DE102021121849A1 - Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines Bauteils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (1), zumindest aufweisend ein Grundmaterial (2) und eine Beschichtung (3), wobei das Grundmaterial (2) ein Nitrierstahl gemäß der EN 10085 (Juli 2001) ist und die Beschichtung (3) zumindest Niobkarbid umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils. Das Bauteil ist insbesondere ein Zapfen, der für den Einsatz in einer Steuerkette in Kraftfahrzeuganwendungen vorgesehen ist. Die Steuerkette umfasst zumindest Kettenglieder, die über den mindestens einen Zapfen miteinander verbunden sind.
  • Das Bauteil kann aber auch für andere Anwendungen, insbesondere bei hoher abrasiver und/ oder korrosiver Belastung eingesetzt werden.
  • Die Kettenglieder bzw. Kettenlasche einer Steuerkette werden regelmäßig aus einem Blechstreifen herausgestanzt.
  • Heutige Ketten, die in Kraftfahrzeugen bzw. in Motoranwendungen eingesetzt werden, erfordern eine höhere Beständigkeit gegenüber sauren Medien, eine bessere Verschleißfestigkeit aufgrund einer geringeren Ölviskosität, einer höheren Verschmutzung (z. B. durch Ruß und Kraftstoff) und/oder längerer Motorwartungsintervalle/Ölwechsel.
  • Aus der US 8,864,917 B2 ist ein Verfahren zum Einsatzhärten bzw. Aufkohlen eines Stahls mit einem niedrigem Chromgehalt bekannt.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil bereitzustellen, das im Rahmen eines kostengünstigen Verfahrens herstellbar ist und dabei geeignete Eigenschaften zum Einsatz in den beschriebenen Anwendungen aufweist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Bauteil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Es wird ein Bauteil vorgeschlagen, zumindest aufweisend ein Grundmaterial und eine Beschichtung. Das Grundmaterial ist ein Nitrierstahl gemäß der EN 10085 (Juli 2001) und die Beschichtung umfasst zumindest Niobkarbid (NbC).
  • Insbesondere ist die Beschichtung aus Niobkarbid (NbC) gebildet.
  • Ein Nitrierstahl gemäß der EN 10085 (früher DIN 17 211) ist insbesondere ein Vergütungsstahl, der mit Elementen wie Chrom (Cr), Molybdän (Mo) oder Aluminium (AI) legiert ist.
  • Insbesondere ist zwischen dem Grundmaterial und der Beschichtung eine, durch eine Aufkohlung oder eine Karbonitrierung des Grundmaterials gebildete Randschicht angeordnet.
  • Das Bauteil ist insbesondere ein Zapfen, der sich zwischen zwei Enden entlang einer Richtung, bevorzugt geradlinig, erstreckt. Der Zapfen besteht, insbesondere ausschließlich, aus dem Grundmaterial und der Beschichtung sowie der dazwischen angeordneten Randschicht.
  • Das Bauteil weist insbesondere eine größte Ausdehnung von 30 Millimetern und eine größte Wandstärke von 10 Millimetern, insbesondere von höchstens 5 Millimetern, bevorzugt von höchstens 2,5 Millimetern, auf.
  • Die Randschicht weist insbesondere eine Wandstärke von höchstens 20 µm [Mikrometer], insbesondere von höchstens 15 µm, auf. Die Randschicht weist insbesondere eine Wandstärke von mindestens einem (1) µm, insbesondere von mindestens drei (3) µm, auf.
  • Die Beschichtung weist insbesondere eine Wandstärke bzw. Beschichtungsstärke von höchstens 20 µm, insbesondere von höchstens 15 µm, auf. Die Beschichtung weist insbesondere eine Beschichtungsstärke von mindestens drei (3) µm, insbesondere von mindestens 5 µm, auf.
  • Das Verfahren Aufkohlung bzw. Einsatzhärten ist grundsätzlich bekannt. Dabei wird unter anderem ein Grundmaterial bei erhöhten Temperaturen mit Kohlenstoff beaufschlagt, so dass dieser in die Oberfläche des Grundmaterial eingebunden wird. Insbesondere erfolgt dabei zusätzlich ein Abschrecken und ein Anlassen.
