DE102011006294B4

DE102011006294B4 - Verfahren zur Herstellung eines gehärteten, beschichteten Metallbauteils

Info

Publication number: DE102011006294B4
Application number: DE102011006294.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gierl; Yashar Musayev; Tim Matthias Hosenfeldt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: WO2012130552A1; CN103459617A; DE102011006294A1; US20140050932A1; CN103459617B

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines gehärteten, beschichteten Metallbauteils, mit folgenden Schritten:
a. Durchführung einer Wärmebehandlung des Metallbauteils zur Anreicherung von Kohlenstoff und/oder Stickstoff in der Randschicht des Metallbauteils,
b. Abschreckung des Metallbauteils auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Starttemperatur,
c. Anlassen des Metallbauteils auf eine Temperatur, die höher ist als die Temperatur eines nachfolgend durchzuführenden Abscheideverfahrens zum Aufbringen einer Beschichtung, wobei die Anlasstemperatur 20-40°C über der Abscheidetemperatur liegt, und
d. Aufbringen der Beschichtung mittels Gasphasenabscheidung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten, beschichteten Metallbauteils. Bei solchen Bauteilen, die die Erfindung betrifft, kann es sich beispielsweise um Ventiltriebkomponenten, mechanische und hydraulische Tassenstößel, Ventilschäfte bzw. Ventilschaftauflagen, hydraulische Abstütz- und Einsteckelemente, Wälzlagerkomponenten, Steuerkolben insbesondere für Einspritzdüsen im Motorenbereich, Ausrücklager, Kolbenbolzen, Kettenbolzen, Lagerbuchsen, Linearführungen oder dergleichen respektive entsprechende Teilflächen dieser Bauteile handeln.
Die DE 10 2004 043 550 A1 offenbart eine verschleißfeste Beschichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Die DE 10 2006 029 415 A1 beschreibt eine weitere verschleißfeste Beschichtung sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.
Die DE 10 2004 041 234 A1 offenbart eine verschleißfeste Beschichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Die JP 2008-50649 A beschreibt einen Kolbenring und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Gehärtete und beschichtete Metallbauteile kommen in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Vornehmlich handelt es sich um Maschinenbauteile, beispielsweise aus dem Bereich der Motorenelemente oder dem Bereich der Fahrzeugtechnik, wobei diese Aufzählung selbstverständlich nicht einschränkend ist. Derartige Metallbauteile sind betriebsbedingt häufig beachtlichen Anforderungen ausgesetzt, vornehmlich solchen Beanspruchungen, die zu Verschleiß führen, weshalb an solche Metallbauteile besondere Anforderungen insbesondere hinsichtlich einer hohen Härte des Grundwerkstoffs wie auch der Verschleißfestigkeit gestellt werden.
Zur Einstellung der gewünschten Härte des Metallbauteils ist es zumeist üblich, das Bauteil martensitisch zu härten. Hierzu wird das Metallbauteil zunächst auf eine Temperatur, die höher ist als die Martensit-Starttemperatur, erwärmt, wonach es rasch unter die Martensit-Starttemperatur abgekühlt wird, so dass sich im Stahl das metastabile Martensitgefüge infolge der Unterkühlung einstellt. Häufig werden die Metallbauteile anschließend mit einer Beschichtung versehen, die als Funktionsschicht besondere Eigenschaften bereitstellt, wie beispielsweise eine besondere Verschleißfestigkeit, gute Gleiteigenschaften und Ähnliches. Üblicherweise werden diese Beschichtungen durch eine Gasphasenabscheidung, beispielsweise CVD, PVD und PACVD, aufgebracht. Als Beschichtungen können beispielsweise CrN, MoN, TiN, TiCN oder TiAIN aufgebracht werden. Diese Gasphasenabscheidung erfolgt jedoch in der Regel bei einer Abscheidetemperatur von mehr 350° C, um die bestmöglichen tribologisch-mechanischen Eigenschaften der Beschichtung zu erzielen. Durch die Behandlung des martensitisch gehärteten Metallbauteils bei dieser Temperatur kommt es jedoch zwangsläufig zu einer Reduzierung der Härte des Stahls infolge des thermischen Anlasseffekts, welche Reduzierung zu einer ungenügenden Stützwirkung des Grundwerkstoffs unterhalb der Beschichtung führen kann bzw. die mechanische Stabilität an unbeschichteten Funktionsflächen des Metallbauteils herabsetzt, wie es auch zu einem etwaigen Verzug des Bauteils kommen kann, so dass für die Funktion notwendige Toleranzen nicht eingehalten werden können bzw. durch aufwendige Arbeiten erzeugt werden müssen.
