DE102019130367A1 - Multi-layer system - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung eines metallischen Werkstücks mit einer ersten, metallischen Phase, welche dem Werkstückmaterial entspricht, wobei eine zweite, keramische Phase, welche aus der ersten Phase gebildet ist, als dichte Schicht auf der ersten Phase vorliegt, wobei eine dritte Phase mit poröser Struktur als eine keramische Schicht auf der zweiten Phase bereitgestellt ist, welche aus der ersten und/oder der zweiten Phase gebildet ist und eine polymere Einlagerung innerhalb seiner porösen Struktur aufweist und wobei eine vierte Phase vorgesehen ist, welche als polymere Schicht auf der dritten Phase angeordnet ist und das Polymer der Einlagerung der dritten Phase aufweist.The present invention relates to a wear and friction-reducing surface refinement of a metallic workpiece with a first, metallic phase which corresponds to the workpiece material, a second, ceramic phase, which is formed from the first phase, being present as a dense layer on the first phase, with a third phase with a porous structure is provided as a ceramic layer on the second phase, which is formed from the first and / or the second phase and has a polymer inclusion within its porous structure and a fourth phase is provided which is a polymer layer is arranged on the third phase and the polymer has the inclusion of the third phase.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a wear and friction-reducing surface refinement according to the preamble of claim 1.

Bei einer solchen Oberflächenveredelung ist eine erste, metallische Phase, welche dem Werkstückmaterial entspricht, vorgesehen.With such a surface refinement, a first, metallic phase, which corresponds to the workpiece material, is provided.

Aufgrund des andauernden Bedürfnisses, insbesondere im Bereich der mechanischen Bauteile, eine Effizienzsteigerung zu erreichen, die den steigenden ökologischen Bedürfnissen gerecht wird, sind aus dem Stand der Technik gehärtete, metallische Werkstücke bekannt, welche strukturoffene, insbesondere poröse, Keramikschichten auf ihrer Oberfläche aufweisen.Due to the continuing need, especially in the field of mechanical components, to achieve an increase in efficiency that meets the increasing ecological needs, hardened, metallic workpieces are known from the prior art, which have structurally open, in particular porous, ceramic layers on their surface.

Da diese Keramikschichten härter sind als das metallische Werkstück selbst, kann dadurch eine Verschleißminderung an der Oberfläche des Werkstücks bewirkt werden.Since these ceramic layers are harder than the metallic workpiece itself, this can reduce wear on the surface of the workpiece.

Durch die poröse Struktur kann jedoch eine Korrosion des unter der Keramikschicht befindlichen Werkstücksubstanz nicht zuverlässig vermieden werden. Ebenfalls nachteilig hat sich die unzureichende Haftfähigkeit der porösen Keramik auf dem Werkstück bei extremen Oberflächenbelastungen herausgestellt.However, due to the porous structure, corrosion of the workpiece substance located under the ceramic layer cannot be reliably avoided. Another disadvantage is the insufficient adhesion of the porous ceramic to the workpiece in the case of extreme surface loads.

Auch macht es die Rauigkeit der porösen Struktur erforderlich, den Reibpartner ebenfalls besonders zu härten, da die Rauigkeit der porösen Struktur einen erhöhten Abrieb des Reibpartners bewirken kann. Auch führt solch eine Paarung bei bisher bekannten Systemen zu einer erhöhten Reibung und somit zu einem Energieverlust innerhalb der Bauteilgruppe.The roughness of the porous structure also makes it necessary to harden the friction partner particularly, since the roughness of the porous structure can cause increased abrasion of the friction partner. In previously known systems, such a pairing also leads to increased friction and thus to a loss of energy within the component group.

