WO2014190984A1 - Beschichtetes bauteil - Google Patents

Beschichtetes bauteil Download PDF

Info

Publication number
WO2014190984A1
WO2014190984A1 PCT/DE2014/200177 DE2014200177W WO2014190984A1 WO 2014190984 A1 WO2014190984 A1 WO 2014190984A1 DE 2014200177 W DE2014200177 W DE 2014200177W WO 2014190984 A1 WO2014190984 A1 WO 2014190984A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coating
component
chromium
layer
thickness
Prior art date
Application number
PCT/DE2014/200177
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bertram Haag
Yashar Musayev
Walter Holweger
Toni BLAß
Tim Matthias Hosenfeldt
Arbogast Grunau
Original Assignee
Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg filed Critical Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority to JP2016515656A priority Critical patent/JP2016524042A/ja
Priority to CN201480026174.3A priority patent/CN105189809A/zh
Priority to EP14728424.4A priority patent/EP3004415A1/de
Priority to US14/890,525 priority patent/US9897145B2/en
Publication of WO2014190984A1 publication Critical patent/WO2014190984A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/62—Selection of substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/5853—Oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/586—Nitriding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/64—Special methods of manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2202/00—Solid materials defined by their properties
    • F16C2202/02—Mechanical properties
    • F16C2202/04—Hardness
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/40—Alloys based on refractory metals
    • F16C2204/44—Alloys based on chromium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2206/00—Materials with ceramics, cermets, hard carbon or similar non-metallic hard materials as main constituents
    • F16C2206/40—Ceramics, e.g. carbides, nitrides, oxides, borides of a metal
    • F16C2206/42—Ceramics, e.g. carbides, nitrides, oxides, borides of a metal based on ceramic oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2206/00—Materials with ceramics, cermets, hard carbon or similar non-metallic hard materials as main constituents
    • F16C2206/40—Ceramics, e.g. carbides, nitrides, oxides, borides of a metal
    • F16C2206/58—Ceramics, e.g. carbides, nitrides, oxides, borides of a metal based on ceramic nitrides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2223/00—Surface treatments; Hardening; Coating
    • F16C2223/30—Coating surfaces
    • F16C2223/60—Coating surfaces by vapour deposition, e.g. PVD, CVD
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/60—Thickness, e.g. thickness of coatings
    • F16C2240/64—Thickness, e.g. thickness of coatings in the nanometer range
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/31—Wind motors