Eine Reduzierung der Beschichtungstemperatur unter 300° C zur Minimierung des Anlasseffekts kann zu einer reduzierten Abscheiderate, zu einer schlechteren Haftfestigkeit der Beschichtung wie auch zu einer geringeren mechanischen Beanspruchbarkeit der Beschichtung führen, wodurch bei festgelegten Schichten die Beschichtungszeiten und dadurch die Beschichtungskosten steigen. Zudem stellen sich bei niedriger Abscheidetemperatur keine optimalen Schichteigenschaften wie z. B. Verschleißwiderstand der Beschichtung ein.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung gehärteter und beschichteter Metallbauteile ermöglicht, die trotz der durchzuführenden Gasphasenabscheidung zur Aufbringung der Bauteilbeschichtung keine Einbußen in der mechanischen Stabilität des Bauteils, insbesondere der Härte- und Stützfunktion, zeigen.
Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten, beschichteten Metallbauteils vorgesehen, mit folgenden Schritten:

a. Durchführung einer Wärmebehandlung des Metallbauteils zur Anreicherung von Kohlenstoff und/oder Stickstoff in der Randschicht des Metallbauteils,
b. Abschreckung des Metallbauteils auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Starttemperatur,
c. Anlassen des Metallbauteils auf eine Temperatur, die höher ist als die Temperatur eines nachfolgend durchzuführenden Abscheideverfahrens zum Aufbringen einer Beschichtung, wobei die Anlasstemperatur 20 bis 40° C über der Abscheidetemperatur liegt, und
d. Aufbringen der Beschichtung mittels Gasphasenabscheidung.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht im ersten Schritt eine Wärmebehandlung vor, um das Metallbauteil randseitig mit Kohlenstoff, Stickstoff oder im Wege einer Karbonitrierung mit beiden Elementen anzureichern. Die Wärmebehandlung sollte vorzugsweise bei einer Temperatur von 750 - 1100° C durchgeführt werden. In den meisten Fällen, abhängig vom verwendeten Stahlmaterial, ist eine Karbonitrierung, also eine Einbringung von Kohlenstoff und Stickstoff, zweckmäßig. Hierbei sollte vorzugsweise Kohlenstoff zu 0,4 - 0,9 Gew.% und Stickstoff zu 0,1 - 1,0 Gew.% eingebracht werden, die Haltezeit sollte vorzugsweise 1 - 4 Stunden betragen. Wird nur aufgekohlt oder nur aufgestickt, so können die entsprechenden maximalen Anteile an Kohlenstoff respektive Stickstoff auch etwas höher liegen.
Durch diese Wärmebehandlung bzw. die Einbringung von Kohlenstoff und Stickstoff wird eine randseitige Härtung erreicht, verbunden mit einer verbesserten Warmfestigkeit des randseitig entsprechend behandelten Materials, welche wichtig für die Durchführung der nachfolgenden Schritte ist.
Im zweiten Schritt wird das aus der Wärmbehandlung noch heiße Metallbauteil auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Starttemperatur abgeschreckt. Diese Abschreckung führt dazu, dass es insbesondere in den Randbereichen des Metallbauteils zur Martensitbildung kommt. Der Stahl wird randseitig sehr hart und mitunter auch spröde.
