DE19822901C2 - Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Bauteils eines Kolbens, vorzugsweise eines Kolbenbolzens und/oder eines Kolbenrings sowie Bauteil eines Kolbens, vorzugsweise Kolbenbolzen und/oder Kolbenring mit an einer freiliegenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht - Google Patents
Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Bauteils eines Kolbens, vorzugsweise eines Kolbenbolzens und/oder eines Kolbenrings sowie Bauteil eines Kolbens, vorzugsweise Kolbenbolzen und/oder Kolbenring mit an einer freiliegenden Oberfläche haftenden SchmierstoffschichtInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum haftenden Aufbringen
einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribolo
gisch beanspruchte Oberfläche eines Bauteils eines Kolbens, vor
zugsweise eines Kolbenbolzens und/oder eines Kolbenrings sowie
ein Bauteil eines Kolbens, vorzugsweise Kolbenbolzen und/oder
Kolbenring mit an einer freiliegenden Oberfläche haftenden
Schmierstoffschicht gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1
oder 2 bzw. 25, wie beides bspw. aus der gattungsbildend zug
rundegelegten DE 25 56 238 C2 als bekannt hervorgeht.
Aus der DE 25 56 238 C2 ist ein Verfahren zur Beschichtung von
Laufflächen von Kolbenringe3n bekannt, bei dem ein mittels ei
nes thermischen Pulverspritzverfahrens auf den Kolbenring eine
Schierstoffschicht aufgetragen wird, die Molybdän als Trocken
schmiermittel aufweist. Neben dem Molybdän weist die Schmier
stoffschicht ferner Bor auf. Auf das Bor wird allerdings nur
insofern eingegangen, daß es im Spritzpulver in der Verbindung
mit Molybdän oder Eisen auftritt und zwar als Ferrobor und/oder
als Molybdänborid.
Aus dem Artikel "Formation and self-lubricating mechanisms of
boric acid an borided steel surfaces" von A. Erdemir et al in
Surface & Coating Technology 76-77, 1995, Seite 443-490 ist
eine Beschichtung eines Trockenschmiermittels aus Borsäure auf
Stählen bekannt sowie ein Verfahren zur Aufbringung der Be
schichtung. Bei dem aus dieser Schrift vorbekannten Verfahren
wird ein Stahl zuerst boriert. Die borierte Oberfläche des
Stahls weist eine gute Härte und Korrosionsbeständigkeit auf.
Allerdings ist ihr Reibwert (Reibkoeffizient) sehr hoch. Daher
wird die borierte Oberfläche des Stahles mit einer Schmier
stoffschicht aus Borsäure versehen, die als Trockenschmiermit
tel wirkt. Zum Borieren wird der Stahl in ein Salzbad getaucht,
das eine Borverbindung aufweist und das auf 940°C erhitzt
wird. Nach dem Salzbad wird der borierte Stahl auf 750°C er
hitzt, wodurch die Boratome tiefer in den Oberflächenbereich
des Stahles diffundieren können. Es wird vermutet, daß einige
der Atome auch an die freie Oberfläche diffundieren, wo sie bei
Anwesenheit von Sauerstoff sofort zu Boroxid reagieren. Dadurch
scheidet sich an der Oberfläche des Stahls eine Boroxidschicht
ab, die beim späteren Abkühlen und in Anwesenheit von Wasser
stoff in Borsäure umgewandelt wird. Zur Bildung des Boroxids
darf die Temperatur allerdings nicht unter 750°C abgesenkt
werden und der borierte Stahl auch nicht länger als 8 min auf
diese Temperatur erhitzt sein, da sich ansonst kein Boroxid
bildet. Abgesehen davon, daß diese Temperaturbehandlung eine
immense Belastung für den Stahl darstellt, ist auch die Prozeß
führung zur Herstellung der Boroxid-Schicht sehr empfindlich,
weshalb das vorbekannte Verfahren auch sehr aufwendig, kompli
ziert und teuer ist. Desweiteren sind mit diesem Verfahren end
formnahe, insbesondere genau bemaßte Bauteile nur sehr schwer
und mit einer großen Ausschußrate herzustellen. Auch ist das
gesamte Verfahren insbesondere für veränderte Schichtdicken
sehr inflexibel.
Aus dem Artikel "A study of the formation and self-lubrication
mechanisms of boric acid folms on boric oxide caotings" von A.
Erdemir et al in Surface & Coating Technology 43/44, 1990, Sei
te 588-596 ist ebenfalls eine Beschichtung eines Trocken
schmiermittels aus Borsäure sowie ein Verfahren zur Auftragung
dieser Beschichtung bekannt. Bei diesem Verfahren wurden die Oberflächen
eines Gegenstandes aus α-Aluminiumoxid und eines
Gegenstandes aus Stahl (M50) durch einen Argon-Ionenstrahl ge
reinig und anschließend mittels einer Elektronenstrahlverdamp
fung im Vakuum mit dem Boroxid beschichtet. Die Reibkoeffizien
ten der einige µm dicken Schmierstoffschichten waren in beiden
Fällen sehr gut, wobei allerdings die Standzeit der Beschich
tung auf Stahl gering war. Desweitern ist die Haftung der
Schmierstoffschichten aus Borsäure auf den Substraten gering,
so daß auch dieses Verfahren eine hohe Ausschußrate aufweist.
Aus dem Artikel Artikel "Tribilogical Properties of Boric-Acid-
Forming Sufaces. Part II: Mechanisms of Formation and Self-
Lubrication of Boric Acid Films on Boron- and Boric Oxide-
Containing Surfaces." von A. Erdemir et al in Journal of the
Siciety of Tribologists and Lubrication Engineers (1991),
47(3), Seite 179-184 ist eine weitere Beschichtung eines Ge
genstandes mit Borsäure als Trockenschmiermittel sowie ein zu
gehöriges Verfahren bekannt. Hierbei weist die zu beschichtende
Oberfläche zuerst eine Borschicht, anschließend eine Boroxid
schicht und anschließend die Schmierstoffschicht auf.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit
dem ein insbesondere metallisches Bauteil eines Kolbens, vor
zugsweise ein Kolbenbolzen und/oder ein Kolbenring in preis
günstiger Weise und innerhalb geringer Herstellungstoleranzen
sowie bei kleinen Ausschußraten mit einer guthaftenden Schmier
stoffschicht aus einem Trockenschmiermittel versehen werden
kann, wobei das Trockenschmiermittel einen möglichst geringen
Reibwert und eine möglichst lange Standzeit aufweisen soll.