  • Das Verfahren Karbonitrieren ist grundsätzlich bekannt. Dabei wird unter anderem ein Grundmaterial bei erhöhten Temperaturen mit Kohlenstoff und Stickstoff beaufschlagt, so dass diese Elemente in die Oberfläche des Grundmaterials eingebunden werden. Insbesondere erfolgt dabei zusätzlich ein Abschrecken und ein Anlassen.
  • Insbesondere ist das Grundmaterial ein 34CrAIMo5-Stahlwerkstoff.
  • Ein 34CrAIMo5-Stahlwerkstoff weist insbesondere die folgenden Legierungsbestandteile auf:
    C (Kohlenstoff): 0,3 bis 0,37 Gew.-%;
    Si (Silizium) : höchstens 0,4 Gew.-%;
    Mn (Mangan): 0,4 bis 0,7 Gew.-%;
    P (Phosphor): höchstens 0,025 Gew.-%;
    S (Schwefel): höchstens 0,035 Gew.-%;
    Cr (Chrom): 1,0 bis 1,3 Gew.-%;
    AI (Aluminium): 0,8 bis 1,2 Gew.-%;
    Mo (Molybdän): 0,15 bis 0,25 Gew.-%;
    weitere: höchstens 0,3 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,1 Gew.-%;
    Fe (Eisen): Rest.
  • Insbesondere ist das Bauteil ein Zapfen, der zur Anwendung in einer (Steuer-)Kette in Kraftfahrzeuganwendungen vorgesehen ist. Die Steuerkette umfasst zumindest Kettenglieder, die über den mindestens einen Zapfen miteinander verbunden sind.
  • Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Bauteils vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
    1. a) Bereitstellen des Bauteils umfassend das Grundmaterial;
    2. b) Aufkohlen oder Karbonitrieren des Grundmaterials;
    3. c) Beschichten des Bauteils mit Niobkarbid.
  • Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) bis c) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte kann variieren. Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern. Insbesondere werden die Schritte a) bis c) in der angeführten Reihenfolge durchgeführt.
  • Insbesondere ist das Bauteil ein Zapfen. Der Zapfen wird vor Schritt a) in einem weiteren Schritt i. aus einem gezogenen Draht durch Trennen hergestellt.
  • Insbesondere wird der Zapfen zwischen den Schritten i. und a) in einem weiteren Schritt ii. bearbeitet zur Bildung verrundeter Enden, z. B. durch Anordnen einer Vielzahl von Zapfen in einer Trommel und durch relatives Bewegen der Zapfen zueinander, ggf. unter Verwendung eines Zusatzmittels. Scharfe Kanten an den Zapfen werden dabei durch ein Aneinanderschlagen der einzelnen Zapfen und das Abrollen gegen die Trommelwandung verrundet.
  • Insbesondere umfasst das Beschichten gemäß Schritt c) ein Halogenid-aktiviertes thermoreaktives Abscheidungsverfahren. Insbesondere werden bei diesem Abscheidungsverfahren zumindest oder ausschließlich Eisenniob, Aluminiumpulver bzw. Al2O3 und Ammoniumchlorid verwendet. Insbesondere beträgt eine höchste Prozesstemperatur zwischen 850 und 1050 °C [Grad Celsius]. Insbesondere dauert das Beschichten zwischen 90 und 180 Minuten, insbesondere höchstens 150 Minuten. Insbesondere wird eine Beschichtungsstärke von mindestens 5 µm, bevorzugt von mindestens 9 µm, besonders bevorzugt von mindestens 10 µm, erreicht.
  • Insbesondere weist die Beschichtung unmittelbar nach Schritt c) eine gemittelte Rautiefe Rz von höchstens 1 µm auf.
  • Insbesondere wird das beschichtete Bauteil nach Schritt c) in einem weiteren Schritt d) bearbeitet zur Herstellung einer gemittelten Rautiefe Rz von höchstens 0,7 µm. Die Bearbeitung erfolgt z. B. durch Anordnen einer Vielzahl von Bauteilen in einer Trommel und durch relatives Bewegen der Bauteile zueinander, ggf. unter Verwendung eines Zusatzmittels. Oberflächenerhebungen werden dabei abgetragen oder eingeebnet.
