DE19822900C2 - Verfahren zur Beschichtung eines Kipphebels mit einer ein Trockenschmiermittel aufweisenden Schmierstoffschicht sowie Kipphebel - Google Patents
Verfahren zur Beschichtung eines Kipphebels mit einer ein Trockenschmiermittel aufweisenden Schmierstoffschicht sowie KipphebelInfo
- Publication number
- DE19822900C2 DE19822900C2 DE19822900A DE19822900A DE19822900C2 DE 19822900 C2 DE19822900 C2 DE 19822900C2 DE 19822900 A DE19822900 A DE 19822900A DE 19822900 A DE19822900 A DE 19822900A DE 19822900 C2 DE19822900 C2 DE 19822900C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- rocker arm
- boron
- lubricant
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- 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
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/56—After-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
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/048—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material with layers graded in composition or physical properties
-
- 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
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
-
- 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
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
-
- 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
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/34—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in more than one step
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
- F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
- F01L1/18—Rocking arms or levers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2301/00—Using particular materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines
Kipphebels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 sowie
einen Kipphebel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 25, wie
beides aus der gattungsbildend zugrundegelegten DE 34 08 557 C2
als bekannt hervorgeht
Aus der DE 34 08 557 C2 ist ein Kipphebel mit einem Hebelteil
aus einer Aluminiumlegierung bekannt, der im Bereich einer
abrasiv beanspruchten Lauffläche ein gesintertes Plättchen auf
weist. Der Hebelteil ist mit Ausnahme eines Bereiches um das
Plättchen mit einer porösen Oxidschicht versehen, deren Poren
mittels Elektrolyse mit dem Trockenschmiermittel Molybdänsulfid
gefüllt sind.
Aus dem Artikel "Formation and self-lubricating mechanisms of
boric acid on borided steel surfaces" von A. Erdemir et al in
Surface & Coating Technology 76-77, 1995, Seite 443-490 ist
eine Beschichtung eines Trockenschmiermittels aus Borsäure auf
Stählen bekannt sowie ein Verfahren zur Aufbringung der Be
schichtung. Bei dem aus dieser Schrift vorbekannten Verfahren
wird ein Stahl zuerst boriert. Die borierte Oberfläche des
Stahls weist eine gute Härte und Korrosionsbeständigkeit auf.
Allerdings ist ihr Reibwert (Reibkoeffizient) sehr hoch. Daher
wird die borierte Oberfläche des Stahles mit einer Schmier
stoffschicht aus Borsäure versehen, die als Trockenschmiermit
tel wirkt. Zum Borieren wird der Stahl in ein Salzbad getaucht,
das eine Borverbindung aufweist und das auf 940°C erhitzt
wird. Nach dem Salzbad wird der borierte Stahl auf 750°C er
hitzt, wodurch die Boratome tiefer in den Oberflächenbereich
des Stahles diffundieren können. Es wird vermutet, daß einige
der Atome auch an die freie Oberfläche diffundieren, wo sie bei
Anwesenheit von Sauerstoff sofort zu Boroxid reagieren. Dadurch
scheidet sich an der Oberfläche des Stahls eine Boroxidschicht
ab, die beim späteren Abkühlen und in Anwesenheit von Wasser
stoff in Borsäure umgewandelt wird. Zur Bildung des Boroxids
darf die Temperatur allerdings nicht unter 750°C abgesenkt
werden und der borierte Stahl auch nicht länger als 8 min auf
diese Temperatur erhitzt sein, da sich ansonst kein Boroxid
bildet. Abgesehen davon, daß diese Temperaturbehandlung eine
immense Belastung für den Stahl darstellt, ist auch die Prozeß
führung zur Herstellung der Boroxid-Schicht sehr empfindlich,
weshalb das vorbekannte Verfahren auch sehr aufwendig, kompli
ziert und teuer ist. Desweiteren sind mit diesem Verfahren end
formnahe, insbesondere genau bemaßte Bauteile nur sehr schwer
und mit einer großen Ausschußrate herzustellen. Auch ist das
gesamte Verfahren insbesondere für veränderte Schichtdicken
sehr inflexibel.
Aus dem Artikel "A study of the formation and self-lubrication
mechanisms of boric acid folms on boric oxide caotings" von A.
Erdemir et al in Surface & Coating Technology 43/44, 1990, Sei
te 588-596 ist ebenfalls eine Beschichtung eines Trocken
schmiermittels aus Borsäure sowie ein Verfahren zur Auftragung
dieser Beschichtung bekannt. Bei diesem Verfahren wurden die O
berflächen eines Gegenstandes aus α-Aluminiumoxid und eines
Gegenstandes aus Stahl (M50) durch einen Argon-Ionenstrahl ge
reinig und anschließend mittels einer Elektronenstrahlverdamp
fung im Vakuum mit dem Boroxid beschichtet. Die Reibkoeffizien
ten der einige µm dicken Schmierstoffschichten waren in beiden
Fällen sehr gut, wobei allerdings die Standzeit der Beschich
tung auf Stahl gering war. Desweitern ist die Haftung der
Schmierstoffschichten aus Borsäure auf den Substraten gering,
so daß auch dieses Verfahren eine hohe Ausschußrate aufweist.
Aus dem Artikel Artikel "Tribilogical Properties of Boric-Acid-
Forming Sufaces. Part II: Mechanisms of Formation and Self-
Lubrication of Boric Acid Films on Boron- and Boric Oxide-
Containing Surfaces." von A. Erdemir et al in Journal of the
Siciety of Tribologists and Lubrication Engineers (1991),
47(3), Seite 179-184 ist eine weitere Beschichtung eines Ge
genstandes mit Borsäure als Trockenschmiermittel sowie ein zu
gehöriges Verfahren bekannt. Hierbei weist die zu beschichtende
Oberfläche zuerst eine Borschicht, anschließend eine Boroxid
schicht und anschließend die Schmierstoffschicht auf.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit
dem ein Kipphebel in preisgünstiger Weise und innerhalb gerin
ger Herstellungstoleranzen sowie bei kleinen Ausschußraten mit
einer guthaftenden Schmierstoffschicht aus einem Trocken
schmiermittel versehen werden kann, wobei das Trockenschmier
mittel einen möglichst geringen Reibwert und eine möglichst
lange Standzeit aufweisen soll. Desweiteren ist es Aufgabe der
Erfindung für einen Kipphebel eine guthaftende Schmierstoff
schicht aus einem Trockenschmiermittel zu entwickeln, welche
Schmierstoffschicht preisgünstig und innerhalb geringer Her
stellungstoleranzen sowie mit kleinen Ausschußraten aufgebracht
ist, wobei das Trockenschmiermittel einen möglichst geringen
Reibwert und eine möglichst hohe Standzeit aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den
Verfahrensschritten des Anspruchs 1 oder 2 bzw. mit einer Be
schichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst. Durch den
erfindungsgemäßen Schichtaufbau und die Aufbringung der einzel
nen Schichten, bevorzugt mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens,
können die Schichtdicken in einfacher Weise im µm-Bereich re
produzierbar aufgebracht werden, so daß zumindest eine aufwen
dige Nachbearbeitung entfällt. Desweiteren ist die Haftung auf
dem Kipphebel durch das erfindungsgemäße Vorgehen verbessert.
Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Un
teransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand
von Beispielen und nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Schnittes durch einen erfin
dungsgemäßen Schichtaufbau eines beschichteten Kipphe
bels,
Fig. 2 ein Diagramm des Reibkoeffizienten in Abhängigkeit der
Zeit bei mit unterschiedlichen Trockenschmiermitteln
beschichteten Gegenständen bei einem Schwingverschleiß
test,
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Beschichtung und
Fig. 4 ein Gasflußdiagramm bei der Herstellung einer erfin
dungsgemäßen Beschichtung.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Schnittes durch einen er
findungsgemäßen Schichtaufbau eines beschichteten Kipphebels 1
dargestellt, wobei der Maßstab stark verzerrt ist. Der aus
Stahl hergestellte metallische Kipphebel 1 weist im Bereich
seiner nach außen gerichteten und mit der Beschichtung bedeck
ten Oberfläche 2 eine borierte Haftvermittlerschicht 3 mit Bo
riden des Werkstoffs des Kipphebels 1 auf. Im vorliegenden Fall
sind innerhalb der Haftvermittlerschicht 3 Boride des Eisens
angeordnet. Innen beginnend liegt zuerst zumindest vermehrt
Fe2B und anschließend FeB vor.
Anstelle einer reinen Borierung können zur Herstellung der
Haftvermittlerschicht 3 die oberflächennahen Bereiche des Kipp
hebels 1 auch nitriert und/oder carbonisiert und/oder carboni
triert werden. Derartige Haftvermittlerschichten 3 können zu
sätzlich auch noch boriert werden. Anstelle eines Kipphebels 1
aus Stahl kann auch einen Kipphebel aus einem anderen Werk
stoff, vorzugsweise jedoch aus einem Ti- und/oder Al- und/oder
Mg-Werkstoff, mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehen
werden.
Auf der zuvor freiliegenden Oberfläche 2 des Kipphebels 1 folgt
der Haftvermittlerschicht 3 eine Zwischenschicht 4, die Bor und
dessen Oxide aufweist. Insbesondere weist die Zwischenschicht 4
- beginnend von der zuvor freiliegenden Oberfläche 2 des Kipp
hebels 1 - zuerst zumindest vorwiegend Bor, nachfolgend zumindest
vorwiegend B6O und zuletzt B2O3 auf. Auf dem B2O3 ist die
Borsäure (H3BO3) aufweisende Schmierstoffschicht 5 angeordnet,
wobei die Anteil der Borsäure in der Schmierstoffschicht 5 zu
mindest oberflächennah mindestens 5% bevorzugt 10% und beson
ders bevorzugt 30% beträgt.
Die als Trockenschmiermittel verwendete Borsäure kann insbeson
dere erst oder auch zusätzlich, insbesondere bei einem Ver
schleiß der bisherigen Borsäure aufweisenden Schmierstoff
schicht 5, im Einsatzfall durch eine oberflächennahe Umwandlung
des B2O3 bei Anwesenheit von Wasser bzw. Wasserstoff gebildet
werden. In vorteilhafter Weise kann also die Bor und Sauer
stoff, insbesondere B2O3, aufweisende Zwischenschicht 4 im Ver
schleißfall eine Art Reservoir für die Borsäure der Schmier
stoffschicht 5 bilden.
In Fig. 2 ist ein Diagramm des Reibkoeffizienten in Abhängig
keit der Zeit bei mit unterschiedlichen Trockenschmiermitteln
beschichteten Gegenständen dargestellt, welche einem Schwing
vergleichstest unterzogen wurden.
Die einzelnen Kurven betreffen Gegenständen aus folgenden Werk
stoffen:
Kurve A: einen Gegenstand mit einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau mit einer Schmierstoffschicht aus Borsäure,
Kurve B: eine Molybdensulfid-Schicht (MoS2) auf einem Gegen stand aus einem Hartmetall,
Kurve C: amorpher Diamant auf einem Gegenstand aus einem Hart metall und
Kurve D: eine Wolframcarbid/Graphitschicht auf einem Gegen stand aus einem Hochleistungs-Schnell-Schneidestahl.
Kurve A: einen Gegenstand mit einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau mit einer Schmierstoffschicht aus Borsäure,
Kurve B: eine Molybdensulfid-Schicht (MoS2) auf einem Gegen stand aus einem Hartmetall,
Kurve C: amorpher Diamant auf einem Gegenstand aus einem Hart metall und
Kurve D: eine Wolframcarbid/Graphitschicht auf einem Gegen stand aus einem Hochleistungs-Schnell-Schneidestahl.
Die Versuche wurden in trockenen Zustand, d. h. ohne zusätzli
che, insbesondere flüssige Schmierung durchgeführt. Als Test
körper wurde eine Kugel aus 100Cr6 mit einem Radius von 4 mm
verwendet, die mit einer Last von 5 N auf den beschichteten Ge
genstand aufgepreßt und auf einer Länge von 600 µm mit einer
Frequenz von 10 kHz hin- und herbewegt wurde.
Der mit der WC/C-Schicht beschichtete Gegenstand (Kurve D)
weist einen Verlauf des Reibkoeffizienten auf, der sich nach
einem anfänglichen Einlaufverhalten bei Werten zwischen 0.2 und
0.3 einstellt. Dieser Wert wird innerhalb der genannten Band
breite etwas über 100 Minuten gehalten und steigt anschließend
an. Bei ca. 4000 Minuten beträgt er etwa 0.45.
