CN107002251A - 用于制造在机械部件上的滑动面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造机械部件(1、1’)、尤其在凸轮组件上的滑动面(3、3a、3b)的方法，其中机械部件(1、1’)在其表面(2)的至少一部分中首先进行涂层(4、4’)的涂覆，随后在所述涂层上借助于激光结构化装置形成表面结构(5)。在这种情况下，为了在涂层(4、4’)的涂层厚度(s1)的情况下能够形成不会穿透涂层(4、4’)的表面结构(5)，通过激光干涉结构化装置来形成表面结构(5)。

Description

用于制造在机械部件上的滑动面的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造在机械部件、尤其在凸轮组件上的滑动面的方法，其中，机械部件的滑动面被用于与至少一个另外的机械部件滑动接触，其中所述至少一个另外的机械部件通过滑动面在滑动方向上滑动，其中机械部件在其表面的至少一部分上首先设置涂层，随后在所述涂层上借助于激光干涉结构化装置或激光干涉结构化方法形成表面结构。本发明还涉及一种具有至少一个根据本发明制造的滑动面的机械部件以及一种具有这种机械部件的滑动接触装置。
背景技术
由US 2005/0175837 A1已知一种用于制造在机械部件上的滑动面的方法，其中，机械部件在其表面的至少一部分中首先设置涂层，接着借助于激光干涉结构化装置在所述涂层内形成表面结构。
DE 10 2009 060 924 A1描述了一种包含用于真空摩擦应用的固体润滑剂的结构。在此，在衬底基层上设有包括由类金刚石碳(DLC)构成的层的层系统，并且在层系统中或者在衬底基层和层系统中通过激光干涉方法形成由固体润滑剂填充的槽结构。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明现在所要解决的技术问题在于，实现一种用于制造改进的滑动面的方法，其中在该方法的范围内即使在涂层具有低的层厚度的情况下也能够形成不穿透涂层的结构。
在权利要求1的前序部分的基础上结合特征部分的特征解决所述技术问题。权利要求1之后的从属权利要求又各给出了本发明的有利的改进方案。
根据本发明建议一种用于制造在机械部件、尤其在凸轮组件上的滑动面的方法，其中机械部件的滑动面被用于与至少一个另外的机械部件滑动接触，其中所述至少一个另外的机械部件通过滑动面在滑动方向上滑动。机械部件在其表面的至少一部分上首先设置涂层，随后在所述涂层中借助于干涉结构化装置或激光干涉结构化方法形成表面结构。朝垂直于涂层的涂层表面观察，表面结构包括多个自封闭式的结构件。
已表明，当用于滑动面的液体润滑剂与表面结构咬合、且在表面结构上尽可能长时间保持黏着时，则能够实现具有特别好的滑动特性的滑动面。因此，该表面结构必须提供由液体润滑剂填充的容积，并根据在滑动方向上在该表面结构上滑动的另外的机械部件的负载和速度来提供或释放润滑剂。
已经认识到，在这种情况下特别重要的是，在哪个方向上加载滑动面的滑动负荷。因此，设计这样一种结构件，该结构件当在它上面滑动另外的机械部件时提升在该结构件的容积中的润滑剂的压力，以及在滑动方向上观察，提升在结构件的端部上的流体静力学上的压力，并能够构成流体动力学上的润滑剂垫(Schmierstoffpolster)。
在这种情况下，当垂直于涂层表面观察、结构件的周边被涂层包围时(也就是说结构件不与涂层的周边接触)，则结构件根据本发明被认为是“自封闭式的”。结构件的这种类型的设计方案提供了被隔开的用于容置润滑剂的槽形容器，这样使润滑剂不会轻易地从中泄露。
尤其地，朝向垂直于涂层表面观察时，自封闭式的结构件占用面积为滑动面的至多10％。这样保证了，在滑动面上滑动另外的机械部件时能够在足够的滑动面的位置上形成流体动力学上的润滑剂垫，且在滑动对之间产生“漂滑”效应。
