EP4112774A1

EP4112774A1 - Component with burnished layer

Info

Publication number: EP4112774A1
Application number: EP22178174.3A
Authority: EP
Inventors: Thilo Von Schleinitz; Christina Bruckhaus
Original assignee: Dewe Bruenofix GmbH; SKF AB
Current assignee: Dewe Bruenofix GmbH; SKF AB
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2023-01-04
Also published as: US20220411935A1; CN115537798A; DE102021206711A1

Abstract

Offenbart wird ein Bauteil (1), welches eine Brünierschicht (10) aufweist, wobei metallische Zusatzelemente (4) in der Struktur der Brünierschicht (10) eingebunden sind. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils (1) offenbart, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Anlagern von metallischen Zusatzelementen (4) auf dem Bauteil (1) und Eintauchen des Bauteils (1) mit den angelagerten metallischen Zusatzelementen (4) in eine Brünierlösung (6), wobei die metallischen Zusatzelemente (4) in der Struktur der Brünierschicht (10) eingebunden werden.A component (1) is disclosed which has a burnished layer (10), additional metallic elements (4) being integrated into the structure of the burnished layer (10). Furthermore, a method for producing such a component (1) is disclosed, the method having the steps: depositing additional metallic elements (4) on the component (1) and immersing the component (1) with the attached additional metallic elements (4) in a blackening solution (6), the additional metallic elements (4) being integrated into the structure of the blackening layer (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer Brünierschicht gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils gemäß Patentanspruch 8.The present invention relates to a component with a burnishing layer according to the preamble of patent claim 1. The present invention also relates to a method for producing such a component according to patent claim 8.

Es ist bekannt, auf Bauteilen Brünierungen aufzubringen, um einen Schutz der Bauteile vor verschiedenen an der Oberfläche auftretenden Schäden, die durch gleitende Bewegungen entstehen, zu erreichen. Dabei wird das Eisen der Oberfläche des Bauteils in ein oder mehrere oxidierende Bäder getaucht. Hierdurch entsteht eine fest mit dem Grundwerkstoff verbundene Konversionsschicht, die die Abmessungen des Bauteils im Wesentlichen nicht beeinflusst.It is known to apply blueing to components in order to protect the components from various types of damage that occur on the surface and are caused by sliding movements. The iron on the surface of the component is immersed in one or more oxidizing baths. This creates a conversion layer that is firmly connected to the base material and essentially does not affect the dimensions of the component.

Der Verschleißwiderstand einer solchen Brünierung ist bei sehr verschleißintensiven Anwendungen teilweise zu gering, so dass die Brünierung schon nach einem Probelauf oder Einlauf geschwächt oder abgetragen wird, während sie aber in anderen günstigeren Anwendungen über Jahre standfest ist. Der beobachtete Abtrag der Schicht steht oftmals in Zusammenhang mit Gleitanteilen. Ist die Schicht in Gleitkontakt mit einer Gegenfläche, kann sie nach kürzester Zeit entfernt sein, da sie eine geringere Härte aufweist als der üblicherweise gehärtete Stahl der Gegenfläche.The wear resistance of such a bluing is sometimes too low in very wear-intensive applications, so that the bluing is already weakened or worn away after a test run or running-in, while it is stable for years in other cheaper applications. The observed erosion of the layer is often related to sliding components. If the layer is in sliding contact with a counter surface, it can be removed after a very short time, since it has a lower hardness than the usually hardened steel of the counter surface.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil mit einem erhöhter Verschleißwiderstand bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide a component with increased wear resistance.

Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils gemäß Patentanspruch 8 gelöst.This object is achieved by a component according to patent claim 1 and a method for producing a component according to patent claim 8 .

Allgemein können Beschichtungen durch Einlagern von zusätzlichen Stoffen günstig beeinflusst werden. Bislang war bekannt, eine Brünierschicht auf einem Bauteil herzustellen und anschließend eine weitere Schicht mit verschiedenen Zusatzelementen, wie beispielweise Wolframverbindungen, oder auch Polymeren, auf der Brünierschicht aufzubringen, um diese zu verstärken oder durch die Schicht weitere Eigenschaften bereitzustellen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die zusätzlichen Elemente eine separate Schicht darstellen, die nicht in der Lage ist, Eigenschaften der Brünierschicht selbst, wie z.B. den Verschleißwiderstand, zu verbessern.In general, coatings can be favorably influenced by incorporating additional substances. It has hitherto been known to produce a burnished layer on a component and then to apply a further layer with various additional elements, such as tungsten compounds or polymers, to the burnished layer in order to reinforce it or to provide additional properties through the layer. However, this has the disadvantage that the additional elements constitute a separate layer that is unable to improve properties of the black oxide layer itself, such as wear resistance.

Es wurde nun jedoch durch den Erfinder festgestellt, dass es möglich ist, die Eigenschaften der Brünierschicht zu verbessern, indem eine Art Legierung der Brünierschicht vorgenommen wird. Durch eine solche Legierung können die Eigenschaften der bei der Brünierung entstehenden Schicht angepasst, insbesondere verbessert, werden.However, it has now been found by the inventor that it is possible to improve the properties of the blue layer by making some kind of alloying of the blue layer. Such an alloy can be used to adapt, in particular improve, the properties of the layer produced during burnishing.

Es wird daher ein Bauteil vorgeschlagen, welches eine Brünierschicht aufweist. Bei dem Bauteil, das kein Lagerbauteil ist, kann es sich insbesondere um ein Bauteil handeln, das einer gleitenden Bewegung unterworfen wird, wie beispielsweise Führungsstangen, Kolbenstangen, Lenkungsbauteile, Linearführungen und Schlitten. Auch Waffenverschlüsse an brünierten Waffen unterliegen einem Gleitverschleiß.A component is therefore proposed which has a blackening layer. The component that is not a bearing component may in particular be a component that is subjected to a sliding movement, such as guide rods, piston rods, steering components, linear guides and slides. Gun locks on blued guns are also subject to sliding wear.

Um eine widerstandfähige Brünierschicht bereitzustellen, werden metallische Zusatzelemente in die Struktur der Brünierschicht eingebunden. Die metallischen Zusatzelemente sind dabei nicht als separate Schicht vorgesehen, die eigene Eigenschaften bereitstellt, sondern sie sind direkt in die Brünierschicht eingebettet, d.h. in der Struktur der Brünierschicht integriert. Auf diese Weise passen sie die Eigenschaften der Brünierschicht an, anstatt weitere Eigenschaften der Zusatzelemente hinzuzufügen.In order to provide a resistant burnishing layer, additional metallic elements are integrated into the structure of the burnishing layer. The metallic additional elements are not intended as a separate layer that provides its own properties, but rather they are embedded directly in the blackening layer, i.e. integrated into the structure of the blackening layer. In this way, they adjust the properties of the bluing layer instead of adding more properties of the additional elements.

