WO1998011270A1 - Verfahren und vorrichtung zum innenbeschichten metallischer bauteile - Google Patents

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WO1998011270A1
WO1998011270A1 PCT/EP1997/004968 EP9704968W WO9811270A1 WO 1998011270 A1 WO1998011270 A1 WO 1998011270A1 EP 9704968 W EP9704968 W EP 9704968W WO 9811270 A1 WO9811270 A1 WO 9811270A1
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coating
cavity
component
cathode
reaction chamber
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PCT/EP1997/004968
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Ino Jakob Rass
Erich Lugscheider
Frank Löffler
Stefan Esser
Martin Feldhege
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Euromat Gmbh
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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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/046—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering

Definitions

  • the invention relates to a method for the internal coating of metallic components - with a wear-resistant layer - by a deposition process for the coating material from the vapor phase or by sputtering.
  • the invention also relates to a device for internal coating.
  • Such deposition processes have long been known per se as (physical vapor deposit) PVD processes or (chemical vapor deposit) CVD processes. They are mainly used for the flat application of thin layers based on nitride, oxide or carbide. It is also possible to use this method to deposit metals and / or metal alloys or their compounds.
  • WO 89/03 930 describes a method in which a heat insulation layer of small thickness is introduced into a combustion chamber of an engine.
  • the coating of the treads - to improve the running properties - is not dealt with in this document.
  • a thermal barrier coating made of metal oxides is introduced into a combustion chamber, which can also be used for the tread.
  • Thermal spraying processes can be used for internal coating, but these problems arise with regard to the layer thickness, the possible coating material, the tightness of the layer, its surface roughness or the like. pose.
  • an inner coating method for cavities, inner surfaces of bushes or larger bores and in particular for cylinder recesses in engine blocks is to be created.
  • the inventor has set itself the goal of developing a suitable device or system, which should preferably be suitable for automation.
  • the process conditions required for the coating process in the cavity (s) of the component having the surface to be coated are produced by changing the air composition and / or the air pressure, for example generating a gas atmosphere or — preferably — a vacuum.
  • the component can be fixed in a vacuum system in a coating system, for example before the coating process, and then subjected to the coating.
  • the cavity of the component is sealed before the coating process by closure elements applied to the component and its interior is vented; the cavity itself becomes a vacuum chamber.
  • At least one rod cathode is lowered into the cylinder recess in a cylinder surface and the coating process is carried out at a vacuum of approximately 10 " " mbar and a substrate temperature of ⁇ 400 ° C. - preferably ⁇ 250 ° C - performed.
  • a vacuum of approximately 10 " " mbar
  • a substrate temperature of ⁇ 400 ° C. - preferably ⁇ 250 ° C - performed.
  • several layers should possibly also be built up on the surface, for example a TiAl layer with a hard material layer.
  • a total layer thickness between 0.1 ⁇ m and 30 ⁇ m, in particular 0.5 ⁇ m to 20 ⁇ m, and a roughness (R R ; R L ; R Z ) of the coating between 0.1 ⁇ m and 10 ⁇ m have proven advantageous, in particular 0.3 ⁇ m and 6 ⁇ m - - proven.
  • the initial roughness before coating should be influenced by the coating process by less than 10%.
  • a device for internally coating metallic components by means of a deposition process for the coating material from the vapor phase - which should be particularly suitable for carrying out the method discussed above - with a reaction chamber for the deposition process in the form of a vacuum chamber or a plurality of vacuum chamber parts which can be assembled and with at least one cathode (28) which can be moved relative to the component (10, 40).
  • the component containing the cavity is intended to be fixed in the vacuum chamber and the cathode is to be movable relative to the cavity and to be inserted therein. It is preferred to form the vacuum chamber of the component itself by means of closure elements tightly attached to it and to arrange the cathode movably in it.
  • closure elements sealing the cavity should be designed as closure plates which are placed with sealing surfaces on mating surfaces of the component and with the latter delimit the cavity in an airtight manner.