尤其地，自封闭式的结构件被设计为线形的线部段或者点状的凹腔。自封闭式的、线形的结构件的长度范围优选选择大约20μm到10mm之间，尤其是20μm到5mm之间。当滑动面不仅仅被动态式地负荷也被静态式地负荷或者滑动速度非常小或甚至为0时，尤其采用点状的结构件。
优选地，平行于滑动方向的涂层表面通过虚拟的中线被分为两个半部，并且形式为线部段的结构件与虚拟的中线形成角度γ≠0。尤其地，从滑动方向上观察，线形的结构件与虚拟的中线形成角度为γ≠0。这种措施进一步有利于促进流体动力学上的润滑剂垫的构成。
尤其地，每两个线形的结构件构成了一个V形结构组件，其中，所述V形结构组件的尖端被设置为指向滑动方向。由此，使流体动力学上的压力增大，因为润滑剂从两个线形的结构件起始通过在它们上面滑动的机械部件被压入V形尖端的区域中，并且在此尤其有效地产生流体动力学上的润滑剂垫。
优选地，在这种情况下，在机械部件上的涂层连同结构化部仅被设在涂层表面的随后用于与其他/另外的机械部件滑动式接触的区域中。由此，涂层表面的这一个或多个部分或者甚至可能是整个涂层表面是一个或多个相应的滑动面。
通常，借助于将机械部件的表面涂层以合适的材料来改善滑动特性，同时借助于结构化部提供了用于润滑剂的有针对性的贮存部，通过这种贮存部保证了在摩擦匹配件之间始终存在有足够量的润滑剂。在这种情况下，通过对这种结构的相应的设计产生了一种与漂滑效应类似的效果，这样由于存在有润滑剂量使其中一个摩擦配对件几乎浮在另一摩擦匹配件上。
通过激光干涉结构化装置形成这种表面结构。换句话说，激光结构化装置的具体实现形式为激光干涉结构化装置。
这类方法在此具有的优点是，借助于激光干涉结构化装置能够形成具有较低深度的微结构，其中，该结构在此被精确地限定、且能够在较短的生产时间内周期性地相继地被制造。由于借助激光干涉结构化装置能够实现非常低的结构深度，由此能够制造出一种滑动面，这种滑动面即使在较低涂层厚度的情况下也不会被表面结构穿透。在进行激光干涉结构化时，通过技术人员已知的方式和方法使用多个激光束用来形成各个结构部的总体构造。
当应用传统的激光结构化方法时不能制造非常低的结构深度，因为在涂层具有较低的涂层厚度的情况下会导致涂层被穿透。通常地，关于协调涂层和结构部彼此之间的自由度由此被限制。
根据本发明的实施方式，所形成的表面结构的厚度与涂层厚度的比为0.5。从而能够实现涂层与表面结构之间的适当的相互作用。
在本发明的改进方案中，涂覆有作为铬-镍层(CrNi层)或无定形碳层的涂层，这样可以在机械部件的表面的相应区域中实现机械部件的适当的滑动特性。然而原则上，在本发明的范围内也可以在机械部件的表面上涂覆其他的涂层。
在这种情况下，除了涂覆一层无定形碳层(DLC)外，还能够涂覆多层无定形碳层(DLC)。此外，还可以涂覆一层或多层由氮化物、碳化物、氧化物组成的、此处也可以作为混合形式和/或多层式的硬质材料层。另外，以下的涂层方式被证明是可行的，一层或多层硬铬层、锰和/或磷酸锌层、金属硫化物层、石墨层、PTFE(聚四氟乙烯)层以及烧蓝层。
本发明的另一种可能的实施方式是，制造凸轮组件、尤其气门挺杆、牵引杆、泵杆或类似杆件的滑动面。因此，此处的凸轮组件可以是用于内燃机的气门系统的气门挺杆或也可以是牵引杆类的凸轮组件，或者是泵的部件。此外，根据本发明的方法也可以用于制造在链销上使用的滑动面。
根据本发明的另外的有利的实施方式，表面结构被设计为非均匀的。在这种情况下，这种非均匀性能够通过设置不同的结构深度和/或不同的结构几何形状和/或结构的不同的密度来实现，这样在机械部件的表面上能够实现根据不同的、运行中出现的速度来对滑动面进行调节。因此，能够在表面的区域中设置更多数量的结构件，在该区域中会出现较高的速度，并且由此需要预先存放更多的润滑剂。然而，表面结构也可以被均匀地设置在机械部件上。尤其有利的是，表面结构的在自封闭式的结构件的区域内的结构深度被设计为不同的，以便使表面结构的结构深度还能够支持建立用于在结构件内形成润滑剂垫的压力。
