DE19944977B4

DE19944977B4 - Beschichtungen zur Anwendung bei Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten

Info

Publication number: DE19944977B4
Application number: DE1999144977
Authority: DE
Inventors: Robert M. Normal Campion; Kenneth W. East Peoria Hall; Chuong Q. Peoria Dam; William J. Metamora Rodier
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: US20020000247A1; US7484672B2; GB9918845D0; GB2341911A; US6802457B1; US6634619B2; US7942343B2; JP2000120509A; US20080179430A1; GB2341911B; JP4925495B2; DE19944977A1; US20040251312A1

Abstract

Brennstoffeinspritzvorrichtung (2), die folgendes aufweist:
einen Einspritzvorrichtungskörper, der eine zylindrische Bohrung (16) definiert;
einen Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel (14), der innerhalb der zylindrischen Bohrung (16) positioniert ist und zum Unterdrucksetzen von Brennstoff geeignet ist, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) hydraulisch betätigt ist und der Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel (14) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position hin und her bewegt wird, wobei der Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel (14) aus einem niedrig legiertem Stahlsubstrat (34) hergestellt ist, und eine Beschichtung (36) darauf vorsieht; und wobei die Beschichtung (36) eine voreingerichtete Dicke besitzt, wobei die voreingerichtete Dicke im Bereich von zwischen ungefähr 0,5 und 5,0 Mikrometern liegt, und wobei sie aus einer abgelagerten Beschichtung (36) besteht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Viele Verbrennungsmotoren, egal ob verdichtungsgezündete oder funkengezündete Motoren, sind mit Brennstoffeinspritzsystemen versehen, um die Notwendigkeit für eine präzise und zuverlässige Brennstofflieferung in die Brennkammer des Motors zu erfüllen. Eine solche Präzision und Zuverlässigkeit ist notwendig, um die Ziele der Steigerung des Brennstoffwirkungsgrades, der Maximierung der Leistungsausgabe und die Steuerung von unerwünschten Nebenprodukten der Verbrennung anzusprechen.
Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung ist eine Präzisionsvorrichtung, die die Brennstoffmenge zumessen muß, die für jeden Zyklus des Motors erforderlich ist, und muß den nötigen Hochdruck entwickeln, um den Brennstoff in die Brennkammer beim richtigen Zeitpunkt des Betriebszykluses einzuspritzen. Viele Brennstoffeinspritzeinheiten verwenden einen hydraulisch betätigten Mechanismus, um die Brennstoffladung unter Druck zu setzen, um das erwünschte Brennstoffsprühmuster zu erhalten. Das hydraulisch betätigte System arbeitet mit einem Brennstoffeinspritzstößel, der innerhalb einer Bohrung angeordnet ist, die in der Brennstoffeinspritzvorrichtung ausgebildet ist, um mit einem nahezu inkompressiblen flüssigen Brennstoff in Eingriff zu kommen. Dieses mechanische Unterdrucksetzen des flüssigen Brennstoffes erzeugt einen extrem hohen Brennstoffeinspritzdruck, der oft 140.000 MPa (20.000 psi) überschreitet.
Zusätzlich arbeitet die hydraulisch betätigte elektronische gesteuerte Einspritzeinheit oft unter viel härteren Umständen als die mechanisch betätigte elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit. Die hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit hat einen kürzeren Brennstoffeinspritzstößel und somit eine kürze Eingriffslänge bzw. Paßlänge in dem damit zusammenpassenden Zylinder.
Experimente haben gezeigt, daß die Länge des Stößeleingriffes bzw. der Stößelführung der hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Einspritzeinheit ungefähr die Hälfte des Stößels der mechanisch betätigten elektronisch gesteuerten Einspritzeinheit ist.
Das verringerte Oberflächengebiet, in dem sich die Kontaktspannung ausbreitet, bewirkt, daß die hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit gesteigerte Abnutzung an den Kontaktoberflächen erfährt, und zwar im Verhältnis zu dem mechanisch betätigten elektronisch gesteuerten Einspritzeinheiten, die beträchtlich längere Eingriffslängen zwischen dem Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel und dem dazu passenden Zylinder haben. Die hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit erfordert eine überlegene Schmiergrenzschicht, um die höhere Kontaktspannung zu bekämpfen.
Die Betreibbarkeit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung ist in gewissem Ausmaß abhängig von dem einzuspritzenden Brennstoff und insbesondere von der Schmierfähigkeit, der Viskosität oder anderen herausragenden physikalischen Eigenschaften des einzuspritzenden Brennstoffes. Die Anwendung von Brennstoffen mit geringer Schmierfähigkeit kann insbesondere schwere Probleme verursachen insbesondere eine Abnutzung des Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels, und schließlich das Fressen des Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels innerhalb der Bohrung der Brennstoffeinspritzvorrichtung. Eine Abnutzung wird typischerweise durch einen Mangel an Schmierung an der Schnittstelle zwischen zwei harten Oberflächen verursacht, was eine Aufschweißung oder eine Adhäsion der berührenden Teile bewirkt, beispielsweise tendieren ein Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel und ein Brennstoffeinspritzvorrichtungszylinder, die aneinander ohne ordnungsgemäße Schmierung gleiten, dazu, Anzeichen der Abnutzung zu zeigen. Die Abnutzung die eine Form von Abrieb ist, wird das Spiel zwischen dem Stößel und dem Kolben verändern, und wird die Oberfläche rauh machen, so daß die Gleitbewegung des Stößels nicht sanft ist, was beides dazu führt, daß eine unrichtige Brennstoffmenge in das System eingespritzt wird. Schließlich kann eine kontinuierliche Abnutzung zum Fressen des Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels in dem Zylinder führen, da der Stößel und der Zylinder effektiv zu einem Teil ohne möglicher Bewegung zusammenschmelzen. Wie oben erwähnt, ist die Abnutzung von Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten insbesondere bei Brennstoffeinspritzsystemen offensicht lich, die Brennstoffe mit niedriger Schmierfähigkeit verwenden.