  • the cavity can have any shape, but a polygonal or circular cross section - defining a central axis - is preferred, in particular the cylindrical cavity mentioned.
  • the cathode is then arranged to be movable in the longitudinal axis of the cavity.
  • the method is preferably used for cylinder liner surfaces in an engine block made of an aluminum alloy, in the cylinder recesses of which a wear-resistant layer is applied without the surface quality previously produced by honing being lost - reworking is no longer necessary.
  • sealing surfaces required between the hollow component and the closure plates can be part of an elastic sealing element, in particular made of rubber or a rubber compound, or else of a - temperature-resistant - plastic material.
  • sealing surfaces in the form of polished metallic surfaces are also within the scope of the invention.
  • the closure elements are placed on the reaction chamber parts from the start of the process by means of a pressure device and the latter are thereby sealed.
  • the pressure can be done mechanically or by means of pneumatic or hydraulic pressure devices.
  • the above-discussed problems of the inner coating ' can be solved by a deposition from the vapor phase and the inner layers are applied with a good quality.
  • FIG. 3 shows a sketch of a coating system, the coating chamber of which is formed from the engine block itself and two closure plates;
  • Fig. 6 a schematic overview of several components
  • Fig. 7 part of the system in plan view.
  • a cylinder recess 12 can be seen in FIG. 1, whose tread 14 is to be coated from the vapor phase.
  • the interior 16 of the engine block 10 is closed at both ends by closure plates 18 which, in the closed position, have corresponding counter surfaces 20 a of the engine block 10 with sealing surfaces 20.
  • the closure plate 18 of FIG. 1 is equipped with a central connection 22 for a vacuum pump (not shown for reasons of clarity) and with an inlet connection 24 for reaction gas.
  • FIG. 3 illustrates an engine block 10 prepared for coating those treads 14; the interior 16 of the engine block 10, which is closed by the two closure plates 18, 18 a , becomes a vacuum chamber 26 when the vacuum pump / s connected to the connections 22 are actuated; the cylinder recesses 12 are also part of the vacuum system thanks to further connections 22 a .
  • a rod cathode 28 hangs in the vacuum chamber 26 in each of the cylinder axes M and is lowered into the respective cylinder recess 12 for the coating process in order to carry out the coating there by means of the (physical vapor deposition) PVD method.
  • the same coating process also takes place in the coating system 30 according to FIG. 4; here the engine block 10 is introduced into a vacuum chamber 26 a of the coating system 30. After this insertion, the rod cathodes 28 are lowered into the cylinder recesses 12 to be coated in the engine block 10 defined by means of clamping devices 32 and their running surfaces 14 are also coated using the PVD method.
  • a cylinder liner 40 is coated in another internal coating system 30 a according to FIG. 5.
  • the interior 42 of the sleeve 40 is taken as the coating chamber; the latter are also a lower closure plate 18 with vacuum connection 22 and gas inlet 24 and an upper closure plate 18 a assigned.
  • a rod cathode 28 axially hangs from the latter into the interior 42.
  • the cylinder liner 40 delivered via a transfer arm 44 is brought into the coating position, and the closure plates 18 and 18 a are automatically closed via pressing heads 46 and 46 a of a robot device.
  • the coating process can now be carried out.
  • FIG. 6 schematically shows a system 50 for the continuous internal coating of engine blocks 10 with two tracks S X , S 2 each containing a conveyor belt 52.
  • step A the track S x is not equipped; in track S 2 , the closure plate 18 and the counterplate 18 a designed as a recipient cover - with the vacuum connection 22 and the rod cathode 28 - are placed at a distance from one another; they take the engine block 10 between them in step B of the track S x .
  • step C the closure plate 18 is moved into the interior 16 of the engine block 10 as recipient bottom and in step D the recipient lid 18 a is put on - the coating process is initiated.
  • step E the free track S 2 is equipped with a raw engine block 10, while in track S-. the procedure is ongoing.