  • Niobkarbid (NbC) als Beschichtung weist insbesondere mehrere interessante Eigenschaften für den Einsatz in Verschleißanwendungen auf. Neben der hohen Härte, Zähigkeit und Steifigkeit weist das Niobcarbid eine extrem hohe Schmelztemperatur (ca. 3.873 °C) auf, so dass eine Einsatzfähigkeit in Hochtemperaturumgebungen gewährleistet ist.
  • Ein wichtiger Punkt für die Verwendung einer derartigen Beschichtung in Kraftfahrzeugen bzw. in (Steuer-)Ketten in Motoranwendungen ist die Korrosionsbeständigkeit des Niobkarbids, die höher ist als die Korrosionsbeständigkeit anderer gängiger Beschichtungen wie z.B. Vanadiumkarbid (VC). Dies lässt sich durch die geringere Kristallitgröße und geringere Porosität der NbC-Beschichtung erklären.
  • Bei der Beschichtung von Bauteilen mit Niobkarbid sind die folgenden Probleme bekannt:
    • lange Dauer des Beschichtungsprozesses; regelmäßig zwischen 6 bis 8 Stunden für eine Beschichtung mit einer Beschichtungsstärke von 8 bis 10 µm;
    • das Vorhandensein von Mikrorissen auf der Beschichtung nach dem Abschrecken;
    • Oberflächenrauigkeit nach dem Beschichtungsprozess, der insbesondere ein TRD-Beschichtungsprozess ist (TRD: thermo-reaktive Abscheidung und Diffusion);
    • geringe Verschleißfestigkeit.
  • Ein TRD-Beschichtungsprozess ist insbesondere ein Beschichtungsprozess für Karbide und Nitride. Dieser nutzt die Phänomene, die bei der Wärmebehandlung von Metallen auftreten, nämlich die thermische Diffusion und die Lösung und Ausscheidung von Karbiden und Nitriden in kohlenstoff- und/oder stickstoffhaltigen Materialien. Die karbid- und nitridbildenden Elemente in den Beschichtungsreagenzien verbinden sich mit Kohlenstoff- und Stickstoffatomen in den Substraten (z. B. im Grundmaterial bzw. in der Randschicht), um feine Partikel von Karbiden und Nitriden an den Substratoberflächen auszufällen. Durch thermische Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff aus dem Inneren der Substrate erhöht sich die Beschichtungsstärke.
  • Die mit der Dauer des NbC-Beschichtungsprozesses verbundenen Kosten sind ein wichtiger industrieller Faktor, der wie vorliegend vorgeschlagen verbessert werden sollte. Die durchschnittliche Beschichtungszeit für NbC-Beschichtungen bei Verwendung von kohlenstoffreichem Stahl, wie z. B. einem C60-Stahlwerkstoff, liegt zwischen 6 und 8 Stunden, um eine Schichtdicke von 9 bis 11 µm zu erreichen.
  • Aufgrund der extremen Härte der NbC-Beschichtung ist es zudem üblich, dass kleinere „Spannungsrisse“ auftreten. Diese Oberflächenrisse sind normal und treten während des schnellen Abkühlprozesses (z. B. Abschrecken in Öl) auf, wenn innere Spannungen innerhalb der Beschichtung abgebaut werden. Der Hauptfaktor, der zu Rissen in der NbC-Beschichtung führen kann, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient (TEC - thermal expansion coefficient). Der Unterschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bzw. des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Beschichtung und Substrat (Grundmaterial) führt zu unterschiedlichen thermischen Kontraktions- und Expansionsspannungen beim Abkühlen bzw. Erwärmen. Die TECs der Schichtmaterialien und des Substrats können zu periodischen Eigenspannungsfeldern entlang der Schichtdicke führen. Experimentell wurde festgestellt, dass Stahlgrundwerkstoffe wie C60 oder 100Cr6, die für die NbC-Beschichtung verwendet werden, während des Abschreckens, z. B. in Öl, zu Rissen in der Beschichtung führen.
