EP3268506A1 - Verfahren für eine definierte oberflächenbearbeitung einer auf einer oberfläche eines bauteils aufgebrachten ersten kohlenstoffbeschichtung - Google Patents

Verfahren für eine definierte oberflächenbearbeitung einer auf einer oberfläche eines bauteils aufgebrachten ersten kohlenstoffbeschichtung

Info

Publication number
EP3268506A1
EP3268506A1 EP16709760.9A EP16709760A EP3268506A1 EP 3268506 A1 EP3268506 A1 EP 3268506A1 EP 16709760 A EP16709760 A EP 16709760A EP 3268506 A1 EP3268506 A1 EP 3268506A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carbon coating
μιη
carbon
component
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP16709760.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Weihnacht
Andreas Leson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3268506A1 publication Critical patent/EP3268506A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5873—Removal of material
    • C23C14/588—Removal of material by mechanical treatment

Definitions

  • the present invention relates to a method for a defined surface treatment of a first carbon coating applied to a surface of a component.
  • the present invention is therefore based on the object to develop a method with which a smoothing of carbon-coated surfaces succeeds with significantly higher efficiency or to provide a correspondingly smoothed component.
  • the first carbon coating is brought into contacting contact with at least one second carbon coating formed on a surface of a tool.
  • the first carbon coating and the second carbon coating are moved relatively parallel to each other so that the first carbon coating is smoothed with the second carbon coating.
  • the first carbon coating and / or the second carbon coating is formed of a-C (amorphous carbon) or ta-C (tetrahedral bonded amorphous carbon).
  • the method is based on the fact that with a pairing of two surfaces provided with carbon layers, these carbon layers mutually smooth in the relative movement, until substantially smoother outer surfaces of the carbon layers than before result. This can be on a Use of a lapping or polishing agent or an addition of a fluid can be dispensed with.
  • a smoothing of the first carbon coating is achieved cost-effectively.
  • a smoothed surface of the first carbon coating is achieved, so that after installation during operation of the component in its intended use no or less harmful for this use wear particles are released.
  • At least two second carbon coatings are used to smooth the first carbon coating and smooth itself in interaction with the first carbon coating.
  • a first carbon coating and a second carbon coating of a hard carbon having a hardness of at least 2000 HV is used to perform the process, since such hard carbon coatings are hardly cost-effectively smoothed by conventional methods.
  • a hardness of the first carbon coating is different from a hardness of the second carbon coating and / or deviates by a maximum of ten percent, preferably by a maximum of five percent, particularly preferably by a maximum of two percent from a hardness of the second carbon coating. Due to the fact that the two carbon coatings of the same hardness pair, it no longer comes to a wear removal to the disadvantage of a softer partner or to an insufficient smoothing of a harder partner.
  • the first carbon coating and the second carbon coating may be moved relative to each other in an exclusively linearly one-way movement.
  • a linearly oscillating, rotating or chaotic relative movement ie an arbitrary sequence of the aforementioned sliding movements, in order to produce a surface contact for smoothing for a sufficiently long time.
  • a contact pressure between 0.5 N / mm 2 and 500 N / mm 2, preferably between 1 N / mm 2 and 100 N / mm 2 is used to achieve a sufficiently fast smoothing.
  • the first carbon coating and / or the second carbon coating is deposited by a vacuum arc coating process.
  • the first carbon coating at an ambient temperature between 18 ° C and 25 ° C, ie at room temperature is smoothed. An energy-intensive heating of a receiving unit for the component and the tool for carrying out the method is thus eliminated.
  • the first carbon coating and the second carbon coating are smoothed only by the relative movement to each other and no further aids or substances are needed. There is therefore no need for a machining tool as long as the carbon coatings to be smoothed are exposed to relative movement with respect to one another, which permits adequate smoothing of the required locations and at the same time does not lead to damage to sensitive areas, e.g. B. sharp edges of the component leads.
  • an iron powder for assisting smoothing may be applied to the first carbon coating and / or the second carbon coating to exploit a chemical-catalytic effect of iron.
  • the component is cleaned by a fluid of particles deposited during the smoothing.
  • the fluid is typically a liquid, for example a solution, but may also be a gas.
  • the tool is cleaned accordingly.
  • At least one component with the properties described above can be introduced into a loose bed of several of the tools and connected with the workpieces. be moved to achieve efficient smoothing by several of the tools. It is thus possible to carry out a bulk material process. This is typically done in a take-up drum in which the component and tools are contained with their coatings and moved therein.
  • the component and the tool or the tools may be formed of the same material in order to achieve a homogeneous smoothing.
  • a component according to the invention has a first carbon coating in a smoothed state and at least one defect in the form of a depression.
  • the at least one defect is generally caused by particles incorporated in the carbon coating during production, typically hard carbon particles, which have been removed from the coating during smoothing. Thus, the at least one defect remains as a depression in the carbon coating.
  • the smoothed state should be reached after interaction with a second carbon coating.
  • the first carbon coating may have the properties already described above.
  • An R a roughness of the first carbon coating in the smoothed state should be between 0.03 ⁇ and 0.2 ⁇ , preferably between 0.05 ⁇ and 0.15 ⁇ .
  • An R z roughness of the first carbon coating may be between 0.3 ⁇ and 2 ⁇ , preferably between 0.5 ⁇ and 1.5 ⁇ . The roughnesses mentioned allow a targeted use of the coated component.
