CN104662329A - 链元件、链销及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于连接至少两个链节(3)的链元件(2)、尤其是链销(4)，该链元件由含碳的基材(5)、尤其是钢形成，其特征在于，该链元件具有含硼和钒的边沿层(7)，其中，边沿层(7)借助如下方法来制造，其中，在第一方法步骤中形成通过至少一种用于将钒扩散到基材(5)的靠近表面的区域中的措施形成的含碳和钒的中间层(6)，并且在随后的第二方法步骤中，通过对中间层(6)的借助至少一种用于将硼扩散到中间层(6)中的措施的转化来形成边沿层(7)。

Description

链元件、链销及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种链元件，该链元件由含碳的基材，尤其是钢形成，并且构造为尤其是应用在链驱动装置中的链，或者构造为这种链的一部分、例如链销；并且本发明还涉及一种用于制造该链元件的方法。

背景技术

这种链元件例如用作链传动装置或相应的链传动装置的部件以传递力，并且应用在多种不同的技术领域中、例如机动车辆技术领域。

链元件由于在其运行时存在有高的机械负荷通常由在机械上尤其能应变的钢形成。此外公知的是，链元件、尤其是在接触其他链元件或另外的构件的区域中配设有影响机械特性的表面改性，尤其是表面硬化，其可理解为耐磨损的并且相对腐蚀介质稳定的覆层。相应的表面改性，也就是说特别是特殊的边沿层的构造可以例如用于给形成链元件的基材在其表面区域中赋予改变的多种多样的特性。因此，具有特定的强度和韧度的材料，尤其是钢例如可以配设有特别耐磨损的并且防腐蚀的边沿层，并且因此有针对性地在其机械特性方面进行改变。公知的用于对钢的表面进行改性的方法，也就是说用于构造出相应的边沿层的方法例如是渗碳(碳化)、氮化和/或施加以钛或钼为基础的覆层。

然而，由于在相应的链元件的应用领域中的特别是磨损强烈并且可能还额外起腐蚀性作用的条件(这例如通过内燃机的燃烧残留物或润滑剂或润滑剂残留物的污染导致)，通过相应的过程构造出的边沿层针对稍后的应用经常是不令人满意的或者只是有条件地令人满意的。

发明内容

本发明的任务在于说明一种尤其是在耐磨损性和抗腐蚀性方面得到改进的链元件。

为了解决该任务，在开头提到类型的链元件的情况下根据本发明规定，链元件具有含硼和钒的边沿层，其中，边沿层借助如下方法制成，其中，在第一方法步骤中形成通过至少一种用于将钒扩散到基材的靠近表面的区域中的措施形成的含碳和钒的中间层，并且在随后的第二方法步骤中，通过由至少一种用于将硼扩散到中间层中的措施对中间层进行转化来形成边沿层。

因此，通过至少一种用于将钒扩散到形成链元件的基材，也就是说尤其是形成链元件的钢的靠近表面的区域中的措施来形成中间层，并且主要含碳和钒，也就是说尤其是碳钒化合物、如例如碳化钒(VC)。在时间上随后通过至少一种用于将硼扩散到在时间上提前形成的中间层中的措施来形成边沿层，其中，中间层完全转化为边沿层，并且主要含硼和钒，也就是说尤其是硼钒化合物、例如硼化钒(VB₂)。据此，中间层仅暂时存在，并且在通过中间层进行完全转化而形成边沿层之后就不再存在。

根据本发明的链元件的通过转化中间层所形成的边沿层直接邻接于形成链元件的或至少部分由该链元件形成的基材。因此，边沿层尤其形成了根据本发明的链元件的暴露的表面。

根据本发明的链元件由于边沿层而具有改进的特性分布。尤其地，通过构造出边沿层，根据本发明的链元件不仅在其机械特性、例如尤其是表面硬度(其中，此外经常还确保足够的可延展性)、耐磨损性、抗过度碾压性()等方面，而且在其相对于腐蚀性介质，也就是说尤其是开头提到的润滑剂、例如尤其是降解的润滑油或润滑脂等的抗腐蚀性方面都具有突出的特性分布。

