DE102013105199A1

DE102013105199A1 - Beschichtetes Element zur Bewegung in Bezug auf eine Fläche und Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements

Info

Publication number: DE102013105199A1
Application number: DE102013105199A
Authority: DE
Inventors: Sudhir Brahmandam; Dave Richard Siddle; Irene Spitsberg
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2013-12-19
Also published as: JP2014001453A; CN103511225A; US20130337221A1; GB201310727D0; GB2509192A

Abstract

Ein beschichtetes Element (22) sowie ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements (22), das für eine Bewegung in Bezug auf eine Fläche (26) eingerichtet ist, wobei ein Freiraum (40) zwischen dem beschichteten Element (22) und der Fläche (26) in einem kritischen Bereich (30) des beschichteten Elements (22) existiert. Das beschichtete Element (22) hat eine endbearbeitete Größe (36) im kritischen Bereich (30). Das Substrat (46) hat einen unterdimensionierten Substratbereich (48) einer minimalen Unterdimensionierungstiefe (50), die gleich etwa fünfundsiebzig Prozent des Freiraums (40) ist. Der unterdimensionierte Substratbereich (48) entspricht dem kritischen Bereich (30) des beschichteten Elements (22). Ein endbearbeitetes Beschichtungsschema (56) befindet sich auf dem unterdimensionierten Substratbereich (48), wobei das endbearbeitete Beschichtungsschema (56) das Ergebnis der Endbearbeitung eines überdimensionierten Beschichtungsschemas (60) zur Bildung des endbearbeiteten Beschichtungsschemas (56) ist, wobei das beschichtete Element (22) die endbearbeitete Größe (36) im kritischen Bereich (22) aufweist.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Element zur Bewegung in Bezug auf eine Fläche und ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements. Die Erfindung betrifft insbesondere ein beschichtetes Element zur Bewegung in Bezug auf eine Fläche und ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements, wobei das Beschichtungsschema in einer Umgebung, die enge Toleranzen zwischen dem beschichteten Element und der Fläche erfordert, Widerstandsfähigkeit gegen Erosion und/oder Korrosion bereitstellt. Durch Bereitstellen eines solchen Beschichtungsschemas ergeben sich eine Verbesserung in der Lebensdauer und der Funktionsweise des beschichteten Elements sowie eine Verringerung vorzeitiger und unvorhersehbarer Ausfälle des beschichteten Elements. Diese Verbesserungen erhöhen den Gesamtwert des beschichteten Elements.
Bestimmte Komponenten, die in verschiedenen Lineargleitanwendungen verwendet werden, wie beispielsweise bei einem Kolben in einer Kolbenpumpe, und rotierenden Anwendungen, wie beispielsweise einem zur Erzeugung eines Differenzdrucks in einer Pumpe verwendeten Laufrad, sind abrasiven, erosiven und korrosiven festen Teilchen, Fluiden und Aufschlämmungen ausgesetzt. Es ist verständlich, dass ein zu starker Abrieb, eine zu starke Erosion und/oder eine zu starke Korrosion für die Funktionsweise des betreffenden Artikels, beispielsweise einer Kolbenpumpe und einer Zentrifugalpumpe, schädlich ist. Eine Bedingung, die vielen dieser linear gleitenden und rotierenden Anwendungen gemein ist, ist eine Anforderung enger Toleranzen zwischen den Teilen, die sich in Bezug zueinander bewegen. Beispielsweise sind enge Toleranzen erforderlich, um eine angemessene Dichtung zwischen gleitenden ineinander passenden Teilen aufrechtzuerhalten, wie beispielsweise zwischen dem Kolben und der angrenzenden entsprechenden Dichtung in einer Kolbenpumpe oder zwischen dem Laufrad und dem angrenzenden Gehäuse in einer Zentrifugalpumpe. Wenngleich die spezifischen Beträge von der spezifischen Anwendung abhängen können, ist an einem Teil mit einem Durchmesser von mindestens 6,5 Millimetern und mit einer Oberflächenendbearbeitungsanforderung zwischen etwa 4 und etwa 16 Mikrozoll (0,1 bis 0,4 Mikrometer) Ra eine typische enge Toleranz ±0,0005 Zoll (±12,7 Mikrozoll).
Bisher bestand ein typischer Prozess zur Herstellung eines solchen beschichteten Teils mit einer engen Toleranz darin, die Komponente zu unterdimensionieren, darauf ein überdimensioniertes Beschichtungsschema abzuscheiden, um Verziehungsbedingungen oder nicht konzentrischen Bedingungen Rechnung zu tragen, und dann unter Verwendung etablierter maschineller Bearbeitungstechniken Material von der überdimensionierten Beschichtung zu entfernen, bis die Komponente die Toleranzspezifikationen erfüllt. Infolge der Härte und geringen Zähigkeit der Beschichtung ist ein Nachteil bei diesem früheren typischen Prozess, dass kostspielige maschinelle Bearbeitungstechniken verwendet werden müssen, um die Komponente in Übereinstimmung mit Toleranzspezifikationen zu bringen. Wegen dieser kostspieligen maschinellen Bearbeitungstechniken wird in der gegenwärtigen Praxis versucht, das Ausmaß des für das Erfüllen der Dimensionsanforderungen erforderlichen Schleifens zu minimieren.
Ein Weg zum Minimieren des Ausmaßes des Schleifens besteht darin, die Komponente auf eine Tiefe zu unterdimensionieren, die mit der Toleranzanforderung vergleichbar ist (beispielsweise etwa 10 Mikrometer) und dann eine Beschichtung abzuscheiden, die gerade in etwa dick genug ist (beispielsweise etwa 7 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer), und die überdimensionierte Beschichtung dann abzuschleifen, um die Spezifikationen zu erfüllen. Das US-Patent 6 212 997 B1 offenbart diese Art eines Prozesses. Die Beschichtungsdicke auf den dieses Verfahren verwendenden Komponenten liegt infolge einer Kombination der Toleranzen des Schleifvorgangs und der Konzentrizität der Komponente zwischen etwa 3 Mikrometern und etwa 10 Mikrometern.