  • the first carbon coating typically has a thickness between 0.5 ⁇ and 30 ⁇ , preferably between 1 ⁇ and 5 ⁇ .
  • the first carbon coating is formed of a hard carbon having a hardness of at least 2000 HV.
  • the first carbon coating is deposited by a vacuum arc process.
  • the at least one defect of the first carbon coating typically has a width of between 0.05 ⁇ and 10 ⁇ , preferably between 0.1 ⁇ and 3 ⁇ . It can also be provided that the at least one defect of the first carbon coating has a width, a length or a diameter which is greater than a thickness of the first carbon coating.
  • the at least one defect may be present as a hole in the first carbon coating, ie as a depression which extends to a surface of the component under the first carbon coating. It can also be formed a variety of defects described in the first carbon coating.
  • the first carbon coating has a carbon content of at least 95 percent, preferably at least 99 percent. Thus, apart from unavoidable soiling during manufacture or smoothing, no additional substances are contained in the first carbon coating.
  • the component with the first carbon coating is typically produced by the described method or the first carbon coating is smoothed using the method described above.
  • Fig. 1 shows a sectional view of a bulk material of a component and a plurality of tools, which are each provided with a carbon coating.
  • a component 2 in the embodiment shown in Figure 1 a bolt for use in chain drives, was coated by means of a carbon arc process with a 2 ⁇ thick first carbon coating 1 type tetrahedral amorphous carbon (ta-C) as a carbon layer.
  • This first carbon coating 1 has a hardness of 6000 HV.
  • An outer surface of this first carbon coating 1 has a roughness R z of 1.5 ⁇ .
  • the first carbon coating 1 is applied to one of the surfaces of the component 2, in further embodiments However, the component 2 can also be completely encased by the first carbon coating 1.
  • At least one tool 4 is provided in the same way with a second carbon coating 3, which has the same properties as the first
  • Carbon coating 1 has. In other exemplary embodiments, however, the hardness of the first carbon coating 1 may also differ by up to a maximum of ten percent from the hardness of the second carbon coating 3. Likewise, a thickness of the second carbon coating 3 may also deviate from the thickness of the first carbon coating 1.
  • the tool 4 can be coated as an auxiliary body during smoothing in the same coating process as the component to be processed 1 and be used by repeated coating several times in the described method. In further embodiments, as the tools 4, more of the components 2 may be used.
  • the component 2 is given together with several of the tools 4 as shown in Figure 1 in a drum 6 with drivers on a drum wall, which then rotates about its horizontal longitudinal axis.
  • the drum 6 is closable, so that there is a closed space, which is bounded by the drum walls. In this closed room there is a temperature of 20 ° C and a contact pressure of 0.5 N / mm 2 is used.
  • the rotational movement results in a bulk material movement of the quantity of the component 2 and of the tools 4 in the drum 6, which is embodied as a loose bed, and thus relative movement of the component 2 provided with the first carbon coating 1 and the tools 4 which are connected to the second carbon coating 3 are provided.
  • the described method thus operates at room temperature without the use of a lapping or polishing agent and without the addition of a fluid for smoothing.
  • a movement may take place in a linear manner exclusively in one direction, an oscillating linear movement or a chaotic movement without a predetermined pattern.
  • At least some, but also all of the first carbon coatings 1 and / or the second carbon coatings 2 may have recesses 7 resulting from hard carbon particles in producing the respective carbon coating 1, 2 by the vacuum arc method. The hard carbon particles are broken out of the respective carbon coating 1, 2 during smoothing and the recess 7 remains as a defect of the respective layer.
  • the recess 7 or, since there are usually several defects, the recesses 7 of the respective carbon coating 1, 2 have a width of on average 1 ⁇ .
  • the process can be carried out without the addition of auxiliaries, but it is also possible to apply an iron powder 5 in the drum 6 and / or on an outer surface of the carbon coatings 1, 3, in order to support the smoothing by a chemical-catalytic effect of the iron ,
  • both the first carbon coating 1 and the second carbon coating 2 have a carbon content of
  • suitable processes for the method described are also used in vibratory finishing, ie z. B. drum sliding, vibratory sliding and centrifugal clamping.
  • the prerequisite is that the component 2, as the part to be smoothed, is largely coated with carbon on its surface, that is to say, for example, to at least 60 percent, since otherwise damage to the uncoated areas, ie, roughening, occurs.
  • the component 2 provided with the first carbon coating 1 is a sliding component such as a piston pin, a chain sleeve or a bucket tappet. It can generally be used for automotive applications, ie applications in passenger cars or commercial vehicles, or motorcycles in their engines, powertrains, pumps, fuel injection and
  • Auxiliary units in particular chain drive components, piston pins, valve train components or gears are used.
  • components of stationary pumps such as pump pistons, shafts or tappets, or carbon-coated machine components such as gears, guide rails, shafts or machines can be used.
  • Processing and processing machines eg. B. in textile machines and in machines of the paper and printing industry are processed by the described method.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für eine definierte Oberflächenbearbeitung einer auf einer Oberfläche eines Bauteils (2) aufgebrachten ersten Kohlenstoffbeschichtung (1). Hierbei wird die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) mit mindestens einer zweiten Kohlenstoffbeschichtung (3), die auf einer Oberfläche eines Werkzeugs (4) ausgebildet ist, in berührenden Kontakt gebracht und die beiden Kohlenstoffbeschichtungen (1, 3) werden relativ parallel zueinander bewegt, so dass die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) mit der zweiten Kohlenstoffbeschichtung (3) geglättet wird. Die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) und bzw. oder die zweite Kohlenstoffbeschichtung (2) sind aus a-C oder ta-C ausgebildet.