Um nun die Stahleigenschaften im Hinblick auf die technische Verwendung entsprechend einzustellen, wird im dritten Schritt das Metallbauteil angelassen, mithin also wieder erwärmt. Diese Erwärmung findet nun erfindungsgemäß bis zu einer Temperatur statt, die etwas höher ist als die Temperatur eines nachfolgend durchzuführenden Abscheideverfahrens, mit dem die Beschichtung, also die eigentliche Funktionsschicht, aufgebracht wird. Wie einleitend beschrieben wird diese Beschichtung durch Gasphasenabscheidung bei hohen Temperaturen bis ca. 650° C durchgeführt. Die Anlasstemperatur liegt nun erfindungsgemäß etwas höher als die maximale Temperatur, die im Rahmen der Gasphasenabscheidung herrscht. Das Anlassen bei einer solch hohen Temperatur ist jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, da, wie bereits beschrieben, das Metallbauteil randseitig in Folge der im ersten Schritt durchgeführten Wärmebehandlung verbunden mit der Einbringung von Kohlenstoff bzw. Stickstoff oder beider Elemente deutlich warmfester ist, verglichen mit einem Grundwerkstoff, in den diese Elemente nicht eingebracht werden. Diese höhere Warmfestigkeit führt dazu, dass das Metallbauteil bei deutlich höheren Temperaturen angelassen werden kann, ohne dass es zu einem zu hohen Härteverlust in der Randzone kommt, der sich wiederum nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften der Randzone auswirken würde. Über das Anlassen kann folglich die Eigenschaft der Randzone im Hinblick auf den Verwendungszweck eingestellt werden, bei gleichzeitiger Möglichkeit, das Anlassen bei sehr hoher Temperatur durchführen zu können.
Für die Anlasstemperatur, die 20 - 40° C über der Abscheidetemperatur liegt, sollte die Haltezeit ca. 1 - 2 Stunden betragen. Hieran schließt sich bevorzugt eine Abkühlung auf Raumtemperatur an, sofern nicht unmittelbar danach, also quasi in-situ, die Gasphasenabscheidung durchgeführt wird.
Im vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Beschichtung durch Gasphasenabscheidung, also vorzugsweise CVD, PVD und PACVD, durchgeführt. Die Abscheidetemperatur beträgt bevorzugt 300 - 650° C. Die maximale, während der Gasphasenabscheidung herrschende Temperatur liegt jedoch, wie bereits beschrieben, unterhalb der bereits vorher gefahrenen Anlasstemperatur. Infolge der höheren Anlasstemperatur ist das Randzonengefüge bereits thermisch stabilisiert, d. h., das Metallbauteil respektive die Randzone hat im Rahmen des Anlassens bereits eine höhere Temperatur erfahren, als sie bei dem Abscheideprozess herrscht. Infolge dessen kommt es während der Gasphasenabscheidung temperaturbedingt nicht zu einem erneuten Anlassen respektive zu einer erneuten thermisch bedingten Gefüge- respektive Eigenschaftsänderung. Die Beschichtung kann also ohne nachteilige Bauteilbeeinflussung bei den üblichen Beschichtungstemperaturen aufgebracht werden, insbesondere bei hohen Beschichtungstemperaturen, verbunden mit den daraus resultierenden Vorteilen einer hohen Abscheiderate, einer hohen Haftfestigkeit der Beschichtung auf der Metallbauteilfläche wie auch einer hervorragenden mechanischen Beanspruchbarkeit der Beschichtung.
Insgesamt lässt das erfindungsgemäße Verfahren infolge der der Gasphasenabscheidung zum Aufbringen der Beschichtung vorausgehenden Wärmebehandlung zum Einbringen von Kohlenstoff, Stickstoff oder im Wege des Karbonitrierverfahrens beider Elemente die Abscheidung der Beschichtung unter optimalen thermodynamischen Bedingungen zu, so dass eine Schicht mit optimalen mechanisch-technologischen Eigenschaften abgeschieden werden kann, ohne infolge des Abscheidevorgangs thermisch bedingt die mechanischen Eigenschaften des Stahlgrundwerkstoffs nachteilig zu beeinträchtigen.
Für den Fall, dass es während des Anlassens des Metallbauteils zu einem leichten Verzug oder geringen Geometrieänderungen des Metallbauteils kommt, besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, nach dem Anlassen und vor dem Beschichten eine Oberflächenbearbeitung, insbesondere eine spanende Bearbeitung, der zu beschichtenden Oberfläche des Metallbauteils durchzuführen. Eine solche Bearbeitung kann beispielsweise durch Schleifen oder Polieren erfolgen.