  • step F the recipient parts 18 , 18 a are detached from the coated engine block 10 b and brought to a new engine block 10 in track S 2 .
  • Fig. 7 offers a top view of a coated engine block 10 b in track S x and a raw engine block 10 in track S 2 ; the rearrangement of these engine blocks 10, 10b can take place in a plurality of parallel tracks.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Innenbeschichten metallischer Bauteile (10) durch einen Abscheidungsprozess für einen Beschichtungswerkstoff aus der Dampfphase werden in dem/den die zu beschichtende Fläche (14) aufweisenden Hohlraum/-räumen (12) des Bauteils für das Beschichtungsverfahren erforderliche Prozessbedingungen durch Veränderung der Luftzusammensetzung und/oder des Luftdruckes hergestellt. Dazu wird eine Gasatmosphäre oder ein Vakuum erzeugt; im leztgenannten Fall wird das Bauteil (10) vor dem Beschichtungsvorgang in einer Vakuumkammer (26a) festgelegt.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Vorrichtung zum Innenbeachichten metallischer
Bauteile
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innenbeschichten von metallischen Bauteilen -- mit einer verschleißbeständigen Schicht -- durch einen Abscheidungs-prozeß für den Beschichtungswerkstoff aus der Dampfphase oder durch Sputtern. Zudem erfaßt die Erfindung eine Vorrichtung zum Innenbeschichten .
Derartige Abscheidungsprozesse sind als (physical vapor deposit) PVD-Verfahren oder (chemical vapor deposit) CVD- Verfahren an sich seit längerer Zeit bekannt. Sie werden hauptsächlich zum flächigen Auftragen dünner Schichten auf Nitrid-, Oxid- oder Karbid-Basis verwendet. Auch besteht die Möglichkeit mit diesen Verfahren Metalle und/oder Metallegierungen oder deren Verbindungen abzuscheiden.
Bei solchen Abscheidungen aus der Dampfphase werden -- im Falle des Nichtabdeckens eines metallischen Teils oder einer nicht zur Beschichtung vorgesehenen Oberfläche nicht zu beschichtende Flächen mitbeschichtet, weshalb diese -- nicht zu beschichtenden -- Flächen sauber abgedeckt werden müssen. Dadurch erhöhen sich die relativ hohen Verfahrenskosten noch weiter.
Die WO 89/03 930 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Wärmedämmschicht geringer Dicke in einen Verbrennungsraum eines Motors eingebracht wird. Das Beschichten der Laufflächen -- zur Verbesserung der Laufeigenschaften -- wird in dieser Schrift nicht behandelt.
Nach US-A-4 495 907 wird eine Wärmedämmschicht aus Metalloxiden in einem Verbrennungsraum eingebracht, die auch für die Lauffläche verwendet zu werden vermag. Zum Innenbeschichten können thermische Spritzverfahren eingesetzt werden, die aber Probleme hinsichtlich der Schichtstärke, des möglichen Beschichtungswerkstoffes, der Dichtigkeit der Schicht, ihrer Oberflächenrauhigkeit od. dgl . aufwerfen.
In Kenntnis dieses Standes der Technik soll ein Innenbeschichtungsverfahren für Hohlräume, Innenflächen von Büchsen oder größeren Bohrungen und insbesondere für Zylinderausnehmungen in Motorblöcken geschaffen werden. Zudem hat sich der Erfinder die Entwicklung einer dafür geeigneten Vorrichtung oder Anlage zum Ziel gesetzt, die bevorzugt für eine Automatisierung geeignet sein soll.
Erfindungsgemaß werden in dem/den die zu beschichtende Fläche aufweisenden Hohlraum/ -räumen des Bauteils für das Beschichtungsverfahren erforderliche Prozeßbedingungen durch Veränderung der Luftzusammensetzung und/oder des Luftdruckes hergestellt, beispielsweise eine Gasatmosphäre erzeugt oder -- bevorzugt -- ein Vakuum.