Die zuvor erwähnten Probleme bestehen primär obwohl nicht ausschließlich bei Brennstoffen mit niedriger Schmierfähigkeit und anderen nicht standardisierten Brennstoffen, wie beispielsweise Benzin, Naphthalin, D1-Dieselbrennstoffe, Flugzeugbrennstoffe, gemischte Brennstoffe oder Schwerbrennstoffe, Rohöle oder Wasser/Brennstoff-Emulsionen, die wasserkontinuierliche und brennstoffkontinuierliche Emulsionen aufweisen.
Verschiedene verwandte Techniken haben die Anwendung von Titannitrid-(TiN-)Beschichtungen auf Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößeln in Betracht gezogen, um die Abnutzung der beschichteten Teile zu verringern. Das bei TiN-Beschichtungen angetroffene Problem ist, daß eine TiN-Beschichtung gewöhnlicherweise bei extrem hohen Temperaturen aufgebracht wird (beispielsweise bei ungefähr 450°C) was unerwünschte thermische Spannungen erzeugen kann und damit in Beziehung stehende Versagensvorgänge des Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels. Es wird auch angenommen, daß TiN-Beschichtungen auf Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößeln dazu tendieren, die Abnutzung der mit dem Stößel zusammenpassenden Komponente bei der Paß- oder Sitzstelle zu steigern. Zusätzlich tendieren TiN-Beschichtungen dazu, die Gesamtkosten des Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels zu steigern, da der TiN-beschichtete Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel einen Werkzeugstahl benötigt, um den hohen Temperaturen zu wi derstehen, die beim Aufbringen der TiN-Beschichtung beobachtet werden.
Alternativ haben verschiedene verwandte Techniken die Anwendung von Keramikmaterialien als das Grundmaterial für den Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel anstelle von Metall in Betracht gezogen, Unglücklicherweise ist die Anwendung von Keramikmaterialien für Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel sehr teuer, und die daraus resultierenden monolithischen Keramikbrennstoffeinspritzvorrichtungsstößel haben nicht typischerweise die notwendige Dauerhaftigkeit oder Zuverlässigkeit für die kommerzielle Anwendung in Dieselmotoren oder anderen Schwerlastmotoranwendungen gezeigt.
Die Schrift DE 197 57 702 A1 offenbart eine Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Gehäuse, einer sich drehenden Antriebswelle, einer Verteilerwelle, die koaxial mit einem Ende der Antriebswelle verbunden ist, einer Vielzahl von Kolben und einem Nockenring. Die Kolben weisen jeweils einen zylinderförmigen Gleitabschnitt auf, der in einer Gleitbohrung geführt ist. Die Kolben bestehen aus einem Schnellarbeitsstahl, und die Außenumfangsflächen der Kolben sind mit einer Beschichtung aus diamantenartigen Carbon oder Kohlenstoff (DLC) beschichtet.
US 5 479 901 A beschreibt eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die in ihrem Gehäuse einerseits einen sich vertikal hin und her bewegenden Kolben mit einem hohlen inneren Teil aufweist und andererseits ein Ventilelement offenbart, welches sich unter Einwirkung von Magnetfeldern vertikal hin und her bewegt. Das Ventilelement und die umliegenden Gehäuseteile sind aus einem herkömmlichen Lagerstahl mit hoher Härte hergestellt, wie er beispielsweise für Kugellager ver wendet wird. Weder der Kolben noch das Ventilelement sind mit einer Beschichtung versehen.
Die Schriften US 4871434 A , US 5226957 A , DE 197 08 402 C1 , DE 41 27 639 A1 und DE 197 18 516 C1 beschreiben allgemein verschiedene Zusammensetzungen und Herstellungsverfahren für Hartbeschichtungen, die in verschiedenen technischen Bereichen angewandt werden können.
Die vorliegende Erfindung hilft dabei, eines oder mehrere der zuvor erwähnten Brennstoffeinspritzvorrichtungsprobleme und die Nachteile der Lösungen von verwandten Techniken für solche Probleme zu überwinden.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird durch ein System nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 15 erreicht. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen offenbart.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung kann als eine diamantartige kohlenstoffbeschichtete niedrig legierte Stahlkomponente für ein Brennstoffeinspritzsystem charakterisiert werden, welches verbesserte Grenzschmiercharakteristiken hat, und wobei verbesserte Freßbeständigkeitscharakteristiken offenbart werden. Die Komponente weist ein Stahlsubstrat und eine Primärbeschichtung auf (beispielsweise Wolframcarbid, welches Kohlenstoff enthält) und zwar abgelagert auf dem Substrat. Die Primärbeschichtung hat eine Dicke von im allgemeinen nicht mehr als ungefähr als 5 Mikrometern.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steigerung der Grenzschmierung von niedrig legiertem Stahl mit geschmierten Kontakten in einem Brennstoffeinspritzsystem offenbart. Das Verfahren weist die Schritte auf, ein niedrig legiertes Stahlsubstrat vorzubereiten und dann eine Metallnitridbeschichtung oder eine diamantartige Kohlenstoffbeschichtung auf dem niedrig legiertem Stahlsubstrat zu bilden, und zwar unter Verwendung eines physikalischen Dampfablagerungsprozesses bzw. PVD-Prozesses bei niedriger Temperatur.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, daß die offenbarten Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen der Brennstoffsystemkomponente dahingehend arbeiten, daß sie die Schmierfähigkeit von gewissen Brennstoffen mit niedriger Schmierfähigkeit verbessern. Die offenbarten Beschichtungen, die auf den Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel und die entsprechende damit zusammenpassende Komponente aufgebracht werden (beispielsweise auf dem Brennstoffeinspritzvorrichtungszylinder) können beträchtlich die Möglichkeit von mit Schmierung in Beziehung stehenden Versagensfällen der Brennstoffeinspritzvorrichtung verringern. Die Verwendung von solchen Beschichtungen auf Brennstoffeinspritzsystemkomponenten kann die Notwendigkeit für Hilfsschmiermittel für die Brennstoffzusammensetzungen mit niedriger Schmierfähigkeit verringern oder minimieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht einer mechanisch betätigten elektronisch gesteuerten Einspritzeinheit.