Desweiteren ist es Aufgabe der Erfindung für ein insbesondere
metallisches Bauteil eines Kolbens, vorzugsweise ein Kolbenbol
zen und/oder ein Kolbenring, eine guthaftende Schmierstoff
schicht aus einem Trockenschmiermittel zu entwickeln, welche
Schmierstoffschicht preisgünstig und innerhalb geringer Her
stellungstoleranzen sowie mit kleinen Ausschußraten aufgebracht
ist, wobei das Trockenschmiermittel einen möglichst geringen
Reibwert und eine möglichst hohe Standzeit aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den
Verfahrensschritten des Anspruchs 1 oder 2 bzw. mit einer Be
schichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst. Durch den
erfindungsgemäßen Schichtaufbau und die Aufbringung der einzel
nen Schichten, bevorzugt mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens,
können die Schichtdicken in einfacher Weise im µm-Bereich repro
duzierbar aufgebracht werden, so daß zumindest eine aufwendige
Nachbearbeitung entfällt. Desweiteren ist die Haftung auf dem
Bauteil durch das erfindungsgemäße Vorgehen verbessert.
Zur Vereinfachung wird nachfolgend stellvertretend für alle
denkbaren Bauteile eines Kolbens nur noch ein Kolbenring be
schrieben, wobei dies keine Einschränkung der Erfindung dar
stell.
Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Un
teransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand
von Beispielen und nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Schnittes durch einen erfin
dungsgemäßen Schichtaufbau eines beschichteten Kolben
rings,
Fig. 2 ein Diagramm des Reibkoeffizienten in Abhängigkeit der
Zeit von mit unterschiedlichen Trockenschmiermitteln
beschichtete Kolbenringe bei einem Schwingverschleiß
test und
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Beschichtung
Fig. 4 ein Gasflußdiagramm bei der Herstellung einer erfin
dungsgemäßen Beschichtung.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Schnittes durch einen er
findungsgemäßen Schichtaufbau eines beschichteten Kolbenrings 1
einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei der Maßstab stark
verzerrt ist. Der metallische Kolbenring 1 weist im Bereich
seiner nach außen gerichteten und mit der Beschichtung bedeck
ten Oberfläche 2 eine borierte Haftvermittlerschicht 3 mit Bo
riden des Werkstoffs des Kolbenrings 1 auf. Im vorliegenden
Fall sind innerhalb der Haftvermittlerschicht 3 Boride des Ei
sens angeordnet. Innen beginnend liegt zuerst zumindest ver
mehrt Fe2B und anschließend FeB vor.
Anstelle einer reinen Borierung können zur Herstellung der
Haftvermittlerschicht 3 die oberflächennahen Bereiche des Kol
benrings 1 auch nitriert und/oder carbonisiert und/oder carboni
triert werden. Derartige Haftvermittlerschichten 3 können zu
sätzlich auch noch boriert werden. Anstelle eines Kolbenrings 1
aus Stahl kann auch ein Kolbenring 1 aus einem anderen Werk
stoff, vorzugsweise jedoch aus einem Ti- und/oder Al- und/oder
Mg-Werkstoff, mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehen
werden.
Auf der zuvor freiliegenden Oberfläche 2 des Kolbenrings 1
folgt der Haftvermittlerschicht 3 eine Zwischenschicht 4, die
Bor und dessen Oxide aufweist. Insbesondere weist die Zwischen
schicht 4 - beginnend von der zuvor freiliegenden Oberfläche 2
des Kolbenrings 1 - zuerst zumindest vorwiegend Bor, nachfol
gend zumindest vorwiegend B6O und zuletzt B2O3 auf. Auf dem B2O3
ist die Borsäure (H3BO3) aufweisende Schmierstoffschicht 5 an
geordnet, wobei die Anteil der Borsäure in der Schmierstoff
schicht 5 zumindest oberflächennah mindestens 5%, bevorzugt 10
% und besonders bevorzugt 30% beträgt.
Die als Trockenschmiermittel verwendete Borsäure kann insbeson
dere erst oder auch zusätzlich, insbesondere bei einem Ver
schleiß der bisherigen Borsäure aufweisenden Schmierstoff
schicht 5, im Einsatzfall durch eine oberflächennahe Umwandlung
des B2O3 bei Anwesenheit von Wasser bzw. Wasserstoff gebildet
werden. In vorteilhafter Weise kann also die Bor und Sauer
stoff, insbesondere B2O3, aufweisende Zwischenschicht 4 im Ver
schleißfall eine Art Reservoir für die Borsäure der Schmier
stoffschicht 5 bilden.
In Fig. 2 ist ein Diagramm des Reibkoeffizienten in Abhängig
keit der Zeit von mit unterschiedlichen Trockenschmiermitteln
beschichteten Substraten dargestellt, welche einem Schwingver
gleichstest unterzogen wurden.
Die einzelnen Kurven betreffen Substrate aus folgenden Werk
stoffen:
Kurve A: einen Kolbenring 1 mit einem erfindungsgemäßen
Schichtaufbau mit einer Schmierstoffschicht aus
Borsäure,
Kurve B: eine Molybdensulfid-Schicht (MoS2) auf einem Gegen
stand aus einem Hartmetall,
Kurve C: amorpher Diamant auf einem Gegenstand aus einem Hart
metall und
Kurve D: eine Wolframcarbid/Graphitschicht auf einem Gegen
stand aus einem Hochleistungs-Schnell-Schneidestahl.