Description

Verfahren für eine definierte Oberflächenbearbeitung einer auf einer Oberfläche eines Bauteils aufgebrachten ersten Kohlenstoffbeschichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für eine definierte Oberflächenbearbeitung einer auf einer Oberfläche eines Bauteils aufgebrachten ersten Kohlenstoffbeschichtung.
Ein Hindernis für eine breite Einführung von harten Kohlenstoffschichten, insbesondere ta-C-Beschichtungen (also mit tetraedisch gebundenem amorphem Kohlenstoff) liegt in einer relativ großen Schichtrauheit begründet. Diese Schichtrauheit ist eine Folge von Wachstumsdefekten, die bei einer Abschei- dung der Schichten entstehen. Insbesondere bei ta-C-Schichten, die mit einem Vakuumlichtbogenverfahren (Are-Verfahren) hergestellt werden, entstehen durch die Are-Verdampfung unvermeidlich kleine Partikel, die zu einer ausgeprägten Schichtrauheit führen. Im abgeschiedenen Zustand sind solche Schichten daher auf Gleitkomponenten in der Regel nicht einsetzbar, da sie einen hohen Verschleiß auf einem Gegenkörper verursachen. Schichten, die
mit einem Plasmafilter abgeschieden wurden, weisen zwar eine geringere Rauheit aufgrund der Filterwirkung und einer damit verbundenen reduzierten Defektdichte auf, allerdings ist die Rauheit nicht vollkommen eliminiert. Da die Rauheit mit der Schichtdicke kontinuierlich zunimmt, können auch plasmagefiltert abgeschiedene Kohlenstoffschichten nur bis zu einer bestimmten Schichtdicke ohne zusätzliche Glättung eingesetzt werden.
Da die ta-C-Schichten eine außerordentlich hohe Härte aufweisen, sind konventionelle Techniken zur nachträglichen Schichtglättung ungeeignet bzw. führen nur mit hohem Aufwand zu einem Glättungseffekt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem eine Glättung von mit Kohlenstoff beschichteten Oberflächen mit deutlich höherer Effizienz gelingt bzw. ein entsprechend geglättetes Bauteil bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Bauteil nach Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Bei einem Verfahren für eine definierte Oberflächenbearbeitung einer auf einer Oberfläche eines Bauteils aufgebrachten ersten Kohlenstoffbeschichtung wird die erste Kohlenstoffbeschichtung mit mindestens einer zweiten Kohlenstoffbeschichtung, die auf einer Oberfläche eines Werkzeugs ausgebildet ist, in berührenden Kontakt gebracht. Die erste Kohlenstoffbeschichtung und die zweite Kohlenstoffbeschichtung werden relativ parallel zueinander bewegt, so dass die erste Kohlenstoffbeschichtung mit der zweiten Kohlenstoffbeschichtung geglättet wird. Die erste Kohlenstoffbeschichtung und bzw. oder die zweite Kohlenstoffbeschichtung wird aus a-C (amorphem Kohlenstoff) oder ta-C (tetraedisch gebundenem amorphem Kohlenstoff) ausgebildet.
Das Verfahren beruht darauf, dass sich bei einer Paarung von zwei mit Kohlenstoffschichten versehenen Oberflächen diese Kohlenstoffschichten in der Relativbewegung gegenseitig glätten, bis sich wesentlich glattere Außenoberflächen der Kohlenstoffschichten als zuvor ergeben. Hierbei kann auf einen Einsatz eines Läpp- oder Poliermittels oder einen Zusatz eines Fluids verzichtet werden. Somit wird kostengünstig eine Glättung der ersten Kohlenstoffbe- schichtung erreicht. Durch das Verfahren als einem Einbau des Bauteils vorgelagerter Prozess wird eine geglättete Oberfläche der ersten Kohlenstoffbe- Schichtung erreicht, so dass nach dem Einbau bei einem Betrieb des Bauteils in seiner jeweils vorgesehenen Verwendung keine bzw. weniger für diese Verwendung schädliche Verschleißpartikel freigesetzt werden.
Typischerweise werden mindestens zwei zweite Kohlenstoffbeschichtungen, besonders vorzugsweise eine Mehrzahl von drei oder mehr zweiten Kohlenstoffbeschichtungen, die sich jeweils auf einem Bauteil oder Werkzeug befinden, verwendet, um die erste Kohlenstoffbeschichtung zu glätten und in Wechselwirkung mit der ersten Kohlenstoffbeschichtung selbst geglättet zu werden.