Das Bauteil kann etwa vor dem Beschichtungsvorgang in einer Vakuumkammer einer Beschichtungsanlage stationär festgelegt und dann der Beschichtung unterzogen werden.
Bei einem besonders vorteilhaften Verfahren wird der Hohlraum des Bauteils vor dem Beschichtungsvorgang durch an das Bauteil angelegte Verschlußelemente abgedichtet und sein Innenraum entlüftet; der Hohlraum wird so selbst zu einer Vakuumkammer.
Um eine gleichmäßige Schichtdicke und Güte über die gesamte Beschichtungsflache zu erzielen, wird bei einer Zylinderfläche wenigstens eine Stabkathode in die Zylinderausnehmung abgesenkt und der Beschichtungsvorgang bei einem Vakuum von etwa 10"" mbar und einer Substrattemperatur von <400°C -- vorzugsweise <250°C -- durchgeführt . Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen gegebenenfalls auch mehrere Schichten auf der Fläche aufgebaut werden, etwa eine TiAl -Schicht mit einer HartstoffSchicht .
Als günstig haben sich eine Gesamtschichtdicke zwischen 0,1 μm und 30 μm, insbesondere 0,5 μ bis 20 μm, sowie eine Rauhigkeit (RR;RL;RZ) der Beschichtung zwischen 0,1 μm und 10 μm -- insbesondere 0,3 μm und 6 μm - - erwiesen. Dabei soll die Ausgangsrauhigkeit vor dem Beschichten durch den Beschichtungsvorgang um weniger als 10 % beeinflußt werden.
Im Rahmen der Erfindung liegt eine Vorrichtung zum Innenbeschichten metallischer Bauteile durch einen Abscheidungsprozeß für den Beschichtungswerkstoff aus der Dampfphase -- die vor allem zur Durchführung des oben erörterten Verfahrens geeignet sein soll -- mit einer Reaktionskammer für den Abscheidevorgang in Form einer Vakuumkammer oder mehreren zusammensetzbaren Vakuumkammerteilen sowie mit wenigstens einer in dieser/diesen relativ zum Bauteil (10,40) bewegbaren Kathode (28) . In einer Ausführung soll das den Hohlraum enthaltende Bauteil in der Vakuumkammer festgelegt und die Kathode gegenüber dem Hohlraum bewegbar und in diesen einfahrbar angebracht sein. Bevorzugt wird über den Holraum des Bauteils selbst durch an dieses dicht angefügte Verschlußelemente als Vakuumkammer auszubilden und in ihr die Kathode bewegbar anzuordnen.
Dabei sollen die den Hohlraum abdichtende Verschlußelemente als Verschlußplatten ausgebildet sein, die mit Dichtflächen an Gegenflächen des Bauteils angelegt werden und mit letzterem den Hohlraum luftdicht begrenzen.
Grundsätzlich kann der Hohlraum eine beliebige Gestalt haben, bevorzugt wird aber ein -- eine Mittelachse definierender -- polygoner oder kreisförmiger Querschnitt, insbesondere der erwähnte zylindrische Hohlraum. Die Kathode wird dann in der Hohlraumlängsachse verfahrbar angeordnet .
Ein bevorzugter Einsatz des Verfahrens ergibt sich aufgabengemäß für Zylinderlaufbuchsenflachen in einem Motorblock aus einer Aluminiumlegierung, in dessen Zylinderausnehmungen eine verschleißfeste Schicht aufgebracht wird, ohne daß die vorher durch Honen erzeugte Oberflächengüte verloren ginge - eine Nachbearbeiten ist nicht mehr notwendig.
Die zwischen dem hohlen Bauteil sowie den Verschlußplatten erforderlichen Dichtflächen können Teil eines elastischen Dichtungselementes insbesondere aus Gummi bzw. einer Kautschukmasse oder aber aus einem -- temperaturbeständigen -- Plastikwerkstoff sein. Jedoch liegen auch Dichtflächen in Form polierter metallischer Oberflächen innerhalb der Erfindung.