Ein solches Kontaktpaar/Reibpaar kann beispielsweise eine gehärtete Zylinderlauffläche und die entsprechenden Kolbenringe innerhalb der Zylinderbohrung sein.Such a contact pair / friction pair can be, for example, a hardened cylinder running surface and the corresponding piston rings within the cylinder bore.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe eine Oberflächenveredelung für ein metallisches Werkstück bereitzustellen, welche zuverlässig den Abrieb der Oberfläche des Werkstücks vermindert und dabei sowohl einer Korrosion des Werkstücks als auch einem übermäßigen Abrieb eines Reibpartners der Oberfläche vorbeugt.The object of the present invention is therefore to provide a surface refinement for a metallic workpiece which reliably reduces the abrasion of the surface of the workpiece and thereby prevents both corrosion of the workpiece and excessive abrasion of a friction partner of the surface.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Ebenfalls wird der Reibungskoeffizient extrem reduziert.According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1. The coefficient of friction is also extremely reduced.

Diese sind, dass eine zweite, keramische Phase, welche aus der ersten Phase gebildet ist, als dichte Schicht auf der ersten Phase vorliegt, dass eine dritte Phase mit poröser Struktur als eine keramische Schicht auf der zweiten Phase bereitgestellt ist, welche aus der ersten und/oder der zweiten Phase gebildet ist und eine polymere Einlagerung innerhalb seiner porösen Struktur aufweist und dass eine vierte Phase vorgesehen ist, welche als polymere Schicht auf der dritten Phase angeordnet ist und das Polymer der Einlagerung der dritten Phase aufweist.These are that a second, ceramic phase, which is formed from the first phase, is present as a dense layer on the first phase, that a third phase with a porous structure is provided as a ceramic layer on the second phase, which consists of the first and / or the second phase is formed and has a polymeric inclusion within its porous structure and that a fourth phase is provided, which is arranged as a polymeric layer on the third phase and has the polymer of the inclusion of the third phase.

Man erkennt, dass die vorliegende Erfindung zumindest dann verwirklicht ist, wenn ein Werkstück als vier-schichtiges System bereitgestellt ist, welches zumindest eine metallische Phase, eine keramisch Phase, eine teilkeramische Phase und eine Polymerphase aufweist. Dabei können die 4 Phasen als Schichten übereinander vorliegen.It can be seen that the present invention is implemented at least when a workpiece is provided as a four-layer system which has at least one metallic phase, one ceramic phase, one partially ceramic phase and one polymer phase. The 4 phases can be present as layers on top of each other.

Die erste, metallische Phase kann inhärenter Bestandteil des metallischen Werkstücks sein und sich vorzugsweise flächig über das Werkstück, beziehungsweise über den zu veredelnden Bereich erstrecken. Insbesondere kann die erste Phase einer Oberfläche oder einer Oberflächenschicht des metallischen Werkstücks entsprechen. Die erste Phase kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass sie einen besonders hohen Metallanteil aufweist. Dieser kann größer 90 %, bevorzugt größer als 99 % sein.The first, metallic phase can be an inherent component of the metallic workpiece and preferably extend flat over the workpiece or over the area to be refined. In particular, the first phase can correspond to a surface or a surface layer of the metallic workpiece. The first phase can be distinguished in particular by the fact that it has a particularly high metal content. This can be greater than 90%, preferably greater than 99%.

Die dichte, keramische zweite Schicht kann sich insbesondere durch das nicht-Vorliegen einer Porosität, beziehungsweise durch eine zu vernachlässigend geringe Porosität auszeichnen. Erfindungsgemäß ist eine Porosität dann zu vernachlässigen, wenn die keramische Schicht dicht genug ist, verlässlich einer Korrosion des darunter befindlichen Werkstücks vorzubeugen. Der prozentuale Anteil an eingeschlossenen Hohlräumen in einer solchen Schicht kann vorzugsweise kleiner als 20% sein.The dense, ceramic second layer can be distinguished in particular by the absence of porosity or by negligibly low porosity. According to the invention, porosity can be neglected if the ceramic layer is dense enough to reliably prevent corrosion of the workpiece underneath. The percentage of enclosed voids in such a layer can preferably be less than 20%.

