DE102004041234A1 - Verschleißfeste Beschichtung und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung und eine verschleißfeste Beschichtung auf vorbestimmten Flächen (2) von einem reibenden Verschleiß ausgesetzten Maschinenteilen (1) für insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus mindestens einer auf die vorbestimmte Fläche (2) des Maschinenteils (1) aufgebrachten metallfreien amorphen Kohlenwasserstoffschicht (5) mit sp·2·- und sp·3·-hybridisiertem Kohlenstoff für eine Reibungsreduzierung und eine Erhöhung des Verschleißwiderstandes der vorbestimmten Fläche (2) des Maschinenteils (1).

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verschleißfeste Beschichtung auf vorbestimmten Flächen von einem reibenden Verschleiß ausgesetzten Maschinenteilen und auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen verschleißfesten Beschichtung, insbesondere für Maschinenteile in Verbrennungskraftmaschinen.
  • Obwohl auf beliebige Maschinenteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Aufgabe in Bezug auf Maschinenteile für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere anhand eines schaltbaren Schlepphebels näher erläutert, welcher im Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors zur Ventil-/Zylinderabschaltung bzw. Ventilhubumschaltung einsetzbar ist.
  • Ein derartiger Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der Druckschrift US 3,542,001 bekannt. Nachteilig an dem in dieser Druckschrift beschriebenen Schlepphebel hat sich dabei die Tatsache herausgestellt, dass durch die Reibung zwischen Abstützelement und kalottenförmiger Aussparung, d.h. einer Reibung Stahl-Stahl, ein erheblicher Verschleiß auftreten kann, der die Lebensdauer eines solchen Ventiltriebs verringert. Dieser Verschleiß, d.h. die bei Dauerbeanspruchung von sich berührenden Partnern auftretenden Abnutzungserscheinungen, im allgemeinen die unerwünschte Veränderung der Oberfläche durch Lostrennen kleinster Teilchen infolge mechanischer bzw. tribologischer Ursachen, hat man dadurch zu mindern versucht, dass man die beteiligten Partner einer thermischen bzw. thermisch-chemischen Behandlung zur Erzielung bestimmter Eigenschaften unterworfen hat.
  • Allgemein unterliegen moderne Ventiltriebkomponenten, wie beispielsweise derartige Schlepphebel steigenden Anforderungen bezüglich des Verschleißwiderstandes und der Ressourcenschonung. Die Ursachen für die Notwendigkeit eines erhöhten Verschleißwiderstandes liegen in den immer höher werdenden Belastungen und Beanspruchungen des tribologischen Systems, bestehend aus Steuernocken und Nockenfolger. Die Ursachen hierfür liegen in neuen Motorkonzepten, wie beispielsweise Benzin- und Dieseldirekteinspritzsystemen, mit stetig steigenden Einspritzdrücken, einem zunehmenden Anteil an abrasiven Partikeln im Schmierstoff, mangelnder Ölversorgung der Reibpartner, was einen erhöhten Anteil an Mischreibung zur Folge hat, und der zunehmenden Verwendung von tribologisch ungünstigen Stahlnocken zur Kosten- und Massereduzierung. Ein wichtiger Beitrag zur Ressourcenschonung ist die Reduzierung der Reibungsverluste im Ventiltrieb, mit daraus folgender Kraftstoffeinsparung bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer des gesamten Ventiltriebes. Um die Reibungsverluste effektiv zu reduzieren, ist es notwendig, das Reibmoment im gesamten Drehzahlbereich zu senken, d. h. die Stribeckkurve im Ganzen nach unten zu verschieben.
  • Nach einem Ansatz gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, Laufflächen von auf reibendem Verschleiß ausgesetzten Maschinenteilen mit Verschleißschutzschichten zu versehen, die je nach Anwendungsfall bevorzugt aus gal vanisch aufgetragenen Metallen oder aus in einem thermischen Spritzverfahren aufgetragenen Metallen und/oder Metalllegierungen mit gegebenenfalls Hartstoffzusätzen bestehen.