Die Versuche wurden in trockenen Zustand, d. h. ohne zusätzli
che, insbesondere flüssige Schmierung durchgeführt. Als Test
körper wurde eine Kugel aus 100Cr6 mit einem Radius von 4 mm
verwendet, die mit einer Last von 5 N auf das beschichtete
Substrat aufgepreßt und auf einer Länge von 600 µm mit einer
Frequenz von 10 kHz hin- und herbewegt wurde.
Der mit der WC/C-Schicht beschichtete Gegenstand (Kurve D)
weist einen Verlauf des Reibkoeffizienten auf, der sich nach
einem anfänglichen Einlaufverhalten bei Werten zwischen 0.2 und
0.3 einstellt. Dieser Wert wird innerhalb der genannten Band
breite etwas über 100 Minuten gehalten und steigt anschließend
an. Bei ca. 4000 Minuten beträgt er etwa 0.45.
Der mit dem amorphen Diamanten beschichtete Gegenstand (Kurve
C) weist einen Verlauf des Reibkoeffizienten auf, der sich nach
einem anfänglichen etwa zehnminutigen Einlaufverhalten, bei dem
die Werte des Reibkoeffizienten zwischen etwa 0.1 und 0.35 an-
und abschwellen, auf einen Wert von ca. 0.1 einstellt. Ab die
sem Zeitpunkt nimmt der Wert des Reibkoeffizienten mit zuneh
mender Beanspruchungszeit stetig zu. Wie aus dem Diagramm nach
Fig. 2 ersichtlich ist, steigt der Wert des Reibkoeffizienten
nach 10 Minuten innerhalb von ca. 190 min von etwa 0.1 auf etwa
0.2 an.
Der mit MoS2 beschichtete Gegenstand (Kurve B) weist einen Ver
lauf des Reibkoeffizienten auf, der sich nach einem sehr kurzen
Einlaufverhalten, auf einen Wert zwischen etwa 0.05 und etwa
0.1 einstellt. Dieser Wert des Reibkoeffizienten wird innerhalb
der oberen Bandbreite etwa 100 Minuten gehalten und steigt an
schließend innerhalb sehr kurzer Zeit auf Werte über 0.4 an.
Dies bedeutet, daß das Material ein sehr gutes Kurzeitverhalten
aber ein sehr schlechtes Langzeitverhalten aufweist.
Der den erfindungsgemäßen Schichtaufbau aufweisende Kolbenring
1 (Kurve A) weist nach einem anfänglichen etwa einminütigen
Einlaufverhalten einen Verlauf des Reibkoeffizienten auf, der
sich auf einen Wert von etwa 0.05 einstellt. Dieser Wert des
Reibkoeffizienten wird unverändert über die gesamte Zeit gehal
ten. Insbesondere sei hier erwähnt, das der Wert des Reibkoef
fizienten sogar nach einer Versuchszeit die länger als die im
Diagramm aufgeführte Zeit von 10.000 min war, immer noch stabil
blieb.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung in der Art einer Plasma-CVD-
Anlage dargestellt, die zur Durchführung des erfinderischen
Verfahrens, mit dem der erfindungsgemäße Schichtaufbau reali
sierbar ist, geeignet ist.
Die Vorrichtung weist einen Reaktor 6 auf, der durch ein flui
disch mit ihm verbundenes Pumpsystem 7 evakuierbar ist. Ferner
weist der Reaktor 6 ein Gasversorgungssystem mit mehreren Gas
flaschen 8-11 und einen Verdampfer 12 auf. Das Gasversor
gungssystem ist ebenso wie das Pumpsystem 7 zu- und abschalt
bar. Die Gasflaschen 8-11 und der Verdampfer 12 können ein
zeln und mit einem regelbaren Gasstrom mit dem Innenraum 13 des
Reaktors 6 verbunden werden. In den Gasflaschen 8-11 sind
bspw. die Prozeßgase, ein ein Plasma 16 unterstützendes Gas
und/oder auch Vormaterialien für den erfindungsgemäßen Schicht
aufbau gespeichert. Insbesondere handelt es sich u, die Gase
Methan, Diboran, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff.
Innerhalb des Reaktors 6 ist ein Substrathalter 14 angeordnet,
auf dem ein zu beschichtender Kolbenring 1 angeordnet werden
kann. Der Substrathalter 14 ist zur Spannungsversorgung elek
trisch leitend mit einem Generator 15 verbunden. Der zur Plas
maerzeugung vorgesehene Generator 15 kann bspw. mit elektri
scher Wechselspannung, mit einer Wechselspannung mit gekappter
Halbwelle oder dgl., vorzugsweise mit einer gepulsten Gleich
spannung betrieben werden.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtaufbaus wird der
zu beschichtende Kolbenring 1 in den Reaktor 6 eingebaut und
das Reaktorinnere 13 auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevor
zugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar
evakuiert. Nach dem Evakuieren wird im Reaktorinnern 13 der er
reichte Unterdruck gehalten. Gegebenenfalls kann das Reaktorin
nere 13 auch zumindest teilweise wieder mit einem Inertgas be
füllt werden.
Anschließend wird an dem Generator 15 eine gewünschte Puls-
Spannung hinsichtlich ihrer Amplitude und ihrer Frequenz einge
stellt und an den elektrisch leitend mit dem Generator 15 ver
bundenen Kolbenring 1 angelegt. Vorzugsweise wird eine Spannung
gewählt, die bezogen auf den den Kolbenring 1 umgebenden Gas
raum und insbesondere auch gegenüber Masse negativ ist.
Danach wird das Prozeßgas zur Herstellung der Haftvermittler
schicht 3, die zur Verbesserung der Haftung zwischen der später
aufgetragenen Schmierstoffschicht 5 und dem Material des Kol
benrings 1 oder zur Verbesserung der Haftung zwischen einer an
schließend aufgebrachten Zwischenschicht 4 und dem Material des
Kolbenrings 1 dient, eingeleitet.