2 ist eine Seitenansicht eines beschichteten Brennstoffeinspritzstößels gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht einer hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Einspritzeinheit.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Die folgende Beschreibung handelt vom besten Weg, der gegenwärtig zur Ausführung der Erfindung in Betracht gezogen wird. Die Beschreibung soll nicht im einschränkenden Sinne gesehen werden, sondern wird nur zum Zwecke der Beschreibung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung dargelegt. Der Umfang und die Breite der Erfindung sollten mit Bezugnahme auf die Ansprüche bestimmt werden.
Mit Bezug auf 1 ist eine typische Brennstoffeinspritzvorrichtung 2 in einer im allgemeinen zylindrischen Bohrung 16 in einem Motorblock 6 über eine Montageanordnung 40 montiert. Die Montageanordnung 40 weist eine Klammer 42 und einen Bolzen bzw. eine Schraube 44 auf, die verschraubbar die Klammer 38 am Motorblock 6 sichert.
Brennstoff wird an die Brennstoffeinspritzvorrichtung 2 über eine Brennstoffversorgungsleitung 4 geliefert, die in dem Motorblock 6 ausgebildet ist, und übermäßiger Brennstoff läuft aus der Einspritzvorrichtung 2 über eine Brennstoffrückleitung 8 ab. Die Brennstoffversorgungsleitung 4 und die Brennstoffablaufleitung bzw. Brennstoffrückleitung 8 sind strömungsmittelmäßig durch einen ringförmigen Brennstoffhohlraum 10 verbunden, der den Außenumfang der Brennstoffeinspritzvorrichtung 2 umgibt.
Der von der Brennstoffversorgungsleitung 4 gelieferte Brennstoff, der auf einen Druck von ungefähr 420 MPa (60 psi) gebracht wird, fließt periodisch zwischen den Einspritzzyklen zu einer im allgemeinen zylindrischen Brennstoffdruckkammer 12, die in der Mitte der Brennstoffeinspritzvorrichtung 2 ausgebildet ist. Der Brennstoff in der Druckkammer 12 wird periodisch auf einen Druck über 140 000 MPa (20 000 psi) unter Druck gesetzt, und beispielsweise auf ungefähr 210 000 MPa (30 000 psi), und zwar durch einen Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel 14, der sich innerhalb einer zylindrischen Bohrung 16 hin und her bewegt, die in einer zylindrischen Erweiterung 18 eines Teils 20 des Brennstoffeinspritzvorrichtungskörpers ausgebildet ist.
Wenn der Stößel 14 durch den (nicht gezeigten) Kipphebelarm nach unten gedrückt wird, der an der Scheibe 22 angebracht ist, steigt der Brennstoffdruck in der Druckkammer 12, und somit steigt auch der Brennstoffdruck im Düsenhohlraum 24. Wenn der Brennstoffdruck im Düsenhohlraum 24 einen Schwellendruck erreicht, bewirkt die vom Strömungsmitteldruck ausgeübte Kraft, daß das Düsenrückschlagele ment 26 nach oben gedrückt wird, wobei er somit die Düse öffnet und bewirkt, daß Brennstoff eingespritzt wird.
Mit Bezug auf 2 ist eine Seitenansicht eines beschichteten Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 2 zu sehen, weist der veranschaulichte Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel 14 einen Hauptkörperteil 28 auf, einen Stößelendabschnitt 30 und einen Lastendabschnitt 32.
Die verschiedenen Abschnitte des Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels sind aus einem niedrig legierten Stahlsubstrat 34 geformt oder herausgearbeitet. Der Ausdruck "niedrig legiert" wie er hier verwendet wird, bedeutet eine Stahlqualität, bei der die härtenden Elemente, wie beispielsweise Mangan, Chrom, Molybdän und Nickel zusammen weniger als ungefähr 3,5 Gew.-% der Gesamtstahlzusammensetzung bilden. Ein niedrig legiertes Stahlsubstrat 34 ist für viele Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten vorzuziehen, und zwar einschließlich des Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels 14 und des (nicht gezeigten) Brennstoffeinspritzvorrichtungszylinders, und zwar vom Standpunkt der Einsparung und Zuverlässigkeit.
Die Zusammensetzung der Primärbeschichtung 36 wird vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Metallnitriden besteht, und insbesondere aus Chromnitrid, Zirkonnitrid, Molybdännitrid, Titankohlenstoffnitrid oder Zirkonkohlenstoffnitrid. Alternativ wird die Primärbeschichtung 36 aus der Gruppe ausgewählt, die aus Metallkohlenstoffmaterialien besteht, wie beispielsweise Titan, welches diamantartigen Kohlenstoff (DLC = diamond like carbon) enthält, Wolfram-DLC oder Chrom-DLC. Das am meisten vorzuziehende Metallkohlenstoffmaterial ist Wolframcarbid, welches Kohlenstoff enthält. Wenn kohlenstoffenthaltendes Wolframcarbid verwendet wird, wird der Wolframgehalt gradiert, und kann sich somit in irgendeinem gegebenen Bereich von zwischen ungefähr 0% bis ungefähr 100% bewegen, und vorzugsweise zwischen ungefähr 15% und ungefähr 30%.