Die Beschichtung sollte mit einer Dicke ≤ 10 µm abgeschieden werden, wobei die Dicke letztlich je nach Art der aufgebrachten Schicht, ihrer Funktion respektive Beanspruchung wie auch dem Schichtaufbau zu wählen ist.
Die Beschichtung selbst kann ein Einschichtsystem sein, d. h., dass im Wege der Gasphasenabscheidung nur eine homogene Schicht aufgebracht wird, die als solche gleichzeitig die Funktionsschicht bildet. Alternativ dazu kann die Beschichtung auch als Schichtsystem aufgebracht werden, wenigstens umfassend eine Haftschicht und eine Funktionsschicht. Die Haftschicht bindet die Beschichtung an die Oberfläche des Metallbauteils an. Auf der Haftschicht wird sodann die eigentliche Funktionsschicht, die die besonderen Eigenschaften, die die Oberfläche aufweisen soll, bietet, abgeschieden. Sofern ein zu großer Gradient insbesondere im E-Modul zwischen Haftschicht und Funktionsschicht gegeben ist, der sich gegebenenfalls nachteilig auf die Funktionsschichteigenschaften oder den Schichtverbund als solchen auswirken könnte, ist es zweckmäßig, wenn zwischen der Haftschicht und der Funktionsschicht eine Zwischenschicht aufgebracht wird, die hier quasi ausgleichend wirkt.
Die Beschichtung insgesamt, insbesondere wenn es sich um ein Einschichtsystem handelt, bzw. im Falle eines Mehrschichtsystems wenigstens die Funktionsschicht, sind vorzugsweise nanokristallin ausgeführt. Denkbar ist die Ausführung als nitridische Hartstoffschicht, beispielsweise bestehend aus CrN, Cr₂N, MoN, TaN, NbN, AlTiN, CuN, TiN, Ti₂N und/oder TiAlN. Die Beschichtung respektive die Funktionsschicht kann auch als Nanokompositschicht aus den oben genannten Verbindungen und einer metallischen Komponente, insbesondere einem Element der 3. - 5. Hauptgruppe oder der 1. - 8. Nebengruppe sein. In einem solchen Fall beträgt der Anteil der metallischen Komponente beispielsweise 2 - 7 Gew.%.
Im Schichtverbund ist wie ausgeführt wenigstens eine Haftvermittlungsschicht, gegebenenfalls auch eine Zwischenschicht vorgesehen. Diese können beispielsweise als Metalle, Metallcarbide oder -nitride, Boride oder Silizide enthaltende Schichten, oder als metallhaltige, beispielsweise Wolfram umfassende Kohlenstoffschichten oder als Carbide und/oder Nitride der Übergangsmetall aufweisende Schichten ausgebildet sein.
Insgesamt richtet sich die aufgebrachte Beschichtung, ihr Aufbau sowie die verwendeten Materialien letztlich zum einen nach dem Typ des Metallbauteils und seinem Verwendungszweck, daraus resultierend also auch der Beanspruchung des Metallbauteils respektive der Beschichtung und damit den benötigten Schichteigenschaften, wie auch gegebenenfalls dem verwendeten Stahlmaterial. Als ein solches kann beispielsweise 16MnCr5, C45, 100Cr6, 31 CrMoV9, 80Cr2 oder 42CrMo4 verwendet werden. Diese Aufzählung, wie natürlich auch die obige Aufzählung möglicher Beschichtungsmaterialien, ist keinesfalls abschließend.
Da wie ausgeführt die Beschichtung, insbesondere die Funktionsschicht, wesentlich die Bauteileigenschaften, beispielsweise hinsichtlich Verschleißfestigkeit, bestimmt, sind an die Beschichtung bestimmte Anforderungen gesetzt. Die Beschichtung, insbesondere die Funktionsschicht, sollte eine Härte von 1000 - 5000 HV aufweisen. Der Mittenrauwert Ra an der Oberfläche der Beschichtung respektive der Funktionsschicht sollte maximal 0,04 µm betragen. Die Korngröße bei nanokristalliner Strukturierung der Beschichtung respektive der Funktionsschicht sollte im Bereich von 5 - 100 nm liegen.