Die Dichtigkeit der keramischen Schicht kann sich dabei insbesondere auf eine Undurchlässigkeit für korrosive Medien, wie beispielsweise Luft, insbesondere Sauerstoff, oder auch gelöste Salze (oder: Salzionen), wässrige Lösungen oder Halogenide beziehen.The tightness of the ceramic layer can relate in particular to impermeability to corrosive media such as air, in particular oxygen, or also dissolved salts (or: salt ions), aqueous solutions or halides.

Die poröse dritte Phase, welche als Schicht auf der zweiten Phase, insbesondere flächig vorliegen kann, ist vorzugsweise mit einer Struktur bereitgestellt, welche die Aufnahme von Flüssigkeiten beziehungsweise Schmelzen oder Stäuben ermöglicht.The porous third phase, which can be present as a layer on the second phase, in particular flat, is preferably provided with a structure which enables the absorption of liquids or melts or dusts.

Die Porosität der dritten Phase kann vorzugsweise den Teil der Poren der dritten Phase betreffen/meinen, welcher von einer Außenseite (vor dem Auftragen der Polymerschicht) zugänglich, also offen ist.The porosity of the third phase can preferably relate to the part of the pores of the third phase / mean which is accessible from the outside (before the polymer layer is applied), i.e. which is open.

In 1 ist eine solche offene Porosität durch die dargestellten Berge und Täler der porösen Oberflächenstruktur beispielhaft dargestellt.In 1 Such an open porosity is exemplified by the peaks and valleys of the porous surface structure shown.

Der Porenanteil in der Oberfläche der porösen Keramik kann somit beispielsweise wie folgt bestimmt werden:

  • Gemäß ISO 25178-2017-6 ergeben sich die Rauheitswerte, insbesondere die Höhen-, Flächen- und Volumenparameter der individuellen Oberflächenstruktur im betrachteten Bereich beispielsweise als Durchschnitts- und Maximalwerte basierend auf dem Höhenprofil der Berge und Täler der betrachteten Gesamtstruktur.
The proportion of pores in the surface of the porous ceramic can thus be determined, for example, as follows:
  • According to ISO 25178-2017-6, the roughness values, in particular the height, area and volume parameters of the individual surface structure in the area under consideration, result, for example, as average and maximum values based on the height profile of the mountains and valleys of the overall structure under consideration.

Aus diesen Erkenntnissen wird ein Höhenschnitt vom tiefsten Punkt plus den Betrag des zuvor bestimmten Sv-Werts gesetzt. Der Sv-Wert (maximale Senkenhöhe) ist die Tiefe des Punkts der gemessenen Fläche, an dem das Profil am tiefsten ist (2). Based on this knowledge, a vertical section is set from the lowest point plus the amount of the previously determined Sv value. The Sv value (maximum depression height) is the depth of the point on the measured area where the profile is deepest ( 2 ).

Bereiche, die unterhalb dieses Höhenschnitts liegen, werden definitionsgemäß als Poren betrachtet.Areas that are below this vertical section are, by definition, regarded as pores.

Eine entsprechende Darstellung von Bereichen, die unterhalb beziehungsweise oberhalb des Höhenschnitts liegen, ist in 3 bereitgestellt.A corresponding representation of areas that are below or above the vertical section is shown in 3rd provided.

Der in 3 beispielhaft bei 6,25 µm gesetzte Höhenschnitt führt zu einem Porenanteil von 56,7 % in dem betrachteten Oberflächenbereich (Tabelle 1). Die dunkleren Bereiche in der voranstehenden Grafik zeigen dabei Oberflächenbereiche, welche unterhalb des Höhenschnitts liegen (Poren). Die hellen Bereiche zeigen Oberflächenbereiche, welche auf oder oberhalb des Höhenschnitts liegen (Berge).The in 3rd An example of a height section set at 6.25 µm leads to a pore proportion of 56.7% in the surface area under consideration (Table 1). The darker areas in the graphic above show surface areas that are below the vertical section (pores). The light areas show surface areas which are on or above the vertical section (mountains).