Abhängig von der beabsichtigten Anwendung und Umgebung der beschichteten Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponente kann es vorteilhaft sein, eine Verbindungsschicht 38 aus einer Chromschicht oder einer anderen geeigneten Metallschicht auf das niedrig legierte Stahlsubstrat 34 aufzubringen, um eine verbesserte Adhäsion der Primärbeschichtung 36 zu sehen, wenn kohlenstoffenthaltendes Wolframcarbid als die Primärbeschichtung verwendet wird. Falls es verwendet wird, wird das optionale Verbindungslagenmaterial vorzugsweise unter Verwendung eines ähnlichen Dampfablagerungsprozesses aufgebracht, um eine Verbindungslage 38 mit einer Dicke von im allgemeinen zwischen 0,05 Mikrometern und 0,5 Mikrometern zu ergeben, und insbesondere mit ungefähr 0,05 Mikrometer bis ungefähr 0,5 Mikrometern.
Die Beschichtungsdicke des Brennstoffeinspritzstößels sollte möglichst gleichförmig sein, wie auf einer Probe der Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten durch den Kugeleindringungstest an einer Vielzahl von Stellen auf dem Stößel gemessen. Alternativ kann man eine gleichförmige Beschichtungsdicke durch Abtast- bzw. Scan-Elek tronen-Mikroskopmessungen bzw. SEM-Messungen von ausgewählten Querschnitten der Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel oder durch Anwendung von Röntgenfluoreszenz demonstrieren.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Primärbeschichtung 36 eine Dicke von wünschenserterweise nicht mehr als ungefähr 5,0 Mikrometern und hat vorzugsweise eine Dicke von zwischen ungefähr 0,05 Mikrometern und ungefähr 1,7 Mikrometern. Eine Primärbeschichtungsdicke von mehr als ungefähr 5 Mikrometern ist nicht wünschenswert, da die Beschichtung Restbeanspruchungen entwickeln kann, die hoch genug sind, um die Primärbeschichtung 36 von der Verbindungslage 38 oder dem Substrat 34 zu trennen. Die Primärbeschichtung kann auf der gesamten Länge des Stößels aufgebracht werden, oder die Beschichtung kann teilweise aufgebracht werden, und zwar abhängig von dem tatsächlich verwendeten Stößelmodell. Um eine Teilbeschichtung aufzubringen, wird der Stößel durch einen kleinen Napf (1/4'' hoch) und zwar mit einen geringfügig größeren Durchmesser gehalten, um den Stößel am Platz zu halten. Alternativ kann der Stößel am Platz durch einen Magnet gehalten werden, um den Stößel teilweise zu beschichten.
Die Chromverbindungslage 38 hat eine Dicke von wünschenswerterweise nicht mehr als ungefähr 1 Mikrometer und hat vorzugsweise eine Dicke von zwischen ungefähr 0,1 Mikrometern und 1,0 Mikrometern und vorzugsweise zwischen ungefähr 0,1 und 0,3 Mikrometern. Wie bei der Primärbeschichtung 36 ist eine Verbindungslagendicke von mehr als ungefähr 1,0 Mikrometern nicht wünschenswert, da die Ver bindungslage 38 Restspannungen entwickeln kann, die hoch genug sind, um sich vom Substrat 20 zu trennen.
Die Steuerung von einigen oder allen der anderen physikalischen Eigenschaften der Beschichtungen und des beschichteten Substrats als der Dicke ist auch wichtig zur Erzeugung einer sehr zuverlässigen und kostengünstigen Komponente. Beispielsweise sind Beschichtungsadhäsion, Beschichtungshärte, Substrathärte, Oberflächentextur und Reibungskoeffizienten einige der physikalischen Eigenschaften, die überwacht werden sollten. Obwohl unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche physikalische Eigenschaften erfordern könnten, offenbart die folgende Beschreibung einige der Eigenschaften in den bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Wie oben gezeigt, sollten die aufgebrachten Beschichtungen im allgemeinen frei von Oberflächenfehlern sein, und festgelegte Oberflächentextureigenschaften oder Oberflächentexturmessungen haben, und zwar abhängig von der beabsichtigen Anwendung der Komponente. Oberflächenfehler werden im allgemeinen auf einer Probe der beschichteten Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel beobachtet, und zwar durch Beobachtung von mehren Punkten auf der Oberfläche der Proben bei einem Vergrößerungsfaktor von ungefähr 100 Mal. Die Oberflächenbeobachtungen werden im allgemeinen mit verschiedenen Klassifizierungsstandards verglichen, um sicherzustellen, daß die Beschichtungen im wesentlichen frei von Oberflächenfehlern sind, und zwar im Gegensatz zu Nadellöchern und Substratdefekten.
Zusätzlich sollten die aufgebrachten Beschichtungen allgemein am Stahlsubstrat anhaften. Beschichtungsadhäsion bzw. -anhaftung kann bei einer gegebenen Menge von Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößeln bemessen werden, und zwar beispielsweise durch Verwendung von Standardhärtetests (beispielsweise Rockwell-C-HDNS-Messungen). Die Auftreffstellen auf der Oberfläche werden beobachtet und im allgemeinen mit verschiedenen Adhäsionsklassifizierungsstandards verglichen, die auf der Größe und Menge der vorhandenen Risse basieren, und auf der Abplatzung von Beschichtungen.