Die Haftvermittlerschicht 3 wird günstigerweise durch Borieren
und/oder Nitrieren und/oder Carbonisieren und/oder Carbonitrie
ren erzeugt, welche Prozesse zweckmäßigerweise durch ein Plasma
16 unterstützt werden. Hierbei werden überschüssige Gaspartikel
von dem Pumpsystem 7 entfernt.
Anstelle oder ergänzend zu dem obigen Prozeß kann zur Herstel
lung der Haftvermittlerschicht 3 das bzw. die betreffenden Sub
stanzen auch mittels Ionenimplantation in die oberflächennahen
Bereiche der zu beschichtenden Oberfläche 2 des Kolbenrings 1
eingebracht werden.
Als Ersatzmaßnahme oder als ergänzende Maßnahme zu der/den oben
genannten Haftvermittlerschichten 3 kann auf der zu beschich
tenden Oberfläche 2 des Kolbenrings 1 und zwar als Haftvermitt
lerschicht 3 oder als Bestandteil der Haftvermittlerschicht 3
insbesondere TiN und/oder TiC und/oder Ti(C, N) und/oder eine
Borcarbid-Schicht (B4C) abgeschieden werden.
Das unterstützende Plasma 16 wird aus der Zusammenwirkung der
gepulsten elektrischen Spannung und Wasserstoff, der hierzu ex
tra in das Reaktorinnere 13 eingeleitet wird, und/oder dem Pro
zeßgas erzeugt. Bevorzugt wird das Plasma 16 so erzeugt, daß es
die zu beschichtende Oberfläche 2 des Kolbenrings 1 umhüllt und
ggf. auch zumindest teilweise in Vertiefungen, wie Bohrungen
und dergleichen, des Kolbenrings 1 eintaucht. Vorzugsweise wird
das Plasma 16 im Bereich der Oberfläche des Kolbenrings 1 er
zeugt.
In günstiger Weise beheizt das Plasma 16 zumindest die zu be
schichtende Oberfläche 2 des Kolbenrings 1 auf Temperaturen
kleiner 750°C, vorzugsweise kleiner 700°C und besonders be
vorzugt kleiner 600°C, da hier allenfalls eine geringe Ände
rung des Gefüges des Werkstoffes des Kolbenrings 1 zu erwarten
ist.
Die Pulsrate der elektrischen Spannung hat u. a. eine Auswirkung
auf die räumlich Gestalt des Plasma 16. Daher wird die Pulsrate
und ggf. auch die gewählte elektrische Spannung zweckmäßiger
weise in Abhängigkeit zu der körperlichen Ausgestaltung der zu
beschichtenden Oberfläche 2 des Kolbenrings 1 eingestellt.
Bei den Prozeßgase handelt es zweckmäßiger um Gase, die das
Element bzw. die Elemente enthalten, die zur Herstellung der
Haftvermittlerschicht 3 benötigt werden. Dies kann bspw. da
durch erfolgen, daß das Prozeßgas das bzw. die betreffende Ele
ment(e) in reiner Form aufweist und/oder daß das bzw. die be
treffende Element(e) bei Prozeßbedingungen aus dem Prozeßgas
als Dissoziationsprodukt und/oder als Ion zur Verfügung ge
stellt werden.
Als Prozeßgas werden in den obigen Fällen Prozeßgase verwendet,
die Bor und/oder Stickstoff und/oder Kohlenstoff zumindest als
Verbindung aufweisen und/oder bei Prozeßbedingungen das ent
sprechende Element freigeben.
Bei einer Borierung handelt es sich bei dem Prozeßgas bevorzugt
um Borane (BnHm), vorzugsweise um Diboran (B2H5), um Borchlorid
(BCl3) oder um Borfluorid (BF3) oder um ein Gemische aus zumin
dest zweien dieser Gase.
Bei einem Fe aufweisenden Kolbenring 1 wird beim Borieren ins
besondere Fe2B und das gegenüber dem FeB2 sprödere und daher
zumeist unerwünschte FeB gebildet. Eine besonders gute Haftung
der nachfolgenden Schicht wird erreicht, wenn das FeB im Ver
hältnis zu allen Eisenboriden mit einem Anteil kleiner 20%,
bevorzugt kleiner 10% und besonders bevorzugt kleiner 1% ge
bildet wird.
Um dies in einfacher Weise zu realisieren kann insbesondere der
Anteil von Bor in der abscheidenden Gasphase nach der Bildung
von Fe2B im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche 2 des Kol
benrings 1 innerhalb von 5 s um wenigstens 20% erhöht und/oder
die oberflächennahe Temperatur des Kolbenrings 1 abgesenkt wer
den.
Auf der Haftvermittlerschicht 3 wird sinnvollerweise eine Zwi
schenschicht 4 angeordnet. Hierzu wird als zweites Vormaterial
ein Gas in das Reaktorinnere 13 und in das Plasma 16 eingelei
tet, das Bor zumindest als Verbindung aufweist und bei Prozeß
bedingungen das Bor freigibt.
Wie schon bei der Haftvermittlerschicht 3 werden hierzu insbe
sondere Borane (BnHm), vorzugsweise Diboran (B2H6), Borchlorid
(BCl3) oder Borfluorid (BF3) oder ein Gemische aus zumindest
zweien dieser Gase verwendet.
Desweiteren wird zur Bildung der Zwischenschicht 4 ein Sauer
stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe
dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterial in die
abscheidende Gasphase eingeleitet.
Aus diesen beiden Vormaterialien wird die Bor und Sauerstoff
aufweisende Zwischenschicht 4 auf der Haftvermittlerschicht 3
abgeschieden.
Durch die Variation der Temperatur und/oder des Sauerstoffs
kann hierbei der Anteil des Sauerstoff in der Zwischenschicht 4
gesteuert werden, so daß der Anteil von Sauerstoff innerhalb
der Zwischenschicht 4 einen Gradienten aufweist.