Typische Teile, die in Anwendungen mit niedriger Reibung verwendet werden, welche enge Abmessungstoleranzanforderungen erfüllen müssen, umfassen verschiedene Automobilanwendungen, wie beispielsweise Lager, Getriebe und dergleichen. Für diese Anwendungen mit niedriger Reibung und engen Toleranzen ist ein Teil mit einer Beschichtung mit einer Dicke zwischen etwa 3 Mikrometern und etwa 10 Mikrometern ausreichend, weil sich die beschichtete Oberfläche verhältnismäßig gleichmäßig abnutzt. Es gibt jedoch auch Anwendungen (beispielsweise die Handhabung abrasiver Aufschlämmungen), bei denen sich die Komponenten nicht verhältnismäßig gleichmäßig abnutzen. Bei einer Komponente (oder einem Teil), die in einer solchen Anwendung mit einer nicht gleichmäßigen Abnutzung verwendet wird, würde ein Teil mit einer Beschichtungsdicke zwischen etwa 3 Mikrometern und etwa 10 Mikrometern sehr wahrscheinlich vorzeitig und unvorhersehbar ausfallen. Eine Untersuchung vorzeitiger Ausfälle beim Handhaben abrasiver Aufschlämmungen zeigte eine unerwartete Ursache dieser vorzeitigen Ausfälle.
Es ist bekannt, dass Breie abrasive harte Teilchen aufweisen, die in einem Fluid getragen werden. Die Größe der harten Teilchen variiert von unterhalb eines Mikrometers bis nahezu etwa 100 Mikrometer und liegt in manchen Fällen sogar darüber. Unter normalen Betriebsbedingungen strömen diese harten Teilchen über der Oberfläche des Teils, wodurch eine erosive und/oder korrosive Beschädigung hervorgerufen wird. Der Zweck der Beschichtung auf dem Teil besteht darin, der durch den Strom der harten Teilchen hervorgerufenen erosiven und/oder korrosiven Beschädigung zu widerstehen. Ferner ist bekannt, dass während des Betriebs einige harte Teilchen zwischen der Komponente (beispielsweise einem Kolben oder einem Laufrad) und der Fläche, in Bezug auf die sie sich bewegt (beispielsweise Dichtungen oder die Wände der Pumpe), eingesperrt werden. Weil der Toleranzabstand zwischen der beschichteten Komponente und der Fläche, in Bezug auf die sie sich bewegt, klein ist (beispielsweise im Bereich von etwa 25 Mikrometern), sind auch die Größen der harten Teilchen, die eingesperrt werden, klein (d.h. etwa 25 Mikrometer oder weniger). Infolge ihrer geringen Größe wurde der negative Einfluss dieser eingesperrten kleinen harten Teilchen größtenteils ignoriert. Diese kleinen eingesperrten harten Teilchen scheinen jedoch einen bedeutsamen negativen Einfluss auf die Nutzungsdauer des beschichteten Elements zu haben, der größer ist als bisher gedacht.
Wie in Handbook of Micro/Nanotechnology, herausgegeben von Bharat Bhushan, CRC Press Ltd., (1999) erörtert ist, zeigen Prinzipien der Berührungsmechanik, dass, wenn ein Teilchen eine Oberfläche berührt, es Fehler unterhalb der Oberfläche hervorrufen kann, weil die maximale Scherspannung infolge der Berührung unterhalb der Oberfläche liegt. Die Tiefe, bis zu der sich die maximale Scherspannung erstrecken kann, wird als "kritische Tiefe" bezeichnet. Unter Bedingungen einer elastischen Berührung kann sich die maximale Scherspannung bis zu einer kritischen Tiefe erstrecken, die etwa gleich einem Zehntel der Teilchengröße ist. Demgemäß kann beispielsweise in einer Situation, in der die harten Teilchen eine Größe von 25 Mikrometern haben, die kritische Tiefe an dem beschichteten Element etwa 2,5 Mikrometer betragen. Es wurde herausgefunden, dass selbst dann, wenn die kritische Tiefe innerhalb der Beschichtung bleibt, noch erhebliche Scherspannungen bis deutlich unterhalb der kritischen Tiefe existieren.
Unter der Oberfläche liegende Scherspannungen unterhalb der kritischen Tiefe können sich bis zu einer Tiefe von mehr als dem Fünffachen der kritischen Tiefe erstrecken. Unter der Oberfläche liegende Scherspannungen können die Beschichtung-Substrat-Grenzfläche beschädigen. Diese unter der Oberfläche liegenden Scherspannungen können auch das Substrat selbst plastisch verformen. Eine Beschädigung der Beschichtung-Substrat-Grenzfläche sowie eine plastische Verformung des Substrats können zu einem lokalisierten Abplatzen der Beschichtung führen, was dazu führt, dass das Substrat (beispielsweise Stahl) der korrosiven Umgebung ausgesetzt wird. Dadurch, dass das Substrat der korrosiven Umgebung ausgesetzt wird, ergeben sich vorzeitige und unvorhersehbare Ausfälle der beschichteten Elemente. Es wird demgemäß verständlich, dass es sehr wünschenswert wäre, ein beschichtetes Element für eine Bewegung in Bezug auf eine Fläche bereitzustellen, das ein Beschichtungsschema mit einer ausreichenden Dicke aufweist, so dass sich die unter der Oberfläche liegenden Scherspannungen nicht in die Beschichtung-Substrat-Grenzfläche oder in das Substrat selbst erstrecken. Es wäre sehr wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten Elements bereitzustellen. Es wäre mit anderen Worten sehr wünschenswert, ein beschichtetes Element zur Bewegung in Bezug auf eine Fläche bereitzustellen, das eine Beschichtung mit einer ausreichenden Dicke aufweist, damit sich die unter der Oberfläche liegenden Scherspannungen bis in eine solche Tiefe erstrecken, dass sie innerhalb der Beschichtung bleiben. Es wäre sehr wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten Elements bereitzustellen.