Vorzugsweise wird eine erste Kohlenstoffbeschichtung und eine zweite Kohlenstoffbeschichtung aus einem harten Kohlenstoff mit einer Härte von mindestens 2000 HV zum Durchführen des Verfahrens eingesetzt, da gerade derartige harte Kohlenstoffbeschichtungen mit herkömmlichen Methoden kaum kostengünstig zu glätten sind.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Härte der ersten Kohlenstoffbeschichtung von einer Härte der zweiten Kohlenstoffbeschichtung verschieden ist und bzw. oder um maximal zehn Prozent, vorzugsweise um maximal fünf Prozent, besonders vorzugsweise um maximal zwei Prozent von einer Härte der zweiten Kohlenstoffbeschichtung abweicht. Dadurch, dass sich die beiden Kohlenstoffbeschichtungen gleicher Härte paaren, kommt es nicht mehr zu einem Verschleißabtrag zuungunsten eines weicheren Partners bzw. zu einer unzureichenden Glättung eines härteren Partners.
Die erste Kohlenstoffbeschichtung und die zweite Kohlenstoffbeschichtung können in einer ausschließlich linear in einer Richtung verlaufenden Bewegung relativ zueinander bewegt werden. Alternativ kann auch eine linear oszillierende, rotierende oder chaotische Relativbewegung, d. h. eine beliebige Abfolge der zuvor genannten Gleitbewegungen, vorgesehen sein, um ausreichend lange einen Oberflächenkontakt zum Glätten herzustellen. Vorzugsweise wird ein Anpressdruck zwischen 0,5 N/mm2 und 500 N/mm2 vorzugsweise zwischen 1 N/mm2 und 100 N/mm2 verwendet, um eine hinreichend schnelle Glättung zu erreichen.
Typischerweise wird die erste Kohlenstoffbeschichtung und bzw. oder die zweite Kohlenstoffbeschichtung durch ein Vakuumlichtbogenbeschichtungs- verfahren abgeschieden.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung bei einer Umgebungstemperatur zwischen 18 °C und 25 °C, also bei Raumtemperatur, geglättet wird. Eine energieintensive Aufheizung einer Aufnahmeeinheit für das Bauteil und das Werkzeug zum Durchführen des Verfahrens entfällt somit.
Typischerweise werden die erste Kohlenstoffbeschichtung und die zweite Kohlenstoffbeschichtung ausschließlich durch die Relativbewegung zueinander geglättet und es werden keine weiteren Hilfsmittel oder Stoffe benötigt. Es ist daher kein Bearbeitungswerkzeug notwendig, solange die zu glättenden Kohlenstoffbeschichtungen der Relativbewegung zueinander ausgesetzt werden, die eine hinreichende Glättung der erforderlichen Stellen erlaubt und gleichzeitig nicht zu einer Beschädigung an empfindlichen Stellen, z. B. scharfen Kanten des Bauteils, führt. Alternativ kann auch ein Eisenpulver zum Unterstützen des Glättens auf die erste Kohlenstoffbeschichtung und bzw. oder die zweite Kohlenstoffbeschichtung aufgebracht werden, um eine chemisch- katalytische Wirkung von Eisen auszunutzen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass während des Glättens und bzw. oder nach dem Glätten der ersten Kohlenstoffbeschichtung zumindest das Bauteil durch ein Fluid von bei dem Glätten abgeschiedenen Partikeln gereinigt wird. Hierdurch wird das Bauteil gesäubert und kann zum vorgesehenen Einsatz eingebaut werden. Das Fluid ist typischerweise eine Flüssigkeit, beispielsweise eine Lösung, kann aber auch ein Gas sein. Vorzugsweise wird auch das Werkzeug entsprechend gereinigt.
Mindestens ein Bauteil mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften kann in eine lose Schüttung mehrerer der Werkzeuge eingebracht und mit den Werk- zeugen bewegt werden, um eine effiziente Glättung durch mehrere der Werkzeuge zu erreichen. Es ist somit möglich, einen Schüttgutprozess durchzuführen. Dies erfolgt typischerweise in einer Aufnahmetrommel, in der das Bauteil und die Werkzeuge mit ihren Beschichtungen enthalten sind und darin bewegt werden.
Das Bauteil und das Werkzeug bzw. die Werkzeuge können aus dem gleichen Werkstoff ausgebildet sein, um eine homogene Glättung zu erreichen.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil weist eine erste Kohlenstoffbeschichtung in einem geglätteten Zustand sowie mindestens einen Defekt in Form einer Vertiefung auf. Der mindestens eine Defekt wird hierbei im Allgemeinen durch bei der Herstellung in die Kohlenstoffbeschichtung miteingebrachte Partikel, typischerweise harte Kohlenstoffpartikel, hervorgerufen, die beim Glätten aus der Beschichtung entfernt wurden. Somit verbleibt der mindestens eine Defekt als Vertiefung in der Kohlenstoffbeschichtung. Der geglättete Zustand sollte hierbei nach einer Wechselwirkung mit einer zweiten Kohlenstoffbeschichtung erreicht sein. Die erste Kohlenstoffbeschichtung kann die zuvor bereits beschriebenen Eigenschaften aufweisen.
Eine Ra-Rauheit der ersten Kohlenstoffbeschichtung im geglätteten Zustand sollte zwischen 0,03 μιη und 0,2 μιη, vorzugsweise zwischen 0,05 μιη und 0,15 μιη betragen. Eine Rz-Rauheit der ersten Kohlenstoffbeschichtung kann zwischen 0,3 μιη und 2 μιη, vorzugsweise zwischen 0,5 μιη und 1,5 μιη betragen. Die genannten Rauheiten erlauben einen zielgerichteten Einsatz des beschichteten Bauteils.