Abstract

Ein beschichtetes Bautel, insbesondere Wälzlagerteil, umfasst - ein metallisches Substrat (2), sowie - eine auf das Substrat (2) aufgebrachte PVD-Beschichtung (3) aus Chrom mit einer Stärke von weniger als 2 μm, wobei die PVD-Beschichtung (3) die Oberfläche des Bauteils bildet und an dieser Bauteiloberfläche eine Verbindung aus Chrom und mindestens einem weiteren Element gebildet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Beschichtet«* Bauteil
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Bauteil aus Stahl, insbesondere Wölzlagerbauteil, wobei die Besch ich tu ng Chrom aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung auf einem metallischen Substrat.
Hintergrund der Erfindung Ein beschich tes Watzlagerbauteil ist beispielsweise aus der DE 0 2009 023 818 A1 bekannt. Als Beschichtung ist in diesem Fall eine Nickellegierung vorgesehen, weiche durch ein chemisches Abscheideverfahren erzeugt wird und eine Dicke von ca. 2 pm aufweist. Aus der DE 10 2008 017 270 B3 ist eine strukturierte Chfom-Feststoffpartikel- Schicht mit einem Rissnetzwerk bekannt. In welches Festetoffpartikel eingelagert sind. Die Schicht wird elektrolytisch hergestellt und soll für Kolbenringe geeignet sein. Eine mehrlagige, elektrorytisch abgeschiedene Chromschicht ist zum Beispiel aus der DE 10 2009 045 889 A1 bekannt. Die Dicke einzelner Schichtlagen betragt hierbei beispielsweise maximal 7 pm, insbesondere maximal 3 pm. Zusätzlich zu Chrom können die Schichtlagen Fremdionen wie Carbid, Molybdän-, Vanadium- oder Wolfram-Ionen enthalten. Die Möglichkeit, Schutzschichten durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) zu erzeugen, ist In der DE 10 2009 045 889 A1 ebenfalls erwähnt. Jedoch sei dieses Herstellungsverfahren wegen der Tatsache, dass es aus wirtschaftlichen Gründen lediglich für für dünne Schichten im Bereich einiger Manometer bis hin zu einigen Mikrometern In Betracht käme, für die Herstellung von Verschleißschutzschichten nicht zu empfehlen.
Verschleißschutzschlchten. die Im PVD (phyaical vapour depoeition)-Verfahren abgeschieden werden, können im Wesentlichem aus Kohlenstoff aufgebaut sein und werden auch als DLC (diamond llke carbon Sc ichte bezeichnet. Ein Beispiel einer solchen Besch ich tu ng ist In der DE 10 2006 029 415 A1 offenbart. Zwischen der Kohlenstoffschicht und dem Grundwerkstoff kann sich eine Stützschlcht befinden, welche beispielsweise Chrom enthalt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtung eines metallischen Bauteils, beispielsweise Wätzlagerbauteits, insbesondere hinsichtlich der in Zusammenwirkung mil Schmierstoffen relevanten Eigenschaften weiterzuentwickeln.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein beschichtetes Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung mit der» Merkmalen des Anspruchs 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Bauteil erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Herstellungsverfahren und umgekehrt. Das beschichtete Bauteil weist ein metallisches Substrat sowie eine hierauf Im PVD-Verfahren aufgebrachte Beschickung aus Chrom mit einer Stärke von weniger als 2 um auf. Auf die Chromschicht wird keine weitere Besch ich tu ng aufgebrecht. Es wird jedoch an der Bauteiloberfläche, das heißt an der Oberfläche der Chromechicht, eine Verbindung aus Chrom und mindestens einem weiteren Element gebildet. Diese Verbindung wird entweder Im Rahmen des HersteJIungsprozesses dee Bauteile oder erst nach der Inbetriebnahme des Beuteiis durch die herrschenden Betriebsbedingungen, insbesondere Beaufschlagung mit Schmiermittel, erzeugt Die Dicke der Chromschicht wird durch die Verbindung mit dem weiteren Element praktisch nicht erhöht.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass Schmierstoffe in der Wälzlagertechnik sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf die Lebensdauer eines Lagers haben können. Negative Auswirkungen sind insbesondere durch Abbauprodukte oder Atterungsprodukte von Schmierstoffen denkbar.
Bei SchWIgungsmechanternen an der Oberflache von metallischen Bauteilen kann Wasserstoff eine Rolle spielen. Atomarer Wasserstoff wird bei der galvanischen Abschekjung einer Metallschicht prozessbedingt in die Metallschicht eingebaut, wobei auch eine Diffusion von Wasserstoff in den Grundwerkstoff möglich Ist. Zusätzlich sind während des laufenden Betriebes des Bauteils Einflüssen durch naszlerenden Wasserstoff denkbar. Schädigungsmechanismen durch Wasserstoff werden in der Wälzlagertechnik mit sogenannten weiß anätzenden Rissen oder Bereichen (WEC = white etching cracks; WEA = white etchlng areas) In Verbindung gebracht. Auf diese Thematik wird beispielsweise In dem Dokument WO 2009/065515 A2 eingegangen.