Für ein beschichtetes Element, das eine Beschichtung mit einer ausreichenden Dicke verwendet, damit sich die unter der Oberfläche liegenden Scherspannungen bis in eine solche Tiefe erstrecken, dass sie innerhalb der Beschichtung bleiben, wäre es sehr wünschenswert, zu gewährleisten, dass kein Abplatzen der Beschichtung auftritt, weil das Substrat durch das Abplatzen der erosiven und/oder korrosiven Umgebung ausgesetzt werden kann. Es wäre vorteilhaft, ein Beschichtungsschema (oder eine Beschichtungsarchitektur) zu verwenden, welche die Duktilität und die Erosions-/Korrosionsbeständigkeitseigenschaften verschiedener Beschichtungsmaterialien optimiert. Ein Ansatz wäre die Verwendung einer mehrschichtigen Beschichtungsarchitektur, bei der sich duktile, korrosionsbeständige Metallzwischenschichten zwischen harten Keramikschichten befinden. Ein solcher Ansatz würde sowohl Duktilität als auch Widerstandsfähigkeit gegen die schädlichen Wirkungen (beispielsweise Erosion und/oder Korrosion) eines Mediums in der Art einer Schleifaufschlämmung bereitstellen. Daher wäre es sehr wünschenswert, ein beschichtetes Element für eine Bewegung in Bezug auf eine Fläche bereitzustellen, das ein Beschichtungsschema aufweist, welches eine mehrschichtige Beschichtungsarchitektur aufweist, wobei sich zwischen harten Keramikschichten duktile, korrosionsbeständige Metallzwischenschichten befinden, um sowohl Duktilität als auch Erosionsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen. Es wäre sehr wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten Elements bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Form ist die Erfindung ein beschichtetes Element, das für eine Bewegung in Bezug auf eine Fläche eingerichtet ist, wobei ein Freiraum zwischen dem beschichteten Element und der benachbarten Fläche bei Abbildung in die Fläche des beschichteten Elements in einem kritischen Bereich des beschichteten Abschnitts des Elements existiert. Der beschichtete Abschnitt des Elements hat eine endbearbeitete Größe, die in diesem kritischen Bereich liegt. Das beschichtete Element hat ferner ein Substrat, das einen unterdimensionierten Substratbereich mit einer minimalen Unterdimensionierungstiefe aufweist, wobei die minimale Unterdimensionierungstiefe etwa gleich 75 % des Freiraums ist. Der unterdimensionierte Substratbereich entspricht dem kritischen Bereich des beschichteten Elements. Ein endbearbeitetes Beschichtungsschema befindet sich auf dem unterdimensionierten Substratbereich, wobei das endbearbeitete Beschichtungsschema das Ergebnis der Behandlung oder Endbearbeitung eines überdimensionierten Beschichtungsschemas zur Bildung des endbearbeiteten Beschichtungsschemas ist, wobei das beschichtete Element in dem kritischen Bereich die endbearbeitete Größe aufweist.
In einer anderen Form ist die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Elements, das für eine Bewegung in Bezug auf eine Fläche eingerichtet ist, wobei ein Freiraum zwischen dem beschichteten Element und der Fläche in einem kritischen Bereich des beschichteten Elements existiert und wobei das beschichtete Element eine endbearbeitete Größe im kritischen Bereich hat. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Versehen eines Substrats mit einem unterdimensionierten Substratbereich mit einer minimalen Unterdimensionierungstiefe, wobei der unterdimensionierte Bereich dem kritischen Bereich des beschichteten Elements entspricht und wobei die minimale Unterdimensionierungstiefe gleich etwa 75 % des Freiraums ist, Aufbringen eines überdimensionierten Beschichtungsschemas auf den unterdimensionierten Substratbereich und Endbearbeiten des überdimensionierten Beschichtungsschemas, um ein endbearbeitetes Beschichtungsschema zu bilden, wobei das beschichtete Element eine endbearbeitete Größe im kritischen Bereich aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachstehend wird eine kurze Beschreibung der Zeichnungen gegeben, die Teil dieser Patentanmeldung sind. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Kolbenpumpe, worin die Beziehung zwischen dem Pumpenkolben und der Dichtung dargestellt ist, wobei der Pumpenkolben eine Komponente ist, die sich in Bezug auf die Oberfläche der Dichtung bewegt,
2 eine schematische Ansicht des Kolbens (d.h. des beschichteten Elements) und der Dichtung, welche die Fläche aufweist, an der sich der Kolben beim Betrieb in Bezug auf die Dichtung bewegt,
3A eine schematische Ansicht des unterdimensionierten Substratbereichs des Substrats des Kolbens,
3B eine schematische Ansicht des unterdimensionierten Substratbereichs des Substrats mit der sich darauf befindenden überdimensionierten Beschichtungsschicht,
3C eine schematische Ansicht des unterdimensionierten Substratbereichs des Substrats, nachdem die überdimensionierte Beschichtungsschicht behandelt wurde, um einen Teil des Beschichtungsmaterials bis dahin zu entfernen, wo der kritische Bereich des beschichteten Elements die endbearbeitete Größe erreicht, und
4 eine schematische Ansicht der Abmessungsbeziehungen im kritischen Bereich des beschichteten Elements.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der Zeichnung zeigt 1 einen Abschnitt einer allgemein als 20 bezeichneten Kolbenpumpe. Die Kolbenpumpe 20 hat einen Aufbau, der im Allgemeinen jenem der im US-Patent 6 212 997 B1 von McCollough u.a. offenbarten Pumpe entspricht, wobei das gesamte US-Patent 6 212 997 hier durch Verweis aufgenommen wird. 1 zeigt einen beschichteten Kolben 22, der eine Kolbenachse aufweist, und eine Dichtung 24, die eine Dichtfläche 26 aufweist. Der beschichtete Kolben 22 ist ein beschichtetes Element, das für eine Bewegung in Bezug auf eine Fläche eingerichtet ist, welche die Dichtfläche 26 ist. Der Bereich des beschichteten Kolbens 22, der sich in Bezug auf die Dichtfläche 26 bewegt, ist der kritische Bereich 30 (siehe 2) des beschichteten Kolbens, d.h. der kritische Bereich des beschichteten Elements. Es ist zu verstehen, dass die tatsächliche Größe des kritischen Bereichs (siehe die Klammer 30 in 2) des beschichteten Elements 22 von der Natur und vom Ausmaß der Bewegung des beschichteten Elements 22 in Bezug auf die Fläche 26 abhängen kann.