Im offenbarten Ausführungsbeispiel ist die Beschichtungshärte auch eine wichtige Charakteristik des Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels. Vorzugsweise hält die aufgebrachte kohlenstoffenthaltende Wolframcarbidbeschichtung eine Härte von mehr als 1000 Kg/mm² aufrecht, wie unter Verwendung einer Knoop-Härte-HDNS-Last von 50 Gramm gemessen. Alternativ hält die aufgebrachte CrN-Beschichtung eine Härte von mehr als 1500 Kg/mm² aufrecht, und zwar gemessen unter Verwendung einer Knoop-Härte-HDNS-Last von 50 Gramm. In beiden offenbarten Ausführungsbeispielen ist die Substrathärte nach dem Beschichtungsprozess vorzugsweise 75–79 RKW unter Verwendung einer 30N-Härtetestvorrichtung.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das beschichtete niedrig legierte Stahlteil vorzugsweise einen Grenzschmierfähigkeitswert von mehr als dem Grenzschmierfähigkeitswert des erwähnten niedrig legierten Stahlsubstrates wie unter Verwendung von ISO 12156, Version 1,3 HERR (High Frequency Reciprocating Rig = mit hoher Frequenz hin und her beweglicher Schlitten) gemessen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das beschichtete niedrig legierte Stahlteil wünschenswerterweise einen Reibungskoeffizienten von nicht mehr als 0,5 oder weniger während der Reibungskoeffizient der nicht oxidierten nicht beschichteten legierten Stahlkomponente 0,5 ist, und vorzugsweise hat das beschichtete Stahl einen Reibungskoeffizienten von nicht mehr als 0,2 oder weniger. Es ist wünschenswert, daß der Reibungskoeffizient nicht mehr als ungefähr 0,2 oder weniger ist, da die günstigen Effekte der verbesserten Grenzschmierung durch eine wesentliche Steigerung des Reibungskoeffizienten verschoben werden.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird dem Fachmann klar sein, daß zusätzlich zur Beschichtung der Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel es genauso vorteilhaft wäre, eine Beschichtung auf der Komponente vorzusehen, mit der die Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößelflächen in Kontakt kommen, nämlich auf dem Brennstoffeinspritzvorrichtungszylinder. Die Beschichtung der Berührungsflächen des Brennstoffeinspritzvorrichtungszylinders und von anderen Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten mit Metallnitrid- und diamantartigen Kohlenstoffbeschichtungen mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften ist vorteilhaft nicht nur vom Standpunkt der zusätzlichen Schmierung und der verringerten Abnutzung, die auf den beschichteten Komponenten verwirklicht wird, sondern auch vom Stand- Punkt der Steuerung der Abnutzungsmuster der Berührungsflächen wie hier erklärt.
Irgendeine der Dampfablagerungstechniken, wie beispielsweise physikalische Dampfablagerung bzw. PVD (beispielsweise Sputtern), chemische Dampfablagerung bzw. CVD und Lichtbogendampfablagerung oder Hybridverfahren davon können eingesetzt werden, um die Beschichtungen auf dem niedrig legierten Stahlsubstrat aufzubringen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Chromnitrid-(CrN-) Beschichtung durch einen Lichtbogendampfablagerungsprozeß (AVD-Prozeß; AVD = arc vapour deposition) abgelagert.
Im allgemeinen wird bei der Lichtbogendampfablagerung die Lichtbogenquelle angepaßt, um eine positive Ladung auf den erzeugten Dampf aufzuprägen. Eine negative Bias- bzw. Vorspannung einer ausgewählten Spannung (beispielsweise 50 V) wird auf das Substrat durch eine Spannungsquelle aufgebracht. Eine Dampfablagerungsbeschichtung wird auf dem Zielsubstrat abgelagert. Solche Lichtbogendampfablagerungsbeschichtungsverfahern, die eine Lichtbogenquelle verwenden, um eine positive Ladung auf den erzeugten Dampf aufzuprägen, und eine negative Vorspannspannung, um eine negative Ladung auf das Substrat aufzuprägen sind in der Technik allgemein bekannt.
Jedoch ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel mit dem kohlenstoffenthaltenden Wolframcarbid das Sputtern das bevorzugte Verfahren, welches verwendet wird, um die kohlenstoffenthaltende Wolframcarbidbeschichtung aufzubringen, da es die Steuerung der Wolframcarbidmenge in der Beschichtung gestattet. Wie zuvor bemerkt, kann die Verbingungslage aus Chrom, die in Verbindung mit der kohlenstoffenthaltenden Wolframcarbidbeschichtung verwendet wird, durch Sputtern oder AVD aufgebracht werden, vorzugsweise durch AVD.
Das niedrig legierte Stahlteil wird aus einem nicht oxidierten Stahlsubstrat gebildet, welches gereinigt worden ist, und vorbereitet worden ist, um die Verbindung mit der bevorzugten Beschichtung oder der Verbindungslage oder mit beidem zu erleichtern. Vor der Beschichtung kann eine Reinigung und die Vorbereitung des Stahlsubstrates durch herkömmliche Verfahren erreicht werden, wie beispielsweise durch Entfetten, Gitterbestrahlung, Ätzen, chemisch unterstützte Schwingungstechniken und ähnliches. Solche Oberflächenendbearbeitungstechniken sind dem Fachmann wohl bekannt. Die bevorzugten Substratoberflächenendbearbeitungsvorgänge, die vor der Beschichtungsaufbringung ausgeführt werden, sehen einen Schleifprozeß vor, um eine sehr glatte Oberfläche zu erhalten, eine Ultraschallreinigung mit einer alkalischen Lösung, und die Ionenätzung der Substratoberfläche unter Verwendung von Argon. Zusätzlich werden alle Wärmebehandlungsvorgänge, die für die Komponente festgelegt werden, vor der Beschichtungsaufbringung ausgeführt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Beschichtungsprozeß weiter den Schritt auf, eine Festschmiermittelbeschichtung auf dem Substrat zu bilden, und zwar durch einen Lichtbogendampfablagerungs- oder Sputterprozeß. Wie oben erwähnt, sind die bevorzugten Beschichtun gen Chromnitrid (CrN) oder kohlenstoffenthaltendes Wolframcarbid, da solche Beschichtungen eine verbesserte Grenzschmierung mit einer Reibungsverringerung des geschmierten Kontaktes zur Folge haben. Lichtbogendampfablagerung (AVD) ist das bevorzugte Verfahren zur Ablagerung der CrN-Beschichtungen auf den niedrig legierten Stahlsubstrat, da der AVD-Prozeß bei Temperaturen im Bereich von 150 bis 250°C ausgeführt wird, oder bei anderen Temperaturen, die unter der Temperatur- bzw. Vergütungstemperatur der ausgewählten niedrig legierten Stahlqualitäten liegen. Somit bleibt während des Beschichtungsprozesses die Härte des Substrates und der Komponente im allgemeinen unbeeinflußt durch das Beschichtungsverfahren. Die endbearbeitete Beschichtung ist vorzugsweise von gleichförmiger Dicke (beispielsweise zwischen ungefähr 0,5 Mikrometern und ungefähr 1,7 Mikrometern), sie ist glatt, anhaftend und frei von sichtbaren Fehlern.
Wie zuvor erwähnt ist Sputtern das bevorzugte Verfahren, welches verwendet wird, um die kohlenstoffenthaltende Wolframcarbidbeschichtung aufzubringen, da es eine Steuerung der Wolframcarbidmenge der Beschichtung gestattet. Wie zuvor erwähnt kann die Verbindungslage aus Chrom, in Verbindung mit der kohlenstoffenthaltenden Woframcarbidbeschichtung durch Sputtern oder AVD aufgebracht werden, und vorzugsweise durch AVD.
3 bildet die hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit dieser Erfindung ab. Wie bei 1 ist eine typische Brennstoffeinspritzvorrichtung 2 gezeigt. Anders wie bei 1 ist die in 3 ge zeigte Brennstoffeinspritzvorrichtung 2 hydraulisch betätigt. In der Anordnung sind ein Ventil 46, ein Kolben 48, ein Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel 14 und ein Düsenrückschlagelement 26 vorgesehen. Das Ventil 46 wird während des Motorbetriebes geöffnet, um es Öl zu gestatten, in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 2 zu fließen. Der Öldruck drückt auf das Oberteil des Kolbens 48, was ihn nach unten drückt, und zwar ähnlich wie bei dem Kipphebelarm der mechanisch betätigten elektronisch gesteuerten Einspritzeinheit. Der Kolben 48 treibt den Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel 14 an, was den Brennstoff im unteren Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung 2 unter Druck setzt. Wenn der Brennstoffdruck einen Schwellenwert erreicht, wird das Düsenrückschlagelement 26 nach oben bewegt, wobei somit die Düse geöffnet wird und bewirkt wird, daß Brennstoff eingespritzt wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Die offenbarten Beschichtungen für die Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten, wie beispielsweise Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel und Brennstoffeinspritzvorrichtungszylinder sind insbesondere nützlich bei stark belasteten marginal geschmierten Brennstoffeinspritzsystemanwendungen, wo ein Fressen der Komponente und hohe Abnutzung typischerweise angetroffen werden.
Die Komponente weist ein Stahlsubstrat und eine diamantartige Kohlenstoffprimärbeschichtung (beispielsweise kohlenstoffenthaltendes Wolframcarbid) auf, das auf dem Substrat abgelagert ist. Die Primärbeschichtung hat eine Dicke von im allgemeinen nicht mehr als ungefähr 5 Mikrometern und vorzugsweise eine Dicke von zwischen ungefähr 0,5 Mikrometern und ungefähr 1,7 Mikrometern.
Optional wird eine Verbindungslage aus Chrom oder einem anderen geeigneten Material aufgebracht, um die Adhäsions- bzw. Haftungseigenschaften der Primärbeschichtung auf dem Substrat zu verbessern. Das Aufbringen einer Verbindungslage zwischen dem Stahlsubstrat und der Primärbeschichtung ist allgemein in der Technik bekannt. Die Verbindungslage hat eine Dicke von weniger als 0,50 Mikrometern und vorzugsweise von zwischen ungefähr 0,05 Mikrometern und ungefähr 0,50 Mikrometern. Die tatsächliche Dicke und andere physikalische Eigenschaftscharakteristiken der Beschichtung sind vorzugsweise auf die Anwendung und die Umgebung zugeschnitten, in der das Brennstoffeinspritzsystem verwendet werden soll.
Die Erfindung kann auch als eine chromnitrid-(CrN-)beschichtete niedrig legierte Stahlkomponente für ein Brennstoffeinspritzsystem mit verbesserten Grenzschmiercharakteristiken charakterisiert werden, und verbesserte Freßbeständigkeitscharakteristiken werden offenbart. Die Komponente weist ein Stahlsubstrat und eine Chromnitridbeschichtung auf, die auf dem Substrat abgelagert ist. Die Beschichtung hat eine Dicke von im allgemeinen nicht mehr als ungefähr 5,0 Mikrometern und insbesondere zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 1,7 Mikrometern. Wie bei den mit diamantartigem Kohlenstoff beschichteten Komponenten sind die tatsächliche Dicke und andere physikalische Eigenschaftscharakteristiken der Chromnitridbe schichtung vorzugsweise auf die Anwendung und Umgebung zugeschnitten, in der das Brennstoffeinspritzsystem zu verwenden ist.
Insbesondere wird eine Beschichtung auf dem niedrig legierten Stahlsubstrat durch einen Dampfablagerungsprozeß bei geringer Temperatur geformt, wie beispielsweise durch Sputtern oder durch Lichtbogendampfablagerung unter Verwendung von Beschichtungen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Metallnitriden und diamantartigen Kohlenstoffmaterialien besteht, wie beispielsweise Chromnitrid (CrN) bzw. kohlenstoffenthaltendes Wolframcarbid.
