EP3631039A1 - Method for producing a component with at least one wear-reduced surface section, and component - Google Patents

Method for producing a component with at least one wear-reduced surface section, and component

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Publication number
EP3631039A1
EP3631039A1 EP18727266.1A EP18727266A EP3631039A1 EP 3631039 A1 EP3631039 A1 EP 3631039A1 EP 18727266 A EP18727266 A EP 18727266A EP 3631039 A1 EP3631039 A1 EP 3631039A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
layer
wear
contact layer
nitrocarburizing
Prior art date
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Pending
Application number
EP18727266.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Waletzek
Karl-Otto Englert
Ralf Gragen
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3631039A1 publication Critical patent/EP3631039A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
    • C23C8/30—Carbo-nitriding
    • C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
    • 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
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    • 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
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/40—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C8/52—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions more than one element being applied in one step
    • C23C8/54—Carbo-nitriding
    • C23C8/56—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
    • 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
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80—After-treatment

Definitions

  • the present invention relates to a method for the production of a component, in particular one in tribological contact with another hereby corresponding component with at least one wear-reduced
  • the invention relates to a manufactured according to this manufacturing method component with special properties.
  • the field of application of the invention extends primarily to the production of components which are to be provided with each other in frictional contact with a wear and / or corrosion protection.
  • armature and / or guide sleeves of electromagnetic linear actuators of magnetic pumps in DNOX systems for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas have such wear-reduced surface sections.
  • DE 10 2007 0367 12 Al discloses a generic method for producing a component with a wear-reduced surface section.
  • the component is in the form of a side plate for a Sp Dreckbandmechanik comprising a body with a guide groove, wherein a
  • Edge region of the spreader engages.
  • the region of the guide groove is provided at least in sections with a wear-reduced surface section relative to the edge of the spreader belt. While the spreader strip including edge region consists of a hardened steel, the
  • the wear-reduced surface portion from the side window as hereby Corresponding component with a coating of a metal matrix with PTFE particles (Teflon) provided.
  • the metal matrix is preferably a nickel-phosphorus matrix in which the PTFE particles with a diameter of approximately 1 ⁇ m and a proportion of approximately 25% are incorporated.
  • a PTFE coating to improve the tribological properties of a component after the mechanical processing of the component, which is usually designed as a steel component, takes place in the uncured state. Subsequently, the surface of the component is treated by blasting to increase the roughness, in order to increase the adhesive properties of the subsequent coating.
  • a galvanic layer is applied, on which the PTFE coating is applied.
  • the invention includes the procedural teaching that the component after shaping in the region of the surface portion, which
  • nitrocarburizing is a known thermochemical method for enriching the surface layer of the component with nitrogen and carbon. This results in a nitriding layer, consisting of bonding and diffusion layer. In contrast, in simple nitriding, only nitrogen would be incorporated into the component surface.
  • Nitrocarburizing of the surface portion is preferably carried out in the form of gas nitrocarburizing at a process temperature between 400 ° and 600 ° C., preferably between 450 ° to 600 ° C.
  • plasma nitriding and salt bath nitriding could also take place.
  • particularly high adhesive properties of the bonding layer can be achieved in the preferred temperature range.
  • Gas nitrocarburizing can be combined with post oxidation.
  • Gas nitrocarburizing preferably takes place at the indicated process temperature in a gas mixture which contains nitrogen and carbon donating components, preferably ammonia and carbon dioxide.
  • nitrogen and carbon donating components preferably ammonia and carbon dioxide.
  • the aim is to improve the wear resistance and corrosion resistance of low to medium sized sites.
  • the component should be subjected to a cooling step to about 300 ° to 400 ° C, after which only the application of the PTFE coating as a contact layer for wear reduction takes place.
  • This cooling step can be achieved more efficiently by immersing or spraying the component with a liquid PTFE dispersion, so that the necessary cooling to the aforementioned temperature range is combined with the application of the contact layer in the sense of functional integration.
  • the contact layer to be applied to the compound layer may contain not only PTFE but also at least one filler.
  • a filler for example, MoS2 or ZnO is suitable.
  • the coating temperature or the component temperature must be reduced to below 100 ° C. before wetting, for example, and then heated again for crosslinking.
  • the component is preferably fully machined prior to the wear-reducing coating to produce the final component mold.
  • the material used is in particular a free-cutting steel, preferably HSMn30.
  • the shaping can be done so far by machining, for example, turning, drilling or milling.
  • Component pairing tolerance is used with respect to a further component in tribological contact herewith.