Die legierte Brünierschicht ist dabei auf einem wälzkontaktfreien Bereich des Bauteils angeordnet. Dieser Bereich kann beispielsweise einer gleitenden Bewegung unterworfen sein, wie es bei Kolbenstangen etc. der Fall ist.The alloyed burnishing layer is arranged on an area of the component that is free of rolling contact. This area may, for example, be subjected to a sliding movement, as is the case with piston rods etc.

Durch die Herstellung als legierte Brünierschicht sind die metallischen Zusatzelemente im Wesentlichen über die radiale Erstreckung der Brünierschicht oder zumindest über einen signifikanten Teil der radialen Schichterstreckung eingebunden. Im Gegensatz zu bisherigen Herstellungsverfahren, bei denen additive Elemente nur in den radialen Randbereichen der Brünierschicht, d.h. auf der Brünierschicht oder in ihren oberflächenoffenen Kavitäten und Poren, vorhanden sind, sind die hier vorgesehenen metallischen Zusatzelemente in der radialen Erstreckung der Brünierschicht zu finden, d.h. innerhalb der Schichtstruktur und nicht nur auf der Schicht. Auf diese Weise tragen die metallischen Zusatzelemente über die radiale Erstreckung der Brünierschicht zu einer Verbesserung von deren Eigenschaften bei.Due to the production as an alloyed burnished layer, the metallic additional elements are essentially integrated over the radial extent of the burnished layer or at least over a significant part of the radial extent of the layer. In contrast to previous manufacturing processes, in which additive elements are only present in the radial edge areas of the blackening layer, i.e. on the blackening layer or in its open-surface cavities and pores, the metallic additional elements provided here can be found in the radial extension of the blackening layer, i.e. inside the layer structure and not only on the layer. In this way, the metallic additional elements contribute to an improvement in the properties of the burnishing layer over the radial extension thereof.

Eine Brünierschicht verliert bei Wälzlagern im Rahmen des Einlaufens notwendig und beabsichtigt etwa 50 % ihrer Oxidationstiefe, während die verbleibenden 50 % dann üblicherweise stabil und langfristig als verbleibende Schicht die Oberfläche schützen. Somit ist es nur notwendig, eine Veränderung der Schichteigenschaften bis in mehr als 50 % der Oxidationstiefe zu erreichen, um die nach dem Einlauf verbleibende Schicht in ihren Eigenschaften zu modifizieren. Eine Veränderung der Schichteigenschaften über die vollständige Oxidationstiefe der Brünierschicht ist wünschenswert und idealerweise vorhanden, ist aber für die verbesserte Standfestigkeit der Schicht nicht zwingend erforderlich.A black oxide layer necessarily loses about 50% of its oxidation depth in rolling bearings as part of the running-in process, while the remaining 50% then usually remain stable and protect the surface in the long term as the remaining layer. It is therefore only necessary to achieve a change in the layer properties down to more than 50% of the oxidation depth in order to modify the properties of the layer remaining after running-in. A change in the layer properties over the complete oxidation depth of the blackened layer is desirable and ideally present, but is not absolutely necessary for the improved stability of the layer.

Gemäß einer Ausführungsform sind die metallischen Zusatzelemente mit einem Anteil zwischen 0,1 und 1%, insbesondere zwischen 0,3 und 0,7% (Masseprozente), der Brünierschicht vorgesehen. Durch diese geringen Anteile von metallischen Zusatzelementen kann erreicht werden, dass diese nicht durch ihre eigenen Eigenschaften als Werkstoff die Gesamteigenschaften der Brünierschicht verändern, sondern stattdessen die Eigenschaften der eigentlichen Brünierschicht anzupassen. Die verwendeten Massenprozente haben Ähnlichkeit mit diversen Legierungselemente-Anteilen in Stahl, bei denen ebenfalls, trotz geringer Konzentration deutlich unter 1 %, wesentliche Eigenschaftsveränderungen erreicht werden.According to one embodiment, the metallic additional elements are provided with a proportion of between 0.1 and 1%, in particular between 0.3 and 0.7% (percentage by mass) of the burnishing layer. These small proportions of metallic additional elements can ensure that these do not change the overall properties of the burnished layer through their own properties as a material, but instead adapt the properties of the actual burnished layer. The percentages by mass used are similar to various alloying element proportions in steel, in which significant changes in properties are also achieved, despite a low concentration of well below 1%.

Die geringe Konzentration der Zusatzelemente erlaubt einerseits einen ressourcensparenden Beschichtungsprozess ohne hohen Chemikalieneinsatz, ohne hohe Verluste, und ohne hohe Kosten. Andererseits ist auch die Pflege des Brünierbads und Analytik einfach.On the one hand, the low concentration of the additional elements allows a resource-saving coating process without high use of chemicals, without high losses and without high costs. On the other hand, the maintenance of the blackening bath and analysis is easy.

Würde man Zusatzelemente als "Inseln" in eine Schicht einlagern, um durch die spezifischen Eigenschaften der Zusatzelemente die Gesamteigenschaften der Schicht signifikant zu verändern, müsste man mehrere Masseprozente an Zusatzelementen in die Schicht einbringen. Solche massiven Inselbildungen könnten die homogenen Eigenschaften der Schicht stören, die innere Stabilität gefährden, und würden einen hohen Materialeinsatz an Zusatzelementen im Beschichtungsprozess erfordern.If one were to store additional elements as "islands" in a layer, the overall properties of the layer would be significant due to the specific properties of the additional elements to change it, you would have to introduce several percentages by mass of additional elements into the layer. Such massive island formations could disturb the homogeneous properties of the layer, endanger the internal stability, and would require a high use of material for additional elements in the coating process.

Wenn man Zusatzelemente nicht auf einer Schicht, sondern in einer Schicht positionieren will, ist es daher ideal, wenn sich die Zusatzelemente in der Schicht durch strukturelle Verbindungen, beispielsweise im Kristallgitteraufbau, oder durch chemische Reaktionen verteilen und nicht als inselförmig getrennte Agglomerate vorliegen. Dies wird durch das hier beschriebene Bauteil erreicht. Gleichzeitig ermöglicht es der Einbau der metallischen Zusatzelemente in die Grundstruktur der Schicht, trotz sehr niedriger Konzentrationen, relevante Eigenschaftsverbesserungen zu erzielen.If you want to position additional elements not on a layer but in a layer, it is therefore ideal if the additional elements are distributed in the layer through structural connections, for example in the crystal lattice structure, or through chemical reactions and are not present as isolated agglomerates. This is achieved by the component described here. At the same time, the incorporation of the additional metallic elements into the basic structure of the layer makes it possible to achieve relevant improvements in properties, despite very low concentrations.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die metallischen Zusatzelemente mit einem nach radial außen ansteigenden Anteil in der Brünierschicht eingebunden.According to a further embodiment, the metallic additional elements are integrated into the blued layer with a proportion that increases radially outward.

