WO2014000963A1 - Method for machining the surface of a component - Google Patents

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WO2014000963A1
WO2014000963A1 PCT/EP2013/060121 EP2013060121W WO2014000963A1 WO 2014000963 A1 WO2014000963 A1 WO 2014000963A1 EP 2013060121 W EP2013060121 W EP 2013060121W WO 2014000963 A1 WO2014000963 A1 WO 2014000963A1
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Gerhard Suenderhauf
Frank Stadler
Werner Teschner
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Robert Bosch Gmbh
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    • C23CCOATING 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
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    • C23C10/28Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23CCOATING 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
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    • F02M2200/8069Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving removal of material from the fuel apparatus, e.g. by punching, hydro-erosion or mechanical operation

Definitions

  • the invention is based on a method for processing the surface of a component, in particular an injection nozzle, according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention is further based on a component, in particular an injection nozzle, with modified surface according to this method according to claim 7.
  • a component in particular an injection nozzle, with modified surface according to this method according to claim 7.
  • fuel residues as deposits on the surfaces of the components in contact with the fuel can deposit.
  • deposits on the surface of the injection holes from the fuel residues may impair the functionality of such an injection nozzle over time.
  • a system for injecting pressurized fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine comprising at least one component component having a cavity and / or a bore, wherein during operation of the system at least one inner wall of the cavity and / or the bore is in contact with pressurized fuel and wherein the at least one inner wall has at least one protective coating to be applied to the fuel.
  • the protective coating serves to avoid the effect of corrosion and abrasion on the inner wall.
  • From DE 10 2008 044 024 A1 discloses a PE-CVD coating process for coating metallic workpieces, in particular of components of fuel injection systems is known, wherein the metallic workpieces with a high-frequency AC voltage or a pulsed or unpulsed DC voltage is applied and exposed to a plasma stream from a gas distributor. It is provided that the workpieces are arranged stationary relative to the gas distributor.
  • the protective layer obtained by means of the coating process is based on hydrocarbons and / or silanes and is resistant to abrasion. In addition, it serves to protect the workpieces from corrosion.
  • Silicon hydride gas is deposited to form silane radicals which recombine to coat the surface with hydrogen-containing amorphous silicon, and in a second process step the coated surface is functionalized by subjecting the substrate to a reagent having an unsaturated hydrocarbon group under a predetermined pressure and an elevated temperature for a predetermined period of time.
  • the method having the features of patent claim 1 has the advantage that the substrate surface of a component covered by the applied layer changes during the process by the process step of coating by diffusing into the surface zone of the substrate silicon impurity atoms and, due to this indiffusion, the chemical Physical properties of the surface zone are changed, and in a further process step, the deposited layer is removed, wherein the substrate surface is changed during the diffusion is exposed.
  • the changed by the diffusion of silicon foreign atoms surface zone is rendered inert after removal of the layer, that is, for example, with respect to fuel residues reaction poor and therefore counteracts a deposit formation.
  • the removal of the layer takes place in at least one cleaning step by means of ultrasonic cleaning with a thickness of the formed Layer and on the type of a detergent used in this period of time.
  • an alkaline solution having a strongly basic pH, preferably having a pH of about 14, is used.
  • the method step for forming the layer on the surface of the component takes place by means of chemical vapor deposition. Hydrogen-containing amorphous silicon is deposited on this surface to form the layer on the surface.
  • FIG. 1 shows a flowchart with the essential process steps of the method according to the invention for changing the surface of a component
  • FIG. 2 shows the component in cross-sectional view at the beginning of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows the component of FIG. 2 with a silicon layer formed on the surface thereof, during which a diffusion of silicon atoms from the silicon layer into the region of the component close to the surface takes place during a process step of the after-treatment
  • FIG. 4 shows the component of FIG. 3 following a method step according to the invention, the silicon layer formed on the surface of the component being removed and the silicon atoms diffused out of the layer remaining in the region of the component close to the surface.
  • the flowchart designated in its entirety by 100 in FIG. 1 illustrates the essential process steps of the method according to the invention for processing or changing the substrate surface of a component.
  • a first process step 110 in which the component is manufactured
  • this component is subjected to a pretreatment in a step 120, for example by injecting the injection ports thereof
  • a subsequent process step 130 the surface of the component is cleaned by means of a chemical cleaning solution such as acetone.