  • it is proposed to carry out the bonding layer with a layer thickness in the range between 5 to 15 ⁇ m.
  • the component an anchor or a sleeve of a electromagnetic Hubantriebs, so can be set hereby the residual air gap of this component pairing, to prevent a so-called magnetic sticking.
  • FIG. 1 shows a flow chart representation of method steps for producing a component with a wear-reduced surface section
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a metallographic cut of a component coated according to the method according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a temperature-time diagram of a method sequence in the form of separate batch processes according to a first example
  • Figure 4 is a temperature-time diagram of a process flow in the form of a combined, continuous process according to a second example.
  • the component 1 forms an armature of an electromagnetic linear actuator (not shown here) which is to be provided with a wear-reduced surface section 2 along the entire lateral surface.
  • an electromagnetic linear actuator (not shown here)
  • a wear-reduced surface section 2 along the entire lateral surface.
  • a free-cutting steel of the grade llSMn30 steel is selected in a first step. Starting from this, the steel material is machined in a subsequent step a by turning and milling to obtain the desired approximately cylindrical shape. This machining takes place in a soft, ie uncured, material state.
  • a contact layer 4 to the compound layer 3 by spraying the component 1 with a PTFE dispersion, which also contains fillers in addition to PTFE. Subsequently, in the course of the further cooling, a mechanical crosslinking of the contact layer 4 to produce a reliable surface adhesion on the
  • the connecting layer 3 is due to the porosity here not alone as a primer for the
  • FIG. 3 shows a sequence of the method according to the invention in the course of separate batch processes, wherein step b of nitrocarburizing is carried out in an evacuated chamber furnace and the subsequent step of applying the PTFE contact layer by spraying the component outside the chamber furnace.
  • the mechanically finished component is first during a
  • Period I heated to a temperature of about 450 ° to 600 ° C, here a pre-oxidation takes place. During the period II, the
  • Period IV to about 200 ° C by spraying that component surface, which was previously provided as a result of gas nitrocarburizing with a bonding layer.
  • the mechanical crosslinking of the contact layer is carried out on the bonding layer at a temperature of about 350 ° C, to which the component is heated again accordingly.
  • a repeated warming and cooling of the component takes place for carrying out the method according to the invention.
  • a stepwise heating of the component of a temperature of at least 450 ° C is performed. This is a pre-oxidation.
  • the component is controlled by means of liquid nitrogen cooled to about 300 ° to 400 ° C before further quenching takes place by immersing the component in a liquid PTFE dispersion to form the contact layer.
  • Component heat can be carried out a mechanical crosslinking of the contact layer on the previously applied by the gas nitrocarburizing compound layer, which also takes place during the period IV.

Abstract

The invention relates to a method for producing a component (1) and to the component itself with at least one wear-reduced surface section (2), said component a) consisting of a steel material in order to undergo a shaping process, wherein the following machining steps are carried out: b) nitrocarburizing the surface section (2) in order to produce a connection layer (3), and c) applying a PTFE-containing contact layer (4) for reducing wear onto the component (1) connection layer (3) applied in the region of the surface section (2).

Description

Beschreibung Titel:  Description Title:
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit zumindest einem  Method for producing a component with at least one
verschleißreduzierten Oberflächenabschnitt sowie Bauteil selbst wear-reduced surface section and component itself
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines im tribologischen Kontakt zu einem weiteren hiermit korrespondierenden - Bauteil mit zumindest einem verschleißreduzierten The present invention relates to a method for the production of a component, in particular one in tribological contact with another hereby corresponding component with at least one wear-reduced
Oberflächenabschnitt, welches aus einem Stahlmaterial bestehend zunächst zur Formgebung bearbeitet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein nach diesem Herstellungsverfahren gefertigtes Bauteil mit speziellen Eigenschaften. Surface section, which is processed from a steel material initially for shaping. Furthermore, the invention relates to a manufactured according to this manufacturing method component with special properties.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Herstellung von Bauteilen, welche miteinander in Reibkontakt stehend mit einem Verschleiß- und/oder Korrosionsschutz zu versehen sind. Beispielsweise weisen Anker und/oder Führungshülsen elektromagnetischer Hubantriebe von Magnetpumpen in DNOX-Systemen zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas derartige verschleißreduzierte Oberflächenabschnitte auf. The field of application of the invention extends primarily to the production of components which are to be provided with each other in frictional contact with a wear and / or corrosion protection. For example, armature and / or guide sleeves of electromagnetic linear actuators of magnetic pumps in DNOX systems for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas have such wear-reduced surface sections.