因此，根据本发明的链元件可以例如毫无问题地在通常机械上以及腐蚀性上高负载的运行条件下用作现代机动车辆的动力总成的部件，其中，该链元件的突出之处在于相对于传统链元件改进了的使用寿命。这特别是基于前述相对于在机动车辆运行中产生的由动力总成的部件通过磨损导致的磨蚀性颗粒的提高的耐磨损性，以及根据本发明的链元件的边沿层的相对于由降解的润滑剂造成的腐蚀性环境的提高的耐腐蚀性。

构造出中间层和边沿层优选对形成根据本发明的链元件的含碳的材料或基材的特性没有影响或仅具有很小的影响，该材料或基材尤其是钢，例如SAE 1010、SAE 1012、SAE 8620、DIN 16MnCr5，或者说该材料或基材的基础结构在其特性方面没有改变。优选地，作为基材使用具有大致0.8重量％的碳含量的材料，也就是说尤其是钢。形成链元件的基材例如也可以由CK75型或100Cr6型的钢形成。

能够想象到的是，边沿层可以与链元件的其余材料以如下方式划定界限，即，边沿层与形成链元件的基材相比具有更高份额的硼和钒或钒硼化合物、例如VB₂，这例如可以借助显微照片呈现。

同样地，根据本发明，链元件的靠近表面的区域可以理解为链元件的构造出尤其是含硼和钒或钒硼化合物、例如VB₂的边沿层的那个区域。

根据本发明，通过至少一种用于将钒扩散到链元件的基材的靠近表面的区域中的措施构造出中间层。因此，依赖于相应的在用于将钒扩散到链元件的基材的靠近表面的区域中的措施的范畴内具体选定的或者使用的过程参数，例如温度、压力、持续时间等，可以有针对性地对待构造的或已构造成的含碳和钒的中间层造成影响。尤其是在过程技术上能影响或能控制钒原子或者钒化合物在中间层中的渗入深度，以及钒原子或者钒化合物、例如尤其是具有可能不同的成分的碳钒化合物在中间层中的浓度。

同样的情况也适用于随后的边沿层的构造，也就是说在此依赖于相应的在用于将硼扩散到中间层中的措施的范畴内具体选定或者使用的过程参数，例如温度、压力、持续时间等，也可以有针对性地对待构造的或已构造成的含硼和钒或钒硼化合物的边沿层造成影响。尤其地以这种方式，在过程技术上能影响或能控制在通过转化中间层来构造边沿层期间硼原子或者硼化合物在边沿层中的渗入深度，以及硼原子或硼化合物的、例如尤其是具有可能不同的成分的钒硼化合物在中间层中的浓度。

如还将进一步阐述的那样，中间层和边沿层可以分别尤其是通过用于在构造中间层的范畴内将钒，也就是说钒原子和/或钒化合物扩散到链元件的基材中的热化学方法，或者通过用于在构造边沿层或转化中间层的范畴内将硼，也就是说硼原子和/或硼化合物扩散到中间层中的措施来构造。

至少一种用于将钒扩散到链元件的基材的靠近表面的区域中且用于构造出中间层的措施在此有利地包括对链元件的基材的尤其是热化学的渗钒。至少一种用于将硼扩散到中间层中且用于转化中间层的，也就是说用于构造出边沿层的措施有利地包括对中间层的尤其是热化学的渗硼。

边沿层例如具有1000HV至3000HV(维氏硬度)，尤其是大于1500HV的硬度。边沿层的因此相应高的硬度主要对根据本发明的链元件的改进的耐磨损性有所贡献。显然，在例外的情况下边沿层的硬度也可以在1000HV之下以及在3500HV之上。