Der mit dem amorphen Diamanten beschichtete Gegenstand (Kurve
C) weist einen Verlauf des Reibkoeffizienten auf, der sich nach
einem anfänglichen etwa zehnminutigen Einlaufverhalten, bei dem
die Werte des Reibkoeffizienten zwischen etwa 0.1 und 0.35 an-
und abschwellen, auf einen Wert von ca. 0.1 einstellt. Ab die
sem Zeitpunkt nimmt der Wert des Reibkoeffizienten mit zuneh
mender Beanspruchungszeit stetig zu. Wie aus dem Diagramm nach
Fig. 2 ersichtlich ist, steigt der Wert des Reibkoeffizienten
nach 10 Minuten innerhalb von ca. 190 min von etwa 0.1 auf etwa
0.2 an.
Der mit MoS2 beschichtete Gegenstand (Kurve B) weist einen Ver
lauf des Reibkoeffizienten auf, der sich nach einem sehr kurzen
Einlaufverhalten, auf einen Wert zwischen etwa 0.05 und etwa
0.1 einstellt. Dieser Wert des Reibkoeffizienten wird innerhalb
der oberen Bandbreite etwa 100 Minuten gehalten und steigt an
schließend innerhalb sehr kurzer Zeit auf Werte über 0.4 an.
Dies bedeutet, daß das Material ein sehr gutes Kurzeitverhalten
aber ein sehr schlechtes Langzeitverhalten aufweist.
Der den erfindungsgemäßen Schichtaufbau aufweisende Gegenstand
(Kurve A) weist nach einem anfänglichen etwa einminütigen Ein
laufverhalten einen Verlauf des Reibkoeffizienten auf, der sich
auf einen Wert von etwa 0.05 einstellt. Dieser Wert des Reib
koeffizienten wird unverändert über die gesamte Zeit gehalten.
Insbesondere sei hier erwähnt, das der Wert des Reibkoeffi
zienten sogar nach einer Versuchszeit die länger als die im
Diagramm aufgeführte Zeit von 10.000 min war, immer noch stabil
blieb.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung in der Art einer Plasma-CVD-
Anlage dargestellt, die zur Durchführung des erfinderischen
Verfahrens, mit dem der erfindungsgemäße Schichtaufbau reali
sierbar ist, geeignet ist.
Die Vorrichtung weist einen Reaktor 6 auf, der durch ein flui
disch mit ihm verbundenes Pumpsystem 7 evakuierbar ist. Ferner
weist der Reaktor 6 ein Gasversorgungssystem mit mehreren Gas
flaschen 8-11 und einen Verdampfer 12 auf. Das Gasversor
gungssystem ist ebenso wie das Pumpsystem 7 zu- und abschalt
bar. Die Gasflaschen 8-11 und der Verdampfer 12 können ein
zeln und mit einem regelbaren Gasstrom mit dem Innenraum 13 des
Reaktors 6 verbunden werden. In den Gasflaschen 8-11 sind
bspw. die Prozeßgase, ein ein Plasma 16 unterstützendes Gas
und/oder auch Vormaterialien für den erfindungsgemäßen Schicht
aufbau gespeichert. Insbesondere handelt es sich u, die Gase
Methan, Diboran, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff.
Innerhalb des Reaktors 6 ist ein Substrathalter 14 angeordnet,
auf dem ein zu beschichtender Kipphebel 1 angeordnet werden
kann. Der Substrathalter 14 ist zur Spannungsversorgung elek
trisch leitend mit einem Generator 15 verbunden. Der zur Plas
maerzeugung vorgesehene Generator 15 kann bspw. mit elektri
scher Wechselspannung, mit einer Wechselspannung mit gekappter
Halbwelle oder dgl., vorzugsweise mit einer gepulsten Gleich
spannung betrieben werden.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtaufbaus wird der
zu beschichtende Kipphebel 1 in den Reaktor 6 eingebaut und das
Reaktorinnere 13 auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt
kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar evaku
iert. Nach dem Evakuieren wird im Reaktorinnern 13 der erreich
te Unterdruck gehalten. Gegebenenfalls kann das Reaktorinnere
13 auch zumindest teilweise wieder mit einem Inertgas befüllt
werden.
Anschließend wird an dem Generator 15 eine gewünschte Puls-
Spannung hinsichtlich ihrer Amplitude und ihrer Frequenz einge
stellt und an den elektrisch leitend mit dem Generator 15 ver
bundenen Kipphebel 1 angelegt. Vorzugsweise wird eine Spannung
gewählt, die bezogen auf den den Kipphebel 1 umgebenden Gasraum
und insbesondere auch gegenüber Masse negativ ist.
Danach wird das Prozeßgas zur Herstellung der Haftvermittler
schicht 3, die zur Verbesserung der Haftung zwischen der später
aufgetragenen Schmierstoffschicht 5 und dem Material des Kipp
hebels 1 oder zur Verbesserung der Haftung zwischen einer an
schließend aufgebrachten Zwischenschicht 4 und dem Material des
Kipphebels 1 dient, eingeleitet.
Die Haftvermittlerschicht 3 wird günstigerweise durch Borieren
und/oder Nitrieren und/oder Carbonisieren und/oder Carbonitrie
ren erzeugt, welche Prozesse zweckmäßigerweise durch ein Plasma
16 unterstützt werden. Hierbei werden überschüssige Gaspartikel
von dem Pumpsystem 7 entfernt.
Anstelle oder ergänzend zu dem obigen Prozeß kann zur Herstel
lung der Haftvermittlerschicht 3 das bzw. die betreffenden Sub
stanzen auch mittels Ionenimplantation in die oberflächennahen
Bereiche der zu beschichtenden Oberfläche 2 des Kipphebels 1
eingebracht werden.
Als Ersatzmaßnahme oder als ergänzende Maßnahme zu der/den oben
genannten Haftvermittlerschichten 3 kann auf der zu beschich
tenden Oberfläche 2 des Kipphebels 1 und zwar als Haftvermitt
lerschicht 3 oder als Bestandteil der Haftvermittlerschicht 3
insbesondere TiN und/oder TiC und/oder Ti(C,N) und/oder eine
Borcarbid-Schicht (B4C) abgeschieden werden.
Das unterstützende Plasma 16 wird aus der Zusammenwirkung der
gepulsten elektrischen Spannung und Wasserstoff, der hierzu ex
tra in das Reaktorinnere 13 eingeleitet wird, und/oder dem Pro
zeßgas erzeugt. Bevorzugt wird das Plasma 16 so erzeugt, daß es
die zu beschichtende Oberfläche 2 des Kipphebels 1 umhüllt und
ggf. auch zumindest teilweise in Vertiefungen, wie Bohrungen
und dergleichen, des Kipphebels 1 eintaucht. Vorzugsweise wird
das Plasma 16 im Bereich der Oberfläche des Kipphebels 1 er
zeugt.