Die erste Kohlenstoffbeschichtung weist nach dem Glätten typischerweise eine Dicke zwischen 0,5 μιη und 30 μιη, vorzugsweise zwischen 1 μιη und 5 μιη auf.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung aus einem harten Kohlenstoff mit einer Härte von mindestens 2000 HV ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die erste Kohlenstoffbeschichtung durch ein Vakuumlichtbogenverfahren abgeschieden. Der mindestens eine Defekt der ersten Kohlenstoffbeschichtung weist typischerweise eine Breite zwischen 0,05 μιη und 10 μιη, vorzugsweise zwischen 0,1 μιη und 3 μιη auf. Es kann auch vorgesehen sein, dass der mindestens eine Defekt der ersten Kohlenstoffbeschichtung eine Breite, eine Länge bzw. einen Durchmesser aufweist, die bzw. der größer als eine Dicke der ersten Kohlenstoffbeschichtung ist. Ebenso kann der mindestens eine Defekt als Loch in der ersten Kohlenstoffbeschichtung vorliegen, d. h. als Vertiefung, die bis zu einer Oberfläche des unter der ersten Kohlenstoffbeschichtung befindlichen Bauteils reicht. Es kann auch eine Vielzahl der beschriebenen Defekte in der ersten Kohlenstoffbeschichtung ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung einen Kohlenstoffanteil von mindestens 95 Prozent, vorzugsweise von mindestens 99 Prozent aufweist. Es sind somit bis auf nicht zu vermeidende Verschmutzungen beim Herstellen bzw. Glätten keine zusätzlichen Stoffe in der ersten Kohlenstoffbeschichtung enthalten.
Das Bauteil mit der ersten Kohlenstoffbeschichtung ist typischerweise mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt bzw. die erste Kohlenstoffbeschichtung mit dem zuvor beschriebenen Verfahren geglättet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figur 1 erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Schüttguts aus einem Bauteil und mehreren Werkzeugen, die jeweils mit einer Kohlenstoffbeschichtung versehen sind.
Ein Bauteil 2, im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Bolzen für eine Anwendung in Kettentrieben, wurde mittels eines Kohlenstoff- Lichtbogenverfahrens mit einer 2 μιη dicken ersten Kohlenstoffbeschichtung 1 vom Typ tetraedisch amorpher Kohlenstoff (ta-C) als Kohlenstoffschicht beschichtet. Diese erste Kohlenstoffbeschichtung 1 weist eine Härte von 6000 HV auf. Eine Außenoberfläche dieser ersten Kohlenstoffbeschichtung 1 weist eine Rauheit Rz von 1,5 μιη auf. Die erste Kohlenstoffbeschichtung 1 ist auf einer der Oberflächen des Bauteils 2 aufgebracht, in weiteren Ausfüh- rungsbeispielen kann das Bauteil 2 aber auch vollständig von der ersten Koh- lenstoffbeschichtung 1 ummantelt sein.
Mindestens ein Werkzeug 4 wird in gleicher Weise mit einer zweiten Kohlen- stoffbeschichtung 3 versehen, die die gleichen Eigenschaften wie die erste
Kohlenstoffbeschichtung 1 aufweist. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Härte der ersten Kohlenstoffbeschichtung 1 aber auch um maximal bis zu zehn Prozent von der Härte der zweiten Kohlenstoffbeschichtung 3 abweichen. Ebenso kann auch eine Dicke der zweiten Kohlenstoffbeschichtung 3 von der Dicke der ersten Kohlenstoffbeschichtung 1 abweichen. Das Werkzeug 4 kann als Hilfskörper beim Glätten im gleichen Beschichtungsprozess wie das zu bearbeitende Bauteil 1 beschichtet werden und durch wiederholte Beschichtung auch mehrmals im beschriebenen Verfahren verwendet werden. In weiteren Ausführungsbeispielen können als die Werkzeuge 4 auch mehrere der Bauteile 2 verwendet werden.
Das Bauteil 2 wird zusammen mit mehreren der Werkzeuge 4 wie in Figur 1 dargestellt in eine Trommel 6 mit Mitnehmern an einer Trommelwand gegeben, die sich anschließend um ihre horizontale Längsachse dreht. Hierzu ist die Trommel 6 verschließbar, so dass sich ein abgeschlossener Raum ergibt, der von den Trommelwänden begrenzt wird. In diesem abgeschlossenen Raum herrscht eine Temperatur von 20 °C und es wird ein Anpressdruck von 0,5 N/mm2 verwendet. Durch die Drehbewegung kommt es zu einer Schüttgutbewegung der als lose Schüttung ausgeführten Menge des Bauteils 2 und der Werkzeuge 4 in der Trommel 6 und damit zu einer Relativbewegung des mit der ersten Kohlenstoffbeschichtung 1 versehenen Bauteils 2 und den Werkzeugen 4, die mit der