Gemäß dieser spezifischen Ausführungsform und wie in 2 dargestellt ist, beeinflusst die Länge des Hubs des beschichteten Kolbens 22 die Größe des kritischen Bereichs 30. 2 zeigt, dass die axiale Länge 32 der Dichtung 24 kleiner als die axiale Länge 31 des kritischen Bereichs (siehe Klammer 30) des beschichteten Elements 22 ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich das beschichtete Element 22 in Bezug auf die Dichtung 24 hin und her bewegt. Das Ausmaß der Hin- und Herbewegung ist derart, dass der Abschnitt des beschichteten Elements 22, der mit der Dichtfläche 26 zusammenwirkt (oder eine Dichtung beeinflusst), eine axiale Länge 31 aufweist, wodurch der kritische Bereich 30 definiert wird. Daher hat der Bereich des beschichteten Elements 22, d.h. der kritische Bereich 30, eine größere axiale Länge als die Dichtung 24, weil die axiale Länge 31 des kritischen Bereichs 30 größer ist als die axiale Länge 32 der Dichtung 24.
Unter weiterem Bezug auf 2 sei bemerkt, dass das beschichtete Element (der beschichtete Kolben 22) im kritischen Bereich 30 eine endbearbeitete Größe 36 aufweist. Wenn die relativen räumlichen Positionen des beschichteten Elements 22 und der Dichtung 24 hergestellt, d.h. zugeordnet sind, befindet sich dazwischen ein Freiraum 40. Mit anderen Worten befindet sich ein Freiraum 40 zwischen dem beschichteten Element 22, das die endbearbeitete Größe 36 aufweist, und der Fläche 26 (der Dichtung 24) im kritischen Bereich 30 des beschichteten Elements 22. Die Darstellung aus 2 übertreibt die relative Größe der Komponenten, um die Beziehung zwischen den Komponenten und dem Freiraum 40 zu veranschaulichen. Es ist zu verstehen, dass der Betrag des Freiraums 40 von der Natur der spezifischen Anwendung abhängen kann. Ein als Beispiel dienender Bereich für den Freiraum 40 kann zwischen etwa 2 Mikrometer und etwa 250 Mikrometer liegen. Alternative Bereiche für den Freiraum 40 sind (1) zwischen etwa 5 Mikrometer und etwa 125 Mikrometer, (2) zwischen etwa 10 Mikrometer und etwa 50 Mikrometer und (3) zwischen etwa 20 Mikrometer und etwa 30 Mikrometer. Ein als Beispiel dienender Freiraum 40 beträgt etwa 25 Mikrometer.
Mit Bezug auf 3A sei bemerkt, dass der beschichtete Kolben 22 ein Substrat 46 aufweist, das einen unterdimensionierten Substratbereich (siehe Klammer 48) aufweist, der eine verringerte Größe hat. Der unterdimensionierte Substratbereich 48 entspricht dem kritischen Bereich 30 des beschichteten Elements 22, wie zuvor in 2 erwähnt wurde. Mit anderen Worten ist der Abschnitt des Substrats, der den kritischen Bereich 30 des beschichteten Elements 22 bildet, der unterdimensionierte Substratbereich 48.
Das Material für das Substrat kann von der spezifischen Anwendung abhängen. Das Substrat kann aus einem beliebigen der folgenden Materialien bestehen: Stahl (einschließlich eines Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt), Werkzeugstahl, Edelstahl oder unter Verwendung von Gießen, maschinellem Bearbeiten aus Stangen oder Platten oder pulvermetallurgischen Techniken hergestellte Superlegierungen. Die spezifischen Materialarten können ein Edelstahl sein, wie beispielsweise CA6NM oder ein Edelstahl der 300er-Reihe oder der 400er-Reihe. Das Substrat kann aus einem Stahlmaterial, wie 4140 oder 4340 oder dergleichen bestehen. Überdies kann das Substrat aus einem Inconel^®[eingetragenes Warenzeichen von Huntington Alloys Corporation, Huntington, West Virginia 25705, wie durch Federal Trademark Registration Nr. 308,200 gezeigt ist]- oder aus einem Hastelloy^®[eingetragenes Warenzeichen von Haynes International Inc., Kokomo, Indiana 46904, wie durch Federal Trademark Registration Nr. 269,898 gezeigt ist]-Material oder einer ähnlichen Legierung auf Nickelbasis bestehen.
Mit Bezug auf 3C sei bemerkt, dass der unterdimensionierte Substratbereich 48 um einen Betrag unterdimensioniert wurde, der gleich einer minimalen Unterdimensionierungstiefe 50 ist, um die reduzierte Größe 52 zu erreichen. Die minimale Unterdimensionierungstiefe 50 ist gleich etwa fünfundsiebzig Prozent (75 %) des Freiraums 40. Dies bedeutet, dass der kleinste Unterdimensionierungsbetrag des unterdimensionierten Substratbereichs 48 gleich etwa fünfundsiebzig Prozent (75 %) des Freiraums 40 ist. Die Unterdimensionierung soll die Abmessung des unterdimensionierten Substratbereichs 48 in Bezug auf die endbearbeitete Größe 36 des beschichteten Elements 22 bezeichnen. Der Ort des unterdimensionierten Substratbereichs 48 entspricht dem kritischen Bereich 30 des beschichteten Elements 22. Mit anderen Worten ist der unterdimensionierte Substratbereich 48 so unterdimensioniert, dass die Summe der verringerten Größe 52 und des Zweifachen der minimalen Unterdimensionierungstiefe 50 gleich der endbearbeiteten Größe 36 ist. Bei anderen Alternativen kann das Ausmaß der Unterdimensionierung des unterdimensionierten Substratbereichs 48 gleich etwa achtzig Prozent (80 %) oder etwa fünfundachtzig Prozent (85 %) oder etwa neunzig Prozent (90 %) oder etwa fünfundneunzig Prozent (95 %) oder etwa hundert Prozent (100 %) des Freiraums 40 sein. Es wird erwogen, dass das Ausmaß der Unterdimensionierung des unterdimensionierten Substratbereichs 48, abhängig von der spezifischen Anwendung, einhundert Prozent (100 %) des Freiraums 40 überschreiten könnte. Ferner kann die Beschichtungsdicke des endbearbeiteten Beschichtungsschemas 56 etwa fünfundsiebzig Prozent (75 %) der durchschnittlichen Größe der Teilchen in der Aufschlämmung sein. Die typische durchschnittliche Teilchengröße liegt zwischen etwa 25 Mikrometern und etwa 200 Mikrometern.