  • This wet cleaning step 130 serves to ensure the chemical cleanliness of the substrate surface of the component to be subsequently vapor-deposited.
  • a layer by means of CVD chemical vapor deposition
  • chemical vapor deposition chemical vapor deposition
  • hydrogen-containing amorphous silicon is applied to the surface
  • this process step 140 changes due to the increased process temperature of about 400 °
  • the surface or surface zone of the substrate of the component is characterized by a diffusion process initiated thereby, in which silicon atoms from the layer diffuse into the surface or surface zone.
  • the process temperature T is compared to that in the preceding Increased step 140 set first temperature to a second temperature, so that T> 400 ° C, in order to continue the process already introduced in the previous step 140 diffusion process of silicon impurities from the deposited layer in the surface zone of the substrate and thereby to continue the physico-chemical change of the surface zone of the substrate of the component.
  • this grown-up layer is essentially completely removed in order to expose the physically and chemically modified surface of the component by forming the layer according to step 140 and by the aftertreatment according to step 150.
  • the previously coated in accordance with process step 140 and after step 150 aftertreated component in an ultrasonic bath is cleaned with a dependent on the thickness of the layer formed and the type of detergent used therein, in the preferred embodiment, in which the layer thickness of the layer at about 100 to 500 nm, is about 45 minutes.
  • Fig. 2 illustrates the component 1 at the beginning of the method according to the invention for processing the surface 2 after the process step 130, i. after cleaning the surface 2 of the component 1.
  • Fig. 3 illustrates the component 1 with trained on the surface 2
  • Silicon layer in a process step during the process step 150 which serves for the aftertreatment of the surface 2. Due to the second temperature set in process step 150, which is higher than the first temperature set in the previous process step 140, the diffusion of silicon atoms 4 from the layer 3 already initiated in step 140 into the surface 2 and the underlying near-surface region of the component 1 continued and strengthened.
  • the layer 3 formed on the surface 2 (see FIG. 3) is removed and the surface near the surface 2 and the underlying surface Area diffused silicon atoms 4 remain there as embedded in the microstructure of the component 1 impurities. Due to the incorporation of the silicon impurities 4 in the microstructure of this detected by the diffusion process surface zone of the component 1, the physical properties of the surface 2 and thus their chemical properties change see.
  • the method 100 serves for processing or changing the surface of a component or workpiece, in particular an injection nozzle, and comprises the method steps of pretreating 120 and / or cleaning the surface of the component, forming a silicon layer or silicon-containing layer the surface of the component as a substrate by means of deposition at a predetermined temperature, the aftertreatment 150 of the surface with the layer formed thereon at a higher temperature than the step for forming the layer, to a diffusion of silicon impurities from the layer into a surface zone of the sub Strengthen strats of the component, and the ablating 160 of the surface formed on the layer to bare the surface modified by the formation of the layer 140, which, due to the diffusion processes, a physico-chemical change of the surface zones structure and consequently has a chemically largely inert behavior, in particular with regard to fuel residues.

Abstract

The invention relates to a method (100) for machining the surface of a component, in particular an injection nozzle, said method including the method steps of pretreating (120) and/or cleaning (130) the surface of the component; forming (140) a silicon layer or a silicon-containing layer on the surface of the component by means of a deposition process at a first temperature; aftertreating (150) the surface with the layer formed thereon at a second temperature which, in comparison to the step for forming the layer, is greater than the first temperature in order to reinforce a diffusion of the silicon atoms out of the layer into the component surface and/or into a region near the component surface; and removing (160) the layer formed on the surface in order to expose the surface which has been changed during the formation (140) and aftertreatment of the layer.