Die Verschlußelemente werden von Prozeßbeginn mittels einer Andruckeinrichtung auf die Reaktionskammerteile aufgesetzt und letztere damit abgedichtet. Der Andruck kann mechanisch erfolgen oder mittels pneumatischer oder hydraulischer Andruckeinrichtungen .
Dank der Erfindung können nunmehr die eingangs erörterten Probleme des Innenbeschichten ' durch ein Abscheideverfahren aus der Dampfphase gelöst und die Innenschichten mit einer guten Qualität aufgebracht werden.
Zum Erzielen einer hohen Güte der Laufflächen auf Leicht - oder anderen Substratmetallen ist eine hohe hertz ' sehe Schwingungsbelastung zu beachten. Dieses Problem -- sowie das auftretender innerer Spannungen -- kann durch das Auftragen mehrlagiger oder gradierter Schichten gelöst werden . Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1: eine Teilansicht eines Abschnittes eines Motorblocks mit einer diesem vorgesetzten, teilweise geschnittenen Verschlußplatte ;
Fig. 2: eine Teildraufsicht auf den Motorblock;
Fig. 3: eine Skizze zu einer Beschichtungsan- lage, deren Beschichtungskammer aus dem Motorblock selbst sowie zwei Verschlußplatten gebildet ist;
Fig. 4: eine der Fig. 3 etwa entsprechende Skizze einer anderen Beschichtungsan- läge mit einer den Motorblock aufnehmenden Beschichtungskammer;
Fig. 5: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren Beschichtungs- anläge mit einer Beschichtungskammer aus einer Büchse sowie zwei dieser stirnseitig zugeordneten Verschlußplatten .
Fig. 6: eine schematische Übersicht zu mehreren
Verfahrensschritten innerhalb einer Anlage;
Fig. 7: ein Teil der Anlage in Draufsicht. In einem unteren Abschnitt eines aus einer Aluminiumlegierung geformten Motorblocks 10 ist in Fig. 1 eine Zylin- derausnehmung 12 zu erkennen, deren Lauffläche 14 aus der Dampfphase beschichtet werden soll. Dazu wird der Innenraum 16 des Motorblocks 10 beidends durch Verschlußplatten 18 geschlossen, die in Verschlußstellung mit Dichtflächen 20 entsprechenden Gegenflächen 20a des Motorblocks 10 anliegen .
Die Verschlußplatte 18 der Fig. 1 ist mit einem zentralen Anschluß 22 für eine aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigten Vakuumpumpe sowie mit einem Einlaßstutzen 24 für Reaktionsgas ausgestattet.
Einen zur Durchführung der Beschichtung jener Laufflächen 14 vorbereiteten Motorblock 10 verdeutlicht die Skizze der Fig. 3; der durch die beiden Verschlußplatten 18, 18a verschlossene Innenraum 16 des Motorblocks 10 wird bei Betätigung der mit den Anschlüssen 22 verbundenen Vakuumpumpe/n zu einer Vakuumkammer 26; ebenfalls sind die Zylinderausnehmungen 12 dank weiterer Anschlüsse 22a Teile des Vakuumsystems .
In jeder der Zylinderachsen M hängt in der Vakuumkammer 26 eine Stabkathode 28, die für den Beschichtungsvorgang in die jeweilige Zylinderausnehmung 12 abgesenkt wird, um dort mittels des (physical vapor deposition) PVD - Verfahrens die Beschichtung vorzunehmen.