In günstiger Weise beheizt das Plasma 16 zumindest die zu be
schichtende Oberfläche 2 des Kipphebels 1 auf Temperaturen
kleiner 750°C, vorzugsweise kleiner 700°C und besonders be
vorzugt kleiner 600°C, da hier allenfalls eine geringe Ände
rung des Gefüges des Werkstoffes des Kipphebels 1 zu erwarten
ist.
Die Pulsrate der elektrischen Spannung hat u. a. eine Auswirkung
auf die räumlich Gestalt des Plasma 16. Daher wird die Pulsrate
und ggf. auch die gewählte elektrische Spannung zweckmäßiger
weise in Abhängigkeit zu der körperlichen Ausgestaltung der zu
beschichtenden Oberfläche 2 des Kipphebels 1 eingestellt.
Bei den Prozeßgase handelt es zweckmäßiger um Gase, die das
Element bzw. die Elemente enthalten, die zur Herstellung der
Haftvermittlerschicht 3 benötigt werden. Dies kann bspw. da
durch erfolgen, daß das Prozeßgas das bzw. die betreffende Ele
ment e) in reiner Form aufweist und/oder daß das bzw. die be
treffende Element(e) bei Prozeßbedingungen aus dem Prozeßgas
als Dissoziationsprodukt und/oder als Ion zur Verfügung ge
stellt werden.
Als Prozeßgas werden in den obigen Fällen Prozeßgase verwendet,
die Bor und/oder Stickstoff und/oder Kohlenstoff zumindest als
Verbindung aufweisen und/oder bei Prozeßbedingungen das ent
sprechende Element freigeben.
Bei einer Borierung handelt es sich bei dem Prozeßgas bevorzugt
um Borane (BnHm), vorzugsweise um Diboran (B2H6), um Borchlorid
(BCl3) oder um Borfluorid (BF3) oder um ein Gemische aus zumin
dest zweien dieser Gase.
Bei einem Fe aufweisenden Kipphebel 1 wird beim Borieren insbe
sondere Fe2B und das gegenüber dem FeB2 sprödere und daher zu
meist unerwünschte FeB gebildet. Eine besonders gute Haftung
der nachfolgenden Schicht wird erreicht, wenn das FeB im Ver
hältnis zu allen Eisenboriden mit einem Anteil kleiner 20%,
bevorzugt kleiner 10% und besonders bevorzugt kleiner 1% ge
bildet wird.
Um dies in einfacher Weise zu realisieren kann insbesondere der
Anteil von Bor in der abscheidenden Gasphase nach der Bildung
von Fe2B im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche 2 des
Kipphebels 1 innerhalb von 5 s um wenigstens 20% erhöht
und/oder die oberflächennahe Temperatur des Kipphebels 1 abge
senkt werden.
Auf der Haftvermittlerschicht 3 wird sinnvollerweise eine Zwi
schenschicht 4 angeordnet. Hierzu wird als zweites Vormaterial
ein Gas in das Reaktorinnere 13 und in das Plasma 16 eingelei
tet, das Bor zumindest als Verbindung aufweist und bei Prozeß
bedingungen das Bor freigibt.
Wie schon bei der Haftvermittlerschicht 3 werden hierzu insbe
sondere Borane (BnHm), vorzugsweise Diboran (B2H6), Borchlorid
(BCl3) oder Borfluorid (BF3) oder ein Gemische aus zumindest
zweien dieser Gase verwendet.
Desweiteren wird zur Bildung der Zwischenschicht 4 ein Sauer
stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen
den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterial in die
abscheidende Gasphase eingeleitet.
Aus diesen beiden Vormaterialien wird die Bor und Sauerstoff
aufweisende Zwischenschicht 4 auf der Haftvermittlerschicht 3
abgeschieden.
Durch die Variation der Temperatur und/oder des Sauerstoffs
kann hierbei der Anteil des Sauerstoff in der Zwischenschicht 4
gesteuert werden, so daß der Anteil von Sauerstoff innerhalb
der Zwischenschicht 4 einen Gradienten aufweist.
Vorzugsweise nimmt der Anteil von Sauerstoff mit zunehmendem
Abstand von der Haftvermittlerschicht 3 zu. Bevorzugt wird die
Zwischenschicht 5 mit Boroxid, insbesondere als B6O und/oder
B2O3 aufgetragen, wobei vorzugsweise zuerst B6O und anschließend
B2O3 aufgetragen wird. Vor der Aufbringung der Boroxide wird
auf die Haftvermittlerschicht 3 sinnvollerweise zumindest weit
gehend reines Bor aufgetragen.
Analog zur Herstellung der Haftvermittlerschicht 3 wird hierbei
der Kipphebel 1 während des Abscheidens der Bor und Sauerstoff
aufweisenden Zwischenschicht 4 insbesondere auf Temperaturen
kleiner 750°C, vorzugsweise kleiner 700°C und besonders be
vorzugt kleiner 600°C beheizt.
Im Bereich der freiliegenden Oberfläche 2 der Zwischenschicht 4
wird zuletzt die Schmierstoffschicht 5 aus Borsäure (H3BO3) an
geordnet. Diese Schmierstoffschicht 5 kann mit den Gasen Was
serstoff, Sauerstoff und Bor gleich innerhalb des Reaktors 6
hergestellt werden.
Ebenso ist es innerhalb des Reaktors 6 möglich, die oberflä
chennahen Bereiche der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwi
schenschicht 4 durch Reaktion mit Wasserstoff in Borsäure umzu
wandeln oder die Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischen
schicht 4 gleich bei Ihrer Herstellung aus der Gasphase zumindest
teilweise in Borsäure umzuwandeln. In beiden Fällen wird
zweckmäßigerweise zumindest oberflächennah die Temperatur des
Kipphebels 1 gesenkt.
Ersatzweise ist es auch möglich, daß diese Schmierstoffschicht
5 erst bei Anwesenheit von Wasserstoff und/oder Wasserdampf im
Einsatz des Kipphebels 1 gebildet wird. In diesem Fall wird
durch eine chemische Reaktion der oberflächennahen Bereiche der
Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht 4 mit dem Was
serstoff der Atmosphäre zu der Borsäure aufweisenden Schmier
stoffschicht 5 umgesetzt. Diese Reaktion wird insbesondere noch
durch die beim Einsatz entstehende Wärme gefördert. In diesem
Fall stellen zumindest gewisse Bereiche der Bor und Sauerstoff
aufweisenden Zwischenschicht ein Reservoir zur Nachgewinnung
von verschlissener oder auf sonst eine Art entfernter Borsäure
dar.