Eine Brünierung entsteht durch Eintauchen des Bauteils in ein oder mehrere Brünierbäder. Während des Eintauchens erfolgt eine andauernde Anlösung von Eisen bzw. Eisenoxiden, die in und auf dem Material des Bauteils, z.B. Stahl, enthalten sind, und deren ständige Wiederanlagerung und Umstrukturierung. Im Unterschied zu einer Zweischichtlackierung, bei der eine zweite Schicht auf die unveränderlich statische erste Schicht aufgebracht würde, formt bei einer Zweibadbrünierung das zweite Bad auch die bereits abgeschiedene erste Oxidationstiefe nochmals um. Die Oxidschicht wird dichter und stabiler, der Anteil an freiem FeO sinkt zugunsten von Fe3O4. Je tiefer die Schichtbereiche liegen, desto langsamer erfolgt die Umformung, bis sie zum Erliegen kommt und meist ihren final gewünschten Oxidationszustand erreicht hat.A black finish is created by immersing the component in one or more black finish baths. During immersion, iron or iron oxides contained in and on the component material, e.g. steel, are partially dissolved and constantly re-deposited and restructured. In contrast to two-layer painting, in which a second layer would be applied to the invariably static first layer, in two-bath blackening the second bath also reshapes the already deposited first oxidation depth. The oxide layer becomes denser and more stable, the proportion of free FeO decreases in favor of Fe3O4. The deeper the layer areas are, the slower the forming takes place until it comes to a standstill and has usually reached its final desired oxidation state.

Die metallischen Zusatzelemente, die beispielsweise durch eine Vortauchlösung auf das Bauteil aufgebracht werden, werden nicht nur in der Brünierschicht eingelagert, sondern unterliegen auch einer Auflösungsreaktion. Das bedeutet, dass sie bei der Umstrukturierung des Bereiches, in den sie eingelagert sind, teilweise wieder ins Brünierbad verloren gehen können.The metallic additional elements, which are applied to the component, for example, by means of a pre-dip solution, are not only embedded in the burnishing layer, but are also subject to a dissolution reaction. This means that when the area in which they are stored is restructured, some of them can be lost back into the blackening bath.

Wird das Bauteil während der Schichtbildung erneut in eine Suspension mit metallischen Zusatzelementen getaucht, insbesondere zwischen den Brünierbädern, erhöht sich die Konzentration der metallischen Zusatzelemente von der Schichtoberfläche her wieder und die metallischen Zusatzelemente diffundieren in die im weiteren Umbau befindliche Brünierschicht ein. Hierbei ergibt sich ein Konzentrationsgefälle, denn je tiefer ein Schichtbereich liegt, umso schlechter kann er mit metallischen Zusatzelementen "wiederaufgefüllt" werden. Im Endergebnis ergibt sich eine Brünierung mit einem messbaren Konzentrationsgefälle. Die tiefsten Bereiche der Schicht weisen einen geringeren Gehalt an metallischen Zusatzelementen auf, zur Oberfläche hin wird es immer mehr. Hierbei liegen die metallischen Zusatzelemente jedoch nicht auf der Oberfläche auf, sondern sie befinden sich in der Brünierschicht, vorwiegend in den oberen Bereichen, mit einem Konzentrationsgefälle nach innen.If the component is again immersed in a suspension with additional metal elements during the formation of the layer, particularly between the blackening baths, the concentration of the additional metal elements increases again from the surface of the layer and the additional metal elements diffuse into the blackening layer that is being further modified. This results in a concentration gradient, because the deeper a layer area is, the more difficult it is to "replenish" it with additional metallic elements. The end result is a browning with a measurable concentration gradient. The deepest areas of the layer have a lower content of additional metallic elements, and it increases towards the surface. In this case, however, the additional metallic elements are not on the surface, but are located in the blackening layer, predominantly in the upper areas, with an inward concentration gradient.

Dies unterscheidet sich von einer herkömmlichen brünierten Oberfläche, bei der additive Elemente nur auf der Oberfläche aufliegen und höchsten im Betrieb in diese eingedrückt werden oder sich in den nach außen offenen Poren der Brünierschicht ablagern. Im Gegensatz dazu sind die metallischen Zusatzelemente bei dem hier vorgeschlagenen Bauteil nachweislich in die Gefügestruktur der Brünierschicht eingebracht, mit einer maximalen Konzentration nahe der Brünierschichtoberfläche, aber nicht oberhalb von dieser.This differs from a conventional blued surface, in which additive elements only lie on the surface and are at most pressed into it during operation or are deposited in the pores of the blued layer, which are open to the outside. In contrast to this, the metallic additional elements in the component proposed here are demonstrably introduced into the microstructure of the blackening layer, with a maximum concentration near the blackening layer surface, but not above it.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die metallischen Zusatzelemente dazu ausgebildet, die Eigenschaften der Brünierschicht anzupassen. Wie bereits oben erläutert, werden die Eigenschaften der Zusatzelemente nicht direkt verwendet, sondern die metallischen Zusatzelemente dienen dazu, die bereits vorhandenen Eigenschaften der Brünierschicht anzupassen, insbesondere zu verbessern.According to a further embodiment, the metallic additional elements are designed to adapt the properties of the blackening layer. As already explained above, the properties of the additional elements are not used directly, but rather the metallic additional elements are used to adapt, in particular to improve, the already existing properties of the burnishing layer.

In Versuchen hat sich gezeigt, dass weder bei der Farbe noch bei der rasterelektronenmikroskopischen Oberflächenstruktur oder Porosität die mit metallischen Zusatzelementen legierte Schicht einen relevanten Unterschied zu einer herkömmlichen Brünierschicht zeigt. Auch der Korrosionsschutz war ebenfalls im Rahmen der Ermittlungsgenauigkeit identisch, genau wie die Reibung. Im Rollkontakt zeigte sich kein signifikanter Unterschied der Verschleißspur. Bei Gleittests hingegen zeigten sich wiederholbare und signifikante Unterschiede zwischen dem hier beschriebenen Bauteil und einem Bauteil mit einer herkömmlichen Brünierschicht.Tests have shown that the layer alloyed with additional metallic elements does not show any relevant difference to a conventional blued layer, neither in terms of color nor in terms of the surface structure or porosity under the scanning electron microscope. The corrosion protection was also identical within the scope of the determination accuracy, just like the friction. There was no significant difference in the wear track in the rolling contact. In contrast, sliding tests showed repeatable and significant differences between the component described here and a component with a conventional black oxide layer.