Der gleiche Beschichtungsvorgang läuft auch in der Be- schichtungsanlage 30 nach Fig. 4 ab; hier wird der Motorblock 10 in eine Vakuumkammer 26a der Beschichtungsanlage 30 eingeschleust. Nach diesem Einschleusen werden die Stabkathoden 28 in die zu beschichtenden Zylinderausnehmungen 12 des mittels Spanneinrichtungen 32 festgelegten Motorblocks 10 abgesenkt und deren Laufflächen 14 ebenfalls nach dem PVD-Verfahren beschichtet. In einer anderen Innenbeschichtungsanlage 30a nach Fig. 5 wird eine Zylinderlaufbüchse 40 beschichtet. Hier wird als Beschichtungskammer der Innenraum 42 der Büchse 40 genommen; letzterer sind ebenfalls eine untere Verschlußplatte 18 mit Vakuumanschluß 22 und Gaseinlaß 24 sowie eine obere Verschlußplatte 18a zugeordne . Von dieser hängt axial eine Stabkathode 28 in den Innenraum 42. Die über einen Transferarm 44 angelieferte Zylinderbüchse 40 wird in Beschichtungsposition gebracht, und die Verschlußplatten 18 bzw. 18a werden über Anpreßköpfe 46 bzw. 46a einer Robotereinrichtung automatisch geschlossen. Nun kann der Beschichtungsvorgang durchgeführt werden.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Anlage 50 zum konti- nuierlichen Innenbeschichten von Motorblöcken 10 mit zwei jeweils ein Förderband 52 enthaltende Spuren SX,S2. Im Schritt A ist die Spur Sx nicht bestückt, in Spur S2 sind Verschlußplatte 18 und die als Rezipientendeckel ausgestaltete Gegenplatte 18a -- mit dem Vakuumanschluß 22 und der Stabkathode 28 -- in Abstand zueinander gestellt; sie nehmen in Schritt B der Spur Sx den Motorblock 10 zwischen sich auf. Im Schritt C wird die Verschlußplatte 18 als Rezipientenboden in den Innenraum 16 des Motorblocks 10 eingefahren und in Schritt D der Rezipientendeckel 18a aufgesetzt - der Beschichtungsvorgang wird eingeleitet. In Schritt E wird die freie Spur S2 mit einem rohen Motorblock 10 bestückt, während in Spur S-. das Verfahren läuft. Schließlich werden im Schritt F die Rezipiententeile 18,18a vom beschichteten Motorblock 10b gelöst und zu einem neuen Motorblock 10 in Spur S2 gebracht.
Fig. 7 bietet in Draufsicht einen beschichteten Motorblock 10b in Spur Sx und einen rohen Motorblock 10 in Spur S2 an; das Umschichten dieser Motorblöcke 10,10b kann in einer Mehrzahl von parallelen Spuren erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Innenbeschichten metallischer Bauteile (10, 40) durch einen Abscheidungsprozeß für einen
Beschichtungswerkstoff aus der Dampfphase, bei dem in dem/den die zu beschichtende Fläche (14) aufweisenden Hohlraum/-räumen (12, 42) des Bauteils für das Beschichtungsverfahren erforderliche Prozeßbedin- gungen durch Veränderung der Luftzusammensetzung und/oder des Luftdruckes hergestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasatmosphäre erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vakuum erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (10, 40) vor dem
Beschichtungsvorgang in einer Vakuumkammer (26a) festgelegt wird, bevorzugt in einer Vakuumkammer mit einem Vakuum von etwa 10"4 mbar.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (12, 42) des Bauteils (10, 40) vor dem Beschichtungsvorgang durch an das Bauteil angelegte Verschlußelemente abgedichtet und zu einer Vakuumkammer entlüftet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Substrattemperatur für den Beschichtungsvorgang von unter 400°C, vorzugsweise von unter 250°C.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (12,42) zylindrisch ausgebildet und die Kathode (28) etwa in der Zylinderachse (M) verfahren wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch den Aufbau mehrerer Schichten auf der zu beschichtenden Fläche (14) .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch den Aufbau zumindest zweier Einzelschichten in einem sogenannten multilayer.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Auftragen einer TiAl-
Schicht sowie einer HartstoffSchicht .
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
10, gekennzeichnet durch das Auftragen einer Schicht mit gradiertem Hartstoffanteil .
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
11, gekennzeichnet durch eine Gesamtschichtdicke zwischen 0,1 μm und 30 μm, insbesondere 0,5 μm bis 20 μm.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
12, gekennzeichnet durch eine Rauhigkeit der Beschichtung zwischen 0,1 μm und 10 μm.
14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Beeinflussung der Ausgangsrauheit nach DIN vor der Beschichtung von weniger als 10 % am Ende des Beschichtungsvorganges .
15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtende Fläche (14) bzw. eine den Beschichtungswerkstoff enthaltende Kathode (28) mittels eines PVD-Verfahren behandelt wird.
16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtende Fläche (14) bzw. eine den Beschichtungswerkstoff enthaltende Kathode (28) durch ein CVD-Verfahren behandelt wird.
17. Vorrichtung zum Innenbeschichten metallischer Bauteile durch einen Abscheidungsprozeß für den Beschichtungswerkstoff aus der Dampfphase, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der voraufgehenden Patentansprüche, mit einer Reak ionskammer (26,42) für den Abscheidevorgang oder mehreren zusammensetzbaren Reaktionskammerteilen sowie mit wenigstens einer in dieser/diesen relativ zum Bauteil (10,40) bewegbaren Kathode (28), wobei der Hohlraum (12,16,42) des Bauteils durch an dieses dicht angefügte Verschlußelemente (18,18a) als Reaktionskammer ausge- bildet und in ihr die Kathode bewegbar angeordnet ist .
18. Vorrichtung zum Innenbeschichten metallischer Bauteile durch einen Abscheidungsprozeß für den Beschichtungswerkstoff aus der Dampfphase, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der voraufgehenden Patentansprüche, mit einer Reaktionskammer (26a) für den Abscheidevorgang oder mehreren zusammensetzbaren Reaktionskammerteilen sowie mit wenigstens einer in dieser relativ zum Bauteil (10,40) bewegbaren Kathode (28), wobei das den Hohlraum (12,16,42) enthaltende Bauteil in der Reaktionskammer festgelegt und die Kathode gegenüber dem Hohlraum bewegbar sowie in diesen einfahrbar angebracht ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Verschlußelemente Verschlußplatten (18,18a) mit Dichtflächen (20) an Gegenflächen (20a) des Bauteils (10) angelegt sind, welche mit letzterem den Hohlraum (12,16,42) dicht begrenzen.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (26,26a,42) bzw. die zusammensetzbaren Reaktionskammerteile mit den Verschlußelementen (I8,18a) eine Vakuumkammer bildet/bilden.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Verschlußplatten (18,18a) mit einem Vakuumanschluß (22) ausgestattet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der als Vakuumkammer dienende Hohlraum (12,16,42) querschnittlich polygon ausgebildet ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der als Vakuumkammer dienende Hohlraum (12,16,42) querschnittlich kreisförmig, insbesondere als Zylinder ausgestaltet, ist.
24. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (28) in der Hohlraumlängsachse (M) verfahrbar angeordnet ist.
25. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Bauteil
(10,40) mit den Verschlußplatten (18,18a) einen Rezipienten bildet und die eine Verschlußplatte als Rezipientenboden in den Hohlraum (12,16,42) einfahrbar angeordnet ist.
26. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verschlußplatte (18a) als Rezipientendeckel mit in ihm vorgesehener Stabkathode (28) ausgebildet ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (20,20a) Teil eines elastischen Dichtungsteils insbesondere aus Gummi oder aus einer Kautschukmasse hergestellt ist .
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (20,20a)
Teil eines Dichtungsteils aus einem Plastikwerkstoff hergestellt ist, insbesondere aus einem temperaturbeständigen Kunststoff.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (20,20a) eine polierte metallische Oberfläche ist.
30. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Andruckeinrichtung (46,46a) zum Aufsetzen der Verschlußelemente (18,18a) sowie zum Abdichten der Reaktionskammerteile aufweist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch eine mechanische Andruckeinrichtung (46,46a) .
32. Vorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch eine pneumatische oder hydraulische Andruckeinrichtung (46,46a) .
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