Während nach dem genannten Stand der Technik die Widerstandsfähigkeit einer metallischen Beschichtung, insbesondere Chrombeschichtung, durch Erhöhung der Schichtdicke, durch einen mehrlagigen Aufbau, oder durch den Einbau von zusätzlichen Beschichtungsbestandteilen optimiert werden soll, ist nach der Erfindung die Schichtdicke auf sehr geringe Werte von maximal 2 pm, vorzugsweise weniger als 1 pm. besonders bevorzugt weniger als 500 nm, beschrankt, wobei die Schicht nicht nasschemisch erzeugt, sondern aus der Gasphase abgeschieden wird.
Die aus der Gasphase abgeschiedene Chromschioht wird im vorliegenden Fall vereinfachend stets als PVD-Schicht bezeichnet, womit sie von einer aus einer wässrigen Phase abgeschiedenen Schicht abgegrenzt wird. Auch Schichten, die nach dem CVD (chemical vapour deposition)- erfahren, dem PA-CVD (physical assisied chemical vapour deposltion}- Verfahren, oder dem O-CVD (metal organic chemical vapour deposltton)-Verfahren hergestellt sind, werden demnach unter den Begriff .PVD-Beschichtung" subsumiert. In allen Fällen hat diese Beschichtung den Vorteil, dass sie eine rissfreie Barriere gegen Umwelteinflüsse, insbesondere gegen Wasserstoff, bildet. Überraschenderwelse hat sich gezeigt, dass die geringe Schichtdicke von unter 2 pm selbst unter extremen Umgebungsbedingungen eine ausreichende Schutzwirkung bietet. An der Beschichtunc^berflache kann das Chrom mit von außen einwirkendem Sauerstoff Chromoxid bHden. Das als Randschicht entstehende Chromoxid bildet einen integralen Bestandteil der Beschichtung des Bauteils, welcher im Laufe des Betriebs des Bauteils anwachsen kann, wobei die gesamte Beschichtung weiterhin als Chromschicht bezeichnet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensführung wird gegen Ende des Beschichtungsprozesses, welcher in einer Beschichtungskammer stattfindet, die Beschichtungskammer bei einer Temperatur zwischen 130"C und 160'C, insbesondere bei einer Temperatur von ca. 150*C, belüftet, um an der Oberfläche der bereite fertiggestellten Chromschicht gezielt Chromoxid zu bilden. Unter einer Belüftung wird In diesem Zusammenhang auch die Zugabe einer synthetischen, Sauerstoff enthaltenden Gasmischung oder von reinem Sauerstoff verstanden. In jedem Fall sorgt die Sauerstoffzugabe im angegebenen Temperaturbereich beim Abschluss des Beschichtungsvorganges für die Entstehung einer extrem dicken und dichten Oxidschicht, welche im Betrieb des damit beschichteten BauteHs, insbesondere Lagerbauteils, jegliche nachteilige Wechselwirkung mit schädigenden Elementen oder Verbindungen aus einem Schmierstoff unterbindet.
Ansteile von Sauerstoff kann auch Stickstoff als weiteres Element mit der Chromschicht eine Verbindung eingehen, wobei in diesem Fall Chromnitrid als besonders widerstandsfähige Barriere gegenüber Umwelteinflüssen gebildet wird,
Das Chromnitrid ist im Rahmen der Bildung der insgesamt als Chromschicht bezeichneten PVD-Beschichtung beispielsweise durch ein reaktives PVD- Sputterverfahren aufgebracht, Vorzugsweise liegt das Chromnitrid in der Beschichtung nanokristallkn in Form verschiedener Cr , Phasen vor. Der Anteil der Cr2N-Bindungen betragt hierbei vorzugsweise über 70%. Weitere vorteilhafte Merkmale von Cn , Phasen, wie sie an der Oberfläche der PVD- Beschichtung herstellbar sind, sind zum Beispiel In der DE 10 2004 043 550 B4 offenbart
In bevorzugter Ausgestaltung beträgt die Harte der Beschichtung aus Chrom und mindestens einer Verbindung, welche außer Chrom mindestens ein weiteres Element enthalt, zwischen 800 und 1200 HV 0,3. Die Beschichtung ist vorzugsweise mindestens 100 nm dick.
Das Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung umfasst unabhängig vom technischen Anwendungsgebiet folgende Merkmale:
- Ein Werkstück. Insbesondere Walziagerteil. wird aus einem metallischen Substrat gefertigt, - auf das Substrat wird mittels Gasphasenabscheidung eine Chromsc icht mit einer Stärke von weniger als 2 pm aufgebracht, welche die Werkstückoberflöche bildet und nicht weiter beschichtet wird. Die Chromschicht wird ohne Zwischenschicht direkt auf dem Grundwerkstoff erzeugt und ist - im Anwendungsgebiet Wälzlager - überrotlbar. Bei dem Werkstück handelt es sich beispielsweise um einen Lagerring oder einen Wälzkörper eines Lagers einer Windkraftanlage. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt neben den herausragenden Schutzelgenschaften der Be Schichtung in der Tatsache, dass durch den Beschichtungsvorgang die Abmessungen des Werkstücks nur in äußerst geringem Maße geändert werden. Die Besch ich tung wird beispielsweise durch Sputtem aufgebracht Im Gegensatz zu elektrochemischen Beschichtungsverfahren hat dies zusätzlich zur Rissfreiheit der Schicht den Vorteil, dass die Schichtdicke an verschiedenen Bereichen der Oberfläche des Werkstücks kaum von der Werkstückgeometrie, beispielsweise Kanten, abhängig ist. Nachfolgend wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen jeweils ausschnittsweise in einer schematischen Schnittdarstellung:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 ein erfindungsgemäß mit Chrom im PVD-Verfahren beschichtetes
Baute«. Flg. 2 zum Vergleich ein Bauteil mit galvanisch erzeugter Chromschicht. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Ein in Fig. 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Bauteil, nämlich WälzJagerbautell, beispielsweise Innenring, Außenring oder WäfekÖrper, ist aus einem metallischen Grundwerkstoff, auch als Substrat 2 bezeichnet, hergestellt, auf weichen eine Beschtehtung 3 aufgebrecht ist,
Die Beschichtung 3 besteht größtenteils aus Chrom und ist im PVD-Verfahren erzeugt. Die zunächst - unmittelbar nach der Herstellung - als Schicht aus reinem Chrom vorliegende Beschichtung 3 bildet auf ihrer Oberfläche, welche zugleich die Werkstückoberflache darstellt, mit Sauerstoff aus der Umgebung eine Chromoxidschicht 4, welche von einer darunter liegenden, direkt an den Grundwerkstoff, nämlich Wälzlagerstahl, beispielsweise 100Cr6 oder M50NIL, grenzenden Chromschlcht 5 zu unterscheiden ist Die Dicke der ChromoxkJschicht 4 in Relation zur Gesamtdicke der Beschichtung 3 ist in Flg. 1 nicht maßstablich dargestellt. Die Gesamtdicke der Beschichtung 3 beträgt 1 bis 2 pm. Dies gilt für ebene Oberflächenabschnitte des Bauteils 1 ebenso wie für gekrümmte O >erflachenabschnttte, auch mit engen Krümmungsradien von beispielsweise deutlich weniger als 1 mm. Die Beschichtung 3 weist weder Fehlstellen noch Erhebungen, etwa in Form sogenannter Droplets, auf.
Gegenüber schädigenden Umwelteinflüssen, insbesondere Wasserstoff, stellt die Chromoxidschictit 4 eine undurchlässige Barriere dar. Selbst bei einer geringfügigen, nicht bis zum Grundwerkstoff ragenden Verletzung der Beschichtung 3 bleibt deren Schutzwirkung dauerhaft erhalten, da sich eine neue Chromoxidschicht 4 als Diffusionsbamere auf dem Bauteil 1 ausbildet. Die Wirkung der Beschichtung 3 ist neben ihrer Funktion als Sperrschicht auch durch katar tische Wirkung gegeben. Die schützende Wirkung der Beschichtung 3 Ist nicht nur auf die ChromoxkJschlcht 4 zurückzuführen, sondern auch auf die Tatsache, dass aufgrund der Herstellung der Beschichtung 3 per A scheidung aus der Gasphase im Gegensatz zu galvanisch erzeugten Schichten kein Wasserstoff In die Beschichtung 3 eingebaut ist. Somit ist von vorn herein ausgeschlossen, dass etwaige in der Besch ich tu rtg befindlichen Wasserstoffatome In das Bauteil 1 eindiffundieren. Der Aufbau einer herkömmlichen, elektrochemischen Verschleißschutzschicht Θ ist In Fig. 2 in einer Darstellung analog Flg. 1 veranschaulicht. Im Unterschied zur Beschichtung 3 nach Fig. 1 weist die Verschleißschutzschicht 6 Risse 7 auf. Zumindest ein Teil dieser Risse 7 geht bis zum Grundwerkstoff 2 (Substrat). In den durch die Risse 7 gebildeten Unterbrechungen der Ve schleißschutzschicht Θ können Umwelteinflüsse, insbesondere in Form von Wasserstoff 8, ungehindert am Grundwerkstoff 2 des Bauteils 1 angreifen. Es Ist kein Mechanismus vorhanden, der derartige Einflüsse stoppt. Zusätzlich zum von außen einwirkenden Wasserstoff 8. in Flg. 8 In Form von Punkten eingezeichnet, existiert eine nennenswerte, schädliche Menge an Wasserstoff 8 Innerhalb der Verschleißschutzschicht 6. Dieser Wasserstoff 8 diffundiert im Laufe der Zeit in das Substrat 2 und entfettet dort seine schädigende Wirkung, die letztlich, zusammen mit anderen Einflüssen, insbesondere mechanischer Beanspruchung, zu WEC führen kann. Ein derartiger Schadensmechanismus wird mit der Beschichtung nach Fig. 1 zuverlässig vermieden. Gleichzeitig ist die hauptsächlich aus Chrom bestehende Beschichtung 3 des Bauteils 1 nach Fig. 1 mechanisch hoch belastbar und dauerhaft, ohne Gefahr von Abplatzungen, mit dem Substrat 2 verbunden. Die Härte der Beschichtung 3 beträgt 800 bis 1200 HV 0,05. Bei der Aufbringung der Beschichtung 3 im PVD-Verfahren ist das Bauteil 1 keinen relevanten thermischen Belastungen, etwa durch Überschreitung der Anlasstemperatur des Substrats 2, ausgesetzt. Die Beschichtung 3 wird im Laufe des Herstellungsprozesses weder mit einer weiteren Schutzschicht überzogen noch mechanisch nach bearbeitet. Bezugezeichenliste
1 Bauteil
2 Substrat Grundwerkstoff
3 Beschreitung
4 ChromoxkJschicht
5 Chromschicht
6 Verachleifischutzschicht
7 Riss
Θ Wasserstoff