Das Ergebnis ist eine chromnitridbeschichtete niedrig legierte Stahlkomponente oder eine mit kohlenstoffenthaltendem Wolframcarbid beschichtete niedrig legierte Stahlkomponente für ein Brennstoffeinspritzsystem geformt, und zwar mit verbesserten Abnutzungsbeständigkeitscharakteristiken gegenüber dem nicht oxidierten niedrig legierten Stahlteil.
Die Anwendung der offenbarten Komponentenbeschichtungen bei solchen feindlichen bzw. rauhen Brennstoffeinspritzsystemanwendungen sieht Vorteile vor, auch nachdem solche Beschichtungen sich abnutzen. Wie erwartet werden kann, nutzen sich auch die offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten-Beschichtungen mit der Zeit und nach kontinuierlicher Verwendung ab. Wenn sich jedoch die Beschichtungen abnutzen zeigen die sich berührenden Oberflächen der darunter liegenden Substrate entsprechende Abnutzungsmuster. Auch nachdem somit die Komponentenbe schichtungen nicht länger vorhanden sind, zeigen die sich berührenden Stahloberflächen der zuvor beschichteten Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten nur marginale Ausmaße an Abnutzung falls überhaupt.
Anders gesagt, auch wenn die offenbarten Beschichtungen sich allmählich abnutzen, gibt es ein geringes oder gar kein Abnutzungsproblem zwischen den zusammenpassenden Komponenten, da die zusammenpassenden Oberflächen derart abgenutzt werden, daß die Schnittstelle von Stahl auf Stahl nicht stark bleibt, um eine Abnutzung zu bewirken. Somit sehen die offenbarten Beschichtungen den zusätzlichen Vorteil des Schutzes der Komponenten vor Abwetzen (einer Form der Abnutzung) vor, und zwar in genau der gleichen Weise, wie eine Einbrechbeschichtung, die sich berührenden Oberflächen schützen würde.
Das veranschaulichende Beispiel, wie es unten dargelegt wird, zeigt den vorteilhaften Effekt der Metallnitridbeschichtungen und der diamantartigen Kohlenstoffbeschichtungen, die durch Lichtbogendampfablagerung oder Sputtern auf irgendeinem niedrig legierten Stahl abgelagert werden.
Beispiele
Die folgenden Beispiele werden dazu dienen, weiter die Natur der Erfindung darzulegen, sie sollten jedoch nicht als eine Beschränkung deren Umfang angesehen werden.
Beschleunigte Abnutzungs- und Freßtests wurden bei einem Caterpillar-Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel ausgeführt, der innerhalb einer Caterpillar-Brennstoffeinspritzvorrichtung arbeitet. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel wiesen zumindest einen mit einer Chromnitridbeschichtung auf, und mindestens einen mit einer kohlenstoffenthaltenden Wolframcarbidbeschichtung, und sie wurden mit Abnutzungs- und Freßtests für einen herkömmlichen Caterpillar-Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel ohne Beschichtung verglichen. Die Caterpillar-Brennstoffeinspritzvorrichtungen wurden unter Verwendung einer Direkteinspritzung eines Brennstoffes mit niedriger Schmierfähigkeit unter Direkteinspritzung von Wasser getestet.
Der verwendete Brennstoff war der Caterpillar-Brennstoff 1E2820, der ein Dieselbrennstoff mit niedriger Schmierfähigkeit ist. 18 Stößel wurden pro Test verwendet. Die verwendete Stößelteilnummer war Nr. 1124312, und die Einspritzvorrichtungsteilsnr. war Nr. 146-1891. Die Stößel wurden über drei Stunden getestet.
Ein zusätzlicher Leistungstest, ET213, wurde bei 6 Einspritzvorrichtungen ausgeführt. Dieser Test ist ein 1000-stündiger Ausdauertest unter Verwendung des gleichen Brennstoffes 1E2820 wie oben erwähnt.

Der chromnitridbeschichtete Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel zeigte sehr gute Abnutzungsbeständigkeit, wenn er den Brennstoff mit niedriger Schmierfähigkeit prüft, und geringfügig verbesserte Freßbeständigkeit, wenn reines Wasser eingespritzt wird, und zwar im Vergleich zu dem nicht beschichteten Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel. Der mit kohlenstoffenthaltendem Wolframcarbid beschichtete Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel andererseits zeigte sehr gute Abnutzungsbeständigkeit, wenn er entweder den Brennstoff mit niedriger Schmierfähigkeit oder reines Wasser pumpt. Vergleichstestergebnisse werden in der folgenden Tabelle dargelegt.

Testprobe	Brennstoff mit niedriger Schmierfähigkeit	reines Wasser
üblicher nicht beschichteter Stahlbrennstoffeinspritzvorrichtungsstößel	100% Abnutzung	75% Abnutzung
chromnitridbeschichteter Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel	minimale Abnutzung (weniger als 2%)	73% Abnutzung
wolframcarbid/kohlen stoffbeschichteter Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel	minimale Abnutzung (weniger als 2%)	minimale Abnutzung (weniger als 2%)

Aus dem Vorangegangenen sollte klar werden, daß die vorliegende Erfindung somit eine Beschichtung oder Oberflächenbehandlung für Brennstoffeinspritzsystemkomponenten wie beispielsweise Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel vorsieht. Während die hier offenbarte Erfindung mittels spezieller Ausführungsbeispiele und damit assoziierter Prozesse beschrieben worden ist, können zahlreiche Modifikationen und Variationen vom Fachmann daran vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen dargelegt wird, oder alle ihre materiellen Vorteile zu opfern.