Mit Bezug auf 3C sei bemerkt, dass das beschichtete Element 22 ein endbearbeitetes Beschichtungsschema 56 auf dem unterdimensionierten Substratbereich 48 aufweist. Typischerweise ist die Dicke des endbearbeiteten Beschichtungsschemas 56 größer als etwa 20 Mikrometer. Das endbearbeitete Beschichtungsschema 56 ist das Ergebnis eines zur Bildung des endbearbeiteten Beschichtungsschemas 56 behandelten überdimensionierten Beschichtungsschemas 60 (siehe 3B), wobei das beschichtete Element 22 die endbearbeitete Größe 36 im kritischen Bereich 30 aufweist. Techniken zum Behandeln des überdimensionierten Beschichtungsschemas 60 zur Bildung des endbearbeiteten Beschichtungsschemas 56 umfassen ein Diamantpolieren. Andere geeignete Techniken zur Behandlung des überdimensionierten Beschichtungsschemas 60 umfassen Schleifen oder Hart-Drehen. Es ist zu verstehen, dass das endbearbeitete Beschichtungsschema 56 alle Oberflächen des beschichteten Elements 22 bedeckt, die in Kontakt mit der erosiven und/oder korrosiven Umgebung stehen.
Die Zusammensetzung und die Beschichtungsarchitektur des endbearbeiteten Beschichtungsschemas 56 können von der spezifischen Anwendung abhängen, zu der das beschichtete Element (beispielsweise der Kolben) gehört. Im Fall des Kolbens kann das Beschichtungsschema eine Einzelschicht oder ein Nanoverbund aus Titansiliciumcarbonitrid oder Titanchromsiliciumcarbonitrid oder Wolfram-Wolframcarbid oder einem Metalloxid, Carbid oder Nitrid sein. Bei zusätzlichen als Beispiel dienenden Beschichtungsschemata kann das Beschichtungsschema Mehrfachschichten aufweisen, wobei die Schichten aus einem Metall, einer Keramik oder einem Verbundstoff bestehen können. Als Beispiel dienende Metalle sind Titan, Chrom, Nickel, Zirkonium, Wolfram oder Hafnium. Als Beispiel dienende Keramikschichten sind Titannitrid, Titancarbonitrid, Titanaluminiumnitrid, Titanaluminiumsiliciumcarbonitrid und Wolframcarbid. Als Beispiel dienende Verbundschichten umfassen Wolfram-Wolframcarbid, Titansiliciumcarbonitrid (Nanoverbundstrukturen), Siliciumcarbonitrid, Wolframcarbid-Kobalt, Wolframcarbid-Nickel und Nickel-Diamant. Alternativ kann jedes der vorstehend erwähnten Beschichtungsschemata eine Bondbeschichtungsschicht auf dem Substrat aufweisen. Die Bondbeschichtungsschicht kann Titan, Nickel, Chrom oder Silicium aufweisen.
Eine geeignete Technik für das Abscheiden der Beschichtung ist der plasmaunterstützte Magnetronsputter(PEMS)-Prozess. Der PEMS-Prozess ist in der US-Patentanmeldung US2009/0214787A1 von Wei u.a. mit dem Titel EROSION RESISTANT COATINGS dargestellt und beschrieben. Ferner ist der PEMS-Prozess im Artikel "Deposition of thick nitrides and carbonitrides for sand erosion protection" von Wei u.a., Surface & Coatings Technology, 201 (2006), S. 4453–4459 dargestellt und beschrieben. Ferner sind geeignete Beschichtungsprozesse im US-Patent 4 427 445 von Holzl u.a. und im US-Patent 6 800 383 von Lakhotkin u.a. dargestellt. Zusätzlich kann der Prozess andere Abscheidungsprozesse aus der Dampfphase, beispielsweise die chemische Dampfabscheidung (CVD) oder die physikalische Dampfabscheidung (PVD) oder aus flüssigen Medien in der Art einer Aufschlämmung oder einer chemischen Lösung umfassen. Diese anderen Abscheidungstechniken müssen bestimmte Prozessanforderungen in Bezug auf eine Temperatur erfüllen, wodurch das Substrat nicht übermäßig verzogen wird. Typische Abscheidungstemperaturen sollten 520 °C und bei einer anderen Option 500 °C nicht überschreiten. Diese anderen Abscheidungstechniken müssen auch die Werkzeugentwurfsanforderungen erfüllen, um die gewünschten Abmessungs- und Funktionsweiseeigenschaften zu erreichen.
Andere vorteilhafte physikalische Eigenschaften des endbearbeiteten Beschichtungsschemas 56 sind: eine Haftung unter Verwendung einer Rockwell-Einkerbstärke von mehr als 100 kg, eine Abnutzungsbeständigkeit unter Verwendung des ASTM-G65-04(2010)-Tests ["Standardtestverfahren zum Messen des Abriebs unter Verwendung der Trockener-Sand/Gummi-Radvorrichtung"], wobei die Abnutzungsbeständigkeit größer als das 10-Fache eines unbeschichteten Substrats ist, eine Korrosionsbeständigkeit, welche gegen Säuren, Sulfide und Natronlaugelösungen beständig ist, eine Erosionsbeständigkeit unter Verwendung des ASTM-G76-07-Tests ["Standardtestverfahren zum Ausführen von Erosionstests durch Festteilchenbeschuss unter Verwendung von Gasstrahlen"], so dass die Beständigkeit das 2-Fache der Erosionsbeständigkeit eines unbeschichteten Stahlsubstrats oder eines zementierten (Kobalt) Wolframcarbidsubstrats ist, eine Härte, so dass die Beschichtung eine Härte von mehr als 1000 HV haben muss, die Härte des Substrats darf durch Aufbringung der Beschichtung um nicht mehr als 4 HRC verringert werden, ein Reibungskoeffizient kleiner oder gleich 0,4 beim ASTM-G99-Stift-auf-Scheibe-Abnutzungstest [ASTM G99-05(2010) "Standardtestverfahren für Abnutzungstests mit einer Stift-auf-Scheibe-Vorrichtung"] gegen eine Aluminiumoxidkugel bei einer Beanspruchung von 1 GPa, und eine Konsistenz, wobei es keine sichtbaren Fehler, keine sichtbare Ausflockung oder keine sichtbaren freiliegenden Oberflächen gibt, und eine Konsistenz der Farbe über dem beschichteten Element.