本发明的另一种可能的实施方式为，涂层具有0.05μm至6μm的涂层厚度，在该涂层中的表面结构的深度为0.01μm至0.4μm。但是原则上，深至30μm或者甚至更深的结构也是可行的，只要在单个情况下技术上是可行的。一般地，通过设置相比于涂层厚度较浅的结构深度就可实现在涂层表面上对润滑剂的保存。
由根据本发明的机械部件和至少一个另外的机械部件构成的滑动接触装置被证明是有利的，其中机械部件的滑动面被用于与该至少一个另外的机械部件滑动接触，其中所述至少一个另外的机械部件通过滑动面在滑动方向上滑动，并且其中滑动面上设有全部的液体润滑剂。
尤其地，液体润滑剂在这种情况下采用油的形式，尤其是SAE标准的OW-x或者是柴油燃料。SAE标准的OW-x中选择的字母x的值越小，润滑剂越稀薄。
附图说明
本发明并不限定于独立权利要求或从属于该独立权利要求的从属权利要求所给出的特征的组合。此外，从权利要求、以下的对本发明的优选的实施方式的描述或者直接从附图中得到的单个特征能够彼此组合。在附图中与权利要求相关的内容并不会通过使用附图标记而限制权利要求的保护范围。附图为：
图1是机械部件的截面图；以及
图2是牵引杆形式的机械部件的三维视图。
具体实施方式
图1示出机械部件1的截面图的一部分，其中，该机械部件1涉及一种凸轮组件，例如气门挺杆、牵引杆或类似杆件。在机械部件1的表面2上设置有用于与此处未示出的另一机械部件接触的滑动面3，其中，为了构造滑动面3首先在表面2上涂覆涂层4。
在这种情况下，可以是铬-镍层或无定形碳层的涂层4具有涂层表面4a，并且其涂层厚度s1在0.05μm-1.2μm的范围之间。紧邻涂层4再在涂层表面4a内形成表面结构5，其中，借助激光干涉结构化装置制成这种结构。在这种情况下，自封闭式的结构件5a、5b、5c是通过多束激光的相互作用成形的，其中表面结构5的结构深度s2在此是在0.15μm-0.4μm的范围之间。表面结构5在这个范围内不会穿透涂层4。借助于激光干涉结构化装置即使是在薄的涂层厚度s1的情况下也能够实现表面结构不会穿透涂层。附图标记7表示滑动面3的虚拟中线7。
因此，能够借助于根据本发明的用于制造滑动面的方法在机械部件的涂层上成形表面结构，而在这种情况下不会导致涂层被穿透。
图2示出形式为具有两个滑动面3a、3b的牵引杆的机械部件1’的三维视图。机械部件1’的滑动面3a、3b被用于与至少一个另外的、此处未示出的机械部件滑动接触，其中所述至少一个另外的、此处未示出的机械部件通过滑动面3a、3b在滑动方向GR上滑动。机械部件1’在它的表面2的两个区域(对比图1)中各设置涂层4、4’，随后在这两个涂层上借助于激光干涉结构化装置形成包括线形结构件5a、5b以及点状结构件5c的表面结构5。
在这种情况下，朝垂直于涂层4、4’的涂层表面4a、4a’观察，平行于滑动方向GR的各个涂层表面4a、4a’通过虚拟中线7a、7b被分为两个半部。表面结构5包括多个线形结构件5a、5b，其中所述线形结构件与虚拟中线7a、7b围成角度γ≠0。在这种情况下，成对布置的线形结构件5a、5b中有多对构成了V形结构组件6，其中所述V形结构组件6的尖端被设置为指向滑动方向GR。
由此，尤其使在滑动面3a、3b上涂抹的全部的流体润滑剂的流体动力学上的压力增大，因为润滑剂从两个线形的结构件5a、5b处通过在两个线形结构件5a、5b上滑动的机械部件被压向V形尖端的区域中，并且在此尤其有效地产生流体动力学上的润滑剂垫。
附图标记列表
1、1’ 机械部件
2 表面
3、3a、3b 滑动面
4、4’ 涂层
4a、4a’ 涂层表面
5 表面结构
5a、5b、5c 结构件
6 结构组件
7、7a、7b 虚拟中线
s1 涂层厚度