zweiten Kohlenstoffbeschichtung 3 versehen sind. Dies führt zu einem gegenseitigen Entfernen von Rauheitsspitzen auf den Koh- lenstoffbeschichtungen 1, 3. Nach einer hinreichend langen Zeit von circa 15 Minuten wird die Drehbewegung gestoppt, die Trommel 6 geöffnet und das geglättete Bauteil 2 sowie die geglätteten Werkzeuge 4 werden entnommen. Die Außenoberfläche der ersten Kohlenstoffbeschichtung 1 weist nun eine deutlich reduzierte Rauheit Rz von 0,5 μιη auf. Die Ra-Rauheit beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 0,05 μιη. Schließlich kann ein entstan- dener Abrieb durch Spülen mit einer geeigneten Lösung, beispielsweise einem wässrigen Medium als Reinigungsmedium, das neutral oder alkalisch sein kann, entfernt werden. Dieses Spülen kann sowohl während der Oberflächenbearbeitung als auch als separater Verfahrensschritt nach Beenden der Oberflächenbearbeitung durchgeführt werden. Das beschriebene Verfahren funktioniert somit bei Raumtemperatur ohne einen Einsatz eines Läpp- oder Po- liermittels und ohne Zusatz eines Fluids zum Glätten. In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine linear ausschließlich in einer Richtung erfolgende Bewegung, eine oszillierende lineare Bewegung oder eine chaotische Bewegung ohne vorgegebenes Muster erfolgen. Zumindest einige, aber auch alle der ersten Kohlenstoffbeschichtungen 1 und bzw. oder der zweiten Kohlenstoffbeschichtungen 2 können Vertiefungen 7 aufweisen, die durch harte Kohlenstoffpartikel beim Herstellen der jeweiligen Kohlenstoffbeschichtung 1, 2 mittels des Vakuumlichtbogenverfahrens herrühren. Die harten Kohlenstoffpartikel werden beim Glätten aus der jeweili- gen Kohlenstoffbeschichtung 1, 2 herausgebrochen und es verbleibt die Vertiefung 7 als Defekt der jeweiligen Schicht. Die Vertiefung 7 bzw., da meistens mehrere Defekte vorliegen, die Vertiefungen 7 der jeweiligen Kohlenstoffbeschichtung 1, 2 weisen eine Breite von durchschnittlich 1 μιη auf. Das Verfahren kann ohne Zugabe von Hilfsstoffen durchgeführt werden, es ist aber auch möglich, ein Eisenpulver 5 in die Trommel 6 und bzw. oder auf eine Außenoberfläche der Kohlenstoffbeschichtungen 1, 3 aufzubringen, um durch eine chemisch-katalytische Wirkung des Eisens die Glättung zu unterstützen. Typischerweise weist somit sowohl die erste Kohlenstoffbeschichtung 1 als auch die zweite Kohlenstoffbeschichtung 2 einen Kohlenstoffanteil von
95 Prozent biss 99 Prozent auf. Geringe Anteile an Fremdpartikeln sind aufgrund des Herstellungsverfahrens bzw. des Glättens nicht zu vermeiden.
Generell eignen sich für das beschriebene Verfahren Prozesse, wie sie auch beim Gleitschleifen verwendet werden, also z. B. Trommelgleitschleifen, Vibrationsgleitschleifen sowie Fliehkraftspanen. Voraussetzung ist, dass das Bauteil 2 als das zu glättende Teil auf seiner Oberfläche weitgehend, also beispielsweise zu mindestens 60 Prozent, mit Kohlenstoff beschichtet ist, da es an unbeschichteten Stellen sonst zu einer Beschädigung, d. h. einer Aufrau- hung, kommt. Typischerweise ist das mit der ersten Kohlenstoffbeschichtung 1 versehene Bauteil 2 eine Gleitkomponente wie ein Kolbenbolzen, eine Kettenhülse oder ein Tassenstößel. Es kann generell für Automobilanwendungen, d. h. Anwendungen in Personenkraftwagen (PKW) oder Nutzkraftwagen (NKW), bzw. Mo- torrädern in deren Motor, Antriebsstrang, Pumpen, Kraftstoffeinspritzung und
Hilfsaggregaten, insbesondere Kettentriebskomponenten, Kolbenbolzen, Ventiltriebskomponenten oder Zahnrädern verwendet werden. Zudem können auch Komponenten von stationären Pumpen, beispielsweise Pumpenkolben, Wellen oder Stößel, oder mit Kohlenstoff beschichtete Maschinenbau- komponenten wie Zahnräder, Führungsschienen, Wellen oder Maschinen an