In allen Fällen weist die Schmierstoffschicht 5 sinnvollerweise
mindestens 80%, bevorzugt mindestens 90% und besonders bevor
zugt mindestens 95% Borsäure auf.
In vorteilhafter Weise wird nicht nur während der Herstellung
der Haftvermittlerschicht 3 sondern auch bei der Herstellung
der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht 4 und/oder
der Schmierstoffschicht 5 innerhalb des Reaktors 6 an den Kipp
hebel 1 eine gepulste DC-Spannung angelegt, die gegenüber dem
den Kipphebel 1 umgebenden Gasraum ein negatives elektrisches
Potential aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendungen ist von besonderem Vor
teil, daß eine Schmierung mit Flüssigschmiermitteln zumindest
verringert werden kann.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in
Fig. 4 dargestellten Gasflußdiagramms beschrieben.
In Fig. 4 ist ein Gasflußdiagramm verschiedener Gase über der
Zeit dargestellt, wobei zusätzlich die Temperatur der zu be
schichtenden Probe mit aufgetragen ist. Das Diagramm nach Fig.
4 beschreibt den eingestellten Gasfluß im Reaktorinnern 13 wäh
rend der Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtaufbaus auf
einer metallischen Probe mittels eines Plasma-CVD-Prozesses.
Bei dem Plasma-CVD-Prozeß wird die Probe durch ein die Probe
umgebendes Plasma 16 geheizt. Das die zu beschichtende Oberflä
che 2 der Probe beheizende Plasma 16, das ebenfalls die Vorma
terialien sowie das Prozeßgas zur Abscheidung bzw. zur Borie
rung aktiviert, wird durch eine an der Probe anliegende Span
nung gezündet bzw. aufrechterhalten.
Zur Regelung der Temperatur wird die Temperatur der Probe ge
messen und dementsprechend die an der Probe anliegende elektri
sche Spannung für das u. a. heizend wirkenden Plasma 16 verän
dert. Die elektrische Spannung kann wie vorliegend eine reine
Gleichspannung sein. Je nach Anforderungen an das Plasma 16
wird anstelle der Gleichspannung vorzugsweise eine gepulste
Spannung, eine Wechselspannung oder eine halbwellige Wechsels
pannung angelegt.
Der Verlauf des Druckes p im Reaktorinnern ist in dem Diagramm
nach Fig. 4 als nicht gekennzeichnete Kurve, der bei der Her
stellung der Haftvermittler- und der Zwischen- und ebenfalls
der Schmierstoffschicht mit dem Prozeßgas vermischte H2-Fluß
(5% B2H6 und 95% H2) als Kurve E und der Sauerstoffluß der Kurve
G entnehmbar. Die Werte der unterschiedlichen Gasflüsse bezie
hen sich auf die Einheit Standard-Kubikzentimeter (sccm). Da
für das Bor liefernde zweite Vormaterial ebenfalls das borie
rend wirkende Prozeßgas verwendet wird, zeigt die Kurve F nach
dem Borieren (Zeitintervall H) ebenfalls den Gasfluß des zwei
ten Vormaterials (Zeitintervall I). Während des Zeitintervalls
J wird die Schmierstoffschicht 5 aufgetragen.
Die Probe wird eventuell vor dem Einbau in den Reaktor 6 vorge
reinigt und anschließend in den Reaktor 6 eingebaut. Danach
wird das Reaktorinnere 13 bis auf einen Druck kleiner 0.5 mbar
evakuiert. Zur Reinigung wird in das evakuierte Reaktorinne 13
des Reaktor 6 ca. 30 min ein H2-Gas eingeleitet. Mit dem H2-Gas
wird in Bereich der Probe das Plasma 16 gezündet und die zu be
schichtende Oberfläche 2 der Probe unter Zuhilfenahme des H2-
Plasma 16 gereinigt. Wie aus dem Diagramm nach Fig. 4 ersicht
lich ist, steigt bei der Reinigung der Probe der Druck im Reak
torinnern 13 auf einen Wert von ca. 10 mbar an. Dieser Wert
wird bei der beschriebenen Herstellung des erfindungsgemäßen
Schichtaufbau dieses Ausführungsbeispiels zumindest weitgehend
beibehalten.
Nach der Reinigung der Oberfläche 2 der Probe wird sie für die
Zeitdauer H von ca. 6 Stunden bei einer Temperatur von ca. 750
°C und einem mit 95% H2 versetzten B2H6 Gasstrom von ca. 60 sccm
aufgesetzt. Bei diesen Prozeßbedingungen wird die Haftvermitt
lerschicht 3 hergestellt. Dabei wird die Probe bei den eben ge
nannten Bedingungen einige µm oberflächennah boriert. Durch die
borierte Haftvermittlerschicht 3 ist die Haftung zwischen der
anschließend aufzutragenden Zwischenschicht 4 sowie der später
aufzutragenden Schmierstoffschicht 5 und dem Material der Probe
(Kipphebels 1) verbessert.
Nach dem Borieren wird die Temperatur auf ca. 500°C abgesenkt
und der Fluß des H2-versetzten Prozeßgases auf einen Fluß von
ca. 50 sccm gesenkt. Dadurch wird auf der Haftvermittlerschicht
3 für die Zeitdauer I von ca. 5 Stunden eine Borschicht herge
stellt. Diese Borschicht gehört zu der Zwischenschicht 4.
Nach dem Aufwachsen der Borschicht wird in den Reaktor 6 zu
sätzlich für ca. 1 Stunde (Zeitdauer J) Sauerstoff und zwar mit
einem Fluß von ca. 15 sccm eingeströmt, wobei die vorherigen
Prozeßparameter (Gasflüsse, Temperatur und Druck) beibehalten
wird. Hierbei bilden sich die Bor und Sauerstoff aufweisenden
Bereiche der Zwischenschicht 4.
Anschließend wird die Temperatur abgesenkt und die restlichen
Parameter konstant gehalten. Durch die Absenkung der Temperatur
bricht das Plasma 16 zusammen und der zuvor als Plasmabrenn
stoff verwendete Wasserstoff steht zur freien Verfügung. Hier
durch bildet sich bei Temperaturen unterhalb von ca. 200°C und
der Anwesenheit von Wasserstoff die weitgehend ausschließlich
das Trockenschmiermittel Borsäure (H3BO3) aufweisende Schmier
stoff schicht 5.