Description

Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche eines Bauteils  Method for processing the surface of a component
Beschreibung description
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche eines Bauteils, insbesondere einer Einspritzdüse, gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 . Die Erfindung geht ferner aus von einem Bauteil, insbesondere einer Einspritzdüse, mit nach diesem Verfahren veränderter Oberfläche gemäß Patentanspruch 7. Bei Bauteilen bzw. Werkstücken, die wie im Falle von Einspritzdüsen als kraftstoffführende Komponenten von Einspritzsystemen eingesetzt werden, besteht die Problematik, dass sich Kraftstoffrückstände als Beläge an den mit dem Kraftstoff in Kontakt stehenden Oberflächen der Bauteile ablagern können. Insbesondere im Bereich der Spritzlöcher von Einspritzdüsen können sich auf der Oberfläche der Spritzlöcher absetzende Beläge aus den Kraftstoffrück- ständen mit der Zeit die Funktionsfähigkeit einer derartigen Einspritzdüse beeinträchtigen. Indem die kraftstoffführenden Oberflächen mit Schutzbeschichtungen überzogen werden, welche chemisch reaktionsarm gegenüber den Kraftstoffrückständen ausgebildet sind, wird versucht, die Belagsbildung zu begrenzen. Aus der DE 10 2006 017 449 A1 ist ein System zum Einspritzen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, wobei das System mindestens eine Bauteilkomponente mit einem Hohlraum und/oder einer Bohrung aufweist, wobei im Betrieb des Systems mindestens eine Innenwand des Hohlraums und/oder der Bohrung mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff in Kontakt ist und wobei die mindestens eine Innenwand mindestens eine dem Kraftstoff zuweisende Schutzbeschichtung aufweist. Die Schutzbeschichtung dient zur Vermeidung einer Einwirkung von Korrosion und Abrasion auf die Innenwand. The invention is based on a method for processing the surface of a component, in particular an injection nozzle, according to the preamble of patent claim 1. The invention is further based on a component, in particular an injection nozzle, with modified surface according to this method according to claim 7. In components or workpieces, which are used as in the case of injectors as fuel-carrying components of injection systems, there is the problem that fuel residues as deposits on the surfaces of the components in contact with the fuel can deposit. In particular in the area of the injection holes of injection nozzles, deposits on the surface of the injection holes from the fuel residues may impair the functionality of such an injection nozzle over time. By coating the fuel-bearing surfaces with protective coatings which are chemically reactive with respect to the fuel residues, an attempt is made to limit the deposit formation. From DE 10 2006 017 449 A1 a system for injecting pressurized fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine is known, wherein the system comprises at least one component component having a cavity and / or a bore, wherein during operation of the system at least one inner wall of the cavity and / or the bore is in contact with pressurized fuel and wherein the at least one inner wall has at least one protective coating to be applied to the fuel. The protective coating serves to avoid the effect of corrosion and abrasion on the inner wall.
Aus der DE 10 2008 044 024 A1 ist ein PE-CVD-Beschichtungsverfahren zum Beschichten metallischer Werkstücke, insbesondere von Komponenten von Kraftstoff-Einspritzsystemen bekannt, wobei die metallischen Werkstücke mit einer hochfrequenten Wechselspannung oder einer gepulsten oder ungepulsten Gleichspannung beaufschlagt und einem Plasmastrom aus einem Gasverteiler ausgesetzt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Werkstücke ortsfest relativ zum Gasverteiler angeordnet werden. Die mittels des Beschichtungsver- fahrens erhaltene Schutzschicht basiert auf Kohlenwasserstoffen und/oder Silanen und ist abriebsfest. Außerdem dient sie dazu, die Werkstücke vor Korrosion zu schützen. From DE 10 2008 044 024 A1 discloses a PE-CVD coating process for coating metallic workpieces, in particular of components of fuel injection systems is known, wherein the metallic workpieces with a high-frequency AC voltage or a pulsed or unpulsed DC voltage is applied and exposed to a plasma stream from a gas distributor. It is provided that the workpieces are arranged stationary relative to the gas distributor. The protective layer obtained by means of the coating process is based on hydrocarbons and / or silanes and is resistant to abrasion. In addition, it serves to protect the workpieces from corrosion.