Claims

Patentansprüche
1. Beschichtetes Bauteil, mit
- einem metallischen Substrat (2),
• einer auf das Substrat (2) aufgebrachten PVD-Beschichtung (3) aus Chrom mit einer Stärke von weniger als 2 pm.
wobei die FVD-Beschichtung (3) die Oberflache des Bauteils bildet und an dieser BauteHoberflache eine Verbindung aus Chrom und mindestens einem weiteren Element gebildet Ist.
2. Bauteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Element Sauerstoff ist.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Element Stickstoff ist.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der PVD-Beschichtung (3) mindestens 800 HV 0.05 beträgt.
5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der PVD-Beschichtung (3) höchstens 1200 HV 0.05 beträgt.
6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der PVD-Beschichtung (3) weniger als 500 nm beträgt.
7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bi9 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der PVD-Beschichtung (3) mehr als 100 nm beträgt
8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Wäteiagertell ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung (3), mit folgenden Schritten: • Bereitstellung eines metallischen Substrats (2),
- Aufbringen einer Chromschicht (5) mit einer Stärke von weniger als 2 pm auf dem Substrat (2) im PVD- Verfahren,
wobei keine weitere Beschichtung der Chromschicht (5) erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9.
dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Chromschicht (5) durch Sputtem erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10.
dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche der Chromschicht (5) während des Sputtems eine Verbindung mit Stickstoff gebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche de* Chromschicht (5) durch Belüften einer Beschiohtungskammer bei einer Temperatur zwischen 130*C und 160"C eine Chromowdschicht gebildet wird,
PCT/DE2014/200177 2013-05-28 2014-04-23 Beschichtetes bauteil WO2014190984A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016515656A JP2016524042A (ja) 2013-05-28 2014-04-23 コーティングされた構成部材
CN201480026174.3A CN105189809A (zh) 2013-05-28 2014-04-23 经覆层的构件
EP14728424.4A EP3004415A1 (de) 2013-05-28 2014-04-23 Beschichtetes bauteil
US14/890,525 US9897145B2 (en) 2013-05-28 2014-04-23 Coated component

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013209863.4 2013-05-28
DE201310209863 DE102013209863A1 (de) 2013-05-28 2013-05-28 Beschichtetes Bauteil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014190984A1 true WO2014190984A1 (de) 2014-12-04

Family

ID=50896132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2014/200177 WO2014190984A1 (de) 2013-05-28 2014-04-23 Beschichtetes bauteil

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9897145B2 (de)
EP (1) EP3004415A1 (de)
JP (1) JP2016524042A (de)
CN (1) CN105189809A (de)
DE (1) DE102013209863A1 (de)
WO (1) WO2014190984A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2899398B1 (de) 2014-01-28 2016-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Beschichtete Komponente einer Windturbine