Vorzugsweise nimmt der Anteil von Sauerstoff mit zunehmendem
Abstand von der Haftvermittlerschicht 3 zu. Bevorzugt wird die
Zwischenschicht 5 mit Boroxid, insbesondere als B6O und/oder
B2O3 aufgetragen, wobei vorzugsweise zuerst B6O und anschließend
B2O3 aufgetragen wird. Vor der Aufbringung der Boroxide wird
auf die Haftvermittlerschicht 3 sinnvollerweise zumindest weit
gehend reines Bor aufgetragen.
Analog zur Herstellung der Haftvermittlerschicht 3 wird hierbei
der Kolbenring 1 während des Abscheidens der Bor und Sauerstoff
aufweisenden Zwischenschicht 4 insbesondere auf Temperaturen
kleiner 750°C, vorzugsweise kleiner 700°C und besonders be
vorzugt kleiner 600°C beheizt.
Im Bereich der freiliegenden Oberfläche 2 der Zwischenschicht 4
wird zuletzt die Schmierstoffschicht 5 aus Borsäure (H3BO3) an
geordnet. Diese Schmierstoffschicht 5 kann mit den Gasen Was
serstoff, Sauerstoff und Bor gleich innerhalb des Reaktors 6
hergestellt werden.
Ebenso ist es innerhalb des Reaktors 6 möglich, die oberflä
chennahen Bereiche der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwi
schenschicht 4 durch Reaktion mit Wasserstoff in Borsäure umzu
wandeln oder die Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischen
schicht 4 gleich bei Ihrer Herstellung aus der Gasphase zumin
dest teilweise in Borsäure umzuwandeln. In beiden Fällen wird
zweckmäßigerweise zumindest oberflächennah die Temperatur des
Kolbenrings 1 gesenkt.
Ersatzweise ist es auch möglich, daß diese Schmierstoffschicht
5 erst bei Anwesenheit von Wasserstoff und/oder Wasserdampf im
Einsatz des Kolbenrings 1 gebildet wird. In diesem Fall wird
durch eine chemische Reaktion der oberflächennahen Bereiche der
Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht 4 mit dem Was
serstoff der Atmosphäre zu der Borsäure aufweisenden Schmier
stoffschicht 5 umgesetzt. Diese Reaktion wird insbesondere noch
durch die beim Einsatz entstehende Wärme gefördert. In diesem
Fall stellen zumindest gewisse Bereiche der Bor und Sauerstoff
aufweisenden Zwischenschicht ein Reservoir zur Nachgewinnung
von verschlissener oder auf sonst eine Art entfernter Borsäure
dar.
In allen Fällen weist die Schmierstoffschicht 5 sinnvollerweise
mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90% und besonders bevor
zugt mindestens 95% Borsäure auf.
In vorteilhafter Weise wird nicht nur während der Herstellung
der Haftvermittlerschicht 3 sondern auch bei der Herstellung
der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht 4 und/oder
der Schmierstoffschicht 5 innerhalb des Reaktors 6 an den Kol
benring 1 eine gepulste DC-Spannung angelegt, die gegenüber dem
den Kolbenring 1 umgebenden Gasraum ein negatives elektrisches
Potential aufweist.
Mit einer gemäß Anspruch 1 aufgetragenen Beschichtung können
insbesondere abrasiv beanspruchte Laufflächen von Maschinenbau
teilen, vorzugsweise Motorbauteile und besonders bevorzugt Noc
kenwellen, Kipphebel, Tassenstößel, Laufbuchsen, Ventilbrücken,
Ventilschäfte, Ventillaufbuchsen bzw. -führungen, Kolbenbolzen,
Kolbenringe, Zylinderlaufflächen, Pleuel, Anlaufscheiben, fer
ner Zahnräder, insbesondere von Getrieben, Kettenglieder oder
Riemenscheiben für stufenlose Getriebe, desweiteren spanend
eingreifende Spanflächen spanabhebender Werkzeuge mit definier
ten Schneidengeometrien wie Fräser, Drehstähle, Wendeschneide
platten, Bohrer, und auch Werkzeuge zum Reiben und Räumen sowie
abrasiv beanspruchte Formwerkzeuge, insbesondere Umformwerkzeu
ge wie Tiefziehpressen und dgl. in vorteilhafter Weise zumin
dest bereichsweise mit einer sinnvollen und gut haftenden tri
bologischen Beschichtungen versehen werden.
Bei allen Anwendungen ist von besonderem Vorteil, daß ein sonst
notwendige Schmierung mit Flüssigschmiermitteln zumindest ver
ringert werden kann.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in
Fig. 4 dargestellten Gasflußdiagramms beschrieben.
In Fig. 4 ist ein Gasflußdiagramm verschiedener Gase über der
Zeit dargestellt, wobei zusätzlich die Temperatur der zu be
schichtenden Probe mit aufgetragen ist. Das Diagramm nach Fig.
4 beschreibt den eingestellten Gasfluß im Reaktorinnern 13 während
der Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtaufbaus auf
einer metallischen Probe mittels eines Plasma-CVD-Prozesses.
Bei dem Plasma-CVD-Prozeß wird die Probe durch ein die Probe
umgebendes Plasma 16 geheizt. Das die zu beschichtende Oberflä
che 2 der Probe beheizende Plasma 16, das ebenfalls die Vorma
terialien sowie das Prozeßgas zur Abscheidung bzw. zur Borie
rung aktiviert, wird durch eine an der Probe anliegende Span
nung gezündet bzw. aufrechterhalten.
Zur Regelung der Temperatur wird die Temperatur der Probe ge
messen und dementsprechend die an der Probe anliegende elektri
sche Spannung für das u. a. heizend wirkenden Plasma 16 verän
dert. Die elektrische Spannung kann wie vorliegend eine reine
Gleichspannung sein. Je nach Anforderungen an das Plasma 16
wird anstelle der Gleichspannung vorzugsweise eine gepulste
Spannung, eine Wechselspannung oder eine halbwellige Wechsels
pannung angelegt.