Be- und Verarbeitungsmaschinen, z. B. in Textilmaschinen und in Maschinen der Papier- und Druckindustrie mit dem beschriebenen Verfahren bearbeitet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für eine definierte Oberflächenbearbeitung einer auf einer Oberfläche eines Bauteils (2) aufgebrachten ersten Kohlenstoffbeschichtung (1), bei dem die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) mit mindestens einer zweiten Kohlenstoffbeschichtung (3), die auf einer Oberfläche eines Werkzeugs (4) ausgebildet ist, in berührenden Kontakt gebracht wird und die beiden Kohlenstoffbeschichtungen (1, 3) relativ parallel zueinander bewegt werden, so dass die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) mit der zweiten Kohlenstoffbeschichtung (3) geglättet wird, wobei die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) und/oder die zweite Kohlenstoffbeschichtung (3) aus a-C oder ta-C ausgebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kohlenstoffbeschichtung (1) und eine zweite Kohlenstoffbeschichtung (3) aus einem harten Kohlenstoff mit einer Härte von mindestens 2000 HV eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Härte der ersten Kohlenstoffbeschichtung (1) von einer Härte der zweiten Kohlenstoffbeschichtung (3) verschieden ist und/oder um maximal zehn Prozent, vorzugsweise um maximal fünf Prozent, besonders vorzugsweise um maximal zwei Prozent von der Härte der zweiten Kohlenstoffbeschichtung (3) abweicht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) und die zweite Kohlenstoffbeschichtung (3) ausschließlich linear in einer Richtung, linear oszillierend, rotierend oder in einer chaotischen Bewegung relativ zueinander bewegt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpressdruck zwischen 0,5 N/mm2 und 500 N/mm2, vorzugsweise zwischen 1 N/mm2 und 100 N/mm2 verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) und/oder die zweite Kohlenstoffbeschichtung (3) durch ein Vakuumlichtbogenbe- schichtungsverfahren abgeschieden wird/werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) bei einer Umgebungstemperatur zwischen 18 °C und 25 °C geglättet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) und die zweite Kohlenstoffbeschichtung (3) ausschließlich durch die Relativbewegung zueinander geglättet werden oder ein Eisenpulver (5) zum Unterstützen des Glättens auf die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) und/oder die zweite Kohlenstoffbeschichtung (3) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Bauteil (2) während des Glättens und/oder nach dem Glätten mit einem Fluid von bei dem Glätten abgeschiedenen Partikeln gereinigt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteil (2) in eine lose Schüttung mehrerer der Werkzeuge (4) eingebracht und das/die Bauteile (2) mit den Werkzeugen (4) bewegt wird/werden.
11. Bauteil (2) mit einer ersten Kohlenstoffbeschichtung (1) in einem geglätteten Zustand, wobei die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) aus a-C oder ta-C ausgebildet ist und mindestens einen Defekt in Form einer Vertiefung (7) aufweist.
12. Bauteil (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Kohlenstoffbeschichtung (1) eine Ra-Rauheit zwischen 0,03 μιη und 0,2 μιη, vorzugsweise zwischen 0,05 μιη und 0,15 μιη, eingehalten ist.
13. Bauteil (2) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der ersten Kohlenstoffbeschichtung (1) eine Rz-Rauheit zwischen 0,3 μιη bis 2 μιη, vorzugsweise zwischen 0,5 μιη und 1,5 μιη, eingehalten ist.
14. Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der ersten Kohlenstoffbeschichtung (1) zwischen 0,5 μιη und 30 μιη, vorzugsweise zwischen 1 μιη und 5 μιη, eingehalten ist.
15. Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) aus einem harten Kohlenstoff mit einer Härte von mindestens 2000 HV ausgebildet ist.
16. Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) durch ein Vakuumlichtbogenverfahren abgeschieden ist.
17. Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Defekt eine Breite zwischen 0,05 μιη und 10 μιη, vorzugsweise zwischen 0,1 μιη und 3 μιη aufweist.
18. Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kohlenstoffbeschichtung (1) einen Kohlenstoffanteil von mindestens 95 Prozent, vorzugsweise mindestens 99 Prozent aufweist.
EP16709760.9A 2015-03-11 2016-03-10 Verfahren für eine definierte oberflächenbearbeitung einer auf einer oberfläche eines bauteils aufgebrachten ersten kohlenstoffbeschichtung Pending EP3268506A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015204395.9A DE102015204395A1 (de) 2015-03-11 2015-03-11 Verfahren für eine definierte Oberflächenbearbeitung einer auf einer Oberfläche eines Bauteils aufgebrachten ersten Kohlenstoffbeschichtung
PCT/EP2016/055147 WO2016142473A1 (de) 2015-03-11 2016-03-10 Verfahren für eine definierte oberflächenbearbeitung einer auf einer oberfläche eines bauteils aufgebrachten ersten kohlenstoffbeschichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3268506A1 true EP3268506A1 (de) 2018-01-17