  • An diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass thermisch aufgespritzte Metallschichten eine relativ schwache Festigkeit besitzen, und es ist daher bekannt, zur Verbesserung der Festigkeit die Metallschichten nach dem Auftrag durch beispielsweise Plasmastrahlen, Laserstrahlen, Elektronenstrahlen oder durch einen Lichtbogen derart umzuschmelzen, dass sich die Spritzwerkstoffe mit dem dabei gleichzeitig im Oberflächenbereich aufgeschmolzenen Grundwerkstoff schmelzflüssig vermischen und legieren. Beim Umschmelzlegieren entstehen jedoch inhomogene Zonen unterschiedlicher Zusammensetzung, in denen sowohl der Grundwerkstoff als auch das Schichtmaterial überwiegen kann. Bei zu hohem Grundmaterialanteil ist der Schichtverschleiß dann zu hoch, und bei geringem Grundmaterialanteil besteht bei verschiedenen Schichtkombinationen die Gefahr von Makrorissbildungen, sodass solche Schichten nicht einsetzbar sind. In einem derartigen Fall können Reibungsbelastungen einen unerwünschten Adhäsiv-Verschleiß an den Schichten verursachen.
  • So ist es beispielsweise üblich, derartige Schlepphebel einer Einsatzhärtung zu unterwerfen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz der dabei erzielten Oberflächenhärtung bei hohen Kontaktpressungen nach wie vor ein massiver Verschleiß eintritt.
  • Aus der Druckschrift DE 196 44 374 A1 ist ein Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei dieser an einem Ende eine kalottenförmige Aussparung aufweist, mittels der er gegenüber einem sphärischen Ende eines Abstützelementes schwenkbeweglich gelagert ist, während sein anderes Ende mit einem Gaswechselventil in Wirkverbindung steht. Für eine Verringerung des auftretenden Verschleißes besteht die einem Verschleiß ausgesetzte Fläche des Schlepphebels bzw, genauer gesagt des Abstützelementes aus einem Stahl der Sorte 16MnCr5, d.h. mit 0,16% Kohlenstoff, 1,25% Mangan und 1,25 Chrom. Dieses Abstützelement wird bei ca. 900°C einem zweistündigen Einsatzhärten unterworfen und anschließend in einem Ölbad abgeschreckt.
  • An diesem Ansatz gemäß dem Stand der Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass die einzelnen Verfahrensschritte aufwändig und kostspielig sind und keinen ausreichenden Verschleißschutz bieten.
  • Ferner sind der Anmelderin Schlepphebel bekannt, deren Gleitflächen zum Verschleißschutz mit Wärmebehandlungs- bzw. Beschichtungsverfahren, wie z.B. Nitrocarburieren oder Plasmanitrieren, behandelt werden. Bekannt sind auch Anwendungen, bei denen die Gleitflächen der Schlepphebel durch eine aufgelötete Hartmetallplatte realisiert werden.
  • An diesen Ansätzen gemäß dem Stand der Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass die bekannten Beschichtungen bei den bei Schaltschlepphebeln auftretenden Kontaktpressungen und Schmierbedingungen keinen ausreichenden Verschleißschutz darstellen. Ferner ist zur Reduzierung der Verschleißneigung zusätzlich eine Ölanspritzung erforderlich. Ferner ist nachteilig, dass die bei Schaltschlepphebeln durch die Gleitflächen im System bedingte Reibung durch konventionelle Beschichtungsverfahren nicht kompensiert werden kann. Ferner erhöhen zusätzlich aufgelötete Hartmetallplatten sowohl die Kosten als auch die Masse der einzelnen Schlepphebel nachteilig.
    •
  • Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verschleißfeste Beschichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Beschichtung zu schaffen, mit welchen die oben genannten Nachteile beseitigt werden, und mit welchen insbesondere eine Verschleißfestigkeit über die gesamte Lebensdauer einer Brennkraftmaschine mit einem verringerten Reibungskoeffizienten gewährleistet wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe vorrichtungsseitig durch eine verschleißfeste Beschichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und verfahrensseitig durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass die verschleißfeste Beschichtung auf vorbestimmten Flächen von einem reibenden Verschleiß ausgesetzten Maschinenteilen aus mindestens einer auf die vorbestimmte Fläche des Maschinenteils aufgebrachten metallfreien amorphen Kohlenwasserstoffschicht mit sp2- und sp3- hybridisiertem Kohlenstoff für eine Reibreduzierung und eine Erhöhung des Verschleißwiderstandes der vorbestimmten Fläche des Maschinenteils besteht.
  • Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass die Verschleißbeständigkeit beispielsweise im Gleitkontakt zur Nockenwelle bei schaltbaren Schlepphebeln gegenüber dem Stand der Technik erhöht wird. Ferner wird eine Reduzierung der Reibung im Gleitkontakt zur Nockenwelle bei schaltbaren Schlepphebeln gegenüber dem Stand der Technik gewährleistet. Zudem lassen sich die Schlepphebel oder andere Maschinenteile aufgrund des mit einem geringen Herstellungsaufwand behafteten Verfahrens kostengünstig herstellen.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen verschleißfesten Beschichtung und des im Anspruch 14 angegebenen Verfahrens zur Herstellung einer derartigen Beschichtung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die amorphe Kohlenwasserstoffschicht einen Wasserstoffanteil von maximal 16 Atom-% auf. Dadurch weist die vorbestimmte Fläche des Maschinenteils bzw. des Schlepphebels eine geringe Adhäsionsneigung zum metallischen Gegenkörper, d.h. dem Nocken, einen hohen abrasiven Verschleißwiderstand, eine hohe chemische Beständigkeit, hohe mechanische Festigkeiten und hohe Härte/E-Modul- Verhältnisse auf. Ein höherer Wasserstoffanteil könnte zu unerwünschten Verbindungen mit Schmiermitteln oder dergleichen führen.
  • Vorzugsweise weist die amorphe Kohlenwasserstoffschicht prozessbedingte Verunreinigungen, beispielsweise O- oder Ar-Atome, Metalle oder dergleichen, von weniger als 1 Atom-% auf.
  • Die Gesamtbeschichtung besitzt gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Dicke von etwa 1,0 μm bis 5,0 μm, wobei die amorphe Kohlenwasserstoffschicht vorzugsweise eine Dicke von 0,8 μm bis 2,5 μm besitzt. Durch derartige Schichtdicken ändern sich die Abmessungen der Maschinenteile in einem so geringen Maße, dass keine Nachbearbeitung notwendig ist und die eingestellte Oberflächenstruktur bzw. Topographie beibehalten wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist zwischen der vorbestimmten Fläche des Maschinenteils und der amorphen Kohlenwasserstoffschicht mindestens eine Zwischenschicht oder mindestens eine Haftvermittlungsschicht oder eine Kombination dieser beiden vorgesehen. Die mindestens eine Zwischenschicht ist dabei vorzugsweise als metallhaltige Kohlenwasserstoffschicht ausgebildet, wobei die Metallkomponenten aus W, Ti, Hf, Ge, oder eine Kombination der vorgenannten Komponenten bestehen. Die Zwischenschicht weist vorteilhaft eine Dicke von etwa 0,5 μm bis 2,0 μm auf. Die mindestens eine Haftvermittlungsschicht besteht vorzugsweise aus metallischen Stoffen, Boriden, Carbiden und/oder Nitriden der Übergangsmetalle. Vorzugsweise besitzt die Haftvermittlungsschicht eine Dicke von etwa 0,1 μm bis 0,5 μm.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die amorphe Kohlenwasserstoffschicht mittels eines PVD- oder eines (PA)CVD-Verfahrens auf der vorbestimmten Fläche des Maschinenteils abgeschieden. Eine Abscheidung der mindestens einen Zwischenschicht und/oder der mindestens einen Haftvermittlungsschicht erfolgt vorzugsweise mittels eines PVD-Verfahrens.
  • Es wird vorzugsweise keine thermische und/oder mechanische Nachbearbeitung der abgeschiedenen amorphen Kohlenwasserstoffschicht durchgeführt.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die vorbestimmte Fläche des Maschinenteils aus 16MnCr5, 100Cr6, C45, 31 CrMoV9, 80Cr2, oder dergleichen. Dabei wird der Grundkörper insbesondere bei der Verwendung eines kostengünstigen Stahls 16MnCr5 vor dem Beschichten carbonitriert und angelassen.