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017128727A1 (de) 2017-12-04 2019-01-17 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Schichtsystem, Bauteil und Verfahren zum Beschichten
DE102017222624A1 (de) 2017-12-13 2019-06-13 SKF Aerospace France S.A.S Beschichtete Lagerkomponente und Lager mit einer solchen Komponente
CN112210756B (zh) * 2020-10-13 2022-09-02 辽宁科技大学 一种铁基合金表面强耐蚀性高铬复合渗氮层的制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3634147A (en) * 1969-11-20 1972-01-11 United States Steel Corp Corrosion resistant tin-free steel and method for producing same
DE19702852A1 (de) * 1996-01-25 1997-07-31 Caterpillar Inc Lageranordnung mit verbessertem Abnutzungs- und Abriebswiderstand
US20020064605A1 (en) * 2000-10-11 2002-05-30 Kiyoharu Hatakenaka Method of coating a substrate and vane for vane-type compressor
DE102006029415A1 (de) 2006-06-27 2008-01-03 Schaeffler Kg Verschleißfeste Beschichtung sowie Herstellverfahren hierfür
WO2009065515A2 (de) 2007-11-20 2009-05-28 Ab Skf Laufbahnelement einer wälzlagerung
DE102008017270B3 (de) 2008-04-04 2009-06-04 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Strukturierte Chrom-Feststoffpartikel-Schicht und Verfahren zu deren Herstellung sowie beschichtetes Maschinenelement
DE102009023818A1 (de) 2009-06-04 2010-12-16 Aktiebolaget Skf Wälzlager und Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils des Wälzlagers
DE102009045889A1 (de) 2009-10-21 2011-04-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Chrom-Verschleißschutzschicht und Chrom-Verschleißschutzschicht
DE102004043550B4 (de) 2004-09-09 2012-02-16 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Verschleißfeste Beschichtung, ihre Verwendung und Verfahren zur Herstellung derselben

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3350157B2 (ja) * 1993-06-07 2002-11-25 帝国ピストンリング株式会社 摺動部材およびその製造方法
JPH07109561A (ja) * 1993-10-07 1995-04-25 Nissin Electric Co Ltd 窒化クロム膜被覆基体
JP3645295B2 (ja) * 1994-11-02 2005-05-11 株式会社不二越 潤滑硬質膜被覆ドリル
JP3766445B2 (ja) * 1994-12-27 2006-04-12 日本ピストンリング株式会社 内燃機関用ピストンリング
JPH08246131A (ja) * 1995-03-06 1996-09-24 Kobe Steel Ltd 鋼材の表面改質方法
JPH0931628A (ja) * 1995-07-25 1997-02-04 Riken Corp 摺動部材およびその製造方法
DE19982586B4 (de) * 1998-12-22 2005-02-03 Nsk Ltd. Wälzlager
JP2000234622A (ja) * 1999-02-17 2000-08-29 Nippon Piston Ring Co Ltd 摺動部材
JP2000240658A (ja) * 1999-02-23 2000-09-05 Nsk Ltd 転がり軸受
DE10051985A1 (de) * 2000-10-20 2002-05-02 Ina Schaeffler Kg Lüfterkupplung
US6874942B2 (en) * 2001-03-02 2005-04-05 Nsk Ltd. Rolling device
US6994474B2 (en) * 2001-05-29 2006-02-07 Nsk Ltd. Rolling sliding member and rolling apparatus
US6723177B2 (en) * 2001-07-09 2004-04-20 Southwest Research Institute Life extension of chromium coating and chromium alloys
US6764219B2 (en) * 2002-04-02 2004-07-20 The Timken Company Full complement antifriction bearing
US8092922B2 (en) * 2008-06-30 2012-01-10 GM Global Technology Operations LLC Layered coating and method for forming the same
JP2010168603A (ja) * 2009-01-20 2010-08-05 Ntn Corp 耐摩耗性ＣｒＮ膜
BRPI0902339B1 (pt) * 2009-07-01 2020-04-22 Mahle Metal Leve S/A anel de pistão
JP5748152B2 (ja) * 2010-08-03 2015-07-15 ユケン工業株式会社 Ｃｒ系被膜処理物品
CN102691043A (zh) * 2011-03-21 2012-09-26 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 镀膜件及其制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3634147A (en) * 1969-11-20 1972-01-11 United States Steel Corp Corrosion resistant tin-free steel and method for producing same
DE19702852A1 (de) * 1996-01-25 1997-07-31 Caterpillar Inc Lageranordnung mit verbessertem Abnutzungs- und Abriebswiderstand
US20020064605A1 (en) * 2000-10-11 2002-05-30 Kiyoharu Hatakenaka Method of coating a substrate and vane for vane-type compressor
DE102004043550B4 (de) 2004-09-09 2012-02-16 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Verschleißfeste Beschichtung, ihre Verwendung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102006029415A1 (de) 2006-06-27 2008-01-03 Schaeffler Kg Verschleißfeste Beschichtung sowie Herstellverfahren hierfür
WO2009065515A2 (de) 2007-11-20 2009-05-28 Ab Skf Laufbahnelement einer wälzlagerung
DE102008017270B3 (de) 2008-04-04 2009-06-04 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Strukturierte Chrom-Feststoffpartikel-Schicht und Verfahren zu deren Herstellung sowie beschichtetes Maschinenelement
DE102009023818A1 (de) 2009-06-04 2010-12-16 Aktiebolaget Skf Wälzlager und Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils des Wälzlagers
DE102009045889A1 (de) 2009-10-21 2011-04-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Chrom-Verschleißschutzschicht und Chrom-Verschleißschutzschicht