  • Durch die Verwendung von Nitrierstählen gemäß der Norm EN 10085 als Grundmaterial für die Bauteile bzw. Zapfen kann die TRD-Prozesszeit für die NbC-Beschichtung von 7 bis 8 Stunden (z. B. erforderlich für kohlenstoffreichen Stahl C60) auf weniger als 150 Minuten (z. B. 34CrAlMo5, karbonitriert) für mindestens 10 µm Beschichtungsstärke reduziert werden.
  • Für einen TRD-Beschichtungsversuch wurde ein Stahl 34CrAlMo5, karbonitriert oder aufgekohlt bzw. einsatzgehärtet, gemäß der Norm EN 10085 gewählt. Da es sich bei der durch die Oberflächenbehandlung gebildete Randschicht um Karbo-Nitrid oder nur um Karbid handelt, führt die sehr hohe Konzentration von Kohlenstoff- und ggf. Stickstoff-Atomen (bei Karbonitrierung), die sich auf der Oberflächendiffusionsschicht, also der Randschicht der Bauteile befinden, zu einer sehr kurzen Diffusionszeit und einer schnellen Bildung der NbC-Schicht. Im Falle einer Karbonitrierung hilft die Anwesenheit von Stickstoffatomen in der Diffusionsschicht, die Diffusionsenergie der Kohlenstoffatome zu erhöhen, was zu einer sehr schnellen NbC-Schichtbildung führt.
  • Die Beschichtungsstärke entwickelt sich stark abhängig vom TRD-Zeitverlauf und der Temperatur. Eine NbC-Schicht von 7 µm kann z. B. innerhalb von nur 30 Minuten bei 950 °C erreicht werden. Für die Beschichtung der Bauteile können auch mindestens 10 µm Beschichtungsstärke als erforderlich angesehen werden, die bei 950°C in 150 Minuten erreicht wurden.
  • Insbesondere wurde festgestellt, dass gerade Nitrierstähle gemäß der Norm EN 10085 nach dem Abschrecken, z. B. in Öl oder im Salzbad, keine Risse auf der NbC-Beschichtung aufweisen. Verschiedene Stahlgrundwerkstoffe wie C60, 100Cr6, 100Cr6 - karbonitriert, 34CrAlMo5 und 34CrAlMo5 karbonitriert wurden experimentell getestet. Dabei zeigte insbesondere der Stahl 34CrAlMo5 karbonitriert oder aufgekohlt keine Risse nach dem Abschrecken.
  • Aufgrund der nanoskaligen, kornstrukturierten NbC-Beschichtung ist die Oberflächenrauigkeit nach dem Beschichten mit NbC sehr gering, z. B. beträgt die gemittelte Rautiefe Rz höchstens ein (1) µm, so dass nur ein sehr kurzer Bearbeitungsvorgang zum Einstellen der geforderten Rautiefe erforderlich ist. Z. B. kann ein sogenannter Trommel-Prozess, bei dem eine Vielzahl von Bauteilen in einer Trommel gegeneinander bewegt werden, in nur 2 bis 3 Stunden zu einer gemittelten Rautiefe zwischen 0,4 bis 0,7 µm führen. Bei einer VC-Beschichtung nach dem TRD-Prozess (Vanadiumkarbid-Beschichtung) liegt die gemittelte Rautiefe der Beschichtung zwischen 2 und 3 µm, so dass ein Trommel-Prozess von ca. 20 Stunden erforderlich ist.
  • Die unter der NbC-Beschichtung befindliche Randschicht, z. B. enthaltend Karbonitrid bzw. einen erhöhten Kohlenstoffanteil, hat zudem einen wichtigen Vorteil für den Verschleiß der Bauteile. Bei Verschleiß der NbC-Beschichtung ist das Bauteil durch die harte und verschleißfeste Karbonitrid- oder Karbid-Diffusionsschicht doppelt geschützt.