Vorzugsweise das gesamte Leervolumen, welches sich durch das materialfreie Volumen des betrachteten Bereichs der porösen Schicht/Oberfläche ergibt, kann im Idealfall mit einem Medium, in diesem Fall z.B. mit dem Polymer, befüllbar sein.Preferably, the entire empty volume, which results from the material-free volume of the considered area of the porous layer / surface, can ideally be fillable with a medium, in this case e.g. with the polymer.

Diese Art der Definition der Porosität einer Schicht, insbesondere der dritten erfindungsgemäßen Schicht, ermöglicht es dem Fachmann nachzuvollziehen, welcher Anteil an Poren betrachtet wird, welcher Anteil vorliegt und erfindungsgemäß gemeint sein kann.This type of definition of the porosity of a layer, in particular the third layer according to the invention, enables the person skilled in the art to understand what proportion of pores is being considered, what proportion is present and can be meant according to the invention.

Vorteilhaften Werte der dritten, porösen Phase nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lassen sich somit folgendermaßen definieren:

  • Sp= 12,3 ±3,6 µm, Sv= 6,6±1,5 µm, Sz= 19,4±5,0 µm, Sa= 1,8±0,5 µm,
  • Flächenhafter Porenanteil: 55 ± 10 %
  • Leervolumen: 65 ± 15 %, oder: 12 ± 5 µm3/µm2
Advantageous values of the third, porous phase according to one embodiment of the present invention can thus be defined as follows:
  • Sp = 12.3 ± 3.6 µm, Sv = 6.6 ± 1.5 µm, Sz = 19.4 ± 5.0 µm, Sa = 1.8 ± 0.5 µm,
  • Flat pore proportion: 55 ± 10%
  • Empty volume: 65 ± 15%, or: 12 ± 5 µm 3 / µm 2

Nach der vorliegenden Erfindung kann sich die Dichte der dritten Phase von der Dichte der zweiten Phase aufgrund der Porosität der dritten Phase mindestens um den Faktor 3 unterscheiden.According to the present invention, the density of the third phase can differ from the density of the second phase by at least a factor of 3 due to the porosity of the third phase.

Die zweite und die dritte Phase können insbesondere durch plasmaelektrolytische Oxidation unter Zuhilfenahme eines bipolaren Funktionsstroms erzeugt werden. Dieser kann insbesondere gepulst sein. Die Pulse können dabei zur bedarfsgerechten Anpassung der Schichtstrukturen rechteckig, dreieckig oder mit einer freien Form angepasst sein.The second and the third phase can in particular be generated by plasma-electrolytic oxidation with the aid of a bipolar functional current. This can in particular be pulsed. In order to adapt the layer structures as required, the pulses can be adapted to be rectangular, triangular or with a free shape.

Die Ausbildung der zweiten und dritten Phase gemäß der vorliegenden Erfindung ist keine inhärente Eigenschaft einer mittels plasmaelektrolytischen Oxidation behandelten metallischen Werkstückoberfläche.The formation of the second and third phases according to the present invention is not an inherent property of a metallic workpiece surface treated by means of plasma electrolytic oxidation.

Der Polymeranteil der dritten Schicht, welcher in den offenen Poren vorgesehen ist, kann beispielsweise als Dispersion auf die Oberfläche der dritten Schicht aufgetragen, insbesondere gespritzt, gerakelt oder gedruckt werden. Durch anschließende Sinterung mittels Ofen, IR- oder Laserstrahlung kann das Polymer in den Poren der dritten Schicht vorgesehen und festgelegt werden.The polymer portion of the third layer which is provided in the open pores can, for example, be applied to the surface of the third layer as a dispersion, in particular sprayed, knife-coated or printed. The polymer can be provided and fixed in the pores of the third layer by subsequent sintering by means of an oven, IR or laser radiation.

