經(jīng)覆層的構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由鋼制成的經(jīng)覆層的構(gòu)件，尤其是滾動(dòng)軸承構(gòu)件，其中，該覆層具有鉻。此外，本發(fā)明還涉及一種在金屬基體上制造這種覆層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)覆層的滾動(dòng)軸承構(gòu)件例如由DE 10 2009 023 818 Al公知。在這種情況下，設(shè)置鎳合金作為覆層，該覆層由化學(xué)沉積法產(chǎn)生，并具有2 μπι的厚度。
[0003]由DE 10 2008 017 270 Β3公知了一種帶有開(kāi)裂網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)化的鉻固體顆粒層，固體顆粒嵌入開(kāi)裂網(wǎng)格中。該層以電解方式來(lái)制造并且應(yīng)當(dāng)適合于活塞圈。
[0004]多層的以電解方式沉積的鉻層例如由DE 10 2009 045 889 Al公知。各個(gè)子層的厚度在此例如為最大7 μ m，尤其是最大3 μ m。除了鉻之外，這些子層可以含有雜質(zhì)離子，例如碳化物、鉬離子、釩離子、鎢離子。通過(guò)物理氣相沉積(PVD)來(lái)產(chǎn)生保護(hù)層的可行方案同樣在DE 10 2009 045 889 Al中提及。但基于如下事實(shí)，S卩，出于經(jīng)濟(jì)原因僅考慮幾納米至幾微米的范圍內(nèi)的薄層，不推薦將該制造方法用于制造腐蝕保護(hù)層。
[0005]以PVD(physical vapour deposit1n，物理氣相沉積)法沉積出的腐蝕保護(hù)層可以基本上由碳構(gòu)成，并且也被稱作DLC (diamond like carbon類金剛石)層。這種覆層的示例在文獻(xiàn)DE 10 2006 029 415 Al中公開(kāi)。在碳層與基礎(chǔ)材料之間可以存在支撐層，其例如含有鉻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)在于，尤其是在與潤(rùn)滑材料共同作用相關(guān)的性能方面改進(jìn)金屬構(gòu)件、例如滾動(dòng)軸承構(gòu)件的覆層。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的經(jīng)覆層的構(gòu)件，以及通過(guò)具有權(quán)利要求9的特征的制造覆層的方法來(lái)解決。在下文中，本發(fā)明的結(jié)合構(gòu)件所闡述的設(shè)計(jì)方案和優(yōu)點(diǎn)在意義上也適用于制造方法，并且反之亦然。
[0008]經(jīng)覆層的構(gòu)件具有金屬基體以及由鉻制成的厚度為小于2 μπι的以PVD法施布在基體上的覆層。在鉻層上不施布其他覆層。但在構(gòu)件表面，也就是在鉻層的表面上形成由鉻和至少一種另外的元素構(gòu)成的化合物。該化合物要么在構(gòu)件制造過(guò)程的框架內(nèi)產(chǎn)生，要么在構(gòu)件投入運(yùn)行之后由于存在的運(yùn)行條件、尤其是用潤(rùn)滑材料的加載才產(chǎn)生。通過(guò)與另外的元素化合實(shí)際上不會(huì)提高鉻層的厚度。
[0009]本發(fā)明基于如下考慮，S卩，滾動(dòng)軸承技術(shù)中的潤(rùn)滑材料可以對(duì)軸承的使用壽命既產(chǎn)生積極影響，又產(chǎn)生消極影響?？梢韵氲降氖?，尤其是通過(guò)潤(rùn)滑材料的分解產(chǎn)物和老化產(chǎn)物導(dǎo)致的消極影響。
[0010]在金屬構(gòu)件的表面上的損害機(jī)制中，氫可以發(fā)揮作用。在以電鍍方式沉積出金屬層時(shí)，原子態(tài)的氫視過(guò)程而定地被引入金屬層中，其中，氫也可能擴(kuò)散到基礎(chǔ)材料中。額外可以想到的是，在構(gòu)件持續(xù)運(yùn)行期間通過(guò)初生態(tài)氫造成的影響。
[0011]在滾動(dòng)軸承技術(shù)中，通過(guò)氫導(dǎo)致的損害機(jī)制與所謂的白蝕刻裂縫或區(qū)域(WEC =white etching cracks，白蝕刻裂縫;WEA = white etching areas，白蝕刻區(qū)域)相關(guān)聯(lián)。該主題例如在文獻(xiàn)WO 2009/065515 A2中進(jìn)行了討論。
