CN110088351A - 用于给金属构件涂覆磨损保护层的方法、金属构件以及燃料喷射系统 - Google Patents

用于给金属构件涂覆磨损保护层的方法、金属构件以及燃料喷射系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于给金属构件(1)涂覆硬的磨损保护层(3)的方法，所述磨损保护层通过等离子方法至少单层地被施加到构件(1)表面的至少一部分上，其中，机械式地去除在所施加的硬的磨损保护层(3)的表面上沉积的小滴(5)，并且随后在所施加并且已机械加工的硬的磨损保护层(3)的表面上施加与所述磨损保护层相比较软的磨合层(7)。

Description

用于给金属构件涂覆磨损保护层的方法、金属构件以及燃料 喷射系统
技术领域
本发明涉及一种用于给金属构件涂覆磨损保护层的方法，所述磨损保护层通过等离子方法至少单层地被施加到构件表面的至少一部分上。此外，本发明也涉及一种用所述磨损保护层涂覆的金属构件以及一种具有这样的金属构件作为系统组件的车辆燃料喷射系统。
本发明的应用领域尤其延伸到车辆技术、尤其燃料喷射系统上。该燃料喷射系统的金属构件，例如燃料喷射器的阀座、在高压泵中的滑动轴承部位和类似构件在运行中经受强的压力和摩擦应力，使得在这里受关注的金属构件的这种摩擦学上高负荷的表面设有磨损保护层，所述磨损保护层尤其明显降低在摩擦接触中的摩擦系数。这种磨损保护层例如包含氮化铬、氮化钛或DLC(diamond-like carbon，类金刚石碳)。这种磨损保护层除喷射技术外也应用于工具技术，即工具涂覆。
背景技术
在现有技术中通常已知的方法是真空电弧汽化或PVD方法(PVD＝物理气相沉积)，用于沉积这种磨损保护层。
DE 10 2009 003 192 Al公开了一种磨损保护层组件，所述组件在PVD方法中、优选在真空下施加到构件的待保护的表面上。所述磨损保护层组件具有由四面体键合的非晶碳构成的磨损保护层或者具有一部分四面体键合的非晶碳的磨损保护层以及在构件和磨损保护层之间的、具有钛的附着层。该附着层除钛之外附加地具有至少一个抗氧化元素。由此减小钛的高化学反应性并且提高附着层中的抗氧化性，这有利于整个磨损保护组件的耐抗性。所述附着层也在PVD方法中被施加。
在该方法中，由工艺决定地形成所谓的小滴，即粗颗粒的材料沉积，所述材料沉积以几微米的颗粒度从涂层表面突出。由此不利地提高这样涂覆的金属构件的表面粗糙度，这又对构件的摩擦和磨损性能产生负面的影响。
虽然可以通过电磁式过滤涂层颗粒流来减少这种小滴，但该方法尤其由于能源密集型的过滤器结构而相当费事。此外，由系统决定地就此不能实现大规模应用，这在前面所说明的车辆技术中的应用领域方面是不利的。
用于去除小滴的磨损保护层表面的平整又在层表面中留下孔，所述孔同样产生高的粗糙度，但也部分地暴露构件表面。这种孔将是对于化学分解过程或腐蚀的作用点。
发明内容
本发明的任务是，如下进一步改进用于给金属构件涂覆在这里受关注的类型的磨损保护层的方法以及用所述磨损保护层涂覆的金属构件，使得能够产生平滑的无小滴表面，该表面可以借助等离子方法大规模地制造。
该任务通过权利要求1在方法技术上被解决。权利要求7提出一种金属构件。权利要求10给出一种具有至少一个这种构件的车辆的燃料喷射系统。
本发明包含方法技术上的教导：在经由等离子方法将硬的磨损保护层施加到构件表面上之后，在后续步骤中，首先机械式地去除在此沉积的小滴，并且随后将相对于所述硬的磨损保护层较软的磨合层施加到已施加并且已机械加工的磨损保护层的表面上。
根据一个优选的实施方式，硬的磨损保护层构造为四面体无氢非晶碳层(ta-C)，相反地，相对于所述硬的磨损保护层较软的磨合层构造为含氢非晶碳层(a-C:H)。该特殊的材料组合尤其被证明为不但是低摩擦的而且对在这里受关注的摩擦学上高负荷的金属构件是高耐抗的。
提出，同样通过等离子方法施加所述磨合层，其中有利地，应在所述步骤之前，先进行等离子清洁或等离子激活方法，以便使层附着力最大化。此外，磨合层也固定到由于之前进行的机械加工步骤而引入到磨损保护层表面中的微凹坑中，这进一步改善附着特性。
通过方法中间步骤执行的硬的磨损保护层的小滴的机械式去除例如可以借助磨削或刷除来执行。特别适用带精加工、拖拽精加工或者流体精加工。
为了实现对于涂覆的最大可能的自动化程度而提出，经由等离子方法施加到构件表面上的硬的磨损保护层通过脉冲式或非脉冲式真空电弧汽化被施加。对于较软的磨合层可以使用PVD方法或者PECVD方法(PECVD：等离子体化学气相沉积)。
根据另一改进本发明的措施提出，在施加硬的磨损保护层之前，将至少一个金属附着层施加到构件表面上。该附着层提高硬的磨损保护层的耐抗性并且可以同样经由等离子涂覆在真空涂覆设备中被自动化地执行，所述附着层为此目的沉积钛。此外，由钛构成的附着层可以被混合抗氧化的元素，以便减小钛的高化学反应性。此外，所述附着层也可以构造为多层的并且例如由具有铬成分的第一附着层和具有碳成分的第二附着层组成。
附图说明
下面根据附图与本发明的优选实施例的说明一起详细地示出改进本发明的其它措施。
附图示出了：
图1根据本发明的多步骤加工的金属构件在加工步骤I至III中的示意图，和
图2用于以磨损保护层涂覆构件的整个加工步骤顺序的流程图。
具体实施方式
根据图1，在这里仅示意性示出的金属构件1在承受摩擦负荷的表面2上被磨损保护层3覆盖，该磨损保护层构造为四面体的无氢非晶碳层(ta-C)。该硬的磨损保护层3借助金属附着层4经由等离子方法被施加到构件1的表面上。在该第一方法步骤I中施加的硬的磨损保护层3具有从表面突出的小滴5，该小滴通过所使用的等离子方法形成并且强烈地增加了表面粗糙度。
在随后的方法步骤II中，通过磨削机械式地去除小滴5。由此，在构件1的设有磨损保护层3的表面中形成微凹坑6。
在随后的方法步骤III中，在已涂覆并且经过机械加工的磨损保护层3上通过等离子方法施加与其相比较软的磨合层7。在材料硬度方面与磨损保护层3相比较软的磨合层7在该实施例中构造为含氢非晶碳层(a-C:H)。由此也使微凹坑6变浅，使得产生总体上更平滑并且因此摩擦更低的磨损保护层。
根据图2对在这里未示出的金属构件进行涂覆，其方式是：在真空涂覆设备8中首先经由PVD方法将金属附着层4施加到未涂覆的金属构件1的表面上。随后在方法步骤I中借助PVD方法将硬的磨损保护层3施加到附着层4上。在机械加工之后进行等离子清洁方法中间步骤。接着通过在方法步骤II中的磨削机械式去除在硬的磨损保护层3上沉积的小滴5。接着在方法步骤III中，以PVD方法或者PECVD方法在同一真空涂覆设备8中施加相对于硬的磨损保护层3较软的磨合层7。在所述方法的结果中得到根据本发明的金属构件1的涂层。