Die vierte Schicht kann aus demselben Polymer bestehen, wie das Polymer in den Poren der dritten Schicht. Die Ausbildung einer gleichmäßigen Oberfläche der vierten Schicht kann durch den voranstehend beschriebenen Sinterprozess bereitgestellt werden.The fourth layer can consist of the same polymer as the polymer in the pores of the third layer. The formation of a uniform surface of the fourth layer can be provided by the above-described sintering process.

Ein derartiges System bietet aufgrund der Dichte der zweiten Phase/zweiten Schicht eine besondere Schutzfunktion für die metallische Werkstückoberfläche und zugleich einen besonderen Halt für die dritte poröse keramische Phase/Schicht gegenüber der Werkstückoberfläche/der ersten Phase. Die poröse dritte keramische Phase/Schicht bietet durch das Eindringen des Polymers in dessen offene Hohlräume (offene Leervolumina) eine besonders effektive Verankerung für die vierte Polymerschicht, welche mit einem Reibpartner in Kontakt treten kann. Der Polymeranteil der dritten Phase kann demnach mit der polymeren vierten Schicht in Verbindung stehen und/oder einheitlich mit dieser gebildet sein.Due to the density of the second phase / second layer, such a system offers a special protective function for the metallic workpiece surface and at the same time a special hold for the third porous ceramic phase / layer against the workpiece surface / the first phase. The porous third ceramic phase / layer offers a particularly effective anchoring for the fourth polymer layer, which can come into contact with a friction partner, through the penetration of the polymer into its open cavities (open empty volumes). The polymer component of the third phase can accordingly be in connection with the polymeric fourth layer and / or be formed uniformly with it.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau kann der Reibungskoeffizient des Werkstücks bei beispielsweise einer Aluminiumlegierung (AIMgSi1, 6082) mit einer mittels plasmaelektrolytischer Oxidation erzeugten Oberflächenkeramik um den Faktor 2,5 vermindert werden (siehe ).Due to the structure according to the invention, the coefficient of friction of the workpiece can, for example, be an aluminum alloy (AlMgSi1, 6082) with a plasma-electrolytic Surface ceramics generated by oxidation can be reduced by a factor of 2.5 (see ).

Zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten der jeweiligen Oberfläche wurde in dem voran genannten Beispiel eine 100Cr6-Kugel als statischer Reibpartner verwendet (4). Die Prüfungen erfolgten ungeschmiert.To determine the coefficient of friction of the respective surface, a 100Cr6 ball was used as a static friction partner in the above example ( 4th ). The tests were carried out without lubrication.

Gleichzeitig ist gegenüber einer solchen vorbekannten Keramik die Haftung der porösen Schicht nach der vorliegenden Erfindung an seinem Untergrund, insbesondere an dem Werkstück erhöht, insbesondere da als Bindeglied die dichte keramische Schicht zwischen dem Werkstück und der porösen Schicht vorliegt. Weiterhin ist nach der vorliegenden Erfindung die Werkstückoberfläche durch die dichte keramische Schicht vor Korrosion geschützt, selbst wenn sich die oberste, polymere Schicht abnutzen sollte.At the same time, compared to such a previously known ceramic, the adhesion of the porous layer according to the present invention to its substrate, in particular to the workpiece, is increased, in particular since the dense ceramic layer between the workpiece and the porous layer is the connecting link. Furthermore, according to the present invention, the workpiece surface is protected from corrosion by the dense ceramic layer, even if the uppermost, polymeric layer should wear off.

Nach einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das metallische Werkstück, beziehungsweise die erste Phase aus Aluminium oder Magnesium besteht oder zumindest eines dieser Metalle aufweist.According to a further development of the present invention, it is provided that the metallic workpiece or the first phase consists of aluminum or magnesium or has at least one of these metals.