So hat sich gezeigt, dass sich die Verschleißspur für das hier beschriebene Bauteil bei allen Belastungen im zugrunde gelegten Versuchsaufbau erheblich reduzierte:

bei 0,9 GPa von 0,85 µm auf 0,50 µm (-41 %)
bei 1,1 GPa von 1,50 µm auf 0,85 µm (-43 %)
bei 1,4 GPa von 2,15 µm auf 1,20 µm (-44 %)

It has been shown that the traces of wear for the component described here are significantly reduced under all loads in the underlying test setup:

at 0.9 GPa from 0.85 µm to 0.50 µm (-41%)
at 1.1 GPa from 1.50 µm to 0.85 µm (-43%)
at 1.4 GPa from 2.15 µm to 1.20 µm (-44%)

Bei der Untersuchung mittels Nanoindentationsversuchen haben sich folgende Verbesserungen der hier beschriebenen legierten Brünierschicht im Vergleich zu herkömmlichen Brünierschichten ergeben:

Härtezunahme der legierten Brünierung an glatten polierten Oberflächen auf 227 %
Härtezunahme der legierten Brünierung an geschliffenen rauen Oberflächen auf 192 %
Zunahme des Elastizitätsmodules an glatten polierten Oberflächen auf 220 %
Zunahme des Elastizitätsmodules an geschliffenen rauen Oberflächen auf 229 %

Investigations using nanoindentation tests revealed the following improvements in the alloyed black oxide layer described here compared to conventional black oxide layers:

Hardness increase of the alloyed bluing on smooth polished surfaces to 227%
Hardness increase of the alloyed bluing on ground rough surfaces to 192%
Increase in modulus of elasticity on smooth polished surfaces to 220%
Increase in modulus of elasticity on ground rough surfaces to 229%

Zusammengefasst kann durch die hier beschriebene Brünierschicht, die mit metallischen Zusatzelementen legiert wurde, die doppelte Härte, der doppelte Elastizitätsmodul und der halbe Gleitverschleiß gegenüber herkömmlichen Brünierschichten erreicht werden. Hierbei wird jedoch, wie bereits erläutert, keine separate Schicht durch die metallischen Zusatzelemente bereitgestellt, sondern die "weiche" Brünierschicht, die unter Gleitbedingungen zu einer schnellen Abnutzung tendiert, wird in ihrer relativ geringen Härte und Widerstandsfähigkeit verdoppelt. Die sonstigen benötigten Eigenschaften werden dabei nicht beschädigt.In summary, the black oxide layer described here, which was alloyed with additional metal elements, can achieve twice the hardness, double the modulus of elasticity and half the sliding wear compared to conventional black oxide layers. However, as already explained, no separate layer is provided by the metallic additional elements, but the "soft" blued layer, which tends to wear out quickly under sliding conditions, is doubled in its relatively low hardness and resistance. The other required properties are not damaged in the process.

Die legierte Brünierschicht zeigt insbesondere verbesserte Eigenschaften bei vorliegenden Gleitanteilen. Da bei vielen Bauteilen, wie z.B. Führungsstangen oder Kolbenstangen, je nach Bauart und Anwendung mehr oder weniger hohe Gleitanteile vorliegen, ist der verbesserte Verschleißwiderstand bei gleitender Bewegung relevant für diese Bauteile.The alloyed bluing layer shows improved properties in particular when there are sliding components. Since many components, such as guide rods or piston rods, have a greater or lesser proportion of sliding depending on their design and application, the improved wear resistance during sliding movement is relevant for these components.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die metallischen Zusatzelemente Titan aufweisen. Insbesondere weisen die metallischen Zusatzelemente ein Metalloxid, insbesondere Titanoxid oder Titaneisenoxid, auf.According to a further embodiment, the metallic additional elements can contain titanium. In particular, the metallic additional elements have a metal oxide, in particular titanium oxide or titanium iron oxide.

Bei einer Brünierung handelt es sich um Fe3O4 (Magnetit), dessen Kristallstruktur eine kubische Symmetrie hat. Bei der Wahl der metallischen Zusatzelemente sollte insbesondere beachtet werden, eine dem Magnetit möglichst ähnliche, insbesondere eisenoxidbasierende, Verbindung hinzuzufügen oder entstehen zu lassen. Diese sollte etwa die gleiche Härte und Eigenschaften haben, jedoch keine kubische, sondern beispielsweise eine trigonale Gitterstruktur aufweisen. Haben die Zusatzelemente zwar ähnliche Eigenschaften, aber eine andere Gitterstruktur, führt die Zusammenführung der unterschiedlichen Gitterstrukturen zu einer neuen und zwangsläufig leicht verzerrten Anordnung. Die Störungen in der Gitterstruktur und den verfügbaren Gleitebenen können die Härte und den Elastizitätsmodul der Gesamtschicht erheblich verschieben. Die tatsächliche Struktur einer nur vereinfacht als Fe3O4 beschriebenen Brünierung ist ein wesentlich größeres Strukturgebilde der ungefähren Beschreibung Fe11O16 und kann daher durch Anlagerung sehr geringer Anteile anderer verwandter Gitterstrukturen besonders an der Fe-Fehlstelle effektiv verspannt werden. Ähnliche Effekte sind aus der Kombination von Fe3O4 mit einem Fe2O3-Überschuss messbar.A black finish is Fe3O4 (magnetite), whose crystal structure has cubic symmetry. When choosing the additional metallic elements, particular attention should be paid to adding or creating a compound that is as similar as possible to magnetite, in particular based on iron oxide. This should have approximately the same hardness and properties, but not a cubic lattice structure, but rather a trigonal one, for example. If the additional elements have similar properties but a different lattice structure, the combination of the different lattice structures leads to a new and inevitably slightly distorted arrangement. The disturbances in the lattice structure and the available slip planes can significantly shift the hardness and the modulus of elasticity of the entire layer. The actual structure of a bluing, described only simply as Fe3O4, is a much larger structural entity of the approximate description Fe11O16 and can therefore be effectively strained by the addition of very small amounts of other related lattice structures, especially at the Fe vacancy. Similar effects can be measured from the combination of Fe3O4 with an excess of Fe2O3.

Als Zusatz in der Schichtstruktur kann beispielsweise Ilmenit (FeTiO3) verwendet werden, das alle gewünschten Eigenschaften besitzt. Es ist schwarz, wie es bei einer Brünierung üblich ist. Es hat eine ähnliche Mohs-Härte wie Magnetit. Es ist ebenfalls ein Eisenoxid. Es hat eine trigonale Struktur und damit das Potential, eine kubisch aufgebaute Schicht im Gitter zu verspannen und zu härten. Es hat Ti als gut detektierbares Element, das Aufschluss gibt über den Ilmenit-Gehalt der Schicht. Da Ilmenit nur ein Fe-Atom in seiner Struktur verwendet, kann es in allen denkbaren Konzentrationen die parallel ablaufende Fe3O4-Bildung nicht behindern. Der Sauerstoffüberschuss aus dem Nitrit des Brünierbads kann jederzeit den Bildungsbedarf des Ilmenits decken.Ilmenite (FeTiO3), for example, which has all the desired properties, can be used as an additive in the layer structure. It is black, as is usual with a bluing. It has a similar Mohs hardness as magnetite. It is also an iron oxide. It has a trigonal structure and thus the potential to strain and harden a cubic layer in the lattice. It has Ti as a readily detectable element that provides information about the ilmenite content of the layer. Since ilmenite uses only one Fe atom in its structure, it cannot impede the parallel Fe3O4 formation in all conceivable concentrations. The excess of oxygen from the nitrite of the blackening bath can cover the formation requirement of the ilmenite at any time.