Aus der WO 2000051732 A1 ist ein Verfahren zum Verändern einer Festkörperoberfläche bekannt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt wasserstoffhaltiges amorphes Silizium auf der Oberfläche durch thermische Zerlegung bei einer erhöhten Temperatur von From WO 2000051732 A1 a method for changing a solid surface is known. In this case, in a first process step hydrogen-containing amorphous silicon on the surface by thermal decomposition at an elevated temperature of
Siliziumhydridgas abgeschieden, um Silan-Radikale zu bilden, welche rekombinieren, um die Oberfläche mit wasserstoffhaltigem amorphem Silizium zu beschichten, und in einem zweiten Verfahrensschritt wird die beschichtete Oberfläche funktionalisiert, indem das Substrat einem Reagens, welches eine ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppe aufweist, unter einem vorbestimmten Druck und einer erhöhten Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer aus- gesetzt wird. Silicon hydride gas is deposited to form silane radicals which recombine to coat the surface with hydrogen-containing amorphous silicon, and in a second process step the coated surface is functionalized by subjecting the substrate to a reagent having an unsaturated hydrocarbon group under a predetermined pressure and an elevated temperature for a predetermined period of time.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch den Prozessschritt des Beschichtens die von der aufgebrachten Schicht bedeckte Substratoberfläche eines Bauteils sich während des Prozesses verändert, indem in die Oberflächenzone des Substrats Silizium-Fremdatome eindiffundieren und dabei aufgrund dieser Eindiffusion die chemisch-physikalischen Eigenschaften der Oberflächenzone verändert werden, und in einem weiteren Prozessschritt die aufgebrachte Schicht abgetragen wird, wobei die während der Diffusion veränderte Substratoberfläche entblößt wird. Die durch die Eindiffusion von Silizium-Fremdatomen veränderte Oberflächenzone ist nach Abtragung der Schicht inertisiert, d.h. sie ist beispielsweise gegenüber Kraftstoffrückständen reaktionsarm und wirkt daher einer Belagsbildung entgegen. Insbesondere bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf kraftstoffführende Bauteile wie Einspritzdüsen wird im funktionssensitiven Bereich der Spritzlöcher deren Spritzlochoberflächen, d.h. deren Manteloberflächen, erfindungsgemäß so verändert, dass diese sich gegenüber Kraftstoffrückständen chemisch weitgehend inert verhalten, wodurch einer belagsbildenden und somit querschnittsverengenden Verkokung der Spritzmantelflä- chen entgegengewirkt wird, so dass die Funktionssicherheit und mithin die Lebensdauer erfindungsgemäß behandelter Einspritzdüsen über einen langen Zeitraum weitgehend aufrechterhalten bleibt. Vorteilhaft ist dabei zudem, dass der nach dem im Rahmen einer Vorbehandlung einer Einspritzdüse standardmäßig durchgeführten hydroerosiven Verrunden erzielte Innenquerschnitt der Spritzlöcher und deren damit verknüpfte Kenncharakteristik aufgrund der zum Ende des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgenden Abtragung der aufgebrachten Schicht im wesentlichen wieder hergestellt wird. The method having the features of patent claim 1 has the advantage that the substrate surface of a component covered by the applied layer changes during the process by the process step of coating by diffusing into the surface zone of the substrate silicon impurity atoms and, due to this indiffusion, the chemical Physical properties of the surface zone are changed, and in a further process step, the deposited layer is removed, wherein the substrate surface is changed during the diffusion is exposed. The changed by the diffusion of silicon foreign atoms surface zone is rendered inert after removal of the layer, that is, for example, with respect to fuel residues reaction poor and therefore counteracts a deposit formation. In particular, when applying the method according to the invention to fuel-carrying components such as injectors in the function-sensitive area of the spray holes whose spray hole surfaces, ie their mantle surfaces, according to the invention changed so that they behave chemically largely inert to fuel residues, thereby counteracting a coating-forming and thus cross-sectional narrowing coking the Spritzmantelflä- chen so that the reliability and thus the life According to the invention treated injectors remains largely maintained over a long period. It is also advantageous that the internal cross-section of the injection holes and their associated characteristic characteristic achieved by the hydroerosive rounding performed as standard in a pretreatment of an injection nozzle is substantially restored on account of the removal of the applied layer at the end of the method according to the invention.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen. Further advantageous developments and refinements of the invention will become apparent from the measures listed in the dependent claims.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit welcher die unter der ausgebildeten Schicht vergrabene Oberfläche definiert und - in der Serienfertigung von Bauteilen - mit hoher Reproduzierbarkeit bloßgelegt wird, erfolgt das Abtragen der Schicht in wenigstens einem Reinigungsschritt mittels Ultraschallreinigen mit einer von der Dicke der ausgebildeten Schicht und von der Art eines dabei verwendeten Reinigungsmittels abhängigen Zeitdauer. Zusätzlich wird gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abtragen der Schicht diese einer alkalischen Lösung ausgesetzt. Dazu wird eine alkalische Lösung mit einem stark basischen pH-Wert, vorzugsweise mit einem pH-Wert von etwa 14, eingesetzt. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, with which the surface buried under the formed layer is defined and exposed in series production of components with high reproducibility, the removal of the layer takes place in at least one cleaning step by means of ultrasonic cleaning with a thickness of the formed Layer and on the type of a detergent used in this period of time. In addition, according to a development of the method according to the invention for removing the layer, it is exposed to an alkaline solution. For this purpose, an alkaline solution having a strongly basic pH, preferably having a pH of about 14, is used.