Claims (10)

1.一种用于给金属构件(1)涂覆硬的磨损保护层(3)的方法，所述磨损保护层通过等离子方法至少单层地被施加到所述构件(1)的表面的至少一部分上，
其特征在于，机械式地去除在所施加的硬的磨损保护层(3)的表面上沉积的小滴(5)，并且随后在所施加并且已机械加工的硬的磨损保护层(3)的表面上施加与所述磨损保护层相比较软的磨合层(7)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同样通过等离子方法施加所述磨合层(7)，其中，在所述施加之前先进行等离子清洁方法步骤或者等离子激活方法步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助磨削或刷除执行所述小滴(5)的机械式去除。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过PVD方法或PECVD方法、尤其真空电弧汽化施加经由等离子方法施加到所述构件(1)的表面上的硬的磨损保护层(3)和/或较软的磨合层(7)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在施加硬的磨损保护层(3)之前，将至少一个金属附着层(4)施加到所述构件(1)的表面上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在同一真空涂覆设备(8)中执行用于施加所述磨合层(7)、所述磨损保护层(3)和可选的附着层(4)的涂覆步骤。
7.一种金属构件(1)，尤其燃料喷射系统的构件，所述构件的承受摩擦负荷的表面(2)经由等离子方法至少部分地被硬的磨损保护层(3)覆盖，
其特征在于，在所述磨损保护层的无小滴的表面上布置有相对于该磨损保护层较软的磨合层(7)。
8.根据权利要求7所述的金属构件(1)，其特征在于，较软的磨合层(7)构造为含氢的非晶碳层(a-C:H)。
9.根据权利要求7所述的金属构件(1)，其特征在于，硬的磨损保护层(3)构造为四面体无氢非晶碳层(ta-C)。
10.一种车辆的燃料喷射系统，所述燃料喷射系统具有至少一个承受摩擦负载的、根据权利要求7至9中任一项所述的金属构件(1)。
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