Claims

Brennstoffeinspritzvorrichtung (2), die folgendes aufweist: einen Einspritzvorrichtungskörper, der eine zylindrische Bohrung (16) definiert; einen Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel (14), der innerhalb der zylindrischen Bohrung (16) positioniert ist und zum Unterdrucksetzen von Brennstoff geeignet ist, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) hydraulisch betätigt ist und der Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel (14) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position hin und her bewegt wird, wobei der Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel (14) aus einem niedrig legiertem Stahlsubstrat (34) hergestellt ist, und eine Beschichtung (36) darauf vorsieht; und wobei die Beschichtung (36) eine voreingerichtete Dicke besitzt, wobei die voreingerichtete Dicke im Bereich von zwischen ungefähr 0,5 und 5,0 Mikrometern liegt, und wobei sie aus einer abgelagerten Beschichtung (36) besteht.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die voreingerichtete Dicke der Beschichtung (36) zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 1,7 Mikrometern liegt.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei das niedrig legierte Stahlsubstrat (34) einen Grenzschmierfähigkeitswert definiert, und wobei die Beschichtung (36) einen Grenzschmierfähigkeitswert definiert, wobei der Grenzschmierfähigkeitswert der Beschichtung (36) auf dem Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel (14) größer ist als der Grenzschmierfähigkeitswert des niedrig legierten Stahlsubstrates (34), wie gemessen durch die ISO-12156-Version 1,3 HFRR.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (36) einen Reibungskoeffizienten definiert, und wobei der Reibungskoeffizient der Beschichtung (36) auf dem Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößel (14) geringer als 0,5 ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (36) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Chromnitrid, Zirkonnitrid, Molybdännitrid, Titankohlenstoffnitrid oder Zirkonkohlenstoffnitrid besteht.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 5, wobei die Beschichtung (36) Chromnitrid ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 6, wobei die Beschichtung (36) eine Härte definiert, und wobei die Härte größer ist als 1500 Kg/mm² wie unter Verwendung einer Knoop-Härte-HDNS-Last von 50 Gramm gemessen.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (36) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus titanenthaltendem diamantartigem Kohlenstoff, aus chromenthaltendem diamantartigem Kohlenstoff oder aus wolframenthaltendem diamantartigem Kohlenstoff besteht.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 8, wobei die Beschichtung (36) wolframenthaltender diamantartiger Kohlenstoff ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 9, wobei die Beschichtung (36) eine Härte definiert, und wobei die Härte größer ist als 1000 Kg/mm² wie unter Verwendung einer Knoop-Härte-HDNS-Last von 50 Gramm gemessen.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei das niedrig legierte Stahlsubstrat (34) aus einer Stahlqualität zusammengesetzt ist, die Härtbarkeitselemente besitzt, bei denen die Härtbarkeitselemente zusammen weniger als ungefähr 3,5 Gew.-% des niedrig legierten Stahlsubstrats (34) bilden.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (36) eine Abnutzungsbeständigkeitscharakteristik definiert, und wobei das niedrig legierte Stahlsubstrat (34) eine Abnutzungsbeständigkeitscharakteristik definiert, und wobei die Abnutzungsbeständigkeitscharakteristik der Beschichtung (36) größer ist als die Abnutzungsbeständigkeitscharakteristik des niedrig legierten Stahlsubstrats (34).
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, die weiter eine Verbindungslage (38) zwischen dem niedrig legierten Stahlsubstrat (34) und der Beschichtung (36) aufweist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) nach Anspruch 13, wobei die Verbindungslage (38) eine Chromlage mit einer Dicke im Bereich von zwischen ungefähr 0,05 und ungefähr 0,50 Mikrometern besitzt.
Verfahren zur Steigerung eines Grenzschmierfähigkeitswertes an der Schnittstelle eines niedrig legierten Stahlsubstrats (34), welches hin und her beweglich in bewegender Beziehung mit einem Einspritzvorrichtungskörper einer hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzvorrichtung (2) positioniert ist, welches folgendes vorsieht: Vorbereiten eines Brennstoffeinspritzvorrichtungsstößels (14), der Brennstoff unter Druck setzt und aus dem niedrig legierten Stahlsubstrat (34) herge stellt ist; Ablagern einer Beschichtung (36) auf dem niedrig legierten Stahlsubstrat (34) unter Verwendung eines physikalischen Ablagerungsprozesses bei niedriger Temperatur, wobei die Beschichtung (36) eine voreingerichtete Dicke besitzt, wobei die voreingerichtete Dicke im Bereich von zwischen ungefähr 0,5 und 5,0 Mikrometern liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das niedrig legierte Stahlsubstrat (34) eine Stahlqualität mit Härtbarkeitselementen ist, wobei die Härtbarkeitselemente zusammen weniger als ungefähr 3,5 Gew.-% des niedrig legierten Stahlsubstrates bilden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Dicke der Beschichtung (36) zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 1,7 Mikrometern liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Beschichtung (36) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus titanenthaltendem diamantartigem Kohlenstoff, aus chromenthaltendem diamantartigem Kohlenstoff oder aus wolframenthaltendem diamantartigem Kohlenstoff besteht.
Verfahren nach Anspruch 18, welches weiter eine Verbindungslage (38) zwischen dem niedrig legierten Stahlsubstrat (34) und der Beschichtung (36) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Verbindungslage (38) eine Chromlage mit einer Dicke im Bereich von zwischen ungefähr 0,05 und 0,50 Mikrometern ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Beschichtung (36) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Chrom nitrid, Zirkonnitrid, Molybdännitrid, Titankohlenstoffnitrid oder Zirkonkohlenstoffnitrid besteht.
Verfahren nach Anspruch 21, welches weiter eine Verbindungslage (38) zwischen dem niedrig legierten Stahlsubstrat (34) und der Beschichtung (36) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Verbindungslage (38) eine Chromlage mit einer Dicke im Bereich von zwischen ungefähr 0,05 und ungefähr 0,50 Mikrometern besitzt.