  • Beispielhafte Verwendungen der verschleißfesten Beschichtung sind eine Beschichtung einer Gegenläuferschicht auf den Gleitflächen eines Schlepphebels im Bereich des Gleitkontaktes zu einer Nockenwelle. Jedoch können mit einer derartigen verschleißfesten Beschichtung auch unbearbeitete Bleche, Ventiltriebkomponenten, wie beispielsweise Tassenstößel, hydraulische Abstütz- und Einsteckelementen, Wälzlagerkomponenten, Steuerkolben, Ausrücklager, Kolbenbolzen, Lagerbuchsen, Linearführungen, oder dergleichen, versehen werden.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Schlepphebels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Querschnittsansicht des Schlepphebels aus 1 entlang der Schnittlinie A-A; und
  • 3 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts B der auf der Gleitfläche des Schlepphebels abgeschiedenen verschleißfesten Besichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • 1 illustriert eine perspektivische Ansicht und 2 eine Querschnittsansicht eines schaltbaren Schlepphebels 1 entlang der Linie A-A aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welcher im Ventiltrieb von Verbrennungsmotoren zur Ventil-/Zylinderabschaltung bzw. Ventilhubumschaltung eingesetzt wird. Der Schlepphebel 1 weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei symmetrisch zueinander angeordnete Gleitflächen 2 auf, an welchen ein Gegenkörper, beispielsweise eine Nockenwelle (nicht dargestellt) zur reibfesten Anlage gelangt. Der Schlepphebel 1 erleidet insbesondere im Bereich der Gleitflächen 2 einen Verschleiß durch die Reibpaarung mit der zugeordneten Nockenwelle. Daher ist es wünschenswert, diese Gleitflächen 2 des Schalthebels 1 mit einem Verschleißschutz bzw. einer verschleißfesten Beschichtung zu versehen, um den Verschleißwiderstand des Schlepphebels für eine verlängerte Lebensdauer desselben zu erhöhen.
  • 3 illustriert eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts B aus 2. Wie in 3 ersichtlich ist, ist auf einer vorbestimmten Fläche 2 des Schlepphebels 1 eine verschleißfeste Beschichtung 3, 4, 5 für eine Erhöhung des Verschleißwiderstandes sowie für eine Reduzierung des Reibmomentes vorgesehen.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als Grundkörper des Schlepphebels ein kostengünstiger Stahl, wie beispielsweise 16MnCr5, 100Cr6, C45, 31 CrMoV9, 80Cr2, oder dergleichen verwendet. Durch Verwendung derartiger Grundkörpermaterialien kann auf gängige Fertigungstechnologien zurückgegriffen werden. Im Falle einer Verwendung des Stahls 16MnCr5 wird der metallische Grundkörper vor einem Beschichten vorzugsweise carbonitriert und angelassen.
  • Wie in 2 ferner illustriert ist, wird auf eine vorbestimmte Fläche bzw. auf die Gleitfläche 2 des Schlepphebels 1 eine Haftvermittlungsschicht 3 aufge bracht. Die Haftvermittlungsschicht 3 kann beispielsweise mittels eines PVD-Verfahrens (Physical Vapour Deposition) auf die vorbestimmte Fläche 2 des Schlepphebels 1 abgeschieden werden. Die Haftvermittlungsschicht 3 besteht vorzugsweise aus metallischen Stoffen, Boriden, Carbiden und Nitriden der Übergangsmetalle oder dergleichen und weist vorzugsweise eine Dicke von 0,1 μm bis 0,5 μm auf. Die Haftvermittlungsschicht 3 dient einer verbesserten Anbindung bzw. einer verbesserten Vernetzung der Atome einer anschließend aufzubringenden Zwischensicht oder Funktionsschicht am Grundkörper 1. Die Dicke der Haftvermittlungsschicht 3 ist in Abhängigkeit der verwendeten Zwischenschicht 4 bzw. der Kundenwünsche und -anforderungen auszuwählen.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird anschließend eine Zwischenschicht 4, wie in 3 ersichtlich ist, auf der Haftvermittlungsschicht 3 mittels beispielsweise ebenfalls eines PVD-Verfahrens abgeschieden. Die Zwischenschicht 4 kann beispielsweise als metallhaltige Kohlenwasserstoffschicht (Me-C:H) aufgebracht werden, wobei die Metallkomponente W, Ti, Hf, Ge, oder dergleichen einzeln oder zu mehreren auftreten kann. Die Zwischenschicht 4 weist beispielsweise eine Dicke von etwa 0,5 μm bis 2,0 μm auf und dient einer verbesserten Anbringung der Funktionsschicht auf der Haftvermittlungsschicht 3 bzw. im Falle eines Fehlens der Haftvermittlungsschicht 3 für eine verbesserte Anbringung der Funktionsschicht auf dem Grundkörper 1. Die Dicke der Zwischenschicht 4 ist dabei wiederum an Zusammensetzungen der verwendeten Schichten und an die jeweiligen Anforderungen anzupassen.