Claims (29)
1. Verfahren zum außenseitigen und haftenden Aufbringen einer
Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch be
anspruchte Oberfläche eines Kipphebels, wobei die Schmierstoff
schicht zumindest unter Beanspruchungsbedingungen Borsäure
(H3BO3) aufweist,
bei welchem Verfahren der zu beschichtende und mit einer Haftvermittlerschicht versehene Kipphebel (1) in einen Reak tor eingebaut wird, wobei durch die Haftvermittlerschicht (3) die Haftung zwischen dem später aufgetragenen Trockenschmier stoff der Schmierstoffschicht (5) und dem Material des Kipp hebels (1) verbessert wird,
bei welchem Verfahren der Reaktor (6) auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem Inertgas befüllt wird,
bei welchem Verfahren auf der Haftvermittlerschicht aus Vor materialien, die Bor und Sauerstoff aufweisen, eine Zwischen schicht hergestellt wird,
bei welchem Verfahren die oberhalb der Haftvermittlerschicht (3) abgeschiedene Zwischenschicht (4) mit einem Sauerstoff gradienten abgeschieden wird, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin zunimmt,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Bor zu mindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebendes zweites Vormaterial zugegeben wird,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Sauer stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterial zu gegeben wird, und
bei welchem Verfahren wenigstens im Einsatzfalle zumindest teilweise Bor und Sauerstoff der Bor und Sauerstoff aufwei senden Zwischenschicht (4) zumindest im Bereich ihrer frei zugänglichen Oberfläche unter Zuhilfenahme von Wasserstoff zu Borsäure umgewandelt und als Trockenschmiermittel der Schmierstoffschicht (5) verwendet wird.
bei welchem Verfahren der zu beschichtende und mit einer Haftvermittlerschicht versehene Kipphebel (1) in einen Reak tor eingebaut wird, wobei durch die Haftvermittlerschicht (3) die Haftung zwischen dem später aufgetragenen Trockenschmier stoff der Schmierstoffschicht (5) und dem Material des Kipp hebels (1) verbessert wird,
bei welchem Verfahren der Reaktor (6) auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem Inertgas befüllt wird,
bei welchem Verfahren auf der Haftvermittlerschicht aus Vor materialien, die Bor und Sauerstoff aufweisen, eine Zwischen schicht hergestellt wird,
bei welchem Verfahren die oberhalb der Haftvermittlerschicht (3) abgeschiedene Zwischenschicht (4) mit einem Sauerstoff gradienten abgeschieden wird, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin zunimmt,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Bor zu mindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebendes zweites Vormaterial zugegeben wird,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Sauer stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterial zu gegeben wird, und
bei welchem Verfahren wenigstens im Einsatzfalle zumindest teilweise Bor und Sauerstoff der Bor und Sauerstoff aufwei senden Zwischenschicht (4) zumindest im Bereich ihrer frei zugänglichen Oberfläche unter Zuhilfenahme von Wasserstoff zu Borsäure umgewandelt und als Trockenschmiermittel der Schmierstoffschicht (5) verwendet wird.
2. Verfahren zum außenseitigen und haftenden Aufbringen einer
Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch be
anspruchte Oberfläche eines Kipphebels, wobei die Schmierstoff
schicht zumindest unter Beanspruchungsbedingungen Borsäure
(H3BO3) aufweist,
bei welchem Verfahren der zu beschichtende Kipphebel (1) in einen Reaktor eingebaut wird,
bei welchem Verfahren der Reaktor (6) auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem Inertgas befüllt wird,
bei welchem Verfahren eine Haftvermittlerschicht (3) herge stellt wird, wozu im Bereich der freiliegenden Oberfläche (2) des Kipphebels (1), insbesondere durch Diffusion, zumindest ein Element eines Prozeßgases in das Material der freiliegen den Oberfläche (2) des Gegenstandes (1) eingebracht und dort eingebaut und/oder chemisch reagiert wird, wobei durch die Haftvermittlerschicht (3) die Haftung zwischen dem später aufgetragenen Trockenschmierstoff der Schmierstoffschicht (5) und dem Material des Kipphebels (1) verbessert wird,
bei welchem Verfahren in den Reaktor ein Bor und/oder Stick stoff und/oder Kohlenstoff zumindest als Verbindung aufwei sendes und bei Prozeßbedingungen das entsprechende Element freigebendes Prozeßgases zugegeben wird,
bei welchem Verfahren mit Bor und Sauerstoff aufweisenden Vormaterialien auf der Haftvermittlerschicht (3) eine Zwi schenschicht (4) hergestellt wird,
bei welchem Verfahren die oberhalb der Haftvermittlerschicht (3) abgeschiedene Zwischenschicht (4) mit einem Sauerstoffgradienten abgeschieden wird, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin zunimmt,
bei welchem Verfahren wenigstens im Einsatzfalle zumindest teilweise Bor und Sauerstoff der Bor und Sauerstoff aufwei senden Zwischenschicht (4) zumindest im Bereich ihrer frei zugänglichen Oberfläche unter Zuhilfenahme von Wasserstoff zu Borsäure umgewandelt und als Trockenschmiermittel der Schmierstoffschicht (5) verwendet wird,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Bor zu mindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebendes zweites Vormaterial zugegeben wird, und
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Sauer stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterials zu gegeben wird.