Gemäß einer kostengünstig durchführbaren und technisch relativ einfach zu beherrschenden Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Verfahrensschritt zum Ausbilden der Schicht auf der Oberfläche des Bauteils mittels chemischer Gasphasenabscheidung. Dabei wird zum Ausbilden der Schicht auf der Oberfläche wasserstoffhaltiges amorphes Sili- zium auf dieser Oberfläche abgeschieden. According to an embodiment of the method according to the invention which can be carried out inexpensively and is technically relatively easy to control, the method step for forming the layer on the surface of the component takes place by means of chemical vapor deposition. Hydrogen-containing amorphous silicon is deposited on this surface to form the layer on the surface.
Zeichnungen drawings
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und in der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in schematischer Darstellung: An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description and in the accompanying drawings. The latter shows in a schematic representation:
Fig. 1 ein Flussdiagramm mit den wesentlichen Prozessschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verändern der Oberfläche eines Bauteils, Fig. 2 das Bauteil in Querschnittansicht zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 das Bauteil von Fig. 2 mit auf dessen Oberfläche ausgebildeter Siliziumschicht, wobei während eines Verfahrensschritts des Nachbehandelns eine Diffusion von Siliziumatomen aus der Siliziumschicht in den oberflächennahen Bereich des Bauteils erfolgt, und 1 shows a flowchart with the essential process steps of the method according to the invention for changing the surface of a component, FIG. 2 shows the component in cross-sectional view at the beginning of the method according to the invention, FIG. 3 shows the component of FIG. 2 with a silicon layer formed on the surface thereof, during which a diffusion of silicon atoms from the silicon layer into the region of the component close to the surface takes place during a process step of the after-treatment
Fig. 4 das Bauteil von Fig. 3 im Anschluss an einen erfindungsgemäßen Verfahrensschritt, wobei die auf der Oberfläche des Bauteils ausgebildete Siliziumschicht abgetragen ist und die aus der Schicht herausdiffundierten Siliziumatome im oberflächennahen Bereich des Bauteils verbleiben. FIG. 4 shows the component of FIG. 3 following a method step according to the invention, the silicon layer formed on the surface of the component being removed and the silicon atoms diffused out of the layer remaining in the region of the component close to the surface.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment
Das in Fig. 1 in seiner Gesamtheit mit 100 bezeichnete Flussdiagramm veranschaulicht die wesentlichen Prozessschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten bzw. Ver- ändern der Substratoberfläche eines Bauteils. Nach einem ersten Prozessschritt 1 10, bei welchem das Bauteil gefertigt wird, wird dieses Bauteil in einem Schritt 120 einer Vorbehandlung unterzogen, indem beispielsweise bei einer Einspritzdüse deren Spritzlöcher The flowchart designated in its entirety by 100 in FIG. 1 illustrates the essential process steps of the method according to the invention for processing or changing the substrate surface of a component. After a first process step 110, in which the component is manufactured, this component is subjected to a pretreatment in a step 120, for example by injecting the injection ports thereof
hydroerosiv verrundet werden. In einem daran anschließenden Prozessschritt 130 erfolgt das Reinigen der Oberfläche des Bauteils mittels einer chemischen Reinigungslösung wie z.B. Aceton. Dieser Nassreini- gungsschritt 130 dient dazu, die chemische Sauberkeit der nachfolgend zu bedampfenden Substratoberfläche des Bauteils sicherzustellen. Danach wird in einem weiteren Prozessschritt 140, bei dem das Bauteil in eine Reaktionskammer, d.h. einen Reaktor, eingesetzt wird, auf der gereinigten Oberfläche des Bauteils eine Schicht ausgebildet, die mittels CVD („chemical vapor deposition") bzw. chemischer Gasphasenabscheidung als Siliziumschicht oder als zumindest siliziumhaltige Schicht bei einer Prozesstemperatur bzw. Aufwachstemperatur von etwa 400°C auf der Oberfläche auf- gedampft bzw. abgeschieden wird, indem wasserstoffhaltiges amorphes Silizium auf die Oberfläche aufgebracht wird. Bei diesem Prozessschritt 140 