  • Wie in 3 ferner dargestellt ist, wird anschließend die eigentliche Funktionsschicht 5 auf der Zwischenschicht 4 abgeschieden. Dabei kann die Funktionsschicht 5 entweder direkt auf dem Grundkörper 1, direkt auf der Haftvermittlungsschicht 3 oder, wie in 3 dargestellt, direkt auf der Zwischenschicht 4 abgeschieden werden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auf die Haftvermittlungsschicht 3 und/oder die Zwischenschicht 4 bei bestimmten Anwendungsbereichen verzichtet werden kann.
  • Die Funktionsschicht 5 ist als amorphe Kohlenwasserstoffschicht (a-C:H) ausgebildet und wird vorzugsweise mittels eines PVD- und/oder (PA)CVD-Verfahrens (Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) auf einer vorgesehenen Schicht, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, auf der Zwischenschicht 4 abgeschieden.
  • Bei einem PVD-Verfahren wird ein Ausgangsmaterial, beispielsweise Graphit, derart erhitzt, dass ein Strahl hochenergetischer Kohlenstoffionen aus dem Graphit emittiert und in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche geführt wird. Dabei kann die zu beschichtende Oberfläche einmal oder mehrmals in einer Prozesskammer an dem hochenergetischen Ionenstrahl zum Bilden einer oder mehrerer Schichten vorbeigeführt werden.
  • Bei einem (PA)CVD-Verfahren wird unter Zuhilfenahme eines Plasmas ein Gasgemisch in die Prozesskammer eingebracht, in welche die zu beschichtenden Materialteile vorhanden sind. Bei vorbestimmten Temperaturen reagieren die eingebrachten Gase chemisch miteinander und führen zu einer dünnen Kondensschicht auf den Oberflächen der zu beschichtenden Materialteile.
  • Die Aufgabe des gesamten Schichtsystems, bestehend aus dem Grundkörper 1, der Haftvermittlungsschicht 3, der Zwischenschicht 4 sowie der amorphen Kohlenwasserstoffschicht 5, besteht darin, die Reibung zwischen dieser Beschichtung und einem Gegenkörper, beispielsweise einer Nockenwelle, zu reduzieren und die Lebensdauer des beschichteten Schlepphebels sowie die des Gegenkörpers zu erhöhen.
  • Die amorphe Kohlenwasserstoffschicht 5 weist daher vorzugsweise einen Wasserstoffanteil von maximal 16 Atom-% auf, wodurch eine geringe Adhäsionsneigung zum metallischen Gegenkörper, ein hoher abrasiver Verschleißwiderstand, eine hohe chemische Beständigkeit, hohe mechanische Festigkeiten und hohe Härte/E-Modul-Verhältnisse gewährleistet werden. Ansonsten besteht die amorphe Kohlenwasserstoffschicht 5 aus sp2- und sp3-hybridisiertem Kohlenstoff, wobei vorzugsweise prozessbedingte Verunreinigungen von weniger als 1 Atom-% vorgesehen sind.
  • Die amorphe Kohlenwasserstoffschicht 5 weist vorzugsweise eine Schichtdicke von etwa 0,8 μm bis 2,5 μm auf. Die gesamte Dicke der Beschichtung, bestehend aus den einzelnen Schichten 3, 4 und 5, beträgt vorzugsweise etwa 0,5 μm bis 5,0 μm. Durch eine solche Dicke der Gesamtbeschichtung ändern sich die Abmessungen des Maschinenteils bzw. des Schlepphebels 1 in einem derartig geringen Maße, dass keine Nachbearbeitung notwendig und die eingestellte Oberflächenstruktur bzw. Topographie beibehalten wird. Die tribologischen Aufgaben übernimmt die Oberfläche der Beschichtung, die durch die eingestellte Struktur das Mischreibungsgebiet reduziert und aufgrund der reibungsarmen Beschichtung die Reibkraft und folglich die Oberflächenbeanspruchungen reduziert. Die mechanischen Aufgaben hingegen übernimmt das Schichtsystem im Verbund mit dem Grundkörper.