bei welchem Verfahren der zu beschichtende Kipphebel (1) in einen Reaktor eingebaut wird,
bei welchem Verfahren der Reaktor (6) auf einen Druck kleiner 100 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar und besonders bevorzugt auf etwa 1 mbar evakuiert und/oder zumindest teilweise mit einem Inertgas befüllt wird,
bei welchem Verfahren eine Haftvermittlerschicht (3) herge stellt wird, wozu im Bereich der freiliegenden Oberfläche (2) des Kipphebels (1), insbesondere durch Diffusion, zumindest ein Element eines Prozeßgases in das Material der freiliegen den Oberfläche (2) des Gegenstandes (1) eingebracht und dort eingebaut und/oder chemisch reagiert wird, wobei durch die Haftvermittlerschicht (3) die Haftung zwischen dem später aufgetragenen Trockenschmierstoff der Schmierstoffschicht (5) und dem Material des Kipphebels (1) verbessert wird,
bei welchem Verfahren in den Reaktor ein Bor und/oder Stick stoff und/oder Kohlenstoff zumindest als Verbindung aufwei sendes und bei Prozeßbedingungen das entsprechende Element freigebendes Prozeßgases zugegeben wird,
bei welchem Verfahren mit Bor und Sauerstoff aufweisenden Vormaterialien auf der Haftvermittlerschicht (3) eine Zwi schenschicht (4) hergestellt wird,
bei welchem Verfahren die oberhalb der Haftvermittlerschicht (3) abgeschiedene Zwischenschicht (4) mit einem Sauerstoffgradienten abgeschieden wird, der mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin zunimmt,
bei welchem Verfahren wenigstens im Einsatzfalle zumindest teilweise Bor und Sauerstoff der Bor und Sauerstoff aufwei senden Zwischenschicht (4) zumindest im Bereich ihrer frei zugänglichen Oberfläche unter Zuhilfenahme von Wasserstoff zu Borsäure umgewandelt und als Trockenschmiermittel der Schmierstoffschicht (5) verwendet wird,
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Bor zu mindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbedingungen das Bor freigebendes zweites Vormaterial zugegeben wird, und
bei welchem Verfahren der abscheidenden Gasphase ein Sauer stoff zumindest als Verbindung aufweisendes und bei Prozeßbe dingungen den Sauerstoff freigebendes erstes Vormaterials zu gegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung der Haftvermittlerschicht (3) zumindest ein
Element des Prozeßgases in das Material der freiliegenden und
zu beschichtenden Oberfläche (2) des Kipphebels (1) eindiffun
diert und/oder ionenimplantiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des Kipphebels (1) zur Bildung der Haftver
mittlerschicht (3) boriert und/oder nitriert und/oder carboni
siert und/oder carbonitriert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung der Borsäure-Schicht Wasserstoff und/oder eine
unter Prozeßbedingungen Wasserstoff freigebende Wasserstoffver
bindung aus der abscheidenden Gasphase verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Prozeßgase und/oder die Vormaterialien vor ihrem Auf
treffen auf der zu beschichtenden Oberfläche (2) des Kipphebels
(1) durch ein Plasma (16) hindurchgeleitet und zumindest zum
Teil dissoziert und/oder ionisiert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Plasma (16) im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche
(2) des Kipphebels (1) erzeugt wird und daß mit dem Plasma zu
mindest die zu beschichtenden Oberfläche des Kipphebels (1) be
heizt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kipphebel (1) während des Abscheidens der
Bor/Sauerstoffschicht insbesondere auf Temperaturen kleiner 750
°C, vorzugsweise kleiner 700°C und besonders bevorzugt kleiner
600°C beheizt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kipphebel (1) während der Bildung der Haftvermittler
schicht (3) durch Einbringen von Boratomen und/oder von Kohlen
stoffatomen und/oder von Stickstoffatomen insbesondere auf Tem
peraturen kleiner 750°C, vorzugsweise kleiner 700°C und be
sonders bevorzugt kleiner 600°C beheizt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der zumindest oberflächennahen und wenigstens teil
weisen Umwandlung der Bor und Sauerstoff aufweisenden Zwischen
schicht (4) in Borsäure zum Herstellen der Schmierstoffschicht
(5) die Temperatur gesenkt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Einbringen des Bors und/oder zur Abscheidung der Bor
und Sauerstoff aufweisenden Zwischenschicht (4) Boran (BnHm),
vorzugsweise Diboran (B2H6), Borchlorid (BCl3) oder Borfluorid
(BF3) oder ein Gemisch zumindest zweier dieser Gase in den Re
aktor (6) eingeleitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Herstellung der Bor und Sauerstoff aufweisenden
Zwischenschicht (4) und/oder der Schmierstoffschicht (5) an den
Kipphebel (1) eine elektrische Spannung angelegt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Herstellung der Haftvermittlerschicht (3) an
den Kipphebel (1) eine elektrische Spannung angelegt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß als elektrische Spannung eine gepulste Gleich-Spannung ge
wählt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Bor und Sauerstoff aufweisende Zwischenschicht (4) Bo
roxid, insbesondere B2O3 abgeschieden wird.
16. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) mit mindestens 30%, bevorzugt
mindestens 50% und besonders bevorzugt mindestens 60% Borsäu
re gebildet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) mit mindestens 80%, bevorzugt
mindestens 90% und besonders bevorzugt mindestens 95% Borsäu
re gebildet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Zwischenschicht (4) B6O und/oder B2O3 abgeschieden
wird.
19. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf den Kipphebel (1) und/oder die Haftvermittlerschicht
(3) nacheinander B, B6O und B2O3 abgeschieden wird.
20. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Kipphebel (1) ein metallischer, insbesondere Eisen auf
weisender Kipphebel (1) gewählt wird und daß als Borid der
Haftvermittlerschicht (3) ein Metallborid, vorzugsweise Fe2B
und/oder FeB, gebildet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Haftvermittlerschicht (3) auf der zu beschichtenden
Oberfläche (2) des Kipphebels (1) eine Bor und Kohlenstoff, be
vorzugt eine Borcarbid-Schicht (B4C) abgeschieden wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß das FeB im Verhältnis zu allen Eisenboriden mit einem An
teil kleiner 20%, bevorzugt kleiner 10% und besonders bevor
zugt kleiner 1% gebildet wird.
23. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Bildung von Fe2B im Bereich der zu beschichtenden
Oberfläche (2) des Kipphebels (1) der Anteil von Bor in der abscheidenden
Gasphase innerhalb von 5 s um wenigstens 20% er
höht wird.
24. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Bildung von Fe2B im Bereich der zu beschichtenden
Oberfläche (2) des Kipphebels (1) zumindest die oberflächennahe
Temperatur des Kipphebels (1) abgesenkt wird.
25. Kipphebel mit einer an einer freiliegenden und zu beschich
tenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht, welche zumin
dest im Einsatzfall wenigstens bereichsweise Borsäure als Tro
ckenschmiermittel aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß unterhalb der Schmierstoffschicht (5) eine Haftvermittler
schicht (3) angeordnet ist, daß die Haftvermittlerschicht (3)
Bor und/oder Kohlenstoff und/oder Stickstoff aufweist, daß die
Schmierstoffschicht (5) aus einer Gasphase aufgetragen ist, daß
zwischen der Schierstoffschicht (5) und der Haftvermittler
schicht (3) eine Zwischenschicht (4) angeordnet ist, daß die
Zwischenschicht (4) Bor und Sauerstoff aufweist und daß die
Zwischenschicht (4) einen Sauerstoffgradienten aufweist, der
mit zunehmendem Abstand von der Haftvermittlerschicht (3) hin
zunimmt.
26. Kipphebel nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmierstoffschicht (5) zumindest oberflächennah min
destens 5%, bevorzugt 10% und besonders bevorzugt 30% Borsäu
re (H3BO3) aufweist.
27. Kipphebel nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftvermittlerschicht (3) als borierte und/oder carbo
nisierte und/oder nitrierte und/oder carbonitrierte Schicht
ausgebildet ist.