verändert sich aufgrund der erhöhten Prozesstemperatur von etwa 400°C durch einen dadurch initiierten Diffusionspro- zess, bei dem Siliziumatome aus der Schicht in die Oberfläche bzw. Oberflächenzone eindiffundieren, die Oberfläche bzw. Oberflächenzone des Substrats des Bauteils. In einem darauf folgenden Prozessschritt 150 wird die Prozesstemperatur T gegenüber der im vorhe- rigen Schritt 140 eingestellten ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erhöht, so dass T > 400 °C ist, um den bereits im vorherigen Schritt 140 eingeleiteten Diffusionsprozess von Silizium-Fremdatomen aus der aufgebrachten Schicht in die Oberflächenzone des Substrats fortzusetzen bzw. zu verstärken und dadurch die physikalisch-chemische Veränderung der Oberflächenzone des Substrats des Bauteils weiter fortzusetzen. hydroerosive rounding. In a subsequent process step 130, the surface of the component is cleaned by means of a chemical cleaning solution such as acetone. This wet cleaning step 130 serves to ensure the chemical cleanliness of the substrate surface of the component to be subsequently vapor-deposited. Thereafter, in a further process step 140, in which the component is used in a reaction chamber, ie a reactor, formed on the cleaned surface of the component, a layer by means of CVD ("chemical vapor deposition") or chemical vapor deposition as a silicon layer or As at least silicon-containing layer is vapor-deposited or deposited on the surface at a process temperature or growth temperature of about 400 ° C., hydrogen-containing amorphous silicon is applied to the surface In this process step 140 changes due to the increased process temperature of about 400 ° The surface or surface zone of the substrate of the component is characterized by a diffusion process initiated thereby, in which silicon atoms from the layer diffuse into the surface or surface zone. In a subsequent process step 150, the process temperature T is compared to that in the preceding Increased step 140 set first temperature to a second temperature, so that T> 400 ° C, in order to continue the process already introduced in the previous step 140 diffusion process of silicon impurities from the deposited layer in the surface zone of the substrate and thereby to continue the physico-chemical change of the surface zone of the substrate of the component.
Im Anschluss daran wird in einem Prozessschritt 160 diese aufgewachsene Schicht im wesentlichen vollständig abgetragen, um die durch das Ausbilden der Schicht gemäß Schritt 140 und durch das Nachbehandeln gemäß Schritt 150 physikalisch und chemisch veränderte Oberfläche des Bauteils zu entblößen. Dazu wird das zuvor gemäß Prozessschritt 140 beschichtete und gemäß Schritt 150 nachbehandelte Bauteil in einem Ultraschallbad gereinigt mit einer von der Dicke der ausgebildeten Schicht und von der Art eines dabei verwendeten Reinigungsmittels abhängigen Zeitdauer, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem die Schichtdicke der Schicht bei etwa 100 bis 500 nm liegt, etwa 45 Minuten beträgt. Außer- dem wird die Schicht mittels einer alkalischen Lösung wie beispielsweise Aceton abgetragen, die einen stark basischen pH-Wert aufweist, der bevorzugt einem Wert von etwa 14 entspricht. Dieses pH-Milieu wird so gewählt, um im bevorzugten Anwendungsfall eines aus Stahl gebildeten Bauteils einen genügend großen Abstand zu dem kritischen pH-Wert pH=5, bei dem auch rostfreie Stähle rosten, einzuhalten. Subsequently, in a process step 160, this grown-up layer is essentially completely removed in order to expose the physically and chemically modified surface of the component by forming the layer according to step 140 and by the aftertreatment according to step 150. For this purpose, the previously coated in accordance with process step 140 and after step 150 aftertreated component in an ultrasonic bath is cleaned with a dependent on the thickness of the layer formed and the type of detergent used therein, in the preferred embodiment, in which the layer thickness of the layer at about 100 to 500 nm, is about 45 minutes. In addition, the layer is removed by means of an alkaline solution, such as acetone, which has a strongly basic pH, which preferably corresponds to a value of about 14. This pH environment is chosen so that in the preferred application of a steel-formed component a sufficiently large distance to the critical pH of pH = 5, at which stainless steels rust, to comply.