Mit Bezug auf die Reihe der Darstellungen in den 3A bis 3C sei bemerkt, dass diese Reihe die grundlegenden Schritte beim Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Elements 22 zeigt, das für eine Bewegung in Bezug auf eine Fläche 26 eingerichtet ist, wobei ein Freiraum 40 zwischen dem beschichteten Element 22 und der Fläche 26 in einem kritischen Bereich 30 des beschichteten Elements 22 existiert und wobei das beschichtete Element 22 eine endbearbeitete Größe 36 im kritischen Bereich 30 aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf.
Der erste Schritt besteht darin, ein Substrat bereitzustellen. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann das Substrat aus einem beliebigen der vorstehend angeführten Materialien bestehen.
Der nächste Schritt besteht darin, eine Unterdimensionierung des Substrats 46 auf eine minimale Unterdimensionierungstiefe 50 vorzunehmen, um einen unterdimensionierten Substratbereich 48 zu bilden. Die minimale Unterdimensionierungstiefe ist entlang der axialen Länge des unterdimensionierten Substratbereichs 48 konsistent. Der unterdimensionierte Substratbereich 48 entspricht dem kritischen Bereich 30 des beschichteten Elements 22. Die minimale Unterdimensionierungstiefe 50 ist gleich etwa 75 % des Freiraums. Bei einer anderen Alternative kann das Ausmaß der Unterdimensionierung des unterdimensionierten Substratbereichs 48 gleich etwa achtzig Prozent (80 %) oder fünfundachtzig Prozent (85 %) oder neunzig Prozent (90 %) oder fünfundneunzig Prozent (95 %) oder hundert Prozent (100 %) des Freiraums 40 sein. Es wird erwogen, dass das Ausmaß der Unterdimensionierung des unterdimensionierten Substratbereichs 48, abhängig von der spezifischen Anwendung, einhundert Prozent (100 %) des Freiraums 40 überschreiten könnte.
Als eine Alternative zu den ersten zwei vorstehend erörterten Schritten, d.h. Bereitstellen des Substrats und Unterdimensionieren des Substrats, kann das Verfahren ein Substrat mit einem unterdimensionierten Substratbereich mit einer minimalen Unterdimensionierungstiefe bereitstellen.
Der nächste Schritt ist das Abscheiden eines überdimensionierten Beschichtungsschemas 60 auf dem unterdimensionierten Substratbereich 48. Das überdimensionierte Beschichtungsschema 60 hat eine überdimensionierte Größe 61 (siehe 3B). Das überdimensionierte Beschichtungsschema 60 kann Mehrfachschichten aufweisen, wobei die Schichten aus einem Metall, einer Keramik oder einem Verbundstoff bestehen können. Als Beispiel dienende Metalle sind Titan, Chrom, Nickel, Zirkonium, Wolfram oder Hafnium. Als Beispiel dienende Keramikschichten sind Titannitrid, Titancarbonitrid, Titanaluminiumnitrid, Titanaluminiumsiliciumcarbonitrid und Wolframcarbid. Als Beispiel dienende Verbundschichten umfassen Wolfram-Wolframcarbid, Titansiliciumcarbonitrid (Nanoverbundstrukturen), Siliciumcarbonitrid, Wolframcarbid-Kobalt, Wolframcarbid-Nickel und Nickel-Diamant. Es ist typisch, dass das beschichtete Element mit dem überdimensionierten Beschichtungsschema 60 um einen kleinen Betrag, wie beispielsweise einige Mikrometer, gegenüber dem beschichteten Element 22 mit dem endbearbeiteten Beschichtungsschema 56 überdimensioniert wird. Mit anderen Worten liegt die Differenz zwischen der überdimensionierten Größe 61 und der endbearbeiteten Größe 36 in der Größenordnung des Zweifachen einiger Mikrometer. Das Überdimensionieren um einen so kleinen Betrag minimiert das Ausmaß des Schleifens, Polierens oder dergleichen, das erforderlich ist, damit das beschichtete Element die endbearbeitete Größe erreicht. Es ist vorteilhaft, das Ausmaß des Schleifens, Polierens oder dergleichen für das Erreichen der endbearbeiteten Größe zu minimieren.
Spezifische Prozesse, die beim Aufbringen der Beschichtung zu verwenden sind, wurden vorstehend angeführt und umfassen den in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US2009/0214787A1 von Wei u.a. dargestellten und beschriebenen PEMS-Prozess, den im Artikel "Deposition of thick nitrides and carbonitrides for sand erosion protection" von Wei u.a., Surface & Coatings Technology, 201 (2006), S. 4453–4459 beschriebenen PEMS-Prozess und die im US-Patent 4 427 445 und im US-Patent 6 800 383 dargestellten Beschichtungsprozesse.
Der letzte Schritt ist die Behandlung des überdimensionierten Beschichtungsschemas 60 zur Bildung eines endbearbeiteten Beschichtungsschemas 56, wodurch das beschichtete Element 22 die endbearbeitete Größe 36 im kritischen Bereich 30 erhält. Für diesen Schritt ist das Diamantpolieren eine geeignete Technik. Eine Nachbeschichtungsbehandlung in der Art des Diamantpolierens kann die Restzugspannungen in der Beschichtung verringern. Eine solche Verringerung ist typischerweise für die Beschichtungseigenschaften vorteilhaft. Das Diamantpolieren kann das beschichtete Element 22 auch in Abmessungstoleranzspezifikationen und Oberflächenendbearbeitungsspezifikationen bringen. Das beschichtete Element 22 kann vorteilhafte mechanische Eigenschaften und Reibungseigenschaften sowie die Abmessungstoleranzen aufweisen, und die Komponente kann eine akzeptable Dickenkonsistenz aufweisen. Andere geeignete Techniken umfassen Diamantschleifen, Elektropolieren oder Schleifen. Es ist typisch, dass der Behandlungsschritt zu einem endbearbeiteten Beschichtungsschema 56 führt, das geringere Restzugspannungen als zuvor im überdimensionierten Beschichtungsschema 60 aufweist.
Als eine Option nach Abschluss des vorstehenden Beschichtungsprozesses kann das beschichtete Element einem Energiezufuhrsystem ausgesetzt werden, welches die Beschichtungsoberfläche ausreichend beansprucht, um eine Druckbeanspruchungszone bis zu einer Tiefe in der Beschichtungsschicht zu erzeugen, wodurch ein Mittel zum Verhindern einer Rissausbreitung bereitgestellt wird. Als Beispiel dienende Energiezufuhrsysteme sind Kugelstrahlen oder Stauchhämmern.