  • Die wesentlichen Eigenschaften der mit hoher Geschwindigkeit gebildeten, insbesondere rissfreien NbC-Beschichtung sind:
    • Härte: 2000 +/-400 HV [Vickershärte]; dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Härte des Bauteils ca. dreimal höher ist als die eines angrenzenden anderen Bauteils; Im Falle einer Kette ist das Kettenglied z. B. karbonitriert und weist eine Härte von ca. 550 HV auf;
    • Schichtzusammensetzung der Beschichtung: Niob/Kohlenstoff, Eisen in Form von Karbiden;
    • Beschichtungsstärke: ca. 5 bis 15 µm bei der Beschichtung und bei der ggf. vorhandenen Randschicht. Eine höhere Beschichtungsstärke wäre bei Verlängerung der Beschichtungs-Prozesszeit auch möglich.
  • Insbesondere ist das Bauteil ein Zapfen. Das Rohmaterial bzw. das Grundmaterial für den Zapfen bzw. Stift mit rissfreier NbC-Beschichtung ist 34CrAlMo5 karbonitriert oder aufgekohlt bzw. einsatzgehärtet, insbesondere in Form von gezogenem Draht.
  • Das Rohmaterial des Bauteils bzw. des Zapfens wird wie folgt verarbeitet (wobei ggf. einzelne Schritte entfallen oder durch alternative Ausführungen ersetzt oder ergänzt werden können):
    • gehackt/geschnitten auf die gewünschte Länge;
    • Trommeln bzw. Anordnung in einer Trommel und bewegen der Bauteile gegeneinander, um an jedem Ende runde Kanten zu erzeugen;
    • z. B. Karbonitrieren: ca. 880 °C Prozesstemperatur (in Stickstoff-, Propan- und/ oder Ammoniakatmosphäre) zur Ausbildung der Randschicht;
    • Abschrecken: ca. -80 °C;
    • Anlassen: ca. 160 °C;
    • bearbeiten auf gewünschten Durchmesser und Oberflächengüte; die bevorzugte Oberflächengüte, z. B. nach einem Schleifen, ist durch den Parameter Mittenrauwert Ra definiert mit Ra zwischen 0,1 und 0,2 µm;
    • bearbeitete Bauteile werden insbesondere Abmessungsgruppen (also in Gruppen von Bauteilen bestimmter Abmessungen) sortiert;
    • die Bauteile aus Kohlenstoffstahl mit hoher Oberflächengüte werden zur Ausbildung der Beschichtung einem Halogenid-aktivierten thermoreaktiven Abscheidungsverfahren unter Verwendung von Eisen-Niob, Aluminiumoxidpulver und Ammoniumchlorid unterzogen; der Prozess wird in einer inerten Atmosphäre aus Argon bis zu 600°C durchgeführt/gestartet, um eine Oxidation der Bauteiloberfläche durch das Ammoniumchlorid zu verhindern; der gewünschte Bereich der Prozesstemperatur liegt zwischen 900 und 1000 +/-50 °C; die Prozessdauer beträgt zwischen 90 Minuten und ca. 180 Minuten, u. a. abhängig von der gewünschten Beschichtungsstärke;
    • die Bauteile werden ggf. abgeschreckt und angelassen, um eine gewünschte Kernhärte im Bauteil zu erreichen;
    • abschließend werden die Bauteile zur Erzielung einer gewünschten Oberfläche mit einer gemittelten Rautiefe Rz zwischen 0,3 µm und 0,7 µm bearbeitet, z. B. durch Trommeln.
  • Die Bauteile bzw. die mit dem beschriebenen Verfahren hergestellten Bauteile weisen insbesondere die vorgenannten Eigenschaften auf und haben eine gute Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Die hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit sorgen dafür, dass das Verschleißmuster glatt und die Verschleißrate klein ist. Ein solches glattes Muster ist besonders erwünscht, da das weichere Teil, also z. B. eine mit dem Zapfen verbundene Kettenlasche oder Kettenbuchse, ebenfalls glatt poliert verschlissen wird.
  • Die Ausführungen zu dem Bauteil sind insbesondere übertragbar auf das Verfahren und umgekehrt.
  • Die Verwendung unbestimmter Artikel (ein, eine, einer und eines), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter (erste, zweite,) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann (mindestens ein), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Oberfläche eines Bauteils.