Der Verlauf des Druckes p im Reaktorinnern ist in dem Diagramm
nach Fig. 4 als nicht gekennzeichnete Kurve, der bei der Her
stellung der Haftvermittler- und der Zwischen- und ebenfalls
der Schmierstoffschicht mit dem Prozeßgas vermischte H2-Fluß
(5% B2H6 und 95% H2) als Kurve E und der Sauerstoffluß der Kurve
G entnehmbar. Die Werte der unterschiedlichen Gasflüsse bezie
hen sich auf die Einheit Standard-Kubikzentimeter (sccm). Da
für das Bor liefernde zweite Vormaterial ebenfalls das borie
rend wirkende Prozeßgas verwendet wird, zeigt die Kurve F nach
dem Borieren (Zeitintervall H) ebenfalls den Gasfluß des zwei
ten Vormaterials (Zeitintervall I). Während des Zeitintervalls
J wird die Schmierstoffschicht 5 aufgetragen.
Die Probe wird eventuell vor dem Einbau in den Reaktor 6 vorge
reinigt und anschließend in den Reaktor 6 eingebaut. Danach
wird das Reaktorinnere 13 bis auf einen Druck kleiner 0.5 mbar
evakuiert. Zur Reinigung wird in das evakuierte Reaktorinnere
13 des Reaktor 6 ca. 30 min ein H2-Gas eingeleitet. Mit dem H2-
Gas wird in Bereich der Probe das Plasma 16 gezündet und die zu
beschichtende Oberfläche 2 der Probe unter Zuhilfenahme des H2-
Plasma 16 gereinigt. Wie aus dem Diagramm nach Fig. 4 ersicht
lich ist, steigt bei der Reinigung der Probe der Druck im Reak
torinnern 13 auf einen Wert von ca. 10 mbar an. Dieser Wert
wird bei der beschriebenen Herstellung des erfindungsgemäßen
Schichtaufbau dieses Ausführungsbeispiels zumindest weitgehend
beibehalten.
Nach der Reinigung der Oberfläche 2 der Probe wird sie für die
Zeitdauer H von ca. 6 Stunden bei einer Temperatur von ca. 750
°C und einem mit 95% H2 versetzten B2H6 Gasstrom von ca. 60 sccm
aufgesetzt. Bei diesen Prozeßbedingungen wird die Haftvermitt
lerschicht 3 hergestellt. Dabei wird die Probe bei den eben ge
nannten Bedingungen einige µm oberflächennah boriert. Durch die
borierte Haftvermittlerschicht 3 ist die Haftung zwischen der
anschließend aufzutragenden Zwischenschicht 4 sowie der später
aufzutragenden Schmierstoffschicht 5 und dem Material der Probe
(Gegenstandes 1) verbessert.
Nach dem Borieren wird die Temperatur auf ca. 500°C abgesenkt
und der Fluß des H2-versetzten Prozeßgases auf einen Fluß von
ca. 50 sccm gesenkt. Dadurch wird auf der Haftvermittlerschicht
3 für die Zeitdauer I von ca. 5 Stunden eine Borschicht herge
stellt. Diese Borschicht gehört zu der Zwischenschicht 4.
Nach dem Aufwachsen der Borschicht wird in den Reaktor 6 zu
sätzlich für ca. 1 Stunde (Zeitdauer J) Sauerstoff und zwar mit
einem Fluß von ca. 15 sccm eingeströmt, wobei die vorherigen
Prozeßparameter (Gasflüsse, Temperatur und Druck) beibehalten
wird. Hierbei bilden sich die Bor und Sauerstoff aufweisenden
Bereiche der Zwischenschicht 4.
Anschließend wird die Temperatur abgesenkt und die restlichen
Parameter konstant gehalten. Durch die Absenkung der Temperatur
bricht das Plasma 16 zusammen und der zuvor als Plasmabrenn
stoff verwendete Wasserstoff steht zur freien Verfügung. Hierdurch
bildet sich bei Temperaturen unterhalb von ca. 200°C und
der Anwesenheit von Wasserstoff die weitgehend ausschließlich
das Trockenschmiermittel Borsäure (H3BO3) aufweisende Schmier
stoffschicht 5.
Claims (29)
1. Verfahren zum außenseitigen und haftenden Aufbringen einer
Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch be
anspruchte Oberfläche eines Bauteils eines Kolbens, vorzugswei
se eines Kolbenbolzen und/oder ein Kolbenring, wobei die
Schmierstoffschicht zumindest unter Beanspruchungsbedingungen
Borsäure (H3BO3) aufweist,
bei welchem Verfahren das zu beschichtende und mit einer Haftvermittlerschicht versehene Bauteil (1) in einen Reaktor eingebaut wird, wobei durch die Haftvermittlerschicht (3) die Haftung zwischen dem später aufgetragenen Trockenschmierstoff der Schmierstoffschicht (5) und dem Material des Bauteils (1) verbessert wird,
bei welchem Verfahren der Reaktor (6) auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem Inertgas befüllt wird,
bei welchem Verfahren auf der Haftvermittlerschicht aus Vor materialien, die Bor und Sauerstoff aufweisen, eine Zwischen schicht hergestellt wird,
bei welchem Verfahren die oberhalb der Haftvermittlerschicht (3) abgeschiedene Zwischenschicht (4) mit einem Sauerstoff gradienten abgeschieden wird, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin zunimmt,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Bor zu mindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebendes zweites Vormaterial zugegeben wird,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Sauer stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterial zu gegeben wird, und
bei welchem Verfahren wenigstens im Einsatzfalle zumindest teilweise Bor und Sauerstoff der Bor und Sauerstoff aufwei senden Zwischenschicht (4) zumindest im Bereich ihrer frei zugänglichen Oberfläche unter Zuhilfenahme von Wasserstoff zu Borsäure umgewandelt und als Trockenschmiermittel der Schmierstoffschicht (5) verwendet wird.