Ein Beispiel (Probe A) wurde gegen das Vergleichsmaterial getestet, das unbeschichteter AISI-Grade-420C-Edelstahl ist. Die Probe A wies ein Substrat mit einem darauf abgeschiedenen Beschichtungsschema auf. Das Beschichtungsschema wies ein Substrat und eine durch chemische Dampfabscheidung (CVD) auf das Substrat aufgebrachte WC/W-Beschichtungsschicht auf, so dass es sich dabei um eine CVD-basierte Beschichtung handelte. Die WC/W-Beschichtung hatte eine Dicke von etwa 50 Mikrometern. Für die Probe A war das Substrat Stahl, und die Niedertemperatur-CVD-Technik wies die folgenden Grundschritte auf: Aufbringen einiger Mikrometer Nickelmetall auf das Substrat auf Eisenbasis, Erwärmen des Teils auf etwa 500 bis 520 °C im Vakuum, Spülen erwärmter gasförmiger Reaktionsprodukte über das Teil und anschließendes Abkühlen auf Zimmertemperatur in einer reaktionsträgen Atmosphäre.

Die Probe A wurde auf Widerstandsfähigkeit gegen Säuren getestet, indem sie bei einem standardmäßigen chemischen Immersionstest in HCl, H₂SO₄ und HF eingetaucht wurde, wobei die Reaktivität durch die Gewichtsänderung und durch die Änderung des Aussehens gemessen wurde. Der Reibungskoeffizient wurde unter Verwendung einer Aluminiumoxidkugel mit einer Spannung von ~1 GPa unter Verwendung des ASTM-G99-05(2010)-Testverfahrens ["Standardtestverfahren für Abnutzungstests mit einer Stift-auf-Scheibe-Vorrichtung"] getestet. Die Beschichtung widerstand einer Delamination und wies eine geringe Reibung auf. Die Abnutzungsbeständigkeit wurde unter Verwendung des ASTM-G65-04(2010)-Testverfahrens ["Standardtestverfahren zum Messen des Abriebs unter Verwendung der Trockener-Sand/Gummi-Radvorrichtung"] bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 dargelegt. Tabelle 1: Testergebnisse für den unbeschichteten Stahl und die Beschichtung der Probe A (WC/W)

	Vergleich	Probe A mit WC/W-
	Unbeschichtetes	Beschichtung
	AISI-SS420
Säurebeständigkeit	akzeptabel	gut
Reibungskoeffizient (ASTM G99)	0,7	0,3–0,4
Verarbeitungstemperatur	nicht anwendbar	480–520 °C

Abnutzungsbeständigkeit	Grundlinie (1X)	> 10 bis 40 Mal
(ASTM G65)		gegenüber
		unbeschichtetem
		Edelstahl der 400er-
		Reihe SS

Auf der Grundlage der Ergebnisse in der vorstehenden Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Beschichtung auf der Probe A eine gute Kombination einer Niedertemperaturabscheidung, einer geringen Reibung und einer guten Abnutzungsbeständigkeit aufwies. Insbesondere war die Säurebeständigkeit für die Beschichtung auf der Probe A besser als bei dem unbeschichteten Artikel, weil eine "gute" Beurteilung besser ist als eine "akzeptable" Beurteilung. Der Reibungskoeffizient zeigt eine niedrigere Reibung für die Beschichtung auf der Probe A als bei dem unbeschichteten Artikel. Schließlich ist die Abnutzungsbeständigkeit für die Beschichtung auf der Probe A viel besser, d.h. zehn- bis vierzig-mal besser als die Abnutzungsbeständigkeit für den unbeschichteten Artikel.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein verbessertes beschichtetes Element für eine Bewegung in Bezug auf eine Oberfläche und ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements vorsieht, wobei die Beschichtung eine Beständigkeit gegen Erosion und/oder Korrosion in einer Umgebung, die enge Toleranzen zwischen dem beschichteten Element und der Oberfläche erfordert, bereitstellt.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein verbessertes beschichtetes Element für eine Bewegung in Bezug auf eine Oberfläche und ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements vorsieht, wobei kostspielige Schleifprozeduren, die für das Erfüllen der Abmessungsanforderungen erforderlich sind, verringert und möglicherweise sogar ausgeschlossen werden können.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein verbessertes beschichtetes Element für eine Bewegung in Bezug auf eine Oberfläche und ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements vorsieht, wobei das beschichtete Element selbst wenn kleine harte Teilchen zwischen dem beschichteten Element und der Oberfläche, in Bezug auf die es sich bewegt, eingesperrt werden, Erosions- und Korrosionsbeständigkeit bereitstellt.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein verbessertes beschichtetes Element für eine Bewegung in Bezug auf eine Oberfläche und ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements vorsieht, wobei die Beschichtung eine ausreichende Dicke aufweist, damit sich die Scherspannungen unter der Oberfläche nicht in die Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Substrat oder das Substrat selbst ausbreiten. Es ist ferner ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein verbessertes beschichtetes Element für eine Bewegung in Bezug auf eine Oberfläche und ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements vorsieht, wobei die Beschichtung eine ausreichende Dicke aufweist, damit sich die Scherspannungen unter der Oberfläche bis in eine solche Tiefe erstrecken, dass sie innerhalb der Beschichtung bleiben.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein verbessertes beschichtetes Element für eine Bewegung in Bezug auf eine Oberfläche und ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Elements vorsieht, wobei das Beschichtungsschema eine mehrschichtige Beschichtungsarchitektur aufweist, wobei duktile, korrosionsbeständige Metallzwischenschichten zwischen harten Keramikschichten angeordnet sind, um sowohl Duktilität als auch Erosionsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen.