  • Das Bauteil 1 weist ein Grundmaterial 2 und eine Beschichtung 3 auf. Das Grundmaterial 2 ist ein Nitrierstahl gemäß der EN 10085 und die Beschichtung 3 umfasst zumindest Niobkarbid (NbC). Zwischen dem Grundmaterial 2 und der Beschichtung 3 ist eine, durch eine Aufkohlung oder eine Karbonitrierung des Grundmaterials 2 gebildete Randschicht 4 angeordnet.
  • Die Randschicht 4 weist insbesondere eine (Wand-)Stärke von höchstens 20 µm [Mikrometer] und von mindestens einem (1) µm auf. Die Beschichtung 3 weist eine Wandstärke/ Beschichtungsstärke 5 von höchstens 20 µm und mindestens von drei (3) µm auf.
  • Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens wird ein Nitrierstahl, z. B. 34CrAlMo5, karbonitriert oder aufgekohlt bzw. einsatzgehärtet, gemäß der Norm EN 10085 gewählt. Bei der durch die Oberflächenbehandlung gebildeten Randschicht 4 handelt es sich um Karbo-Nitrid, so dass eine sehr hohe Konzentration von Kohlenstoff- und Stickstoff-Atomen auf der Oberflächendiffusionsschicht, also der Randschicht 4 des Bauteils 1 vorliegt. Das Vorliegen der Randschicht 4 führt zu einer sehr kurzen Diffusionszeit und einer schnellen Bildung der gemäß Schritt c) aufgebrachten NbC-Beschichtung 3. Gerade bei der Karbonitrierung hilft die Anwesenheit von Stickstoff atomen in der Diffusionsschicht bzw. der Randschicht 4, die Diffusionsenergie der Kohlenstoffatome zu erhöhen, was zu einer sehr schnellen NbC-Schichtbildung und einer schnell wachsenden Beschichtungsstärke 5 führt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Bauteil
    2
    Grundmaterial
    3
    Beschichtung
    4
    Randschicht
    5
    Beschichtungsstärke
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8864917 B2 [0005]

Claims (10)

  1. Bauteil (1), zumindest aufweisend ein Grundmaterial (2) und eine Beschichtung (3), wobei das Grundmaterial (2) ein Nitrierstahl gemäß der EN 10085 ist und die Beschichtung (3) zumindest Niobkarbid umfasst.
  2. Bauteil (1) nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Grundmaterial (2) und der Beschichtung (3) eine, durch eine Aufkohlung oder eine Karbonitrierung des Grundmaterials (1) gebildete Randschicht (4) angeordnet ist.
  3. Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Grundmaterial (2) ein 34CrAlMo5-Stahlwerkstoff ist.
  4. Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (1) ein Zapfen für eine Steuerkette in Kraftfahrzeuganwendungen ist, wobei die Steuerkette zumindest Kettenglieder umfasst, die über den mindestens einen Zapfen miteinander verbunden sind.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zumindest umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen des Bauteils (1) umfassend das unbeschichtete Grundmaterial (2); b) Aufkohlen oder Karbonitrieren des Grundmaterials (2); c) Beschichten des Bauteils (1) mit Niobkarbid.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bauteil (1) ein Zapfen ist und vor Schritt a) in einem weiteren Schritt i. der Zapfen aus einem gezogenen Draht durch Trennen hergestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Zapfen zwischen den Schritten i. und a) in einem weiteren Schritt ii. bearbeitet wird zur Bildung verrundeter Enden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei das Beschichten gemäß Schritt c) ein Halogenid-aktiviertes thermoreaktives Abscheidungsverfahren umfasst, bei dem Eisenniob, Aluminiumpulver und Ammoniumchlorid verwendet wird, eine höchste Prozesstemperatur zwischen 850 und 1050 °C liegt, zwischen 90 und 180 Minuten dauert und eine Beschichtungsstärke (5) von mindestens 5 µm erreicht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, wobei unmittelbar nach Schritt c) die Beschichtung (3) eine gemittelte Rautiefe Rz von höchstens 1 µm aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 9, wobei nach Schritt c) in einem weiteren Schritt d) das beschichtete Bauteil (1) bearbeitet wird zur Herstellung einer gemittelten Rautiefe Rz von höchstens 0,7 µm.
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