Es sind weitere Mischoxide vorstellbar. Über das Ilmenit (FeTiO3) hinaus sind auch FeTiO4 (Eisen-II-Titanat) und FeTiO5 in der Brünierschicht möglich. Es kann somit bei Sauerstoffüberschuss zusätzlich zu den drei Eisenoxiden FeO, Fe2O3 und Fe3O4 eine Dreiergruppe von Eisentitanoxiden vorliegen, nämlich FeTiO3, FeTiO4 und FeTiO5.Other mixed oxides are conceivable. In addition to ilmenite (FeTiO3), FeTiO4 (iron(II) titanate) and FeTiO5 are also possible in the black oxide layer. In addition to the three iron oxides FeO, Fe2O3 and Fe3O4, there can be a group of three iron-titanium oxides, namely FeTiO3, FeTiO4 and FeTiO5, when there is an excess of oxygen.

Bevorzugt können Mischoxide mit Mischoxiden kombiniert werden. Hierdurch wird bei nicht genau eingehaltenem Sauerstoffverhältnis im Brünierbad ein eng verwandtes Eisentitanoxid erzeugt, statt die Reaktion in unerwünschte andere Richtungen abdriften zu lassen.Mixed oxides can preferably be combined with mixed oxides. In this way, if the oxygen ratio in the blackening bath is not precisely maintained, a closely related iron-titanium oxide is produced instead of allowing the reaction to drift in other undesired directions.

Jedes der Eisentitanoxide ist geeignet, das Magnetit der Brünierschicht strukturell zu verzerren.Each of the iron-titanium oxides is capable of structurally distorting the magnetite of the bluing layer.

Es können verschiedene Titanverbindungen für das Vortauchen verwendet werden. Diese sind alle wasserunlöslich, weshalb über Lufteinblasung eine Suspension im Tauchbad für die metallischen Zusatzelemente erzeugt wird, wie es bei z.B. Aktivierungen vor dem Phosphatieren (mit teils anderen Feststoffen) üblich ist. Analog zu einer solche Aktivierung wird mindestens ein Vortauchbad mit einer wässrigen Suspension in der Beschichtungsanlage vorgehalten, in welches die Werkstücke vor dem ersten Brünierschritt und eventuell wiederholt als kurze Unterbrechung während der Brünierdauer eingetaucht werden.Various titanium compounds can be used for pre-diving. These are all insoluble in water, which is why a suspension is created in the immersion bath for the metallic additional elements by blowing in air, as is usual, for example, with activations before phosphating (with some other solids). Analogously to such an activation, at least one pre-dip bath with an aqueous suspension is kept in the coating plant, in which the workpieces are dipped before the first burnishing step and possibly repeatedly as a brief interruption during the burnishing period.

Eine extrem kostengünstige und ungiftige Titanverbindung mit hoher weltweiter Marktverfügbarkeit ist Titandioxid, welches zudem reaktionsträge ist und zu keinen unerwünschten Nebenreaktionen führt. Bei der Anwendung in einer Suspension besteht keine Gefährdung hinsichtlich Inhalation. Für die Zubereitung der Suspension werden geeignete Partikelgrößen spezifiziert, insbesondere KA 100 (0,25-0,35 mm).An extremely inexpensive and non-toxic titanium compound with high global market availability is titanium dioxide, which is also inert and does not lead to any undesirable side reactions. When used in a suspension, there is no inhalation hazard. Suitable particle sizes are specified for the preparation of the suspension, in particular KA 100 (0.25-0.35 mm).

Titandioxid liegt wahlweise in den Strukturen Rutil, Anatas und Brookit vor, die nicht gleichwertig in der Anwendung sind. Industriell wird das Pigment üblicherweise über die Farbstärke und den Weissgrad definiert. Bevorzugt kann für die Suspension Rutil verwendet werden, welches gleichzeitig die höchste Farbstärke hat und die weitest verbreitete Struktur im Handel darstellt. Somit wird für den Vortauchprozess vorzugsweise ein Rohstoff mit Farbstärke mind. 1280 definiert. Weitere zu spezifizierende Rohstoffeigenschaften für eine erfolgreiche Anwendung können beispielsweise die Ölzahl (vorzugsweise max. 25g/100g), der Siebrückstand 45 (vorzugsweise <0,015 %) und der Reinheitsgehalt (vorzugsweise >98 %) sein.Titanium dioxide is optionally available in the structures rutile, anatase and brookite, which are not equivalent in application. Industrially, the pigment is usually defined by its color strength and degree of whiteness. Preference can be given to using rutile for the suspension, which at the same time has the highest color strength and is the most common structure on the market. Thus, a raw material with a color strength of at least 1280 is preferably defined for the pre-dipping process. Further raw material properties to be specified for a successful application can be, for example, the oil index (preferably max. 25g/100g), the sieve residue 45 (preferably <0.015%) and the purity (preferably >98%).

Da Titandioxid einen Einfluss auf das Oxidationsverhalten von Eisen hat, kann dieses bevorzugt als metallisches Zusatzelement verwendet werden. Titandioxid (TiO2) verändert vorteilhaft die ionische Diffusion des Sauerstoffanions O mit Eisen und Eisenoxid. Hierbei wird eine äußere Fe-Kation-Diffusion durch eine innere O-Anion-Diffusion ersetzt. Dies bedeutet, dass die Zugabe von TiO2 nicht nur die Diffusionsfähigkeit des Sauerstoffanions in Substrat und Brünierschicht verbessert und die Schichtbildung unterstützt, sondern dass der dominierende Ionentransfermechanismus für die Oxidation von Eisen zugunsten einer effizienteren Variante ausgetauscht wird.Since titanium dioxide has an influence on the oxidation behavior of iron, this can be used as a metallic additive. Titanium dioxide (TiO2) advantageously changes the ionic diffusion of the oxygen anion O with iron and iron oxide. Here, an outer Fe cation diffusion is replaced by an inner O anion diffusion. This means that the addition of TiO2 not only improves the diffusibility of the oxygen anion in the substrate and blackening layer and supports layer formation, but that the dominant ion transfer mechanism for the oxidation of iron is exchanged in favor of a more efficient variant.

Es wurde festgestellt, dass der Einbau von Titanverbindungen in die Brünierschicht einem natürlichen Masseverhältnis folgt. Die Brünierschicht lagert typischerweise etwa 0,4-0,7 % Titan ein. Wird die Vortauchsuspension mit stark erhöhter Titandioxid-Konzentration betrieben, zum Beispiel mit doppelter Konzentration, ergibt sich dennoch das gleiche Ergebnis. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Einbau von Titanmischoxiden in die strukturelle Fe11016-Matrix einem bestimmten Verhältnis folgt, wie auch eine chemische Reaktion nur bestimmte Anteile der Reaktionspartner verarbeiten kann. Diese Tatsache erlaubt eine besonders einfache und stabile Badführung der Vortauchsuspension, da diese mit einem Konzentrationsüberschuss als chemischer Vorrat gefahren werden kann und trotz veränderlicher Konzentration immer das gleiche Ergebnis erzielt wird.It has been found that the incorporation of titanium compounds into the burnishing layer follows a natural mass ratio. The bluing layer typically stores about 0.4-0.7% titanium. If the pre-dip suspension is operated with a greatly increased titanium dioxide concentration, for example with a double concentration, the result is the same. This is due to the fact that the incorporation of titanium mixed oxides into the structural Fe11016 matrix follows a specific ratio, just as a chemical reaction can only process certain proportions of the reactants. This fact allows a particularly simple and stable bath control of the pre-dip suspension, since this can be run with a concentration surplus as a chemical supply and the same result is always achieved despite changing concentration.