Die Patente und anderen Dokumente, die hier identifiziert wurden, werden hier durch Verweis aufgenommen. Andere Ausführungsformen der Erfindung werden Fachleuten beim Betrachten der Beschreibung oder durch Anwenden der hier offenbarten Erfindung verständlich werden. Es ist vorgesehen, dass die Beschreibung und die Beispiele nur der Erläuterung dienen, und sie sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Der wahre Schutzumfang und Gedanke der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche angegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6212997 B1 [0004, 0019]
US 6212997 [0019]
US 2009/0214787 A1 [0027, 0034]
US 4427445 [0027, 0034]
US 6800383 [0027, 0034]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Handbook of Micro/Nanotechnology, herausgegeben von Bharat Bhushan, CRC Press Ltd., (1999) [0007]
"Deposition of thick nitrides and carbonitrides for sand erosion protection" von Wei u.a., Surface & Coatings Technology, 201 (2006), S. 4453–4459 [0027]
ASTM-G65-04(2010) [0028]
ASTM-G76-07 [0028]
ASTM-G99 [0028]
ASTM G99-05(2010) [0028]
"Deposition of thick nitrides and carbonitrides for sand erosion protection" von Wei u.a., Surface & Coatings Technology, 201 (2006), S. 4453–4459 [0034]
ASTM-G99-05(2010 [0038]
ASTM-G65-04(2010) [0038]
ASTM G99 [0038]
ASTM G65 [0038]

Claims

Beschichtetes Element (22), das für eine Bewegung in Bezug auf eine Fläche (26) eingerichtet ist, wobei ein Freiraum (40) zwischen dem beschichteten Element (22) und der Fläche (26) in einem kritischen Bereich (30) des beschichteten Elements (22) existiert, wobei das beschichtete Element (22) Folgendes aufweist: das beschichtete Element (22) mit einer endbearbeiteten Größe (36) im kritischen Bereich (30), ein Substrat (46) mit einem unterdimensionierten Substratbereich (48) mit einer minimalen Unterdimensionierungstiefe (50), wobei die minimale Unterdimensionierungstiefe (50) gleich etwa 75 % des Freiraums (40) ist und wobei der unterdimensionierte Substratbereich (48) dem kritischen Bereich (30) des beschichteten Elements (22) entspricht, und ein endbearbeitetes Beschichtungsschema (56) auf dem unterdimensionierten Substratbereich (48), wobei das endbearbeitete Beschichtungsschema (56) das Ergebnis davon ist, dass ein überdimensioniertes Beschichtungsschema (60) behandelt wird, um das endbearbeitete Beschichtungsschema (56) zu bilden, wobei das beschichtete Element (22) im kritischen Bereich (30) die endbearbeitete Größe (36) aufweist.
Beschichtetes Element (22) nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Beschichtung (56) mindestens 0,75 der durchschnittlichen Teilchengröße ist, wobei die durchschnittliche Teilchengröße zwischen etwa 25 und etwa 200 Mikrometern liegt.
Beschichtetes Element (22) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (46) eines der Folgenden aufweist: Stahl, Werkzeugstahl, Edelstahl, Gusseisen oder Superlegierungen unter Verwendung der Techniken Gießen, maschinelles Bearbeiten aus Stangen oder Platten oder Pulvermetallurgie.
Beschichtetes Element (22) nach Anspruch 1, wobei das beschichtete Element (22) eine Achse eines Pumpenkolbens (22) ist.
Beschichtetes Element (22) nach Anspruch 1, wobei das beschichtete Element (22) ein Laufrad ist, das für das Behandeln erosiver und/oder korrosiver Aufschlämmungen verwendet wird.
Beschichtetes Element (22) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (56) alle Oberflächen des beschichteten Elements (22) in Kontakt mit der erosiven und/oder korrosiven Umgebung bedeckt.
Beschichtetes Element (22) nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Beschichtung (56) größer als 20 Mikrometer ist.
Beschichtetes Element (22) nach Anspruch 1, wobei die minimale Unterdimensionierungstiefe (50) gleich einer der folgenden Alternativen ist: etwa 80 % des Freiraums (40), etwa 85 % des Freiraums (40), etwa 90 % des Freiraums (40), etwa 95 % des Freiraums (40), etwa 100 % des Freiraums (40) oder größer als etwa 100 % des Freiraums (40).
Beschichtetes Element (22) nach Anspruch 1, wobei der Freiraum (40) zwischen etwa 2 Mikrometer und etwa 250 Mikrometer beträgt.
Beschichtetes Element (22) nach Anspruch 1, wobei der Freiraum (40) zwischen etwa 10 Mikrometer und etwa 50 Mikrometer beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Elements (22), das für eine Bewegung in Bezug auf eine Fläche (26) eingerichtet ist, wobei ein Freiraum (40) zwischen dem beschichteten Element (22) und der Fläche (26) in einem kritischen Bereich (30) des beschichteten Elements (22) existiert und wobei das beschichtete Element (22) eine endbearbeitete Größe (36) im kritischen Bereich (30) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Versehen eines Substrats (46) mit einem unterdimensionierten Substratbereich (48) mit einer minimalen Unterdimensionierungstiefe (50), wobei der unterdimensionierte Bereich (48) dem kritischen Bereich (30) des beschichteten Elements (22) entspricht und wobei die minimale Unterdimensionierungstiefe (50) gleich etwa 75 % des Freiraums (40) ist, Aufbringen eines überdimensionierten Beschichtungsschemas (60) auf dem unterdimensionierten Substratbereich (48) und Endbearbeiten des überdimensionierten Beschichtungsschemas (60), um ein endbearbeitetes Beschichtungsschema (56) zu bilden, wobei das beschichtete Element (22) eine endbearbeitete Größe (36) im kritischen Bereich (30) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die minimale Unterdimensionierungstiefe (50) gleich einer der folgenden Alternativen ist: etwa 80 % des Freiraums (40), etwa 85 % des Freiraums (40), etwa 90 % des Freiraums (40), etwa 95 % des Freiraums (40), etwa 100 % des Freiraums (40) oder größer als etwa 100 % des Freiraums (40).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die minimale Unterdimensionierungstiefe (50) entlang der axialen Länge des unterdimensionierten Substratbereichs (48) konsistent ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Behandeln des überdimensionierten Beschichtungsschemas (60) ein endbearbeitetes Beschichtungsschema (56) bereitstellt, das verringerte restliche Zugspannungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, welches ferner den Schritt des Behandelns des endbearbeiteten Beschichtungsschemas (56) mit einem Energiezufuhrsystem aufweist, welches die Beschichtungsoberfläche ausreichend beansprucht, um eine Druckbeanspruchungszone bis zu einer Tiefe in der Beschichtungsschicht (56) zu erzeugen, um dadurch eine Rissprävention bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Freiraum (40) zwischen etwa 2 Mikrometer und etwa 250 Mikrometer beträgt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Freiraum (40) zwischen etwa 10 Mikrometer und etwa 50 Mikrometer beträgt.