s2 结构深度

Claims (13)

1.一种用于制造在机械部件(1、1’)、尤其在凸轮组件上的滑动面(3、3a、3b)的方法，其中，所述机械部件(1、1’)的滑动面(3、3a、3b)被用于与至少一个另外的机械部件滑动接触，其中，所述至少一个另外的机械部件通过滑动面(3、3a、3b)在滑动方向(GR)上滑动，其中，所述机械部件(1、1’)在其表面(2)的至少一部分上首先设置涂层(4、4’)，随后在所述涂层上借助于激光干涉结构化装置形成表面结构(5)，其特征在于，
朝垂直于涂层(4、4’)的涂层表面(4a、4a’)观察，所述表面结构(5)包括多个自封闭式的结构件(5a、5b、5c)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，朝垂直于涂层表面(4a、4a’)观察，每个自封闭式的结构件(5a、5b、5c)占用滑动面(3、3a、3b)的至多10％的面积。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述自封闭式的结构件(5a、5b、5c)被设计为线形的线部段或者点状的凹腔。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，平行于滑动方向(GR)的涂层表面(4a、4a’)通过虚拟的中线(7、7a、7b)被分为两个半部，并且形式为线部段的结构件(5a、5b)与所述虚拟的中线(7、7a、7b)形成角度γ≠0。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每两个线形的结构件(5a、5b)构成V形的结构组件(6)，其中所述V形的结构组件(6)的尖端被设置为指向滑动方向(GR)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所形成的表面结构(5)的结构深度(s2)与涂层(4、4’)的涂层厚度(s1)的比为0.5。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，涂覆有作为铬-镍层或无定形碳层的涂层(4、4’)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，制造凸轮组件、尤其气门挺杆、牵引杆或泵杆的滑动面(3、3a、3b)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述表面结构(5)被设计为非均匀的。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述表面结构(5)在滑动面(3、3a、3b)的区域中的结构件(5a、5b、5c)的数量越多，则至少一个另外的机械部件的在所述滑动面(3、3a、3b)的区域中的滑动速度越高。
11.一种机械部件(1)，尤其凸轮组件，包括至少一个根据权利要求1-10中的一项或多项所述的方法制造的滑动面(3、3a、3b)。
12.根据权利要求11所述的机械部件(1)，其特征在于，至少一个滑动面(3、3a、3b)的涂层(4)具有0.05μm至6μm的涂层厚度(s1)，在所述涂层中的表面结构(5)的结构深度(s2)为0.15μm至0.4μm。
13.一种由根据权利要求11或12中的一项所述的机械部件(1、1’)和至少一个另外的机械部件构成的滑动接触装置，其中，所述机械部件(1、1’)的滑动面(3、3a、3b)被用于与所述至少一个另外的机械部件滑动接触，其中，所述至少一个另外的机械部件通过滑动面(3、3a、3b)在滑动方向(GR)上滑动，并且其中，所述滑动面(3、3a、3b)设有全部的液体润滑剂。
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