Während die nominelle ideale Konzentration von Titandioxid in der Vortauchsuspension auf 10 g/Liter festgelegt wurde, konnte der ebenso funktionsfähige Toleranzbereich auf 5-20 g/Liter gelegt werden, ohne dass es zu Ergebnisvariationen gekommen wäre.While the nominal ideal concentration of titanium dioxide in the pre-dip suspension was set at 10 g/litre, the equally workable tolerance range could be set at 5-20 g/litre with no variation in results.

Die Temperatur der Vortauchsuspension führt ebenfalls nicht zu Veränderungen im Ergebnis. Raumtemperatur ebenso wie eine beheizte erhöhte Temperatur produzieren die gleiche adhäsive Keimanlagerung mit gleicher Intensität und ähnlicher Haftung. Um die Prozess-Stabilität des Vortauchens sicherzustellen, sollte neben einer stabilen Suspension durch ständige und hinreichende Lufteinblasung über Düsenrohre am Behälterboden zum Zwecke der intensiven Umwälzung und des In-Schwebe-Haltens, auf einen Badansatz mit VE-Wasser oder anderweitig entmineralisiertem Wasser sowie eine ausreichende Verweildauer der Werkstücke in der Suspension geachtet werden. Für die erste adhäsive Keimanlagerung auf blanker Stahloberfläche wird eine untergetauchte Verweildauer von typischerweise 2 bis 5 Minuten benötigt. Bei einer bereits bestehenden Brünierschicht liegt eine veränderte Oberflächenenergie und -struktur vor und die Zwischentauchvorgänge können kürzer ausfallen. Durch die Möglichkeit kürzerer Zwischentauchvorgänge kann vermieden werden, dass hierbei die Kerntemperatur der Werkstücke relevant absinkt, was den Gesamtprozess im Ablauf verlängern würde.The temperature of the pre-dip suspension also does not lead to changes in the result. Room temperature as well as heated elevated temperature produce the same adhesive germ attachment with the same intensity and similar adhesion. In order to ensure the process stability of the pre-immersion, in addition to a stable suspension through constant and sufficient air injection via nozzle pipes on the tank floor for the purpose of intensive circulation and keeping in suspension, a bath preparation with deionized water or otherwise demineralized water as well as a sufficient The dwell time of the workpieces in the suspension must be taken into account. A submerged residence time of typically 2 to 5 minutes is required for the first adhesive nucleation on a bare steel surface. If the burnishing layer already exists, the surface energy and structure have changed and the intermediate dips can be shorter. The possibility of shorter intermediate immersion processes can prevent the core temperature of the workpieces from dropping significantly, which would lengthen the overall process.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, wie es oben beschrieben ist, vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Anlagern von metallischen Zusatzelementen auf dem Bauteil und Eintauchen des Bauteils mit den angelagerten metallischen Zusatzelementen in eine Brünierlösung, wobei die metallischen Zusatzelemente in der Struktur der Brünierschicht und vorzugsweise über die annähernd komplette radiale Erstreckung der Brünierschicht eingebunden werden.According to a further aspect, a method for producing a component as described above is proposed. The method has the following steps: accumulation of additional metallic elements on the component and immersion of the component with the attached additional metallic elements in a blackening solution, the additional metallic elements being integrated into the structure of the blackening layer and preferably over the almost complete radial extension of the blackening layer.

Insbesondere kann das Anlagern der metallischen Zusatzelemente durch Eintauchen in eine Vortauchlösung erfolgen. Wird Titandioxidpulver als metallisches Zusatzelement verwendet, kann dieses mit einer Partikelgröße von 0,25-0,35 mm in Vortauchlösung als Suspension vorliegen. Wie sich herausgestellt hat, sind dabei etwa 10 g/Liter ausreichend. Höhere Konzentrationen sind möglich, aber nicht nötig.In particular, the additional metallic elements can be added by immersion in a pre-immersion solution. If titanium dioxide powder is used as the metallic additive, it can be in the form of a suspension with a particle size of 0.25-0.35 mm in the pre-dip solution. As has been found, about 10 g/liter are sufficient. Higher concentrations are possible but not necessary.

Durch eine solche einfache und kostengünstige Vortauchlösung kann zuverlässig eine legierte Brünierung erzeugt werden kann, die trotz sehr geringen Gehaltes an Legierungsbestandteilen, d.h. Bestandteilen von metallischen Zusatzelementen, in mehreren Eigenschaften eine Verdopplung ihrer Fähigkeiten zeigt, wie oben beschrieben ist. Dies führt dazu, dass mit einer solchen legierten Brünierschicht in Anwendungen mit erhöhten Gleitanteilen keine frühzeitigen Verluste der Brünierschicht auftreten.With such a simple and inexpensive pre-dip solution, an alloyed black finish can be reliably produced which, despite the very low content of alloy components, i.e. components of additional metallic elements, shows a doubling of its capabilities in several properties, as described above. The result of this is that with such an alloyed burnished layer in applications with increased sliding proportions, no early losses of the burnished layer occur.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte des Anlagerns von metallischen Zusatzelementen und Eintauchens in die Brünierlösung wiederholt, wobei das Eintauchen in die Brünierlösung jeweils der auf ein Anlagern folgende Schritt ist. Des Weiteren kann vor dem Anlagern der metallischen Zusatzelemente zunächst ein (mehrstufiges) Entfetten und Spülen des Bauteils erfolgen.According to a further embodiment, the steps of adding metallic additional elements and immersing them in the blackening solution are repeated, wherein the immersion in the blackening solution is the step following an attachment in each case. Furthermore, the component can be degreased and rinsed in (multi-stage) before the additional metallic elements are deposited.

Ein beispielhaftes Verfahren mit mehreren Vortauch- bzw. Zwischentauch- und Brüniervorgängen, kann wie folgt ablaufen:

Entfetten, Reinigen und Spülen der Werkstoffoberflächen, ggfs. mit weiteren Aktivierungshilfsmitteln
Vortauchen in eine Titandioxidsuspension, die bei Raumtemperatur ebenso wie bei erhöhter Temperatur vorgehalten werden kann,
Überführen ins erste Brünierbad,
optional während des ersten Brünierens eine Unterbrechung, z.B. nach 10 Minuten, zum erneuten Abschrecken und Zwischentauchen in derselben Titandioxidsuspension, mit sofortigem Zurückheben und Weiterbrünieren,
nach Abschluss des ersten Brünierens, Abschrecken in möglichst kühlem Wasser,
Vortauchen in eine weitere Titandioxidsuspension, die bei Raumtemperatur ebenso wie bei erhöhter Temperatur vorgehalten werden kann. Dies kann ein zweiter Vortauchbehälter sein, um den Anlagen nicht zu behindern,
Überführen in ein zweites Brünierbad,
optional während des zweiten Brünierens eine Unterbrechung, z.B. nach 10 Minuten, zum erneuten Abschrecken und Zwischentauchen in derselben Titandioxidsuspension, mit sofortigem Zurückheben und Weiterbrünieren,
nach Abschluss des zweiten Brünierens, Abschrecken in möglichst kühlem Wasser,
abschließend diverse kalte und heiße Spülbäder, dann Bearbeiten mit Entwässerungsfluid und Konservieröl.