Neben dem Verfahren selbst betrifft die Erfindung ferner ein Metallbauteil, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Metallbauteil ist entweder oberflächlich vollständig oder nur auf einer ausgezeichneten, im Einsatz des Metallbauteils beanspruchten Fläche mit der Beschichtung versehen. Insbesondere ist die Beschichtung im Hinblick auf eine möglichst hohe Verschleißfestigkeit ausgelegt. Ihre Eigenschaften sind tribologisch-mechanisch optimiert, bei gleichzeitiger gegebenen optimalen mechanischen Eigenschaften des Stahlgrundwerkstoffs.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Metallbauteils in einer Teilansicht.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Schritt 1 erfolgt zunächst eine Wärmebehandlung des Metallbauteils, um dieses randseitig aufzukohlen, aufzusticken oder beide Elemente durch Karbonitrieren in die Randschicht einzubringen. Bevorzugt erfolgt das Karbonitrieren, was bei nahezu allen verwendbaren Stahlsorten möglich ist. Hierdurch erfolgt eine Randzonenhärtung und eine Einstellung der mechanischen Eigenschaften der Randzone. Insbesondere resultiert hieraus auch eine deutliche Steigerung der Warmfestigkeit des Randzonenmaterials.
Im Schritt 2 wird unmittelbar nach der Wärmebehandlung, die bevorzugt bei einer Temperatur von 750 - 1100° C durchgeführt wird, das noch heiße Metallbauteil abgeschreckt, und zwar auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Starttemperatur. Dies führt zur Bildung von Martensit in der Randzone, die hinreichend schnell abkühlt, mithin also unterkühlt, so dass es zur Martensitbildung kommt.
Im Schritt 3 wird das Metallbauteil angelassen, um die Eigenschaften der Randzone gezielt zu beeinflussen, insbesondere ihre Härte und Sprödigkeit einzustellen. Die Anlasstemperatur T_Anlass ist größer als die Abscheidetemperatur T_Abscheide, die in einem nachfolgend durchgeführten Gasphasenabscheideverfahren zur Aufbringung einer Beschichtung herrscht. D. h., dass das Metallbauteil während des Anlassens im Schritt 3 also einer höheren Temperatur ausgesetzt wird, als sie das Bauteil nachfolgend nochmals erfährt. Die Anlasstemperatur T_Anlass ist um 20 - 40° höher als die Abscheidetemperatur T_Abscheide. Die Haltezeit beträgt bevorzugt 1 - 2 Stunden.
In der Regel kühlt das Metallbauteil nach dem Anlassen im Schritt 3 auf Raumtemperatur ab. Sofern es während des Anlassens zu einem etwaigen Verzug oder einer Geometrieänderung kam, besteht die Möglichkeit, insbesondere die Oberfläche, die nachfolgend zu beschichten ist, zu bearbeiten, beispielsweise durch Schleifen oder Polieren, um den Verzug auszugleichen oder etwaige Toleranzen einzustellen etc. Der Schritt 4 zur Oberflächenbearbeitung ist optional und nur erforderlich, sofern es während des Anlassens tatsächlich zu etwaigen Veränderungen am Bauteil kommt.
Nach der etwaigen Oberflächenbearbeitung gemäß Schritt 4 oder, sofern dies nicht erforderlich ist, unmittelbar nach dem Abkühlen nach dem Anlassen gemäß Schritt 3 erfolgt in Schritt 5 das Aufbringen einer Beschichtung durch Gasphasenabscheidung bei der Abscheidetemperatur T_Abscheide. Als Verfahren kann eine PVD-Beschichtung oder eine PACVD-Beschichtung durchgeführt werden. In jedem Fall liegt die Abscheidetemperatur T_Abscheide unterhalb der Anlasstemperatur T_Anlass. D. h., dass es während der Gasphasenabscheidung zu keiner Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Stahlgrundwerkstoffs respektive des gehärteten Randzonenmaterials kommt, da dieses im Schritt 3 bereits bei einer höheren Temperatur angelassen wurde, was aufgrund der im Schritt 1 vorgenommenen Wärmbehandlung und der daraus resultierenden sehr hohen Warmfestigkeit möglich war.