Das Werkstück kann aus einem beliebigen für die plasmaelektrolytische Oxidation zugänglichen Material bereitgestellt sein. Vorzugsweise kann es sich dabei um Aluminium- oder Magnesium-werkstücke oder Legierungen davon handeln.The workpiece can be made of any material accessible for plasma-electrolytic oxidation. It can preferably be aluminum or magnesium workpieces or alloys thereof.

Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung, dass die zweite Phase frei von Poren ist. Die dichte keramische zweite Phase/Schicht kann einen durchgehenden Materialkörper aufweisen. Nach der vorliegenden Erfindung ist die zweite Phase bevorzugt dann frei von Poren, wenn sie eine in sich geschlossene Struktur aufweist, insbesondere in Abgrenzung zu der offenen Porenstruktur der dritten Phase.According to a further development of the present invention, it is particularly preferred that the second phase is free of pores. The dense ceramic second phase / layer can have a continuous body of material. According to the present invention, the second phase is preferably free of pores if it has a self-contained structure, in particular in contrast to the open pore structure of the third phase.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die zweite Phase 40 % bis 90 %, vorzugsweise 70 % der Gesamtdicke der keramischen Phasen ausmacht.An expedient development of the present invention is that the second phase makes up 40% to 90%, preferably 70% of the total thickness of the ceramic phases.

Für eine nachhaltige Verankerung des jeweils verwendeten Polymers, vorzugsweise PEEK, in den porösen Strukturen der dritten Schicht kann es zweckmäßig sein, dass ein wesentlicher Anteil der Dicke der keramischen Schichten zu der dritten, porösen Schicht aus keramischem Material zählt.For a sustainable anchoring of the polymer used in each case, preferably PEEK, in the porous structures of the third layer, it can be useful that a substantial proportion of the thickness of the ceramic layers belongs to the third, porous layer made of ceramic material.

Nach einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die zweite und die dritte Phase zusammen mit einer Schichtdicke von 10 µm bis 100 µm, vorzugsweise von 20 µm bis 50 µm bereitgestellt ist.According to a further development of the present invention, it can be provided that the second and the third phase are provided together with a layer thickness of 10 μm to 100 μm, preferably 20 μm to 50 μm.

Das Verhältnis zwischen der Gesamtdicke an keramischen Phasen/Schichten und dem Anteil der porösen dritten Schicht an der Gesamtdicke verhält sich dabei vorzugsweise wie folgt: 3/7, wobei die poröse Schicht vorzugsweise die dünnere von beiden Schichten ist.The ratio between the total thickness of ceramic phases / layers and the proportion of the porous third layer in the total thickness is preferably as follows: 3/7, the porous layer preferably being the thinner of the two layers.

Nach einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Anteil an Polymer in der dritten Phase 40% bis 80 % am Gesamtvolumen dieser Phase beträgt. Das Leervolumen der dritten keramischen Phase (gemäß beschriebener Ausführungsform 65 ± 15 %) kann somit komplett mit dem Polymer gefüllt seinAccording to a particularly expedient development of the present invention, it is provided that the proportion of polymer in the third phase is 40% to 80% of the total volume of this phase. The void volume of the third ceramic phase (according to the described embodiment 65 ± 15%) can thus be completely filled with the polymer

Besonders zweckmäßig ist das nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass der Flächenanteil der Poren in einer Draufsicht auf die Phase zwischen 40 % und 70 %, vorzugsweise bei 55 % liegt. Der Flächenanteil kann sich vorzugsweise auf eine Ansicht des Höhenschnitts beziehen.According to a further development of the invention, it is particularly expedient that the area proportion of the pores in a plan view of the phase is between 40% and 70%, preferably 55%. The area portion can preferably relate to a view of the vertical section.

Besonders bevorzugt ist es, dass die Poren der dritten Phase zu 50% bis 100%, vorzugsweise zu 80% mit Polymer gefüllt sind.It is particularly preferred that the pores of the third phase are 50% to 100%, preferably 80%, filled with polymer.