Stand der Technik State of the art
Die DE 10 2007 0367 12 AI offenbart ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem verschleißreduzierten Oberflächenabschnitt. Das Bauteil ist in Form einer Seitenscheibe für eine Spreizbandmechanik ausgebildet, die einen Korpus mit einer Führungsnut umfasst, worin ein DE 10 2007 0367 12 Al discloses a generic method for producing a component with a wear-reduced surface section. The component is in the form of a side plate for a Spreizbandmechanik comprising a body with a guide groove, wherein a
Kantenbereich des Spreizbandes eingreift. Der Bereich der Führungsnut ist zumindest abschnittsweise mit einem bezogen auf die Kante des Spreizbandes verschleißreduzierten Oberflächenabschnitt versehen. Während das Spreizband samt Kantenbereich aus einem durchgehärteten Stahl besteht, ist der Edge region of the spreader engages. The region of the guide groove is provided at least in sections with a wear-reduced surface section relative to the edge of the spreader belt. While the spreader strip including edge region consists of a hardened steel, the
verschleißreduzierte Oberflächenabschnitt seitens der Seitenscheibe als hiermit korrespondierendes Bauteil mit einer Beschichtung aus einer Metallmatrix mit PTFE-Partikeln (Teflon) versehen. Dabei ist die Metallmatrix vorzugsweise eine Nickel-Phosphor-Matrix, in welche die PTFE-Partikel mit einem Durchmesser von circa 1 μηι und einem Anteil von circa 25 % eingebaut sind. Die Herstellung eines solchen verschleißreduzierten Oberflächenabschnitts erfordert mehrere wear-reduced surface portion from the side window as hereby Corresponding component with a coating of a metal matrix with PTFE particles (Teflon) provided. In this case, the metal matrix is preferably a nickel-phosphorus matrix in which the PTFE particles with a diameter of approximately 1 μm and a proportion of approximately 25% are incorporated. The production of such a wear-reduced surface section requires several
Verfahrensschritte. Process steps.
Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik erfolgt die Aufbringung einer PTFE-Beschichtung zur Verbesserung von tribologischen Eigenschaften eines Bauteils nach der mechanischen Bearbeitung des Bauteils, welches in der Regel als Stahlbauteil ausgeführt ist, im ungehärteten Zustand. Anschließend wird die Oberfläche des Bauteils durch Strahlen zur Rauheitssteigerung behandelt, um die Hafteigenschaften der anschließenden Beschichtung zu steigern. Diesbezüglich wird zunächst eine galvanische Schicht aufgetragen, auf welcher die PTFE-Beschichtung aufgetragen wird. According to the generally known state of the art, the application of a PTFE coating to improve the tribological properties of a component after the mechanical processing of the component, which is usually designed as a steel component, takes place in the uncured state. Subsequently, the surface of the component is treated by blasting to increase the roughness, in order to increase the adhesive properties of the subsequent coating. In this regard, first a galvanic layer is applied, on which the PTFE coating is applied.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem verschleißreduzierten Oberflächenabschnitt zu schaffen, welches mit wenigen Verfahrensschritten einen wirksamen It is the object of the present invention to provide a method for producing a component with a wear-reduced surface portion, which with a few process steps an effective
Verschleißschutz im tribologischen Kontakt mit einem hierzu korrespondierenden Bauteil ermöglicht. Wear protection in tribological contact with a corresponding component allows.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines mit diesem Herstellungsverfahren erzeugten Bauteil und dessen speziellen Materialeigenschaften wird auf Anspruch 7 verwiesen. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüchen geben vorteilhafte The object is achieved on the basis of a method according to the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. With regard to a component produced by this manufacturing method and its specific material properties, reference is made to claim 7. The respective dependent dependent claims give advantageous
Weiterbildungen der Erfindung wieder. Further developments of the invention.
Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, dass das Bauteil nach Formgebung im Bereich des Oberflächenabschnitts, welchem The invention includes the procedural teaching that the component after shaping in the region of the surface portion, which
verschleißreduzierte Eigenschaften verliehen werden sollen, zunächst einem Nitrocarburieren unterzogen wird, womit eine Verbindungsschicht erzeugt wird. Nach dem Nitrocarburieren erfolgt die Aufbringung einer PTFE-Schicht in Form einer Kontaktschicht zur Verschleißreduktion. Bei Nitrocarburieren handelt es sich um ein an sich bekanntes thermochemisches Verfahren zum Anreichern der Randschicht des Bauteils mit Stickstoff und Kohlenstoff. Hierdurch entsteht eine Nitrierschicht, bestehend aus Verbindungs- und Diffusionsschicht. Im Gegensatz dazu würde beim einfachen Nitrieren lediglich Stickstoff in die Bauteiloberfläche eingelagert werden. wear-reduced properties are to be imparted, is first subjected to a nitrocarburizing, whereby a connecting layer is generated. After nitrocarburizing, the application of a PTFE layer in the form of a contact layer for wear reduction takes place. Nitrocarburizing is is a known thermochemical method for enriching the surface layer of the component with nitrogen and carbon. This results in a nitriding layer, consisting of bonding and diffusion layer. In contrast, in simple nitriding, only nitrogen would be incorporated into the component surface.