Im Rahmen der Gasphasenabscheidung kann, je nach Anforderungsprofil an das Metallbauteil respektive die Beschichtung, eine Einschicht-Beschichtung oder ein Mehrschichtsystem umfassend eine Haftvermittlungsschicht und eine Funktionsschicht, gegebenenfalls auch eine zwischen diesen ausgebildete Zwischenschicht aufgebracht werden. Zumindest die Funktionsschicht sollte nanokristallin sein, bei einem Einschichtsystem natürlich die gesamte Schicht. Bezüglich der verwendbaren Schichtmaterialien wird auf die einleitenden Ausführungen verwiesen.
Die Beschichtung selbst wird bei einer Temperatur von 300 - 650° C durchgeführt. Hieraus ergibt sich dann auch zwangsläufig der Temperaturbereich, in dem die Anlasstemperatur liegt.
Nach Durchführung der Gasphasenabscheidung kühlt das Metallbauteil wieder auf Raumtemperatur ab, sofern erforderlich schließt sich im Schritt 6 eine Oberflächenbearbeitung der Beschichtung an. Eine Nachwärmebehandlung oder dergleichen ist nicht erforderlich.
2 zeigt schließlich eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Metallbauteil 7. Das Metallbauteil kann ein beliebiges Maschinenbauteil sein, beispielsweise ein Tassenstößel, ein Ventilschaft, eine Wälzlagerkomponente, ein Steuerkolben, eine Lagerbuchse etc., wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist. Das Metallbauteil 7 weist einen Grundkörper 8 auf, der aus dem Stahlgrundwerkstoff besteht, bei dem es sich um einen beliebigen Einsatzstahl handelt. Im Bereich einer oberflächennahen Randzone 9 ist im Rahmen einer Wärmebehandlung insbesondere durch Karbonitrieren Kohlenstoff und Stickstoff eingebracht. Infolge einer nachfolgenden Abschreckung hat sich dort ein Martensitgefüge ausgebildet. Auf die Oberfläche des Metallbauteils 7 respektive einer im Betrieb beanspruchte Teilfläche ist sodann eine Beschichtung 10 aufgebracht, im gezeigten Beispiel in Form eines Beschichtungssystems umfassend eine Haftvermittlungsschicht 11, die unmittelbar auf die Metallbauoberfläche aufgebracht ist, und eine Funktionsschicht 12, die auf die Haftvermittlungsschicht 11 aufgebracht ist. Die Beschichtung 10 wurde durch CVD, PVD oder PACVD aufgebracht.
Bezugszeichenliste

1: Schritt
2: Schritt
3: Schritt
4: Schritt
5: Schritt
6: Schritt
7: Metallbauteil
8: Grundkörper
9: Randzone
10: Beschichtung
11: Haftvermittlungsschicht
12: Funktionsschicht

Claims

Verfahren zur Herstellung eines gehärteten, beschichteten Metallbauteils, mit folgenden Schritten: a. Durchführung einer Wärmebehandlung des Metallbauteils zur Anreicherung von Kohlenstoff und/oder Stickstoff in der Randschicht des Metallbauteils, b. Abschreckung des Metallbauteils auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Starttemperatur, c. Anlassen des Metallbauteils auf eine Temperatur, die höher ist als die Temperatur eines nachfolgend durchzuführenden Abscheideverfahrens zum Aufbringen einer Beschichtung, wobei die Anlasstemperatur 20-40°C über der Abscheidetemperatur liegt, und d. Aufbringen der Beschichtung mittels Gasphasenabscheidung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anlassen und vor dem Beschichten eine Oberflächenbearbeitung, insbesondere eine spanende Bearbeitung, der zu beschichtenden Oberfläche des Metallbauteils erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 750-1100°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasphasenabscheidung ein CVP-, PVD- oder ein PACVD-Verfahren ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidetemperatur 300-650°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit einer Dicke ≤ 10µm abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung ein Schichtsystem wenigstens umfassend eine Haftvermittlungsschicht und eine Funktionsschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem eine zwischen der Haftvermittlungsschicht und der Funktionsschicht angeordnete Zwischenschicht aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, insbesondere die Funktionsschicht, eine Härte von 1000-5000 HV und/oder an der Oberfläche einen Mittenrauwert Ra von maximal 0,04µm und/oder eine Korngröße von 5-100nm aufweist.
Metallbauteil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.