28. Kipphebel nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenschicht (4) Bor, B6O und B2O3 aufweist.
29. Kipphebel nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenschicht (4) beginnend von der Haftvermittler
schicht (3) zuerst Bor nachfolgend B6O und darauf nachfolgend
B2O3 aufweist, wobei das B2O3 in direktem Kontakt zu der
Schmierstoffschicht (5) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19822900A DE19822900C2 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Verfahren zur Beschichtung eines Kipphebels mit einer ein Trockenschmiermittel aufweisenden Schmierstoffschicht sowie Kipphebel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19822900A DE19822900C2 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Verfahren zur Beschichtung eines Kipphebels mit einer ein Trockenschmiermittel aufweisenden Schmierstoffschicht sowie Kipphebel |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19822900A1 DE19822900A1 (de) | 1999-11-25 |
DE19822900C2 true DE19822900C2 (de) | 2001-11-22 |
Family
ID=7868584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19822900A Expired - Fee Related DE19822900C2 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Verfahren zur Beschichtung eines Kipphebels mit einer ein Trockenschmiermittel aufweisenden Schmierstoffschicht sowie Kipphebel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19822900C2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005053607A1 (de) | 2005-11-10 | 2007-05-16 | Schaeffler Kg | Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3408557C2 (de) * | 1983-03-08 | 1992-01-23 | Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K., Tokio/Tokyo, Jp | |
WO1997040205A1 (en) * | 1996-04-24 | 1997-10-30 | Arch Development Corporation | Lubricated boride surfaces |
-
1998
- 1998-05-22 DE DE19822900A patent/DE19822900C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3408557C2 (de) * | 1983-03-08 | 1992-01-23 | Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K., Tokio/Tokyo, Jp | |
WO1997040205A1 (en) * | 1996-04-24 | 1997-10-30 | Arch Development Corporation | Lubricated boride surfaces |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
Appl. Phys. Lett. (1966), 1637-39 [in] CA 124:238346 * |
Lubr. Eng. (1991), 179-84 [in] CA 115:32288 * |
Surf. Coat. Technol. (1990), 588-96 * |
Surf. Coat. Technol. (1995), 443-49 * |
Surf. Coat. Technol. (1996), 507-10 [in] CA 126:121286 * |
Wear (1997), 236-39[in] CA 127:38336 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19822900A1 (de) | 1999-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69017631T2 (de) | Harte und schmierende dünne Schicht aus amorphem Kohlenstoff-Wasserstoff-Silizium, damit beschichtete Eisenbasis-Werkstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung. | |
DE3702984C2 (de) | ||
DE60116407T2 (de) | Amorphe oxidhaltige Kohlenstoffschicht | |
DE19526387A1 (de) | Doppelt beschichteter Stahlverbundgegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung | |
EP1032721A2 (de) | Verschleissbeständiger, mechanisch hochbelastbarer und reibungsarmer randschichtaufbau für titan oder seine legierungen sowie verfahren zu seiner herstellung | |
EP1161573A1 (de) | Werkzeug mit einer molybdansulfidschicht und verfahren zu dessen herstellung | |
DE19822934C2 (de) | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Gegenstandes, Gegenstand mit an einer freiliegenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht sowie Verwendung eines beschichteten Gegenstandes | |
DE19822928C2 (de) | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Beschichtung auf eine tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Kettenglieds sowie Kettenglied | |
DE19822900C2 (de) | Verfahren zur Beschichtung eines Kipphebels mit einer ein Trockenschmiermittel aufweisenden Schmierstoffschicht sowie Kipphebel | |
DE19822901C2 (de) | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Bauteils eines Kolbens, vorzugsweise eines Kolbenbolzens und/oder eines Kolbenrings sowie Bauteil eines Kolbens, vorzugsweise Kolbenbolzen und/oder Kolbenring mit an einer freiliegenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht | |
DE19822932C2 (de) | Verfahren zum Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Pleuels, sowie Pleuel | |
DE19822935C2 (de) | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Formwerkzeuges, insbesondereeines Umformwerkzeuges wie Tiefziehpressen und dgl. sowie Formwerkzeug mit auf seiner freiliegenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht | |
DE19822925C2 (de) | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche einer Laufbuchse sowie Laufbuchse und deren Verwendung | |
DE19822898C2 (de) | Verfahren zur Beschichtung einer Ventilbrücke sowie Ventilbrücke | |
DE19822931C2 (de) | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Zahnrades, insbesondere von Getrieben, sowie Zahnrad mit an einer freiliegenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht | |
DE19822904C2 (de) | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche einer Anlaufscheibe sowie Anlaufscheibe | |
DE19822927C2 (de) | Verfahren zur Beschichtung einer Nockenwelle sowie Nockenwelle | |
DE19822903C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungen eines Tassenstößels sowie Tassenstößel | |
DE19822930C2 (de) | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Beschichtung auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche eines Bauteils eines Ventils, vorzugsweise eines Ventilschafts und/oder einer Ventillaufbuchse bzw. -führungen sowie Bauteil und dessen Verwendung als Ventil für Brennkraftmaschinen | |
DE19822936C2 (de) | Verfahren zum haftenden Aufbringen einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende und tribologisch beanspruchte Oberfläche einer Zylinderlauffläche sowie Zylinderlauffläche mit an einer freiliegenden Oberfläche haftenden Schmierstoffschicht | |
DE19822926C2 (de) | Verfahren zur Beschichtung von spanend eingreifenden Spanflächen spanabhebender Werkzeuge mit definierten Schneidengeometrien, insbesondere für Fräser, Drehstähle, Wendeschneideplatten, Bohrer sowie Werkzeuge zum Reiben und Räumen | |
DE1942292B2 (de) | Verfahren zur abscheidung eines ueberzuges | |
DE19822899C2 (de) | Verfahren zur Beschichtung eines Motorbauteils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Motors eines Kraftfahrzeugs mit einer ein Trockenschmiermittel aufweisenden Beschichtung sowie Motorbauteil mit einer Beschichtung aus einem Trockenschmiermittel sowie Verwendung eines beschichteten Motorbauteils | |
DE19822929C2 (de) | Verfahren zum außenseitigen und haftenden Aufbringen einer Lauffläche aus einer Schmierstoffschicht auf eine freiliegende Oberfläche eines Gegenstandes sowie Gegenstand und dessen Verwendung | |
DE102017200543A1 (de) | Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche eines Hartmetallkörpers und zur Beschichtung des behandelten Hartmetallkörpers mit einer Diamantschicht |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |