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Title:
TOOL FOR WORKING THE SURFACES OF COMPONENTS, AND A SUBSTRATE MATERIAL FOR SUCH A TOOL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1994/008066
Kind Code:
A1
Abstract:
Proposed is a substrate material (50) for use in a tool intended for working surfaces, the material consisting of a metal alloy with a homogeneous, fine-grained structure. The material (50) is machined to a specified size and surface roughness. An activation layer (52), a pure-metal layer (53) and a transition layer (54) containing, for example, nitrogen are then applied in several different procedures to give a hard non-metallic layer (51) at the outer surface. This non-metallic layer (51) has a high hardness and high elasticity, making it suitable in particular for working the surfaces of components.

Inventors:
FINKBEINER LUDWIG
Application Number:
PCT/DE1993/000717
Publication Date:
April 14, 1994
Filing Date:
August 11, 1993
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
B24B33/08; B24B39/02; C23C14/00; C23C14/02; C23C14/06; C23C14/50; C23C30/00; (IPC1-7): C23C14/00; C23C14/02
Foreign References:
EP0515868A11992-12-02
DE2431448A11975-03-06
DE3809139A11989-09-28
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Claims:
Ansprüche
1. Trägerwerkstoff (50) für ein Werkzeug zur Behandlung von Ober¬ flächen auf dem eine NichtmetallischeHartschicht (51) aufbringbar ist, der aus einer Metallegierung mit einem homogenen feinkörnigen Gefüge besteht und der ein Hochdrucksinterwerkstoff ist.
2. Trägerwerkstoff (50) für ein Werkzeug zur Behandlung von Ober¬ flächen auf dem eine NichtmetallischeHartschicht (51) aufbringbar ist, der aus einer Metallegierung mit einem homogenen, feinkörnigen Gefüge besteht und der ein warmgezogener HochleistungsSchnell schnittstahl (HSS) ist.
3. Trägerwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der HochleistungsSchnellschnittstahl eine Mindesthärte von 68 bis 70 HRC (Rockwell) über den gesamten Durchmesser hat.
4. Werkzeug zur Behandlung von Oberflächen von Bauteilen, wobei das Werkzeug aus einem Trägerwerkstoff (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 besteht, auf dem eine Aktivierungsschicht (52), eine Rein¬ metallschicht (53), eine durch Eindiffusion von Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff mit gleichzeitig zugeführtem weiteren Reinmetall entstehende Übergangsschicht (54) und einer Nichtme¬ tallischenHartschicht (51) besteht.
5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein¬ diffusion von Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff und dem Reinmetall mit Hilfe des PVDVerfahrens (physical vapour de Position) durchgeführt ist.
6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich¬ net, daß die NichtmetallischeHartschicht (51) wenigstens an der Oberfläche eine Dichtheit von 92 bis 98% aufweist, und eine Härte von mindestens 300% der zu behandelnden Oberfläche der Bauteile hat.
Description:
Werkzeug zur Behandlung von Oberflachen von Bauteilen und Tragerwerkstoff für dieses Werkzeug

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zur Behandlung von Ober¬ flachen von Bauteilen und einen Tragerwerkstoff für dieses Werkzeug. Bisher werden zur Feinbearbeitung Oberflachen mit Hilfe von Honwerk¬ zeugen behandelt. Honwerkzeuge sind hierbei relativ kompliziert auf¬ gebaut. Sie weisen an der Oberflache eine mit Schleifmitteln, insbe¬ sondere Edelkorund oder Siliciumkarbit versehene Arbeitsschicht auf. Im Inneren der sogenannten Honsteine sind Spreizkegel vorhanden, mit denen die notwendige Anpreßkraft über die Honsteine an die Bohrungs- wandung gedruckt wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgem ße Werkzeug und insbesondere der Tragerwerkstoff hierzu hat einen sehr homogenen, sehr feinkornigen und relativ ein¬ fach legierbaren Aufbau. Er ist als Trager für eine metallische Be¬ schichtung, die wiederum eine Nichtmetallische-Hartschicht teilkoha- siv tragt, verwendbar. In einfacher Weise kann der Werkstoff durch

spanabhebende Verfahren vorbereitet werden, um ein Halbzeug mit einer geeigneten einstellbaren Rauigkeit zu erreichen. Die Ober¬ flache ist frei von Werkzeugverschmutzungen. Die aufgebrachte Nicht¬ metallische-Hartschicht stellt eine Verschleißschicht mit hoher Le¬ bensdauer dar. Da sie keine Poren, Risse oder weitere Fehlstellen aufweist, ist sie frei von Rost oder Korrosion.

Die Herstellung des Werkzeugs ist relativ billig, insbesondere ein¬ facher und preisgünstiger als die bisher verwendeten Honwerkzeuge. Das Werkzeug kann nahezu spielfrei hergestellt werden. Das Ergebnis ist ein kleines Toleranzband. Selbst lange und relativ dünne Werk¬ zeuge können hergestellt werden. Die hochelastische Bindung der Me¬ tallschicht mit Hilfe einer Aktivierungsschicht am Tragerwerkzeug verhindert Mikrorisse durch Eigenspannungen und durch im Einsatz un¬ regelmäßig auftretende Fremdspannungen.

Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Merkmale und Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Werkzeugs oder Tragerwerkstoffs möglich.

Zeichnung

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Zeich¬ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläu¬ tert. Es zeigen die Figur 1 einen Längsschnitt durch das erfindungs- gemaße Werkzeug in schematischer Darstellung, wobei die einzelnen Bereiche zur Verdeutlichung nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. In den Figuren 2 und 3 sind Abwandlungen nach dem Ausfuhrungsbei¬ spiel nach Figur 1 dargestellt, und in der Figur 4 ist ein schicht¬ artiger Aufbau der Hartschicht auf den Grundwerkstoff des Werkzeuges gezeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Figur 1 ist mit 10 ein Werkzeug bezeichnet, das zur gleich¬ zeitigen Glättung und Härtung von Oberflächen geeignet ist. In Ar¬ beitsrichtung gesehen, die in der Figur 1 mit dem Pfeil 11 gekenn¬ zeichnet ist, hat das Werkzeug 10 am Anfang einen Zentrierbereich 12. Dieser Zentrierbereich 12 weist einen konisch verlaufenden Ein¬ führbereich 13 auf, der etwa eine Schräge von ca. 7° aufweist. Der Einführbereich 13 dient dazu, um das Werkzeug ohne Beschädigung, z.B. in eine Bohrung, einzuführen. Zur Erläuterung ist im folgenden dann immer auf eine Bohrung eingegangen. Der Übergang vom Einführ¬ bereich 13 in den Zentrierbereich 12 weist einen Feinstradius auf. Dies ist notwendig, um eine Beschädigung der zu bearbeitenden Ober¬ fläche zu verhindern. Der Zentrierbereich 12 selbst ist zylindrisch ausgebildet. Wichtig ist aber, daß die Achse des Werkzeugs 10 und die Achse der Bohrung zusammenfallen, so daß das Werkzeug 10 nicht in der Bohrung verkantet.

An den Zentrierbereich 12 schließt sich ein Einlaufbereich 15 an, der eine Schräge aufweist. Die Steigung dieser Schräge liegt zwischen 0,7° und 2,3°. Sie ist abhängig vom Werkstoff des Werkzeugs als auch vom Werkstoff des zu bearbeitenden Bauteils, d.h. hier z.B. eines Ventils, in dem die Bohrung ausgebildet ist. Die Werte der Steigung sind zur Zeit noch empirisch zu ermitteln. Dieser Einlauf¬ bereich 15 dient dazu, um ein Undefiniertes Abschaben durch den sich anschließenden Arbeitsbereich 17 am Beginn der Bohrung zu verhin¬ dern. Vom Einlaufbereich 15 führt ein Tangentialbereich 18 zum Ar¬ beitsbereich 17. Der Verlauf des Tangentialbereichs 18 entspricht nahezu einem großen Radius, so daß er einer Tangente entsprechen würde. Dieser Tangentialbereich 18 ist notwendig, um einen kantigen Übergang vom Einlaufbereich 15 auf den Arbeitsbereich 17 zu vermei-

den. Durch die radiusartige Ausbildung des Tangentialbereichs 18 wird bereits eine Verdichtung des Materials des zu bearbeitenden Bauteils bewirkt. Im Unterschied zu einem, wie oben ausgeführt, nicht erwünschten kantigen Übergang, wird durch den Radius des Tangentialbereichs 18 keine Verschiebung des Materials des Werk¬ stoffs im Mikrobereich in Bewegungsrichtung 11 des Werkzeugs 10 be¬ wirkt, sondern das Material wird weitgehend radial nach außen, d.h. senkrecht oder unter 90° zur Bewegungsrichtung 11 verschoben. Der Radius des Tangentialbereichs 18 ist abhangig vom Material des Bau¬ teils und auch abhangig vom Verhältnis zwischen der Lange und dem Durchmesser des Werkzeugs 10.

Der sich nun anschließende, eigentliche Arbeitsbereich 17 besteht aus einem zylindrischen Bereich, wobei der Durchmesser bis etwa 0,2% großer als der gewünschte Durchmesser der zu bearbeitenden Bohrung ist. Dieses Aufmaß ist abhangig vom Material des Bauteils und der Lange der Bohrung. Die Breite dieses Arbeitsbereichs 17 am Werkzeug 10 entspricht in etwa 0,4% des bearbeiteten Durchmessers der Boh¬ rung. An den Arbeitsbereich 17 schließt sich ein Erholungsbereich 20 an, der kurvenförmig ausgebildet ist. Er dient zur Erholung für das vom Arbeitsbereich 17 bearbeitete Material des Bauteils. Die Erho¬ lungsphase findet im Mikrobereich der Oberflache der Bohrung des Bauteils statt. Das Material des Bauteils kann sich im Erholungsbe¬ reich 20 wieder geringfügig verteilen.

Nach dem Erholungsbereich 20 ist eine Sammelmulde 22 für Fremdkörper vorhanden, die sich durch die vorausgegangene mechanische Vorbehand¬ lung in der Bohrung befinden. Hierbei kann es sich z.B. um Schleif- korner handeln oder um sonstige Verschmutzungen oder um verbrauchte Bestandteile der Flüssigkeit, die, wie weiter unten noch erwähnt wird, zur Glattung der Oberflache der Bohrung mit Hilfe des Werk¬ zeugs 10 verwendet wird. Die Sammelmulde 22 ist radiusformig ausge¬ bildet, wobei der Radius abhangig ist vom Durchmesser und der

Länge des Werkzeugs. Ein kontinuierlicher Übergang vom Erholungsbe¬ reich 20 in die Sammelraulde 22, wie bei einer zusammengesetzten Kur¬ ve bei mathematischer Betrachtung, ist für eine beschadigungsfreie Ruckbewegung des Werkzeugs aus der Bohrung wichtig. Der sich an¬ schließende Bereich 24 entspricht in seiner Form, Wirkung und Auf¬ gabe dem Erholungsbereich 20. Wurde man durch das Minimum, d.h. durch den tiefsten Punkt der Sammelmulde 22 eine gedachte Spiegel¬ achse legen, so wurde der Übergang von der Sammelmulde 22 in den Be¬ reich 24 und der Bereich 24 selbst eine spiegelbildliche Wiederho¬ lung des Erholungsbereichs 20 und des Übergangs vom Erholungsbereich 20 in die Sammelmulde 22 darstellen. Dies bedeutet auch, daß der Be¬ reich 22 kontinuierlich in einen zweiten Arbeitsbereich 26 übergeht, und zwar so, wie der Arbeitsbereich 17 in den Erholungsbereich 20 übergeht. Dieser Arbeitsbereich 26 hat nur noch ca. 60% der Lange des Arbeitsbereichs 17. Der Durchmesser entspricht aber genau dem Durchmesser des Arbeitsbereichs 17. Bis auf die Lange der Arbeitsbe¬ reiche 26 und 17 stellen die Bereiche Übergang von der Sammelmulde 22 in den Bereich 24, der Bereich 24 selbst, der Arbeitsbereich 26 eine spiegelbildliche Wiederholung der Bereiche 17, 20, 22 dar. Der Arbeitsbereich 26 und die zwischen den Arbeitsbereichen 17 und 26 liegenden Bereiche wiederholen sich nun identisch so oft, bis die Lange des zu bearbeitenden Teils erreicht ist. Die sich wiederho¬ lenden Arbeitsbereiche 26 weisen alle 60% der Lange des ersten Ar¬ beitsbereichs 17 auf. An den letzten Arbeitsbereich 26 schließt sich ein Auslaufbereich 30 an, dessen Steigung einen geringfügig größeren Steigungswinkel als der Einfuhrbereich 15 aufweist. Der Steigungs¬ winkel liegt zwischen 3° und 7° . Er dient wieder als Ausdehnungsbe- reich für den soeben bearbeiteten Werkstoff des Bauteils.

Der Übergang vom Auslaufbereich 30 in den Auslaufzylinder 32 ist ra- diusformig, um so eine Bruchgefahr für das Werkzeug zu vermeiden.

Die Lange des AuslaufZylinders 32 entspricht etwa 60% des Zentrier- bereiches 12. Der Durchmesser des Auslaufzylinders 32 ist etwa 0,5% bis 1% geringer als der Durchmesser des Arbeitsbereiches 17 oder 26. Dies bedeutet auch, daß der Durchmesser des AuslaufZylinders 32 kleiner ist als der Durchmesser des Zentrierbereichs 12. Im Einzel¬ fall kann er aber auch gleich groß sein.

Den Abschluß des Werkzeugs 10 bildet eine Kalotte 34, die zur Kraft¬ einleitung und Kraftübertragung der Vorschubbewegung für das Werk¬ zeug 10 in Richtung des Pfeils 11 dient. Die Kalotte 34 ist dabei so auszubilden, daß eine punktformige Krafteinleitung, z.B. mit Hilfe einer automatischen Presse möglich ist. Der Radius ist empirisch er¬ mittelt und abhangig von der Lange und vom Durchmesser des Werkzeugs 10. Unter mathematischer Betrachtungsweise hat die Kalotte 34 bei kleinem Durchmesser des Werkzeuges 10 die Form eines Korbbogens, was bedeutet, daß die Seitenflachen der Kalotte 34 steiler verlaufen als bei einer radiusfor igen Ausbildung. Dies ist insbesondere bei Werkzeugen mit größerer Lange und kleinerem Durchmesser notwendig. Ferner wäre die Kalotte 34 spiegelbildlich zu einer durch die Spitze der Kalotte 34 verlaufenden gedachten Spiegelachse auszubilden.

Die oben beschriebenen Bereiche des Werkzeugs stellen die wesent¬ lichen Abschnitte dar, die unabhängig von der Verwendung des Werk¬ zeugs immer vorhanden sind. Wird nun das Werkzeug dazu verwendet, eine durchgehende Bohrung zu bearbeiten, so ist der Zentrierbereich 12, wie oben beschrieben, direkt am Werkzeug ausgebildet. Alternativ konnte ein Zentrierberich am zu bearbeitenden Bauteil angebracht sein. An dem Zentrierbereich 12 schließen sich noch der oder die Ar¬ beitsteile des Werkzeugs an. Er besteht aus dem Arbeitsbereich 17 bis zum Arbeitsbereich 26, wobei sich dieser Arbeitsteil mehrfach wiederholt. Wie bereits oben erwähnt, ist dann nach der ersten Wie-

derholung der Arbeitsbereich 26 immer gleich lang, hat aber jeweils nur 60% der Lange des ersten Arbeitsbereichs 17, der sich an den Einlaufbereich 15 anschließt. Der Arbeitsteil besteht nun aus meh¬ reren Stufen, wobei die Arbeitsbereiche 17 und 26 der einzelnen Stufen jeweils einen größeren Durchmesser aufweisen. Hierbei nimmt der Durchmesser von Stufe zu Stufe nicht linear zu, sondern die Zunahme der Durchmesser der Arbeitsbereiche 17, 26 bzw. 17a, 26a ist über die gesamte Lange des Werkzeugs kurvenförmig und hat z.B. die Form einer logarithmischen oder einer potentiell verlaufenden Kurve. Der genaue Verlauf für das Werkzeug ist empirisch ermittelt worden. Die letzte Stufe, d.h. der Arbeitsbereich 26 ist dann dem Durchmesser der bearbeiteten Bohrung mit dem notwendigen Gesamtauf¬ maß (das Aufmaß nimmt ebenfalls pro Stufe zu) angepaßt. An diesen Arbeitsbereich 26 schließt sich der Auslaufbereich 30, der Auslauf- Zylinder 32 und die Kalotte 34 an.

In einer Variation des Werkzeugs kann dieses auch zur Bearbeitung einer Sacklochbohrung verwendet werden. Hierbei ist es notwendig, das Werkzeug wieder aus der Sacklochbohrung herauszuziehen, was einen Bereich erfordert, der zum Angriff eines geeigneten Werkzeugs geeignet ist. Es ist hierzu zwischen dem Auslaufzylinder 32 und der Kalotte 34 ein Mitnahmebereich 36 angeordnet. Dieser Mitnahmebereich 36 ist z.B. als Zweiflachkant oder als Vierflachkant ausgebildet. Für ein sicheres Herausziehen des Werkzeugs 10 ist die Oberflache des Mitnahmebereichs 36 mit einer bestimmten Rauigkeit auszufuhren.

Bei einer anderen Variation können mit Hilfe des Werkzeugs auch Sitze und Schultern in der Bohrung ausgebildet werden. Hierzu hat das Werkzeug nach dem Arbeitsbereich 26 einen Sitz 38, der dem Maß des gewünschten Sitzes in der Bohrung entspricht. Die Schräge des Sitzes 38 ist, abhangig vom Werkstoff des Bauteils um etwa 0,5% großer als die Schräge des zu schaffenden Sitzes (dies ist notwendig wegen dem Zurückfedern des Werkstoffs und des Bauteils) . An diesem Sitz 38 wurde sich dann der Auslaufzylinder 32 anschließen.