An exemplary process with several pre-dipping or intermediate dipping and blackening processes can proceed as follows:

Degreasing, cleaning and rinsing of the material surfaces, if necessary with other activation aids
Pre-dipping in a titanium dioxide suspension, which can be kept at room temperature as well as at elevated temperature,
transferred to the first blackening bath,
optionally an interruption during the first blacking, e.g. after 10 minutes, for renewed quenching and intermediate immersion in the same titanium dioxide suspension, with immediate lifting back and further blacking,
after completion of the first blueing, quenching in water that is as cool as possible,
Pre-dipping in another titanium dioxide suspension, which can be kept at room temperature as well as at elevated temperature. This can be a second pre-dip tank in order not to obstruct the systems,
transfer to a second blackening bath,
optionally an interruption during the second blacking, e.g. after 10 minutes, for renewed quenching and intermediate immersion in the same titanium dioxide suspension, with immediate lifting back and further blacking,
after completion of the second blueing, quenching in water that is as cool as possible,
finally various cold and hot rinsing baths, then processing with dewatering fluid and preservative oil.

Das Verfahren kann bei Bedarf um einen dritten Vortauchbehälter und ein drittes Brünierbad sowie eine dritte Abschreckspüle erweitert werden.If required, the process can be expanded to include a third pre-dip tank and a third burnishing bath, as well as a third quenching rinse.

Gegenüber einer Brünieranlage zum tribologischen Zweibad-Brünieren werden für das legierte Brünieren lediglich zwei weitere Behälter benötigt, welche außer einer Lufteinblasung keine besondere zwingende Ausstattung benötigen, insbesondere keine Heizungen oder Kühlungen, keine Schutzabdeckungen, und keine besonders hochwertigen Werkstoffe. Das Anfahren dieser Zusatzbehälter kann im Ablaufprogramm für die individuelle Werkstücktype wahlweise zu- oder abgeschaltet sein, ohne dass zwischen den Chargen mit legierter und unlegierter Brünierung irgendwelche Umstellungen oder Änderungen nötig wären.Compared to a blackening system for tribological two-bath blackening, only two additional containers are required for alloyed blackening, which, apart from air injection, do not require any special equipment, in particular no heating or cooling, no protective covers, and no particularly high-quality materials. The start-up of these additional containers can be switched on or off in the sequence program for the individual workpiece type, without any conversions or changes being necessary between the batches with alloyed and unalloyed blueing.

Die oben genannten Vortauchbecken können eine Titandioxid-Wasser-Suspension aufweisen, deren TiO2 unter kontinuierlicher Lufteinblasung in Schwebe gehalten wird. Wird das Bauteil hier eingetaucht, wird die Oberfläche des Bauteils mit Titandioxid bekeimt. Das Bauteil wird dann auf direktem Wege ohne Spülen ins erste Brünierbad gefahren. Dort findet die sofortige Schichtreaktion unter Verwendung des anwesenden Titandioxid statt. Wie bei Bekeimungen vom Phosphatieren bekannt, löst sich auch diese Bekeimung nicht von der Oberfläche, wenn direkt übergehoben wird, während Zwischenspülschritte vermieden werden. Überschüssige Mengen an Titandioxid, welche sich beim Eintauchen ins Brünierbad lösen können, gehen in den Brünierbadschlamm und sind nicht schädlich. Es wurde festgestellt, dass Titandioxid im siedenden Brünierbad nicht in Schwebe gehalten werden kann, sondern sofort ausfällt. Dieses kann dann zusammen mit dem Brünierbadschlamm entsorgt werden.The pre-dip tanks mentioned above can have a titanium dioxide-water suspension, the TiO2 of which is kept in suspension under continuous air injection. If the component is immersed here, the surface of the component is seeded with titanium dioxide. The component is then taken straight to the first blueing bath without being rinsed. There the immediate layer reaction takes place using the titanium dioxide present. As is known in the case of nucleation from phosphating, this nucleation also does not detach from the surface if it is lifted directly while avoiding intermediate rinsing steps will. Excess amounts of titanium dioxide, which may dissolve during immersion in the bluing bath, go into the bluing bath sludge and are not harmful. It was found that titanium dioxide cannot be kept in suspension in the boiling burnishing bath, but precipitates immediately. This can then be disposed of together with the blackening bath sludge.

Somit wird das Brünierbad in keiner Weise kontaminiert oder verschlechtert und kann jederzeit ebenso für normales Brünieren verwendet werden, ohne dass die damit erzeugte Schicht irgendwelches Ti enthalten würde. Dies hat den Vorteil, dass dasselbe Brünierbad für unterschiedliche Brüniervorgänge, mit oder ohne metallischen Zusatzelementen aus einem vorherigen Vortauchschritt, verwendet werden kann. Je nach Produkt und sonstigen Anforderungen kann dieselbe Anlage somit im Wechsel unlegierte tribologische Brünierschichten oder legierte tribologische Brünierschichten erzeugen, ohne dass sich diese Prozesse gegenseitig stören würden.Thus, the blackening bath is not contaminated or deteriorated in any way and can be used at any time for normal blackening as well, without the layer produced thereby containing any Ti. This has the advantage that the same blackening bath can be used for different blackening processes, with or without additional metal elements from a previous pre-dipping step. Depending on the product and other requirements, the same system can alternately produce unalloyed tribological blackening layers or alloyed tribological blackening layers without these processes interfering with one another.

Bei einem tribologischen Brünieren, wie es hier beschrieben ist, ist die Gesamtbrünierdauer auf mehrere Brünierschritte verteilt. Bei besonders langen Brünierdauern in einem Brünierbad wird der Prozess üblicherweise durch ein Zwischenabschrecken im Wasserbad unterbrochen, um sauerstoffaffine Elemente abzusättigen und die Oberfläche neu zu aktivieren. Daher kann, wie oben beschrieben, vor jedem Brünierbad und jedem Brünierschritt ein eigenes Vortauchen in einer Titandioxidsuspension, oder einer anderen Vortauchlösung mit metallischen Zusatzelementen, erfolgen. Es ist somit keine Komplizierung oder Verzögerung des Beschichtungsablaufes. Dieses Zwischentauchen führt zu einer erneuten Anreicherung auf der Oberfläche des Bauteils, um Verluste des Titandioxids auszugleichen und den natürlichen Ti-Gehalt der Schicht von etwa 0,5 % wiederherzustellen.With tribological blackening, as described here, the total blackening time is divided into several blackening steps. In the case of particularly long blackening times in a blackening bath, the process is usually interrupted by intermediate quenching in a water bath in order to saturate elements with an affinity for oxygen and to reactivate the surface. Therefore, as described above, before each blackening bath and each blackening step, a separate pre-dip in a titanium dioxide suspension or another pre-dip solution with additional metallic elements can take place. There is therefore no complication or delay in the coating process. This intermediate immersion leads to renewed enrichment on the surface of the component in order to compensate for losses of titanium dioxide and to restore the natural Ti content of the layer of around 0.5%.