  • Als Gegenkörper, im vorliegenden Fall beispielsweise als Nockenwelle, können vorzugsweise im Sinne des Leichtbaus und der Kosteneinsparung Eisen-Kohlenstoff-Legierungen realisiert werden. Darüber hinaus sind niedrig viskose und niedrig additivierte Öle einsetzbar. Ferner kann eine Minimalschmierung bzw. ein erhöhter Ölwechselintervall realisiert werden.
  • Die oben näher erläuterte Beschichtung kann auf Außen- und Innenhebel eines Schlepphebels aufgebracht werden, welche aus verschiedenen Fertigungsprozessen, beispielsweise Gießen, Sintern, etc., hergestellt sind.
  • Ferner lassen sich mit den verschiedenen Verfahren speziell strukturierte Oberflächen, beispielsweise kreuzgehonte bzw. kreuzgehonte und strukturierte Oberflächen konservieren. Nach dem Herstellen der Oberflächenstruktur und Einstellen der gewünschten Kontur wird die derart eingestellte Oberfläche, beispielsweise durch Beschichten mittels eines PVD- und/oder (PA)CVD-Verfahrens gegen Verschleiß geschützt. Durch die oben beschriebene Beschichtung entsteht ein tribologisches System, weiches durch die eingestellte Struktur das Mischreibungsgebiet reduziert und aufgrund der reibungsarmen Beschichtung die Reibkraft und folglich die Oberflächenbeanspruchung sowie den Verschleißwiderstand reduziert.
  • Neben einer Beschichtung von Gleitflächen von Schlepphebeln können selbstverständlich auch andere Maschinenteile, beispielsweise unbearbeitete Blechoberflächen, andere Ventiltriebbauteile, wie beispielsweise Tassenstößel, hydraulische Abstütz- und Einsteckelemente, Wälzlagerkomponenten, Steuerkolben, Ausrücklager, Kolbenbolzen, Lagerbuchsen, Linearführungen, oder dergleichen, beschichtet werden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
    • 1
    Maschinenteil/Schlepphebel
    2
    vorbestimmte Fläche des Maschinenteils/
    Gleitfläche des Schlepphebels
    3
    Haftvermittlungsschicht
    4
    Zwischenschicht
    5
    amorphe Kohlenwasserstoffschicht/Funktionsschicht

Claims (26)

  1. Verschleißfeste Beschichtung auf vorbestimmten Flächen (2) von einem reibenden Verschleiß ausgesetzten Maschinenteilen (1) für insbesondere Verbrennungskraftmaschinen bestehend aus mindestens einer auf die vorbestimmte Fläche (2) des Maschinenteils (1) aufgebrachten metallfreien amorphen Kohlenwasserstoffschicht (5) mit sp2- und sp3-hybridisiertem Kohlenstoff für eine Reibungsreduzierung und für eine Erhöhung des Verschleißwiderstandes der vorbestimmten Fläche (2) des Maschinenteils (1).
  2. Verschleißfeste Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Kohlenwasserstoffschicht (5) einen Wasserstoffanteil von maximal 16 Atom-% aufweist.
  3. Verschleißfeste Beschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Kohlenwasserstoffschicht prozessbedingte Verunreinigungen von weniger als 1 Atom-% aufweist.
  4. Verschleißfeste Beschichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Kohlenwasserstoffschicht (5) eine Dicke von etwa 0,8 μm bis 2,5 μm aufweist.
  5. Verschleißfeste Beschichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vorbestimmten Fläche (2) des Maschinenteils (1) und der amorphen Kohlenwasserstoffschicht (5) mindestens eine Haftvermittlungsschicht (3) und/oder mindestens eine Zwischenschicht (4) vorgesehen ist.
  6. Verschleißfeste Beschichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zwischenschicht (4) als metallhaltige Kohlenwasserstoffschicht ausgebildet ist.