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2899398B1 (de) 2014-01-28 2016-03-30 Siemens Aktiengesellschaft Beschichtete Komponente einer Windturbine
US9903346B2 (en) 2014-01-28 2018-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Coated component of a wind turbine

Also Published As

Publication number Publication date
US9897145B2 (en) 2018-02-20
US20160115997A1 (en) 2016-04-28
EP3004415A1 (de) 2016-04-13
CN105189809A (zh) 2015-12-23
DE102013209863A1 (de) 2014-12-04
JP2016524042A (ja) 2016-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2464761B1 (de) Kolbenring mit einer beschichtung.
EP2646597B1 (de) Gleitelement, insbesondere kolbenring, mit einer beschichtung
WO2015188918A1 (de) Bremsscheibe für ein kraftfahrzeug
EP1624081A1 (de) Aluminiumlegierung für tribologisch beanspruchte Flächen
WO2014190984A1 (de) Beschichtetes bauteil
EP2652369B1 (de) Reibungsarmer gleitring mit kostengünstiger diamantbeschichtung
DE102014006064A1 (de) Beschichtetes Grauguss-Bauteil und Herstellungsverfahren
AT510190A1 (de) Verfahren zum herstellen eines mehrschichtigen gleitlagers
DE112015001603T5 (de) Gleitlement, Verbrennungsmotor und Verfahren zum Erhalten des Gleitelements
DE2914618C2 (de) Schichtwerkstoff mit auf einer Trägerschicht im Drahtexplosionsverfahren oder Kathodenzerstäubung (Sputtering) aufgebrachter Gleit- oder Reibschicht, Verfahren zu seiner Herstellung und Target zur Durchführung des Verfahrens
WO2008068130A2 (de) Wälzlager mit einer oberflächenbeschichtung
AT511605A4 (de) Kohlenstoffbasierende beschichtung
WO2020078505A1 (de) Bauteil, insbesondere für ein ventiltriebsystem, und verfahren zur herstellung eines solchen bauteils
DE102012207813A1 (de) Gleitkörper mit Beschichtung
EP3577252B1 (de) Schichtsystem und bauteil
EP2813720B1 (de) Lagersystem
DE102006027502A1 (de) Verschleißfeste Beschichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102017222919A1 (de) Wälzlager
EP2805021B1 (de) Verfahren zur herstellung einer keramischen schicht auf einer aus einer ni-basislegierung gebildeten oberfläche
AT518876B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgleitlagerelementes
DE102013004151B4 (de) Lagersystem
DE102011007506A1 (de) Wälzlager
EP4200533A1 (de) Gleitlagerelement
DE102022129743A1 (de) Wälzlager und Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs
WO2024099491A1 (de) Wälzlager und verfahren zur herstellung eines wälzlagerkäfigs

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480026174.3

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14728424

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014728424

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14890525

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016515656

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A