Die in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Merkmale gelten ebenso für das Bauteil und andersherum.The features described in connection with the method also apply to the component and vice versa.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.Further advantages and advantageous embodiments are specified in the description, the drawings and the claims. In particular, the combinations of features specified in the description and in the drawings are purely exemplary, so that the features can also be present individually or in a different combination.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.The invention is to be described in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. The exemplary embodiments and the combinations shown in the exemplary embodiments are purely exemplary and are not intended to define the scope of protection of the invention. This is defined solely by the appended claims.

Es zeigt:
Fig. 1: einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils.It shows:
1 : a schematic sequence of a method for producing a component.

Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements that are identical or have the same functional effect are identified below with the same reference symbols.

Fig. 1 zeigt einen möglichen schematischen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils 1 mit einer Brünierschicht 10. Das Bauteil 1 ist hier beispielhaft als ein Ring oder Zylinder dargestellt, es kann jedoch auch jede beliebige andere Form mit einer solchen Brünierschicht 10 versehen werden. 1 shows a possible schematic sequence of a method for producing a component 1 with a burnishing layer 10. The component 1 is shown here as a ring or cylinder by way of example, but any other shape can also be provided with such a burnishing layer 10.

Das Bauteil 1 wird zunächst in eine Vortauchlösung 2 eingetaucht, in der metallische Zusatzelemente vorliegen. Diese metallischen Zusatzelemente können beispielweise Titandioxid sein, das in einer Titandioxidsuspension in der Vortauchlösung 2 vorliegt. Durch das Eintauchen des Bauteils 1 in die Vortauchlösung 2 werden die metallischen Zusatzelemente an der Oberfläche des Bauteils 1 angelagert, wie hier beispielhaft durch Kügelchen 4 dargestellt ist.The component 1 is first immersed in a pre-dip solution 2 containing additional metallic elements. These metallic additional elements can be, for example, titanium dioxide, which is present in the pre-dip solution 2 in a titanium dioxide suspension. By immersing the component 1 in the pre-dip solution 2, the additional metallic elements are attached to the surface of the component 1, as is shown here by beads 4 by way of example.

Das Bauteil 1 wird dann in ein Brünierbad 6 überführt. In diesem erfolgt eine Umwandlung der Bauteiloberfläche in eine Brünierschicht 8. Dabei erfolgt eine Anlösung von Eisen und Eisenoxiden, die in dem Material des Bauteils 1 enthalten sind, und deren ständige Wiederanlagerung und Umstrukturierung. Die metallischen Zusatzelemente 4, die bereits auf dem Bauteil 1 angelagert sind, werden dabei in der Brünierschicht 8 eingelagert. Insbesondere werden die metallischen Zusatzelemente in der Struktur der Brünierschicht 8 eingebettet.The component 1 is then transferred to a burnishing bath 6 . In this, the component surface is converted into a blackening layer 8. In the process, iron and iron oxides, which are contained in the material of the component 1, are partially dissolved and their constant re-accumulation and restructuring takes place. The metallic additional elements 4, which are already attached to the component 1, are embedded in the blackening layer 8. In particular, the additional metallic elements are embedded in the structure of the blackening layer 8 .

Das Vortauchen und Brünieren in der Vortauchlösung 2 und dem Brünierbad 6 kann dabei beliebig oft, vorzugsweise zwei bis dreimal, wiederholt werden. Des Weiteren kann nach jedem Brünierbad 6 ein Abschrecken des Bauteils 1 erfolgen.The pre-dipping and burnishing in the pre-dip solution 2 and the burnishing bath 6 can be repeated as often as desired, preferably two to three times. Furthermore, the component 1 can be quenched after each burnishing bath 6 .

Nach Abschluss des Brünierens liegt dann ein Bauteil 1 vor, welches eine homogene legierte Brünierschicht 10 aufweist. In dieser sind die metallischen Zusatzelemente 4 über die komplette radiale Erstreckung eingebettet und nicht als separate Elemente erkennbar. Lediglich ein eventueller Zusatzelement-Überschuss könnte sich als lokaler Konzentrationspeak zeigen, jedoch ohne funktional nachteilig zu sein. Die metallischen Zusatzelemente 4 dienen insbesondere einer Anpassung der Eigenschaften der Brünierschicht 8 und tragen nicht mit eigenen Eigenschaften bei.After completion of the blackening, a component 1 is then present which has a homogeneous alloyed blackening layer 10 . The metallic additional elements 4 are embedded in this over the complete radial extension and cannot be recognized as separate elements. Only a possible excess of additional element could show up as a local concentration peak, but without being functionally disadvantageous. The metallic additional elements 4 serve in particular to adapt the properties of the blackening layer 8 and do not contribute their own properties.

Durch diese legierte Brünierschicht 10 kann insbesondere erreicht werden, dass die Eigenschaften einer Brünierschicht in Bezug auf Verschleißwiderstand und Abnutzungsgrad verbessert werden.This alloyed burnishing layer 10 can in particular improve the properties of a burnishing layer in terms of wear resistance and degree of wear.

BezugszeichenlisteReference List

11: Bauteilcomponent
22: Vortauchlösungpre-dip solution
44: metallische Zusatzelementemetallic additional elements
66: Brünierlösungbluing solution
88th: Brünierschichtbluing layer
1010: legierte Brünierschichtalloyed bluing layer

Claims

Component (1) which has a blackening layer (10),
characterized in that additional metallic elements (4) are integrated into the structure of the blackening layer (10).

Component according to Claim 1, in which the metallic additional elements (4) are provided with a proportion of between 0.1 and 1%, in particular between 0.3 and 0.7%, of the blued layer (10).

Component according to one of the preceding claims, in which the metallic additional elements (4) are incorporated in the burnished layer (10) with a proportion which increases radially outwards.

Component according to one of the preceding claims, in which the additional metallic elements (4) are designed to adapt the properties of the blued layer (10).

Component according to one of the preceding claims, in which the metallic additional elements (4) contain titanium.

Component according to one of the preceding claims, in which the metallic additional elements (4) have a metal oxide, in particular titanium oxide and/or titanium iron oxide.

Component according to one of the preceding claims, in which the blued layer (10) is arranged on a region of the component (1) which is free of rolling contact.

Method for producing a component (1) according to one of the preceding claims, the method having the steps: Attachment of metallic additional elements (4) on the component (1) and

Immersing the component (1) with the attached metallic additional elements (4) in a blackening solution (6), the metallic additional elements (4) being integrated into the structure of the blackening layer (10).

Method according to Claim 8, in which the addition of the metallic additional elements (4) takes place by immersion in a pre-immersion solution (2).

A method according to claim 8 or 9, wherein the steps of depositing additional metal elements (4) and immersing in the bluing solution (6) are repeated, the depositing being followed by immersion in the bluing solution (6).