[0012]根據(jù)所提及的現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)該通過(guò)提高層厚度、通過(guò)多層結(jié)構(gòu)或者通過(guò)引入額外的覆層組成部分來(lái)對(duì)金屬覆層(尤其是鉻覆層)的抵抗能力進(jìn)行優(yōu)化，而根據(jù)本發(fā)明，層厚被限制在最大2 μπκ優(yōu)選小于I μπκ特別優(yōu)選小于500nm的非常小的值，其中，該層并非以濕化學(xué)方式產(chǎn)生，而是由氣相沉積出。
[0013]由氣相沉積出的鉻層在當(dāng)前情況下簡(jiǎn)化地始終被稱作PVD層，在此，它與由水相沉積出的層區(qū)分開(kāi)。據(jù)此，按照CVD (chemical vapour deposit1n，化學(xué)氣相沉積)法、PA-CVD(physical assisted chemical vapour deposit1n，物理輔助化學(xué)氣相沉積)法、MO-CVD (metal organic chemical vapour deposit1n，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)法制成的層也歸屬于概念“PVD覆層”。在所有情況下，該覆層具有如下優(yōu)點(diǎn)，S卩，其形成相對(duì)于環(huán)境影響、尤其是氫的無(wú)裂縫的阻隔部。令人驚喜地證實(shí)了甚至在極端的環(huán)境條件下，在2 μπι之下的小的層厚也能提供足夠的保護(hù)作用。
[0014]在覆層表面上，鉻可以與從外部作用的氧形成氧化鉻。作為邊緣層生成的氧化鉻形成構(gòu)件覆層的整體的組成部分，其可以在構(gòu)件運(yùn)行中增長(zhǎng)，其中，整個(gè)覆層接下來(lái)被稱作鉻層。
[0015]根據(jù)一個(gè)有利的方法實(shí)施方案，在覆層室中進(jìn)行的覆層過(guò)程接近結(jié)束的時(shí)候，在130°C至160°C的溫度條件下，尤其是在約150°C的溫度條件下對(duì)覆層室進(jìn)行通風(fēng)，以便在已經(jīng)完工的鉻層表面上有針對(duì)性地形成氧化鉻。在此，通風(fēng)也理解為提供合成的、含氧的氣體混合物或者提供純氧。在每種情況下，在覆層過(guò)程結(jié)束時(shí)在所說(shuō)明的溫度范圍內(nèi)，提供氧都會(huì)導(dǎo)致生成極厚且極密的氧化層，該氧化層在以此覆層的構(gòu)件(尤其是軸承構(gòu)件)運(yùn)行中禁止與來(lái)自于潤(rùn)滑材料的破壞性元素或化合物的每種不利的相互作用。
[0016]代替氧，氮也可以作為另外的元素與鉻層形成化合物，其中，在這種情況下，氮化鉻形成為相對(duì)于環(huán)境影響特別有抵抗能力的阻隔部。
[0017]在形成整體上被稱作鉻層的PVD覆層的框架內(nèi)，氮化鉻例如通過(guò)反應(yīng)性的PVD濺射法施布。優(yōu)選地，在覆層中，氮化鉻以不同的CrNx相的形式的納米晶體存在。Cr2N-形成物的份額在此優(yōu)選為超過(guò)70%。例如可以在PVD覆層表面上制造出的CrNx相的其他有利特征例如在DE 10 2004 043 550 B4中公開(kāi)。
[0018]在一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，由鉻和至少一種化合物(其除了鉻之外含有至少一種另外的元素)構(gòu)成的覆層的硬度位于800HV0.3至1200HV0.3之間。該覆層優(yōu)選至少為10nm 厚。
[0019]不依賴于技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，制造覆層的方法包括下述特征:
[0020]-工件，尤其是滾動(dòng)軸承部件由金屬基體制成，
[0021]-通過(guò)氣相沉積將厚度小于2μ m的鉻層施布到該基體上，該鉻層形成工件表面并且沒(méi)有被進(jìn)一步覆層。
[0022]鉻層在沒(méi)有中間層的情況下直接在基礎(chǔ)材料上產(chǎn)生，并且(在滾動(dòng)