Der Vorteil des erfindungsgemäß erzeugten verschleißreduzierten The advantage of the wear-reduced generated according to the invention
Oberflächenabschnitts eines Bauteils besteht in dessen hoher Härte von circa 1200 HV. Der Verfahrensschritt des Nitrocarburierens schafft eine Porigkeit der Verbindungsschicht als Haftgrundlage für die Kontaktschicht aus PTFE. Aufgrund der geschlossenen Verbindungsschicht wird ein wirksamer Korrosionsschutz erzielt. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren stellt sowohl eine Surface section of a component consists in its high hardness of about 1200 HV. The process step of nitrocarburizing creates a porosity of the bonding layer as an adhesion base for the contact layer of PTFE. Due to the closed connection layer effective corrosion protection is achieved. The production process according to the invention provides both a
Kombination (A) als auch eine getrennte Prozessfolge (B) aus Combination (A) and a separate process sequence (B)
Wärmebehandlung für das Nitrocarburieren mit PTFE-Beschichtung dar, so das Prozesszwischenschritte, beispielsweise (wie A) ein wiederaufheizen, auch entfallen können. Dies führt zu einer Reduzierung der Verfahrensdauer sowie des Energieaufwandes. Durch die Einsparung des ansonsten üblichen Heat treatment for nitrocarburizing with PTFE coating, so the intermediate process steps, for example (as A) a reheat, can also be omitted. This leads to a reduction in the duration of the process and the energy consumption. By saving the otherwise usual
Zwischenschritts eines Strahlens zur Steigerung der Oberflächenrauigkeit werden Mikro-Grate an der Bauteiloberfläche vermieden, so dass keine Intermediate step of blasting to increase the surface roughness avoids micro-burrs on the component surface, leaving no
Materialpartikel den tribologischen Kontakt verschlechtern würden. Da ferner ein Strahlen zur Rauigkeitsteigerung bei harten Bauteilen nicht möglich ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbringung einer PTFE-Beschichtung auf ganz andere Materialsorten, insbesondere Stahlsorten, ausgedehnt werden. Material particles would worsen the tribological contact. Further, since blasting to increase the roughness of hard components is not possible, the inventive method for applying a PTFE coating to completely different types of materials, especially steel grades, can be extended.
Vorzugsweise erfolgt das Nitrocarburieren des Oberflächenabschnitts in Form eines Gasnitrocarburierens bei einer Prozesstemperatur zwischen 400° und 600° C, vorzugsweise zwischen 450° bis 600° C. Alternativ könnte auch Plasma- Nitrieren und Salzbad-Nitrieren stattfinden. Versuche haben ergeben, dass in dem bevorzugten Temperaturbereich besonders hohe Hafteigenschaften der Verbindungsschicht erzielbar sind. Das Gasnitrocarburieren kann mit einer Nachoxidation verbunden werden. Nitrocarburizing of the surface portion is preferably carried out in the form of gas nitrocarburizing at a process temperature between 400 ° and 600 ° C., preferably between 450 ° to 600 ° C. Alternatively, plasma nitriding and salt bath nitriding could also take place. Experiments have shown that particularly high adhesive properties of the bonding layer can be achieved in the preferred temperature range. Gas nitrocarburizing can be combined with post oxidation.
Ein Gasnitrocarburieren erfolgt bei der angegebenen Prozesstemperatur vorzugsweise in einem Gasgemisch, welches Stickstoff und Kohlenstoff abgebende Komponenten beinhaltet, vorzugsweise Ammoniak und Kohlendioxid. Ziel ist es, die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit von niedrig bis mittellegierten Stellen zu verbessern. Gas nitrocarburizing preferably takes place at the indicated process temperature in a gas mixture which contains nitrogen and carbon donating components, preferably ammonia and carbon dioxide. The aim is to improve the wear resistance and corrosion resistance of low to medium sized sites.
Anschließend sollte das Bauteil einem Abkühlungsschritt auf circa 300° bis 400° C unterzogen werden, wonach erst die Aufbringung der PTFE-Beschichtung als Kontaktschicht zur Verschleißreduktion erfolgt. Dieser Abkühlungsschritt lässt sich effizienter Weise durch Eintauchen oder Bespritzen des Bauteils mit einer flüssigen PTFE-Dispersion erzielen, so dass im Sinne einer Funktionsintegration die notwendige Abkühlung auf den vorgenannten Temperaturbereich mit der Aufbringung der Kontaktschicht kombiniert wird. Subsequently, the component should be subjected to a cooling step to about 300 ° to 400 ° C, after which only the application of the PTFE coating as a contact layer for wear reduction takes place. This cooling step can be achieved more efficiently by immersing or spraying the component with a liquid PTFE dispersion, so that the necessary cooling to the aforementioned temperature range is combined with the application of the contact layer in the sense of functional integration.
Zur Herstellung einer optimalen Oberflächenhaftung der Kontaktschicht auf der Verbindungsschicht wird gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme nach der Aufbringung der Kontaktschicht eine mechanische In order to produce an optimum surface adhesion of the contact layer on the connection layer, according to a measure which further improves the invention after the application of the contact layer, a mechanical
Vernetzung bei einer Temperatur zwischen 300° und 450° C herbeigeführt. Crosslinking at a temperature between 300 ° and 450 ° C brought about.
Die auf die Verbindungschicht aufzubringende Kontaktschicht kann neben PTFE auch mindestens einen Füllstoff enthalten. Als Füllstoff eignet sich beispielsweise MoS2 oder ZnO. In diesem Zusammenhang muss die Beschichtungstemperatur oder die Bauteiltemperatur vor der Benetzung auf beispielsweise unter 100 °C reduziert werden und anschließend wieder zum Vernetzen erwärmt werden. The contact layer to be applied to the compound layer may contain not only PTFE but also at least one filler. As a filler, for example, MoS2 or ZnO is suitable. In this connection, the coating temperature or the component temperature must be reduced to below 100 ° C. before wetting, for example, and then heated again for crosslinking.
Das Bauteil wird vorzugsweise vor der verschleißmindernden Beschichtung vollständig mechanisch bearbeitet, um die Bauteilendform zu erzeugen. Als Material eignet sich insbesondere ein Automatenstahl, vorzugsweise HSMn30. Die Formgebung kann insoweit durch spanende Bearbeitung, beispielsweise Drehen, Bohren oder Fräsen durchgeführt werden. The component is preferably fully machined prior to the wear-reducing coating to produce the final component mold. The material used is in particular a free-cutting steel, preferably HSMn30. The shaping can be done so far by machining, for example, turning, drilling or milling.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird According to a further measure improving the invention
vorgeschlagen, dass die auf das Bauteil aufgebrachte Verbindungsschicht im Sinne einer Funktionsintegration auch zur Einstellung einer proposed that the compound layer applied to the component in the sense of functional integration also for setting a
Bauteilpaarungstoleranz gegenüber eines im tribologischen Kontakt hiermit stehenden weiteren Bauteils genutzt wird. Insoweit wird vorgeschlagen, die Verbindungsschicht mit einer Schichtdicke im Bereich zwischen 5 bis 15 μηι auszuführen. Ist das Bauteil ein Anker oder eine Hülse eines elektromagnetischen Hubantriebs, so lässt sich hierüber der Restluftspalt dieser Bauteilpaarung einstellen, um ein sogenanntes magnetisches Kleben zu verhindern. Component pairing tolerance is used with respect to a further component in tribological contact herewith. In that regard, it is proposed to carry out the bonding layer with a layer thickness in the range between 5 to 15 μm. Is the component an anchor or a sleeve of a electromagnetic Hubantriebs, so can be set hereby the residual air gap of this component pairing, to prevent a so-called magnetic sticking.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to figures.
Ausführungsbeispiele embodiments
Es zeigt: It shows:
Figur 1 eine Flowchart-Darstellung von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Bauteils mit einem verschleißreduzierten Oberflächenabschnitt, FIG. 1 shows a flow chart representation of method steps for producing a component with a wear-reduced surface section,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines metallographischen Schliffs eines gemäß des Verfahrens nach Figur 1 beschichteten Bauteils, FIG. 2 shows a schematic representation of a metallographic cut of a component coated according to the method according to FIG. 1,
Figur 3 ein Temperatur-Zeit-Diagramm eines Verfahrensablaufes in Form von getrennten Batch-Prozessen gemäß eines ersten Beispiels, und 3 shows a temperature-time diagram of a method sequence in the form of separate batch processes according to a first example, and FIG
Figur 4 ein Temperatur-Zeit-Diagramm eines Verfahrensablaufes in Form eines kombiniert, kontinuierlichen Prozesses gemäß eines zweiten Beispiels. Figure 4 is a temperature-time diagram of a process flow in the form of a combined, continuous process according to a second example.
Gemäß Figur 1 bildet das Bauteil 1 einen Anker eines - hier nicht weiter dargestellten - elektromagnetischen Hubantriebs, welches entlang der gesamten Mantelfläche mit einem verschleißreduzierten Oberflächenabschnitt 2 zu versehen ist. Als Halbzeug wird in einem ersten Schritt ein Automatenstahl der Stahlsorte llSMn30 ausgewählt. Ausgehend hiervon wird das Stahlmaterial in einem nachfolgenden Schritt a spanend durch Drehen und Fräsen bearbeitet um die gewünschte in etwa zylindrische Formgebung zu erhalten. Diese spanende Bearbeitung erfolgt im weichen, also ungehärteten, Materialzustand. According to FIG. 1, the component 1 forms an armature of an electromagnetic linear actuator (not shown here) which is to be provided with a wear-reduced surface section 2 along the entire lateral surface. As a semi-finished product, a free-cutting steel of the grade llSMn30 steel is selected in a first step. Starting from this, the steel material is machined in a subsequent step a by turning and milling to obtain the desired approximately cylindrical shape. This machining takes place in a soft, ie uncured, material state.
In einem nachfolgenden Schritt b wird der Oberflächenabschnitt 2 durch In a subsequent step b, the surface portion 2 by
Gasnitrocarburieren in einem evakuierten Kammerofen mit einer Gas nitrocarburizing in an evacuated chamber furnace with a
Verbindungsschicht 3 versehen. Connection layer 3 provided.
Im einem anschließenden Schritt c erfolgt die Aufbringung einer Kontaktschicht 4 auf die Verbindungschicht 3 durch Bespritzen des Bauteils 1 mit einer PTFE- Dispersion, die neben PTFE auch Füllstoffe enthält. Anschließend erfolgt im Zuge der weiteren Abkühlung ein mechanisches Vernetzen der Kontaktschicht 4 zur Herstellung einer zuverlässigen Oberflächenhaftung auf der In a subsequent step c, the application of a contact layer 4 to the compound layer 3 by spraying the component 1 with a PTFE dispersion, which also contains fillers in addition to PTFE. Subsequently, in the course of the further cooling, a mechanical crosslinking of the contact layer 4 to produce a reliable surface adhesion on the
Verbindungsschicht 3. Connection layer 3.
Nach dem aus Figur 2 ersichtlichen metallographischen Schliff des Bauteils 1 befindet im Ergebnis dieses Herstellungsverfahrens eine auf den After the apparent from Figure 2 metallographic grinding of the component 1 is located as a result of this manufacturing process on the
Oberflächenabschnitt 2 des Bauteils 1 aufgebrachte Verbindungsschicht 3 einer Schichtdicke zwischen 5 bis 15 μηι. Über die aufgebrachte Schichtdicke für die Verbindungsschicht 3 lässt sich der Durchmesser des Bauteils 1 auf Sollmaß bringen. Die durch mechanische Vernetzung fest auf der Verbindungsschicht 3 haftende Kontaktschicht 4 aus zumindest teilweise PTFE bildet die Surface portion 2 of the component 1 applied compound layer 3 of a layer thickness between 5 to 15 μηι. About the applied layer thickness for the connecting layer 3, the diameter of the component 1 can bring to nominal size. The adhering by mechanical crosslinking firmly on the connecting layer 3 contact layer 4 of at least partially PTFE forms the
verschleißreduzierte äußere Mantelfläche des Bauteils 1. Die Verbindungsschicht 3 dient aufgrund der Porigkeit hier nicht allein als Haftvermittler für die wear-reduced outer lateral surface of the component 1. The connecting layer 3 is due to the porosity here not alone as a primer for the
Kontaktschicht 4, sondern bildet in Folge der Aufbringung durch das Contact layer 4, but forms as a result of the application by the
Gasnitrocarburieren eine höhere Randschichthärte durch die hiermit verbundene Wärmebehandlung aus. Gas Nitrocarburize a higher surface hardness by the associated heat treatment.
Die Figur 3 zeigt einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zuge von getrennten Batch-Prozessen, wobei der Schritt b des Nitrocarburierens in einem evakuierten Kammerofen durchgeführt wird und der anschließende Schritt der Aufbringung der PTFE-Kontaktschicht durch Bespritzen des Bauteils außerhalb des Kammerofens. Das mechanisch fertig bearbeitete Bauteil wird zunächst während eines FIG. 3 shows a sequence of the method according to the invention in the course of separate batch processes, wherein step b of nitrocarburizing is carried out in an evacuated chamber furnace and the subsequent step of applying the PTFE contact layer by spraying the component outside the chamber furnace. The mechanically finished component is first during a
Zeitraums I auf eine Temperatur von circa 450° bis 600° Celsius erwärmt, wobei hier eine Voroxidation stattfindet. Während des Zeitraums II erfolgt das Period I heated to a temperature of about 450 ° to 600 ° C, here a pre-oxidation takes place. During the period II, the
Gasnitrocarburieren und anschließend wird das Bauteil aus dem Kammerofen entnommen, ehe nach Vergehen eines Zeitraums III die PTFE-Beschichtung beginnt. Dies erfolgt hier während des Aufwärmens des Bauteils in einem Gas nitrocarburizing and then the component is removed from the chamber furnace before the PTFE coating begins after a period of time III. This takes place here during the warming up of the component in one
Zeitraum IV auf circa 200° C durch Bespritzen derjenigen Bauteiloberfläche, welche zuvor in Folge des Gasnitrocarburierens mit einer Verbindungsschicht versehen wurde. Im nachfolgenden Zeitraum V wird das mechanische Vernetzen der Kontaktschicht auf der Verbindungsschicht bei einer Temperatur von circa 350° C durchgeführt, wozu das Bauteil wieder entsprechend erwärmt wird. Bei diesem getrennten Batch-Prozess erfolgt ein wiederholtes Aufwärmen und Abkühlen des Bauteils zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Period IV to about 200 ° C by spraying that component surface, which was previously provided as a result of gas nitrocarburizing with a bonding layer. In the following period V, the mechanical crosslinking of the contact layer is carried out on the bonding layer at a temperature of about 350 ° C, to which the component is heated again accordingly. In this separate batch process, a repeated warming and cooling of the component takes place for carrying out the method according to the invention.
Dagegen ermöglicht der in Figur 4 dargestellte kombiniert kontinuierliche Prozess eine bessere Ausnutzung der im Bauteil durch die Wärmebehandlung In contrast, the combined continuous process illustrated in FIG. 4 allows better utilization of the components in the component due to the heat treatment
gespeicherte Wärmeenergie. stored heat energy.
Demzufolge wird zunächst während eines Zeitraums I ein stufenweise Erwärmen des Bauteils einer Temperatur von zumindest 450° C durchgeführt. Hierbei erfolgt eine Voroxidation. Während des Zeitraums II findet das Accordingly, first, during a period I, a stepwise heating of the component of a temperature of at least 450 ° C is performed. This is a pre-oxidation. During the period II finds the
Gasnitrocarburieren statt. Anschließend wird das Bauteil gesteuert mittels flüssigem Stickstoff auf circa 300° bis 400° C abgekühlt, ehe ein weiteres Abschrecken durch Eintauchen des Bauteils in eine flüssige PTFE-Dispersion stattfindet, um die Kontaktschicht auszubilden. Unter Nutzung der Gas nitrocarburizing instead. Subsequently, the component is controlled by means of liquid nitrogen cooled to about 300 ° to 400 ° C before further quenching takes place by immersing the component in a liquid PTFE dispersion to form the contact layer. Using the
Bauteileigenwärme kann ein mechanisches Vernetzen der Kontaktschicht auf der zuvor durch das Gasnitrocarburieren aufgebrachten Verbindungsschicht durchgeführt werden, welches ebenfalls während des Zeitraums IV stattfindet. Component heat can be carried out a mechanical crosslinking of the contact layer on the previously applied by the gas nitrocarburizing compound layer, which also takes place during the period IV.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, andere Bauteile als die Komponenten elektromagnetischer Hubantriebe, wie Anker oder Führungshülsen, mit einer verschleißreduzierten Oberfläche in erfindungsgemäßer Weise zu versehen, sofern das hierfür geeignete Stahlmaterial des Bauteils den Bauteilanforderungen entspricht. The invention is not limited to the preferred embodiments described above. On the contrary, modifications are conceivable which are included in the scope of protection of the following claims. Thus, it is also possible, for example, to provide other components than the components of electromagnetic lifting drives, such as anchors or guide sleeves, with a wear-reduced surface in the manner according to the invention, if the steel material of the component suitable for this purpose meets the component requirements.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) mit zumindest einem verschleißreduzierten Oberflächenabschnitt (2), welches 1. A method for producing a component (1) with at least one wear-reduced surface portion (2), which
a) aus einem Stahlmaterial bestehend zur Formgebung bearbeitet wird, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Bearbeitungsschritte: a) is processed from a steel material for shaping, characterized by the following processing steps:
b) Nitrocarburieren des Oberflächenabschnitts (2) zur Erzeugung einer Verbindungsschicht (3), b) nitrocarburizing the surface portion (2) to form a bonding layer (3),
c) Aufbringung einer PTFE enthaltenden Kontaktschicht (4) zur c) application of a PTFE containing contact layer (4) to
Verschleißreduktion auf die im Bereich des Oberflächenabschnitts (2) aufgetragene Verbindungsschicht (3) des Bauteils (1). Wear reduction on the bonding layer (3) of the component (1) applied in the region of the surface section (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrocarburieren des Oberflächenabschnitts (2) nach Schritt b) in Form eines Gasnitrocarburierens bei einer Prozesstemperatur zwischen 400 - 650 °C, vorzugsweise 450 - 600 °C, durchgeführt wird. characterized in that the nitrocarburizing of the surface portion (2) after step b) in the form of a gas nitrocarburizing at a process temperature between 400 - 650 ° C, preferably 450 - 600 ° C, is performed.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) nach dem Nitrocarburieren gemäß Schritt b) einem Abkühlungsschritt auf 300 - 400 °C unterzogen wird, wonach die Kontaktschicht nach Schritt c) aufgebacht wird. characterized in that the component (1) after the nitrocarburizing according to step b) is subjected to a cooling step to 300 - 400 ° C, after which the contact layer after step c) is gebacht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, 4. The method according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung der Kontaktschicht (4) nach oder bei Abkühlung des Bauteils (1) durch Eintauchen in oder Bespritzen mit einer flüssigen PTFE-Dispersion durchgeführt wird. characterized in that the application of the contact layer (4) after or during cooling of the component (1) by immersion in or spraying with a liquid PTFE dispersion is performed.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 5. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Oberflächenhaftung der Kontaktschicht (4) auf der Verbindungsschicht (3) nach dem Schritt c) eine mechanische Vernetzung bei einer Temperatur zwischen 300 - 450 °C durchgeführt wird. characterized in that for producing a surface adhesion of the contact layer (4) on the connecting layer (3) after step c) a mechanical crosslinking at a temperature between 300 - 450 ° C is performed.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 6. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) einer Bearbeitung zur characterized in that the step a) of a processing for
Formgebung des Bauteils (1) als eine mechanische Bearbeitung ausgeführt wird, insbesondere als eine spanende Bearbeitung. Shape of the component (1) is carried out as a mechanical processing, in particular as a machining.
7. Bauteil (1), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einer der vorstehenden Ansprüche, 7. component (1), produced by a method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlmaterial nach Schritt a) ausgewählt ist aus einer Gruppe von Automatenstählen, umfassend die Stahlsorte HSMn30. characterized in that the steel material after step a) is selected from a group of free-cutting steels comprising the steel grade HSMn30.
8. Bauteil (1) nach Anspruch 7, 8. component (1) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt c) aufzubringende Kontaktschicht (4) neben PTFE auch mindestens einen Füllstoff enthält, ausgewählt aus einer Füllstoffgruppe, umfassend, MoS2 und ZnO. characterized in that the contact layer (4) to be applied in step c) contains not only PTFE but also at least one filler selected from a filler group comprising MoS2 and ZnO.
9. Bauteil (1) nach Anspruch 7, 9. component (1) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Oberflächenabschnitt (2) des Bauteils (1) aufgebrachte Verbindungsschicht (3) je nach hierüber einstellbarer Bauteilpaarungstoleranz eine Schichtdicke im Bereich zwischen 5 bis 15 μηι aufweist. characterized in that on the surface portion (2) of the component (1) applied connection layer (3) depending on this adjustable component pairing tolerance has a layer thickness in the range between 5 to 15 μηι.
10. Bauteil (1) nach Anspruch 7, 10. component (1) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) in Form eines Ankers und/oder einer Führungshülse für einen elektromagnetischen Hubantrieb ausgeführt ist. characterized in that the component (1) is designed in the form of an armature and / or a guide sleeve for an electromagnetic lifting drive.
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