat eine farbige Beschichtung zu erzeugen, welche TiC_xN_{1 -x} umfaßt, wobei 0 <x < 1 und die Farbe der Beschichtung braun, bronze oder dunkelbraun ist, je nach dem Wert vonx.69. The method of claim 61, characterized in that the substrate is titanium and that the gas comprises a mixture of nitrogen and the carbon-containing gas to produce a colored coating on the substrate, which comprises TiC_x N_{1 -x} , wherein 0 <x <1 and the color of the coating is brown, bronze or dark brown, depending on the value ofx .70. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Titan-Aluminium-Legierung umfaßt und daß das Gas Stickstoff umfaßt, um auf dem Substrat eine farbige Beschichtung herzustellen, welche Ti_xAl_{1 -x}N umfaßt, wobei 0 <x < 1 und die Farbe der Beschichtung dunkelbraun oder schwarz ist, je nach dem Wert vonx.70. The method of claim 61, characterized in that the substrate comprises a titanium-aluminum alloy and that the gas comprises nitrogen to produce a colored coating on the substrate which comprises Ti_x Al_{1 -x} N, where 0 <x <1 and the color of the coating is dark brown or black, depending on the value ofx .71. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit O₂ oder C oder einer Mischung hieraus dotiert wird.71. The method according to claim 61, characterized in that the coating is doped with O₂ or C or a mixture thereof.72. Verfahren nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß das Target im wesentlichen aus Titan besteht und daß das Gas im wesentlichen aus Stickstoff besteht, so daß die Beschichtung dotiertes TiN ist.72. The method according to claim 71, characterized inthat the target consists essentially of titanium andthat the gas consists essentially of nitrogen,so that the coating is doped TiN.73. Verfahren nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbe des dotierten TiN gold ist, welches in Abhängigkeit vom relativen Anteil von C und O₂-Dotier­stoffen von ungefähr 10k bis 24k variiert.73. The method according to claim 72, characterized in that the color of the doped TiN is gold, which varies depending on the relative proportion of C and O₂ doping substances from about 10k to 24k .74. Verfahren nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die goldene Farbe ungefähr 10k ist und daß der Anteil an O₂-Dotierstoff ungefähr 4% Atomgewicht und der Anteil des C-Dotierstoffs ungefähr 3% Atomgewicht ist.74. The method according to claim 73, characterized in that the golden color is approximately 10k and that the proportion of O₂ dopant is approximately 4% atomic weight and the proportion of the C dopant is approximately 3% atomic weight.75. Verfahren nach Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Titan zu Stickstoff für jedes Prozent Stickstoffatome ungefähr 1,25 bis ungefähr 1,40 beträgt.75. The method according to claim 74, characterized in thatthe ratio of titanium to nitrogen for each percentNitrogen atoms is about 1.25 to about 1.40.76. Verfahren nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldfarbe ungefähr 14k ist und daß der Anteil an O₂-Dotierstoff ungefähr 4% Atome ist.76. The method according to claim 73, characterized in that the gold color is approximately 14k and that the proportion of O₂ dopant is approximately 4% atoms.77. Verfahren nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Titan zu Stickstoff für jedes Prozent Stickstoffatome ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,20 beträgt.77. The method according to claim 76, characterized in thatthe ratio of titanium to nitrogen for each percentNitrogen atoms is about 1.15 to about 1.20. 78. Verfahren nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldfarbe ungefähr 18k ist und daß der Anteil an O₂-Dotierstoff ungefähr 2% Atomgewicht und der Anteil an C-Dotierstoff ungefähr 5% Atomgewicht ist.78. The method according to claim 73, characterized in that the gold color is approximately 18k and that the proportion of O₂ dopant is approximately 2% atomic weight and the proportion of C dopant is approximately 5% atomic weight.79. Verfahren nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß das Target im wesentlichen aus Zirkonium besteht und daß das Gas im wesentlichen aus Stickstoff besteht, so daß die Beschichtung dotiertes ZrN ist.79. The method according to claim 71, characterized in thatthat the target consists essentially of zirconiumand that the gas consists essentially of nitrogen,so that the coating is doped ZrN.80. Verfahren nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbe des dotierten ZrN weißgold ist, welches von ungefähr 10k bis 24k in Abhängigkeit von den relativen Anteilen von C- und O₂-Dotierstoffen variiert.80. The method according to claim 79, characterized in that the color of the doped ZrN is white gold, which varies from approximately 10k to 24k depending on the relative proportions of C and O₂ dopants.81. Verfahren nach Anspruch 80, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldfarbe ungefähr 10k ist und daß der Anteil an Dotierungs-Sauerstoffatomen ungefähr 2% beträgt.81. The method according to claim 80, characterized in that the gold color is approximately 10k and that the proportion of doping oxygen atoms is approximately 2%.82. Verfahren nach Anspruch 80, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldfarbe ungefähr 14k ist und daß der Anteil an Dotierungs-Sauerstoffatomen ungefähr 1% und der Anteil an Dotierungs-Kohlenstoffatomen ungefähr 4% beträgt.82. The method according to claim 80, characterized in that the gold color is approximately 14k and that the proportion of doping oxygen atoms is approximately 1% and the proportion of doping carbon atoms is approximately 4%.83. Verfahren nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbe des dotierten ZrN weißgold ist.83. The method according to claim 79, characterized in thatthat the color of the doped ZrN is white gold.84. Verfahren nach Anspruch 83, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Dotierungs-Sauerstoffatomen ungefähr 5% beträgt.84. The method according to claim 83, characterized in thatthe proportion of doping oxygen atoms about 5%is.85. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung aufweist zum Einwirkenlassen eines Lichtbogens auf ein Target, welches im wesentlichen aus zumindest einem der Stoffe Titan, Titan-Aluminium, Zirkonium oder Titan-Zirkonium besteht, um das Target zu verdampfen, einen dekorativen Teil, der das Substrat umfaßt, wobei das dieses Teil umfassende Material im wesentlichen aus Kunststoff, Zink oder Zink­legierungen, Messing oder rostfreiem Stahl besteht, eine Einrichtung, um das Verdampfungsmaterial mit einem Gas reagieren zu lassen, welches zumindest Stickstoff und/oder ein Kohlenstoff enthaltendes Gas umfaßt, und eine Einrichtung, um die Reaktionsprodukte als Be­schichtung auf dem Substrat abzulagern.85. Device for coating a substrate, therebycharacterized in that it has a device forAllowing an arc to act on a target whichessentially from at least one of the substances titanium,Titanium aluminum, zirconium or titanium zirconium, to vaporize the target, a decorative part,which comprises the substrate, the part comprising this partMaterial essentially made of plastic, zinc or zincalloys, brass or stainless steel,a device to the evaporation material with aAllow gas to react, which is at least nitrogenand / or a carbon-containing gas, anda facility to the reaction products as Bedeposit layering on the substrate.86. Vorrichtung nach Anspruch 85, dadurch gekennzeichnet, daß die dekorativen Teile im wesentlichen aus Qualitäts­ringen, Uhrengehäusen, Uhrenbändern, Silberwaren wie Tafelsilber, Brillenrahmen, Federhalterkappen und Feuer­zeugen bestehen.86. Device according to claim 85, characterized in thatthat the decorative parts are essentially of qualityrings, watch cases, watch bands, silverware such asSilverware, glasses frames, pen caps and firewitness exist.87. Vorrichtung nach Anspruch 85, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit O₂ oder C oder einer Mischung hieraus dotiert wird.87. Device according to claim 85, characterized in that the coating is doped with O₂ or C or a mixture thereof.