Für eine verlässliche Verankerung der vierten, polymeren Schicht kann es erforderlich sein, ein Mindestmaß an Porendurchdringung von Polymer in der dritten Schicht bereitzustellen. Dabei kann eine besonders starke prozentuale Durchdringung der Poren mit Polymer und oder ein besonders großer Anteil an Polymer in dem (Poren- und/oder Schicht-)Volumen der dritten Phase die Verbindung zwischen dritter und vierter Phase/Schicht begünstigen.For reliable anchoring of the fourth, polymeric layer, it may be necessary to provide a minimum degree of pore penetration of polymer in the third layer. A particularly strong percentage penetration of the pores with polymer and / or a particularly large proportion of polymer in the (pore and / or layer) volume of the third phase can promote the connection between the third and fourth phase / layer.

Dabei kann eine besonders weitreichende Durchdringung der vorhandenen Poren einen hohen prozentualen Volumenanteil des Polymers in der dritten Phase aufwiegen und anders herum.A particularly far-reaching penetration of the existing pores can outweigh a high percentage by volume of the polymer in the third phase and vice versa.

Die erfindungsgemäße Unterscheidung zwischen Phasen und Schichten kann insbesondere auf das Material an sich (Phase) und die aus dem Material gebildete individuelle Teilbeschichtung des Werkstücks (Schicht) abstellen. Ausführungen nach der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Phase treffen grundsätzlich auch für die Schicht aus der jeweiligen Phase zu und umgekehrt.The differentiation according to the invention between phases and layers can be based in particular on the material itself (phase) and the individual partial coating of the workpiece (layer) formed from the material. Statements according to the present invention with regard to the phase basically also apply to the layer from the respective phase and vice versa.

Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Aluminiumguss-Werkstücks mit erfindungsgemäßem Schichtsystem und PEEK (Polyetheretherketon) als Polymer wurden folgende Rauheitswerte erhalten:

  • Sp= 1,6 ± 0,3 µm, Sv= 1,5 ± 0,5 µm, Sz= 3,1 ± 0,7 µm, Sa= 0,10 ± 0,05 µm
According to one embodiment of the present invention of a cast aluminum workpiece with a layer system according to the invention and PEEK (polyetheretherketone) as the polymer, the following roughness values were obtained:
  • Sp = 1.6 ± 0.3 µm, Sv = 1.5 ± 0.5 µm, Sz = 3.1 ± 0.7 µm, Sa = 0.10 ± 0.05 µm

Die Schichtdicken der keramischen Gesamtschicht betragen bei diesem Beispiel 20-50 µm. Dabei beträgt die dichte keramische Schicht ca. 70 % dieser. Die poröse Schicht mit eingelagertem PEEK liegt demnach bei 6-15 µm und die PEEK-Schicht bei 10-50 µm.In this example, the layer thicknesses of the total ceramic layer are 20-50 μm. The dense ceramic layer is approx. 70% of this. The porous layer with embedded PEEK is therefore 6-15 µm and the PEEK layer 10-50 µm.

(Sp1 - maximale Spitzenhöhe, Sv - maximale Senkenhöhe2, Sz3 - maximale Höhe, Sa4 - mittlere arithmetische Höhe