  7. Verschleißfeste Beschichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponenten der metallhaltigen Kohlenwasserstoffschicht (4) aus W, Ti, Hf, Ge, oder einer Kombination der vorgenannten Komponenten bestehen.
  8. Verschleißfeste Beschichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zwischenschicht (4) eine Dicke von etwa 0,5 μm bis 2,0 μm aufweist.
  9. Verschleißfeste Beschichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Haftvermittlungsschicht (3) aus metallischen Stoffen, Boriden, Carbiden und/oder Nitriden der Übergangsmetalle besteht.
  10. Verschleißfeste Beschichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (3) eine Dicke von etwa 0,1 μm bis 0,5 μm aufweist.
  11. Verschleißfeste Beschichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Fläche (2) des Maschinenteils (1) aus 16MnCr5, 100Cr6, C45, 31 CrMoV9, 80Cr2, oder dergleichen besteht.
  12. Verwendung der Beschichtung (3, 4, 5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche als Gegenläuferschicht auf den Gleitflächen (2) eines Schlepphebels (1) im Bereich des Gleitkontaktes zu einer Nockenwelle.
  13. Verwendung der Beschichtung (3, 4, 5) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 auf vorbestimmten Flächen (2) von unbearbeiteten Blechen, von Ventiltriebkomponenten, wie beispielsweise Tassenstößel, von Nockenwellen, von hydraulischen Abstütz- und Einsteckelementen, von Wälzlagerkomponenten, von Steuerkolben, von Ausrücklagern, von Kolbenbolzen, von Lagerbuchsen, von Linearführungen, oder dergleichen.
  14. Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Beschichtung auf vorbestimmten Flächen (2) von einem reibenden Verschleiß ausgesetzten Maschinenteilen (1) für insbesondere Verbrennungskraftmaschinen mit folgendem Verfahrensschritt: Aufbringen mindestens einer metallfreien amorphen Kohlenwasserstoffschicht (5) mit sp2- und sp3-hybridisiertem Kohlenstoff auf die vorbestimmte Fläche (2) des Maschinenteils (1) für eine Reibungsreduzierung und eine Erhöhung des Verschleißwiderstandes der vorbestimmten Fläche (2) des Maschinenteils (1).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Kohlenwasserstoffschicht (5) mittels eine PVD- und/oder eines (PA)CVD-Verfahrens auf die vorbestimmte Fläche (2) des Maschinenteils (1) abgeschieden wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Kohlenwasserstoffschicht (5) mit einem Wasserstoffanteil von maximal 16 Atom-% ausgebildet wird.
  17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Kohlenwasserstoffschicht (5) mit prozessbedingten Verunreinigungen von weniger als 1 Atom-% ausgebildet wird.
  18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Kohlenwasserstoffschicht (5) mit einer Dicke von etwa 0,8 μm bis 2,5 μm ausgebildet wird.
  19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass keine thermische und/oder mechanische Nachbearbeitung der abgeschiedenen amorphen Kohlenwasserstoffschicht (5) durchgeführt wird.
  20. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Abscheidung der amorphen Kohlenwasserstoffschicht (5) die vorbestimmte Fläche (2) des Maschinenteils (1) carbonitriert und angelassen wird.
  21. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vorbestimmten Fläche (2) des Maschinenteils (1) und der amorphen Kohlenwasserstoffschicht (5) mindestens eine Haftvermittlungsschicht (3) und/oder mindestens eine Zwischenschicht (4) ausgebildet wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zwischenschicht (4) als metallhaltige Kohlenwasserstoffschicht ausgebildet wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponenten der metallhaltigen Kohlenwasserstoffschicht (4) aus W, Ti, Hf, Ge, oder einer Kombination der vorgenannten Komponenten bestehen.
  24. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zwischenschicht (4) mit einer Dicke von etwa 0,5 μm bis 2,0 μm ausgebildet wird.
  25. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Haftvermittlungsschicht (3) aus metallischen Stoffen, Boriden, Carbiden und/oder Nitriden der Übergangsmetalle ausgebildet wird.
  26. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Haftvermittlungsschicht (3) mit einer Dicke von etwa 0,1 μm bis 0,5 μm ausgebildet wird.
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