bei welchem Verfahren das zu beschichtende und mit einer Haftvermittlerschicht versehene Bauteil (1) in einen Reaktor eingebaut wird, wobei durch die Haftvermittlerschicht (3) die Haftung zwischen dem später aufgetragenen Trockenschmierstoff der Schmierstoffschicht (5) und dem Material des Bauteils (1) verbessert wird,
bei welchem Verfahren der Reaktor (6) auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem Inertgas befüllt wird,
bei welchem Verfahren auf der Haftvermittlerschicht aus Vor materialien, die Bor und Sauerstoff aufweisen, eine Zwischen schicht hergestellt wird,
bei welchem Verfahren die oberhalb der Haftvermittlerschicht (3) abgeschiedene Zwischenschicht (4) mit einem Sauerstoff gradienten abgeschieden wird, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin zunimmt,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Bor zu mindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebendes zweites Vormaterial zugegeben wird,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Sauer stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterial zu gegeben wird, und
bei welchem Verfahren wenigstens im Einsatzfalle zumindest teilweise Bor und Sauerstoff der Bor und Sauerstoff aufwei senden Zwischenschicht (4) zumindest im Bereich ihrer frei zugänglichen Oberfläche unter Zuhilfenahme von Wasserstoff zu Borsäure umgewandelt und als Trockenschmiermittel der Schmierstoffschicht (5) verwendet wird.
2. Verfahren zum außenseitigen und haftenden Aufbringen einer
Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch be
anspruchte Oberfläche eines Bauteils eines Kolbens, vorzugswei
se eines Kolbenbolzen und/oder ein Kolbenring, wobei die
Schmierstoffschicht zumindest unter Beanspruchungsbedingungen
Borsäure (H3BO3) aufweist,
bei welchem Verfahren das zu beschichtende Bauteil (1) in ei nen Reaktor eingebaut wird,
bei welchem Verfahren der Reaktor (6) auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem Inertgas befüllt wird,
bei welchem Verfahren eine Haftvermittlerschicht (3) herge stellt wird, wozu im Bereich der freiliegenden Oberfläche (2) des Bauteils (1), insbesondere durch Diffusion, zumindest ein Element eines Prozeßgases in das Material der freiliegenden Oberfläche (2) des Bauteils (1) eingebracht und dort einge baut und/oder chemisch reagiert wird, wobei durch die Haft vermittlerschicht (3) die Haftung zwischen dem später aufge tragenen Trockenschmierstoff der Schmierstoffschicht (5) und dem Material des Bauteils (1) verbessert wird,
bei welchem Verfahren in den Reaktor ein Bor und/oder Stick stoff und/oder Kohlenstoff zumindest als Verbindung aufwei sendes und bei Prozeßbedingungen das entsprechende Element freigebendes Prozeßgases zugegeben wird,
bei welchem Verfahren mit Bor und Sauerstoff aufweisenden Vormaterialien auf der Haftvermittlerschicht (3) eine Zwi schenschicht (4) hergestellt wird,
bei welchem Verfahren die oberhalb der Haftvermittlerschicht (3) abgeschiedene Zwischenschicht (4) mit einem Sauerstoffgradienten abgeschieden wird, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin zunimmt,
bei welchem Verfahren wenigstens im Einsatzfalle zumindest teilweise Bor und Sauerstoff der Bor und Sauerstoff aufwei senden Zwischenschicht (4) zumindest im Bereich ihrer frei zugänglichen Oberfläche unter Zuhilfenahme von Wasserstoff zu Borsäure umgewandelt und als Trockenschmiermittel der Schmierstoffschicht (5) verwendet wird,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Bor zu mindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebendes zweites Vormaterial zugegeben wird, und
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Sauer stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterials zu gegeben wird.
bei welchem Verfahren das zu beschichtende Bauteil (1) in ei nen Reaktor eingebaut wird,
bei welchem Verfahren der Reaktor (6) auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem Inertgas befüllt wird,
bei welchem Verfahren eine Haftvermittlerschicht (3) herge stellt wird, wozu im Bereich der freiliegenden Oberfläche (2) des Bauteils (1), insbesondere durch Diffusion, zumindest ein Element eines Prozeßgases in das Material der freiliegenden Oberfläche (2) des Bauteils (1) eingebracht und dort einge baut und/oder chemisch reagiert wird, wobei durch die Haft vermittlerschicht (3) die Haftung zwischen dem später aufge tragenen Trockenschmierstoff der Schmierstoffschicht (5) und dem Material des Bauteils (1) verbessert wird,
bei welchem Verfahren in den Reaktor ein Bor und/oder Stick stoff und/oder Kohlenstoff zumindest als Verbindung aufwei sendes und bei Prozeßbedingungen das entsprechende Element freigebendes Prozeßgases zugegeben wird,
bei welchem Verfahren mit Bor und Sauerstoff aufweisenden Vormaterialien auf der Haftvermittlerschicht (3) eine Zwi schenschicht (4) hergestellt wird,
bei welchem Verfahren die oberhalb der Haftvermittlerschicht (3) abgeschiedene Zwischenschicht (4) mit einem Sauerstoffgradienten abgeschieden wird, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin zunimmt,
bei welchem Verfahren wenigstens im Einsatzfalle zumindest teilweise Bor und Sauerstoff der Bor und Sauerstoff aufwei senden Zwischenschicht (4) zumindest im Bereich ihrer frei zugänglichen Oberfläche unter Zuhilfenahme von Wasserstoff zu Borsäure umgewandelt und als Trockenschmiermittel der Schmierstoffschicht (5) verwendet wird,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Bor zu mindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebendes zweites Vormaterial zugegeben wird, und
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Sauer stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterials zu gegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung der Haftvermittlerschicht (3) zumindest ein
Element des Prozeßgases in das Material der freiliegenden und
zu beschichtenden Oberfläche (2) des Bauteils (1) eindiffun
diert und/oder ionenimplantiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des Bauteils (1) zur Bildung der Haftver
mittlerschicht (3) boriert und/oder nitriert und/oder carboni
siert und/oder carbonitriert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung der Borsäure-Schicht Wasserstoff und/oder eine
unter Prozeßbedingungen Wasserstoff freigebende Wasserstoffver
bindung aus der abscheidenden Gasphase verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Prozeßgase und/oder die Vormaterialien vor ihrem Auf
treffen auf der zu beschichtenden Oberfläche (2) des Bauteils
(1) durch ein Plasma (16) hindurchgeleitet und zumindest zum
Teil dissoziert und/oder ionisiert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Plasma (16) im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche
(2) des Bauteils (1) erzeugt wird und daß mit dem Plasma zumin
dest die zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils (1) beheizt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauteil (1) während des Abscheidens der
Bor/Sauerstoffschicht insbesondere auf Temperaturen kleiner 750
°C, vorzugsweise kleiner 700°C und besonders bevorzugt kleiner
600°C beheizt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauteil (1) während der Bildung der Haftvermittler
schicht (3) durch Einbringen von Boratomen und/oder von Kohlen
stoffatomen und/oder von Stickstoffatomen insbesondere auf Tem
peraturen kleiner 750°C, vorzugsweise kleiner 700°C und be
sonders bevorzugt kleiner 600°C beheizt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der zumindest oberflächennahen und wenigstens teil
weisen Umwandlung der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischen
schicht (4) in Borsäure zum Herstellen der Schmierstoffschicht
(5) die Temperatur gesenkt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Einbringen des Bors und/oder zur Abscheidung der Bor
und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht (4) Boran (BnHm),
vorzugsweise Diboran (B2H6), Borchlorid (BCl3) oder Borfluorid
(BF3) oder ein Gemisch zumindest zweier dieser Gase in den Re
aktor (6) eingeleitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Herstellung der Bor und Sauerstoff aufweisenden
Zwischenschicht (4) und/oder der Schmierstoffschicht (5) an das
Bauteil (1) eine elektrische Spannung angelegt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Herstellung der Haftvermittlerschicht (3) an
das Bauteil (1) eine elektrische Spannung angelegt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß als elektrische Spannung eine gepulste Gleich-Spannung ge
wählt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Bor und Sauerstoff aufweisende Zwischenschicht (4) Bo
roxid, insbesondere B2O3 abgeschieden wird.
16. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) mit mindestens 30%, bevorzugt
mindestens 50% und besonders bevorzugt mindestens 60% Borsäu
re gebildet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) mit mindestens 80%, bevorzugt
mindestens 90% und besonders bevorzugt mindestens 95% Borsäu
re gebildet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Zwischenschicht (4) B6O und/oder B2O3 abgeschieden
wird.
19. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Bauteil (1) und/oder die Haftvermittlerschicht (3)
nacheinander B, B6O und B2O3 abgeschieden wird.
20. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Bauteil (1) ein metallisches, insbesondere Eisen auf
weisendes Bauteil (1) gewählt wird und daß als Borid der Haft
vermittlerschicht (3) ein Metallborid, vorzugsweise Fe2B
und/oder FeB, gebildet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Haftvermittlerschicht (3) auf der zu beschichtenden
Oberfläche (2) des Bauteils (1) eine Bor und Kohlenstoff, be
vorzugt eine Borcarbid-Schicht (B4C) abgeschieden wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß das FeB im Verhältnis zu allen Eisenboriden mit einem An
teil kleiner 20%, bevorzugt kleiner 10% und besonders bevor
zugt kleiner 1% gebildet wird.
23. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Bildung von Fe2B im Bereich der zu beschichtenden
Oberfläche (2) des Bauteils (1) der Anteil von Bor in der abscheidenden
Gasphase innerhalb von 5 s um wenigstens 20% er
höht wird.
24. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Bildung von Fe2B im Bereich der zu beschichtenden
Oberfläche (2) des Bauteils (1) zumindest die oberflächennahe
Temperatur des Bauteils (1) abgesenkt wird.
25. Bauteil mit einer Schmierstoffschicht, welche zumindest im
Einsatzfall wenigstens bereichsweise Borsäure als Trocken
schmiermittel aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß unterhalb der Schmierstoffschicht (5) eine Haftvermittler
schicht (3) angeordnet ist, daß die Haftvermittlerschicht (3)
Bor und/oder Kohlenstoff und/oder Stickstoff aufweist, daß die
Schmierstoffschicht (5) aus einer Gasphase aufgetragen ist, daß
zwischen der Schierstoffschicht (5) und der Haftvermittler
schicht (3) eine Zwischenschicht (4) angeordnet ist, daß die
Zwischenschicht (4) Bor und Sauerstoff aufweist und daß die
Zwischenschicht (4) einen Sauerstoffgradienten aufweist, der
mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin
zunimmt.
26. Bauteil nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) zumindest oberflächennah min
destens 5%, bevorzugt 10% und besonders bevorzugt 30% Borsäu
re (H3BO3) aufweist.
27. Bauteil nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftvermittlerschicht (3) als borierte und/oder carbo
nisierte und/oder nitrierte und/oder carbonitrierte Schicht
ausgebildet ist.
28. Bauteil nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenschicht (4) Bor, B6O und B2O3 aufweist.
29. Bauteil nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenschicht (4) beginnend von der Haftvermittler
schicht (3) zuerst Bor nachfolgend B6O und darauf nachfolgend
B2O3 aufweist, wobei das B2O3 in direktem Kontakt zu der
Schmierstoffschicht (5) angeordnet ist.
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DE102008054007A1 (de) * | 2008-10-30 | 2010-05-06 | Volkswagen Ag | Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Herstellen von Pleueln und Kolbenbolzen für eine Verbrennungskraftmaschine |
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DE19822901A1 (de) | 1999-11-25 |
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