  1. 1 - Es handelt sich um die Höhe der höchsten Spitze innerhalb des Definitionsbereichs.
  2. 2 - Es handelt sich um den Betrag der Höhe der stärksten Vertiefung innerhalb des Definitionsbereichs.
  3. 3 - Dieser Parameter ist definiert als die Summe aus dem Höhenwert der höchsten Spitze und dem Höhenwert der stärksten Vertiefung innerhalb des Definitionsbereichs.
  4. 4 - Bei diesem Parameter handelt es sich um die Erweiterung des Linienrauheitsparamters Ra (arithmetischer Mittelwert) in die Fläche. Es handelt sich um den Betrag des Höhenunterschieds eines jeden Punkts im Vergleich zum arithmetischen Mittel der Oberfläche. Dieser Parameter wird im Allgemeinen herangezogen, um die Oberflächenrauheit zu beurteilen.
(Sp 1 - maximum peak height, Sv - maximum depression height 2 , Sz 3 - maximum height, Sa 4 - mean arithmetic height
  1. 1 - It is the height of the highest peak within the definition range.
  2. 2 - It is the amount of the height of the strongest depression within the definition range.
  3. 3 - This parameter is defined as the sum of the height value of the highest peak and the height value of the deepest depression within the definition range.
  4. 4 - This parameter is the extension of the line roughness parameter Ra (arithmetic mean) into the area. It is the amount of height difference of each point compared to the arithmetic mean of the surface. This parameter is generally used to assess the surface roughness.

Claims (8)

Verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung eines metallischen Werkstücks mit einer ersten, metallischen Phase, welche dem Werkstückmaterial entspricht dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, keramische Phase, welche aus der ersten Phase gebildet ist, als dichte Schicht auf der ersten Phase vorliegt, dass eine dritte Phase mit poröser Struktur als eine keramische Schicht auf der zweiten Phase bereitgestellt ist, welche aus der ersten und/oder der zweiten Phase gebildet ist und eine polymere Einlagerung innerhalb seiner porösen Struktur aufweist und dass eine vierte Phase vorgesehen ist, welche als polymere Schicht auf der dritten Phase angeordnet ist und das Polymer der Einlagerung der dritten Phase aufweist.Wear and friction-reducing surface refinement of a metallic workpiece with a first, metallic phase, which corresponds to the workpiece material, characterized in that a second, ceramic phase, which is formed from the first phase, is present as a dense layer on the first phase, that a third phase is provided with a porous structure as a ceramic layer on the second phase, which is formed from the first and / or the second phase and has a polymer inclusion within its porous structure and that a fourth phase is provided, which is provided as a polymeric layer on the third Phase is arranged and the polymer has the inclusion of the third phase. Verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Werkstück, beziehungsweise die erste Phase aus Aluminium oder Magnesium besteht oder zumindest eines dieser Metalle aufweist.Surface finishing to reduce wear and friction Claim 1 , characterized in that the metallic workpiece or the first phase consists of aluminum or magnesium or has at least one of these metals. Verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Phase frei von Poren ist.Surface finishing to reduce wear and friction Claim 1 or 2 , characterized in that the second phase is free from pores. Verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die zweite Phase 40 % bis 90 %, vorzugsweise 70 % der Gesamtdicke der keramischen Phasen ausmacht.Wear and friction-reducing surface refinement according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the second phase makes up 40% to 90%, preferably 70% of the total thickness of the ceramic phases. Verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und die dritte Phase zusammen mit einer Schichtdicke von 10 µm bis 100 µm, vorzugsweise von 20 µm bis 50 µm bereitgestellt ist.Wear and friction-reducing surface refinement according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the second and the third phase are provided together with a layer thickness of 10 µm to 100 µm, preferably 20 µm to 50 µm. Verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Polymer in der dritten Phase 30% bis 80 % am Gesamtvolumen der Phase beträgt.Wear and friction-reducing surface refinement according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the proportion of polymer in the third phase is 30% to 80% of the total volume of the phase. Verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenanteil der Poren in einer Draufsicht auf die Phase zwischen 30 und 70 %, vorzugsweise bei 55 % liegt.Wear and friction-reducing surface refinement according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the area proportion of the pores in a plan view of the phase is between 30 and 70%, preferably 55%. Verschleiß- und reibungsmindernde Oberflächenveredelung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren der dritten Phase zu 50% bis 100%, vorzugsweise zu 80% mit Polymer gefüllt sind.Wear and friction-reducing surface refinement according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the pores of the third phase are 50% to 100%, preferably 80% filled with polymer.
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