边沿层例如具有1μm至25μm、优选5μm至20μm的层厚度。如已经提到的那样，边沿层的层厚度尤其会受到在构造边沿层的范畴内应用的过程参数的选择和调节影响。同样的情况也适用于要转化为边沿层的中间层。因此，原则上也可能的是，由于在用于构造中间层和边沿层的相应的措施的范畴内使用的过程参数，中间层比在随后构造出的边沿层具有更大的层厚度，或者反之亦然。显然，在例外的情况下边沿层的层厚度也可以在1μm之下以及在25μm之上。

根据本发明的链元件尤其是用于连接链的至少两个链节的链销。链销通常是链的高负荷的部件，因此根据本发明构造出的含硼和钒的边沿层是特别适宜的，其中，边沿层借助如下方法来制造，其中，在第一方法步骤中形成通过至少一种用于将钒扩散到基材的靠近表面的区域中的措施形成的且含碳和钒的中间层，并且在随后的第二方法步骤中，通过对中间层的借助至少一种用于将硼扩散到中间层中的措施的转化来形成边沿层。

原则上，根据本发明的链元件的所有实施方案都类似地适用于根据本发明的链销。

此外，本发明还涉及一种用于制造具有含硼和钒的边沿层的由含碳的基材、尤其是钢形成的用于连接至少两个链节的链元件、尤其是链销的方法。该方法包括如下方法步骤：提供由含碳的基材、尤其是钢形成的链元件的步骤；实施至少一种用于将钒扩散到基材的靠近表面的区域中以构造出含碳和钒的中间层的措施的步骤；并且随后实施至少一种用于将硼扩散到中间层中的措施的步骤，从而在构造出含硼和钒的边沿层的情况下将中间层转化为边沿层。

实施至少一种用于将钒扩散到基材的靠近表面的区域中以构造出含碳和钒的中间层的措施的方法步骤可以被视为用于构造链元件的第一方法步骤。实施至少一种用于将硼扩散到中间层中的措施的方法步骤可以被视为用于构造链元件的第二方法步骤，从而在构造出含硼和钒的边沿层的情况下将中间层转化为边沿层。

在此，作为至少一种用于将钒扩散到链元件的基材的靠近表面的区域中以构造出含碳和钒的中间层的措施，有利地实施对基材的尤其是热化学的渗钒。作为至少一种用于在转化中间层期间将硼扩散到中间层中以构造出含硼和钒的边沿层的措施，有利地实施尤其是热化学的渗硼。

在链元件的基材的有利地设置成用于构造出中间层的热化学渗钒的范畴内，将含钒的粉末或含钒的膏例如施加到链元件的基材上，其中，在温度影响下，从粉末或膏中将钒扩散到链元件的基材中。

从含例如为钒的粉末混合物(其包括Fe-V、Al₂O₃、NH₄Cl)出发，为了在例如950℃至1250℃温度的情况下构造出中间层，可以根据等式(1)至(4)进行化学反应。

$N{H}_4\mathrm{Cl}\↔{\mathrm{NH}}_{3\left(g\right)}+H{\mathrm{Cl}}_{\left(g\right)}---\left(1\right)$

$V+2H{\mathrm{Cl}}_{\left(g\right)}\↔{\mathrm{VCl}}_2+H_{2\left(g\right)}---\left(2\right)$

$V+3H{\mathrm{Cl}}_{\left(g\right)}\↔{\mathrm{VCl}}_3+{1.5H}_{2\left(g\right)}---\left(3\right)$

$2{\mathrm{VCl}}_3\↔{\mathrm{VCl}}_2+{\mathrm{VCl}}_{4\left(g\right)}---\left(4\right)$

在温度进一步提升的情况下，根据等式(4)形成的、尤其是气态的钒氯化合物与链元件的基材、也就是说钢以及因此铁化合物根据等式(5)和(6)彼此进行化学反应，其中，构造出主要含碳化钒(VC)的中间层。

${\mathrm{VCl}}_{4\left(g\right)}+2\mathrm{Fe}\↔V+2\mathrm{Fe}{\mathrm{Cl}}_{2\left(g\right)}---\left(5\right)$

${\mathrm{VCl}}_{3\left(g\right)}+1.5\mathrm{Fe}\↔V+1.5\mathrm{Fe}{\mathrm{Cl}}_{2\left(g\right)}---\left(6\right)$

$V+C\↔\mathrm{VC}---\left(7\right)$

因此，在等式(1)至(7)中示出的化学过程都是用于构造中间层的对链元件基材的渗钒的一部分，由此在中间层中最后主要存在碳钒化合物、例如碳化钒(VC)。

此外，在大致950℃至1000℃范围内的相比降低的温度的情况下还可以实现对链元件，也就是说之前形成的中间层的渗硼。同样地，从含硼或硼化合物的施加到中间层上的粉末出发，将硼扩散到中间层中，在该中间层中，硼与那里存在的碳钒化合物，也就是说尤其是碳化钒(VC)相互作用，或者说尤其是根据等式(8)进行反应，其中，中间层完全被转化为边沿层，其中，形成了边沿层。

$\mathrm{VC}+B\↔{\mathrm{VB}}_2+C---\left(8\right)$

边沿层因此尤其具有硼化钒(VB₂)作为硼钒化合物。没有形成铁硼化合物，或者说即便形成也仅形成很少量。

至少一种用于将钒扩散到基材的靠近表面的区域中以构造出含碳和钒的中间层的措施可以在900℃至1300℃，尤其是950℃至1250℃的温度范围内实施。至少一种用于将硼扩散到中间层中以构造出含硼和钒的边沿层的措施可以在800℃至1100℃，尤其是950℃至1000℃的温度范围内实施。在实施至少一种用于将钒扩散到基材的靠近表面的区域中以构造出中间层的措施的情况下或者在实施至少一种用于将硼扩散到中间层中以转化中间层或构造含硼和钒的边沿层的措施的情况下的温度下，在过程技术上可以对中间层和随后形成的边沿层的特性，例如硬度、渗入深度、均一性等造成影响。显然，在例外的情况下也可以超过或低于所提到的温度或温度范围。

至少一种用于将钒扩散到基材的靠近表面的区域中以构造出含碳和钒的中间层的措施和至少一种用于将硼扩散到中间层中以构造出含硼和钒的边沿层的措施可以持续1至24个小时的持续时间，尤其是2至8个小时的持续时间。在用于构造中间层和随后形成的边沿层的相应的措施的持续时间内，也就是说尤其是在用于对链元件的基材进行热化学渗钒和用于在该热化学渗钒之后对中间层进行热化学渗硼的相应的持续时间内，在过程技术上可以对中间层的特性，例如硬度、渗入深度、均一性等造成影响。显然，在例外的情况下也可以比所提到的时间更短或更长地实施用于构造中间层和/或边沿层的措施。

用于构造边沿层的措施有利地以如下方式实施，即，使边沿层具有1μm至25μm范围内的层厚度。尤其地，用于构造中间层和随后形成的边沿层的措施可以按如下方式实施，即，使中间层具有1μm至25μm，优选1μm至5μm的层厚度，而使随后形成的边沿层具有1μm至25μm，优选5μm至20μm的层厚度，或者反过来。

原则上，根据本发明的用于制造具有含硼和钒的边沿层的由含碳的基材、尤其是钢形成的用于连接至少两个链节的链元件、尤其是链销的方法的所有实施方案都类似地适用于根据本发明的链元件以及根据本发明的链销。

附图说明

在附图中示出了本发明的实施例并且在下面对其进行详细描述。其中：

图1示出链的表征性截段，其包括多个链元件；

图2示出用于连接链的至少两个链节的链销形式的链元件；并且

图3至图6示出在制造链元件期间主要的方法步骤。

具体实施方式

图1示出了链1的表征性截段，其包括多个链元件2。链1可以构造为齿形链，并且因此例如用于在动力总成中的力传递或作为机动车的动力总成的部件。

可以看出，链1包括多个形式为彼此相继地布置的、尤其是接片状的链节3的链元件2，这些链节经由链销4彼此连接。图2示出了用于连接链1的至少两个链节3的链销4形式的链元件2的单独的图示。

形成链1的链元件2，也就是说链节3和链销4都由金属的、以碳和铁为基础的基材5，也就是说钢、例如CK75形成。链元件2已经进行了两次不同的热化学表面处理。

在提供由含碳和铁的基材5，也就是说钢、例如CK75形成的链元件2(参见图3)之后，首先进行用于将钒扩散到链元件2的基材5中的措施，其中，构造出直接邻接于基材5的中间层6(参见图4)，该中间层主要含碳和钒或碳钒化合物、尤其是碳化钒(VC)。

随后实施用于将硼扩散到中间层6中的措施，其中，中间层6完全被转化为边沿层7(参见图5)，也就是说，构造出边沿层7(参见图6)，该边沿层主要含硼和钒或硼钒化合物、尤其是硼化钒(VB₂)。

据此，中间层6仅暂时存在，并且在通过中间层6的完全转化而形成边沿层7之后就不再存在。

边沿层7可以被视为链元件2的外表面。

具体地，作为用于构造出中间层6的措施，实施对链元件2的热化学渗钒，其中，在950℃至1250℃的范围内的升高的温度下，从施加到链元件2上的含钒或钒化合物的粉末或含钒或钒化合物的膏，钒原子或钒化合物扩散到链元件2的基材5中，由此形成中间层6。

作为随后实施的用于转化中间层6或构造边沿层7的措施，实施对中间层6的热化学渗硼，其中，在950℃至1000℃的范围内的升高的温度下，从施加到中间层6上的含硼或硼化合物的粉末或含硼或硼化合物的膏，硼原子或硼化合物扩散到主要含钒碳化合物、例如碳化钒的中间层6中，由此中间层6被转化为边沿层7，由此形成了边沿层7。

用于实施渗钒或者跟随该渗钒之后的渗硼的过程持续时间例如分别可以是总共6个小时。

形成的边沿层7例如具有大致20μm的厚度。

边沿层7的硬度为大致2500HV(维氏硬度)。

边沿层7赋予了链元件2改进的特性分布，其中，尤其是改进了由边沿层7的在大致2500HV范围内的高硬度决定的耐磨损性以及抗腐蚀性。

制造具有含硼和钒的边沿层7的用于连接至少两个链节3的链元件2，尤其是链销4通过具有如下步骤的方法来实现，即，提供由含碳的基材5，尤其是钢形成的链元件2(参见图3)；实施至少一种用于将钒扩散到基材5的靠近表面的区域中的且用于构造出含碳和钒的中间层6的措施(参见图4)；以及随后的实施至少一种用于将硼扩散到中间层6中的措施，从而在构造出含硼和钒的边沿层7的情况下将中间层6转化为边沿层7(参见图5、图6)。

如提到的那样，作为用于将钒扩散到链元件2的基材5的靠近表面的区域中以构造出含碳和钒的中间层6的措施，优选实施对基材5的热化学渗钒，并且作为用于将硼扩散到中间层6中以构造出含硼和钒的边沿层7的措施，优选实施对中间层6的热化学渗硼。

附图标记列表

1 链

2 链元件

3 链节

4 链销

5 基材

6 中间层

7 边沿层

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于制造由含碳的基材(5)形成的链元件(2)的方法，所述链元件具有含硼和钒的边沿层(7)，其特征在于具有如下步骤：

-提供由含碳的基材(5)形成的链元件(2)，

-实施至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中以构造出含碳和钒的中间层(6)的措施，并且随后

-实施至少一种用于将硼扩散到所述中间层(6)中的措施，从而在构造出所述含硼和钒的边沿层(7)的情况下使所述中间层(6)转化为所述边沿层(7)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中以构造出所述含碳和钒的中间层(6)的措施，实施对所述基材(5)的渗钒，而作为用于将硼扩散到所述中间层(6)中以构造出所述含硼和钒的边沿层(7)的措施，实施渗硼。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中以构造出所述含碳和钒的中间层(6)的措施在900℃至1300℃，特别是950℃至1250℃的温度范围内实施，而所述至少一种用于将硼扩散到所述中间层(6)中以构造出所述含硼和钒的边沿层(7)的措施在800℃至1100℃，特别是950℃至1000℃的温度范围内实施。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中以构造出所述含碳和钒的中间层(6)的措施和所述至少一种用于将硼扩散到所述中间层(6)中以构造出所述含硼和钒的边沿层(7)的措施都持续实施1至24个小时的持续时间，特别是2至8个小时的持续时间。

5.一种链元件(2)，其特征在于，所述链元件按照根据前述权利要求中任一项所述的方法制成。

6.一种用于连接两个链节(3)的链销(4)，其特征在于，所述链销按照根据权利要求1至4中任一项所述的方法制成。

Claims (10)

1.一种用于连接至少两个链节(3)的链元件(2)、特别是链销(4)，所述链元件由含碳的基材(5)、特别是钢形成，其特征在于，所述链元件具有含硼和钒的边沿层(7)，其中，所述边沿层(7)借助如下方法来制造，其中，在第一方法步骤中形成通过至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中的措施形成的含碳和钒的中间层(6)，并且在随后的第二方法步骤中，通过对所述中间层(6)的借助至少一种用于将硼扩散到所述中间层(6)中的措施的转化来形成所述边沿层(7)。

2.根据权利要求1所述的链元件，其特征在于，所述边沿层(7)由VB₂形成。

3.根据权利要求1或2所述的链元件，其特征在于，所述至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中的措施包括对所述基材(5)的渗钒，而所述至少一种用于将硼扩散到所述中间层(6)中的措施包括对所述中间层(6)的渗硼。

4.根据前述权利要求中任一项所述的链元件，其特征在于，所述边沿层(7)具有1000HV至3000HV，特别是大于1500HV的硬度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的链元件，其特征在于，所述边沿层(7)具有1μm至25μm，优选5至20μm的层厚度。

6.一种用于连接链(1)的至少两个链节(3)的链销(4)，所述链销由含碳的基材(5)、特别是钢形成，其特征在于，所述链销具有含硼和钒的边沿层(7)，其中，所述边沿层(7)借助如下方法来制造，其中，在第一方法步骤中形成通过至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中的措施形成的含碳和钒的中间层(6)，并且在随后的第二方法步骤中，通过对所述中间层(6)的借助至少一种用于将硼扩散到所述中间层(6)中的措施的转化来形成所述边沿层(7)。

7.一种用于制造由含碳的基材(5)、特别是钢形成的用于连接至少两个链节(3)的链元件(2)、特别是链销(4)的方法，所述链元件具有含硼和钒的边沿层(7)，其特征在于具有如下步骤：

-提供由含碳的基材(5)、特别是钢形成的链元件(2)，

-实施至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中以构造出含碳和钒的中间层(6)的措施，并且随后

-实施至少一种用于将硼扩散到所述中间层(6)中的措施，从而在构造出所述含硼和钒的边沿层(7)的情况下使所述中间层(6)转化为所述边沿层(7)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，作为至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中以构造出所述含碳和钒的中间层(6)的措施，实施对所述基材(5)的渗钒，而作为用于将硼扩散到所述中间层(6)中以构造出所述含硼和钒的边沿层(7)的措施，实施渗硼。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中以构造出所述含碳和钒的中间层(6)的措施在900℃至1300℃，特别是950℃至1250℃的温度范围内实施，而所述至少一种用于将硼扩散到所述中间层(6)中以构造出所述含硼和钒的边沿层(7)的措施在800℃至1100℃，特别是950℃至1000℃的温度范围内实施。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一种用于将钒扩散到所述基材(5)的靠近表面的区域中以构造出所述含碳和钒的中间层(6)的措施和所述至少一种用于将硼扩散到所述中间层(6)中以构造出所述含硼和钒的边沿层(7)的措施都持续实施1至24个小时的持续时间，特别是2至8个小时的持续时间。