Fig. 2 veranschaulicht das Bauteil 1 zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten der Oberfläche 2 und zwar nach dem Prozessschritt 130, d.h. nach dem Reinigen der Oberfläche 2 des Bauteils 1 . Fig. 3 veranschaulicht das Bauteil 1 mit auf dessen Oberfläche 2 ausgebildeter Fig. 2 illustrates the component 1 at the beginning of the method according to the invention for processing the surface 2 after the process step 130, i. after cleaning the surface 2 of the component 1. Fig. 3 illustrates the component 1 with trained on the surface 2
Siliziumschicht in einer Verfahrensstufe während des Prozessschritts 150, welcher dem Nachbehandeln der Oberfläche 2 dient. Aufgrund der beim Prozessschritt 150 eingestellten zweiten Temperatur, die höher ist als die beim vorherigen Prozessschritt 140 eingestellte erste Temperatur, wird die bereits beim Schritt 140 eingeleitete Diffusion von Siliziumatomen 4 aus der Schicht 3 in die Oberfläche 2 und den darunter liegenden oberflächennahen Bereich des Bauteils 1 fortgesetzt und verstärkt.  Silicon layer in a process step during the process step 150, which serves for the aftertreatment of the surface 2. Due to the second temperature set in process step 150, which is higher than the first temperature set in the previous process step 140, the diffusion of silicon atoms 4 from the layer 3 already initiated in step 140 into the surface 2 and the underlying near-surface region of the component 1 continued and strengthened.
Fig. 4 veranschaulicht das Bauteil 1 im Anschluss an den zum Abtragen der Schicht 3 dienenden Verfahrensschritt 160. Dabei ist die auf der Oberfläche 2 ausgebildete Schicht 3 (vgl. Fig. 3) abgetragen und die in die Oberfläche 2 und den darunter liegenden oberflächennahen Bereich eindiffundierten Siliziumatome 4 verbleiben dort als in die Mikrostruktur des Bauteils 1 eingelagerte Fremdatome. Aufgrund der Einlagerung der Silizium-Fremdatome 4 in die Mikrostruktur dieser vom Diffusionsprozess erfassten Oberflächenzone des Bauteils 1 ändern sich die physikalischen Eigenschaften der Oberfläche 2 und damit auch deren chemi- sehe Eigenschaften. 4 illustrates the component 1 following the method step 160 serving to remove the layer 3. In this case, the layer 3 formed on the surface 2 (see FIG. 3) is removed and the surface near the surface 2 and the underlying surface Area diffused silicon atoms 4 remain there as embedded in the microstructure of the component 1 impurities. Due to the incorporation of the silicon impurities 4 in the microstructure of this detected by the diffusion process surface zone of the component 1, the physical properties of the surface 2 and thus their chemical properties change see.