Family

ID=55527555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16709760.9A Pending EP3268506A1 (de) 2015-03-11 2016-03-10 Verfahren für eine definierte oberflächenbearbeitung einer auf einer oberfläche eines bauteils aufgebrachten ersten kohlenstoffbeschichtung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10633735B2 (de)
EP (1) EP3268506A1 (de)
DE (1) DE102015204395A1 (de)
WO (1) WO2016142473A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019213573A1 (de) * 2019-09-06 2021-03-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Ausbildung einer mit ta-C gebildeten Schicht oder einer mit mindestens einer mit ta-C gebildeten Schicht gebildeten Beschichtung sowie damit ausgebildet ta-C-Schicht oder Beschichtung
DE102020210952B3 (de) * 2020-08-31 2021-10-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung an rotationssymmetrischen Oberflächen metallischer Antriebselemente

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5846122A (en) * 1995-04-25 1998-12-08 Lucent Technologies Inc. Method and apparatus for polishing metal-soluble materials such as diamond
JP2006009080A (ja) * 2004-06-25 2006-01-12 Hitachi Ltd 摺動部材及び該摺動部材の表面処理方法
DE102006010916A1 (de) * 2006-03-01 2007-09-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen einer Beschichtung aus hartem Kohlenstoff
US8691364B2 (en) * 2006-10-13 2014-04-08 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Laminate, and polishing material and grinding material using the same, and method for producing the laminate
DE102011076410A1 (de) * 2011-05-24 2012-11-29 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Maschinenelement
DE102012211864A1 (de) * 2012-07-06 2014-05-22 Mahle International Gmbh Verfahren zur Herstellung/Bearbeitung eines Nockens

Also Published As

Publication number Publication date
US20180051367A1 (en) 2018-02-22
DE102015204395A1 (de) 2016-09-15
US10633735B2 (en) 2020-04-28
WO2016142473A1 (de) 2016-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19754489B4 (de) Zahnkette
DE102013212700A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Schleifeinheit
WO2016142473A1 (de) Verfahren für eine definierte oberflächenbearbeitung einer auf einer oberfläche eines bauteils aufgebrachten ersten kohlenstoffbeschichtung
DE102019101969A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Lagerkörpers einer Gleitlageranordnung und Lagerkörper
EP2682230A2 (de) Verfahren zur Herstellung/Bearbeitung eines Nockens
EP3175036A1 (de) Verfahren zur herstelung oder bearbeitung einer walze, walze und funktionsschicht einer walze
DE102016210507B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche an einem Maschinenelement sowie Maschinenelement
DE102022123890B3 (de) Lasertexturierte Arbeitswalze für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk, Verfahren zum Herstellen einer lasertexturierten Arbeitswalze für den Einsatz in einem Kaltwalzwerk und Kaltwalzwerk
DE102008032656A1 (de) Vefahren zur Beschichtung eines Zahnrads
WO2008074560A2 (de) Verfahren zur herstellung eines synchronringes einer synchronisiereinrichtung
DE10249818A1 (de) Oberfläche eines Körpers, auf dem ein anderer Körper in einer bevorzugten Gleitrichtung gegeneinander gleitend anordenbar ist
DE102020202896A1 (de) Auftrags-/Schöpfwalze und Verfahren zu seiner Herstellung
EP2618029A1 (de) Beschichtetes Zahnrad
DE102012216810A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs
DE102019213464B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Reibbremskörpers für eine Reibbremse eines Kraftfahrzeugs
DE102020121239A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Schiebemuffe für eine Synchronisierungseinheit, Schiebemuffe sowie Synchronisierungseinheit
DE102014220866B3 (de) Verfahren zum Herstellen von Funktionsflächen, insbesondere Verzahnungen, und nach diesem Verfahren hergestellte Funktionsflächen
DE102009018407A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer gebauten Nockenwelle
DE102016009467B4 (de) Verfahren und Werkzeug zum Erhöhen einer Belastbarkeit eines Zahnrads
DE102004053000B3 (de) Bauteil für eine Synchronisationseinrichtung und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102017217933A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnradbauteils eines Getriebes, insbesondere eines Windkraft-Planetengetriebes
EP3132893A1 (de) Verfahren und anlage zum bearbeiten und aufrauen einer oberfläche
DE102016223772A1 (de) Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderwand und Zylinderkurbelgehäuse mit bearbeiteter Zylinderwand
DE102022125066A1 (de) Verfahren zum Glattwalzen von Werkstückoberflächen
DE102018216615A1 (de) Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Metallgegenstands

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20170925

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20200326

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V.