Zusammenfassend dient das erfindungsgemäße Verfahren 100 zum Bearbeiten bzw. Verändern der Oberfläche eines Bauteils oder Werkstücks, insbesondere einer Einspritzdüse, und umfasst die Verfahrensschritte des Vorbehandelns 120 und/oder Reinigens 130 der Oberflä- che des Bauteils, des Ausbildens 140 einer Siliziumschicht oder siliziumhaltigen Schicht auf der Oberfläche des Bauteils als Substrat mittels Abscheidung bei einer vorbestimmten Temperatur, des Nachbehandelns 150 der Oberfläche mit der darauf ausgebildeten Schicht bei einer gegenüber dem Schritt zum Ausbilden der Schicht höheren Temperatur, um eine Eindiffusion von Silizium-Fremdatomen aus der Schicht in eine Oberflächenzone des Sub- strats des Bauteils zu verstärken, und des Abtragens 160 der auf der Oberfläche ausgebildeten Schicht, um die durch das Ausbilden 140 der Schicht veränderte Oberfläche zu entblößen, die aufgrund der Diffusionsvorgänge eine physikalisch-chemische Veränderung der Oberflächenzonenstruktur und mithin ein chemisch weitgehend inertes Verhalten insbesondere gegenüber Kraftstoffrückständen aufweist. In summary, the method 100 according to the invention serves for processing or changing the surface of a component or workpiece, in particular an injection nozzle, and comprises the method steps of pretreating 120 and / or cleaning the surface of the component, forming a silicon layer or silicon-containing layer the surface of the component as a substrate by means of deposition at a predetermined temperature, the aftertreatment 150 of the surface with the layer formed thereon at a higher temperature than the step for forming the layer, to a diffusion of silicon impurities from the layer into a surface zone of the sub Strengthen strats of the component, and the ablating 160 of the surface formed on the layer to bare the surface modified by the formation of the layer 140, which, due to the diffusion processes, a physico-chemical change of the surface zones structure and consequently has a chemically largely inert behavior, in particular with regard to fuel residues.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren (100) zum Bearbeiten der Oberfläche eines Bauteils, insbesondere einer Einspritzdüse, mit folgenden Verfahrensschritten: 1 . Method (100) for machining the surface of a component, in particular an injection nozzle, with the following method steps:
- Vorbehandeln (120) und/oder Reinigen (130) der Oberfläche (2) des Bauteils (1 );  - pretreating (120) and / or cleaning (130) the surface (2) of the component (1);
- Ausbilden (140) einer Siliziumschicht oder siliziumhaltigen Schicht (3) auf der Oberfläche (2) des Bauteils mittels Abscheidung bei einer ersten Temperatur; - forming (140) a silicon layer or silicon-containing layer (3) on the surface (2) of the device by means of deposition at a first temperature;
- Nachbehandeln (150) der Oberfläche (2) mit der darauf ausgebildeten Schicht (3) bei einer gegenüber dem Schritt (140) zum Ausbilden der Schicht zweiten Temperatur, die größer ist als die erste Temperatur, um eine Eindiffusion von Silizium-Atomen (4) aus der Schicht in die Oberfläche und/oder einen oberflächennahen Bereich des Bauteils zu verstärken;  Aftertreating (150) the surface (2) with the layer (3) formed thereon at a second temperature, which is greater than the first temperature, compared with the step (140) for forming the layer, in order to prevent diffusion of silicon atoms (4 ) from the layer into the surface and / or to reinforce a near-surface region of the component;
- Abtragen (160) der auf der Oberfläche (2) ausgebildeten Schicht (3), um die beim Ausbilden und Nachbehandeln der Schicht veränderte Oberfläche zu entblößen.  - removing (160) the layer (3) formed on the surface (2) in order to expose the surface which has changed during the formation and after-treatment of the layer.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen (160) der Schicht (3) in wenigstens einem Reinigungsschritt mittels Ultraschallreinigen mit einer von der Dicke der ausgebildeten Schicht (3) und von der Art eines dabei verwendeten Reinigungsmittels abhängigen Zeitdauer erfolgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the removal (160) of the layer (3) takes place in at least one cleaning step by means of ultrasonic cleaning with a dependent on the thickness of the formed layer (3) and the type of detergent used in this period of time.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtragen (160) der Schicht (3) diese einer alkalischen Lösung ausgesetzt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for removing (160) of the layer (3) it is exposed to an alkaline solution.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtragen (160) der Schicht (3) eine alkalische Lösung mit einem stark basischen pH-Wert, vorzugsweise mit einem pH-Wert von etwa 14, eingesetzt wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that for removing (160) of the layer (3) an alkaline solution having a strongly basic pH, preferably having a pH of about 14, is used.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Ausbilden (140) der Schicht (3) auf der Oberfläche (2) des Bauteils mittels chemischer Gas- phasenabscheidung erfolgt. 5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the step for forming (140) of the layer (3) on the surface (2) of the component takes place by means of chemical vapor deposition.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden (140) einer Schicht (3) auf der Oberfläche (2) wasserstoffhaltiges amorphes Silizium auf der Oberfläche abgeschieden wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that for forming (140) a layer (3) on the surface (2) hydrogen-containing amorphous silicon is deposited on the surface.
7. Bauteil, insbesondere eine Einspritzdüse, mit gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 veränderter Oberfläche. 7. component, in particular an injection nozzle, with according to the method according to any one of claims 1 to 6 modified surface.
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