Selbstverständlich wäre es auch denkbar, um den Sitz von Einspritz- ventilen zu bilden, den Sitz vor dem Einführbereich 13 und vor dem Zentrierbereich 12 auszubilden. Beide Bereiche 13 und 12 werden bei dem vorgeschobenen Sitz 40 in der Lange sehr klein oder können, wie in Figur 3 gezeigt, entfallen. Es wurden sich nun die Arbeitsbe¬ reiche 17 und die nachfolgenden, wie oben beschriebenen Bereiche an¬ schließen. Ferner konnte auch ein gestufter Arbeitsbereich mit einem zur Ausbildung eines Sitzes geeigneten Sitz verwendet werden. Die oben beschriebenen Arbeitsbereiche und gegebenenfalls Sitze können in beliebiger Weise miteinander an einem Werkzeug kombiniert werden.

Um mit dem oben beschriebenen Werkzeug eine Oberfläche harten und glatten zu können, muß das Werkzeug 10 aus einem bestimmten Material hergestellt sein und eine mit einem besonderen Verfahren aufge¬ brachte Randschicht aufweisen. Der Grundkorper 50 des Werkzeugs 10 muß aus einem Metall mit einem homogenen, feinkornigen Gefüge be¬ stehen. Will man ein dünnes Werkzeug etwa mit einem Durchmesser von 2 bis 12 mm herstellen, so verwendet man hierzu Hochdrucksinterhalb¬ zeuge, d.h. einen Träger, der im Hochdrucksinterverfahren herge¬ stellt wurde. Für dickere Werkzeuge kann Hochleistungsschnell- schnittstahl (HSS) verwendet werden. In allen Fällen wird aber ein Werkzeug hergestellt, dessen Durchmesser etwa um 40% großer ist als der für den spateren Arbeitsbereich 17, 26 gewünschte Durchmesser. In diesen über den gewünschten Durchmesser hinausgehenden Bereich befinden sich Verschmutzungen und Entkohlungen, die bei der Her¬ stellung des Halbzeugs, sowohl für ein dickes oder für ein dünnes Werkzeug, entstehen. Dieser 40%ige Überhang des Durchmessers wird mechanisch, d.h. z.B. durch Fräsen entfernt. Die dann entstehende Oberfläche sollte aber möglichst glatt sein. Nach dem Abfräsen er¬ hält man einen im Zentrum relativ homogenen Träger- bzw. Grundwerk¬ stoff 50. Ferner wird durch diese mechanische Bearbeitung der ver-

bleibende Werkstoff für das Werkzeug verdichtet. Dies bedeutet, daß die Körner noch besser miteinander verschmelzen, so daß ein noch dichteres Gefüge entsteht. Dieses so hergestellte Halbzeug für das Werkzeug dient als Ausgangsmaterial für das Erzeugen bzw. Aufbringen einer Nichtmetallischen-Hartschicht 51. Diese Hartschicht ist zu¬ sammen mit der oben beschriebenen geometrischen Form des Werkzeugs 10 wesentlich für die Qualität der Härte und der Glätte der behandelten Oberfläche.

Angestrebt ist am Ende der Bearbeitungsphasen eine Nichtmetallische Hartschicht auf der Außenwand, d.h. auf der die sogenannte Arbeits¬ fläche des Werkzeugs bildende Wand. Diese Nichtmetallische-Hart¬ schicht 51 ist aber auf einem metallischen Trägerwerkstoff 50, wie er oben beschrieben ist, aufzubringen. Ein entsprechender Aufbau des Werkzeugs 10 ist in der Figur 4 dargestellt. Hier ist mit 50 der Trägerwerkstoff bezeichnet, der mit einem homogenen, feinkornigen Gefüge in der oben erläuterten Weise hergestellt ist. Wichtig ist hierbei, daß die Oberfläche des Tragerwerkstoffs 50 möglichst glatt ist und über die gesamte Länge die Maßhaltigkeit erfüllt. Auf den Tragerwerkstoff 50 ist eine dünne, ca. 0,2 bis 0,3 * ra dicke Akti¬ vierungsschicht 52 aufgebracht. Diese Aktivierungsschicht 52 besteht z.B. aus Platin, Paladium, Zinn, Nickel, Silber oder Gold. Naturlich sind auch Stoffverbindungen von diesen Stoffen untereinander mög¬ lich. Diese Aktivierungsschicht 52 liegt netzartig auf der gesamten Außenfläche des Trägerwerkstoffs 50 auf, was bedeutet, daß die Akti¬ vierungsschicht nicht schließen kann, also keine völlig geschlossene Oberfläche auf dem Trägerwerkstoff 50 bilden soll. Diese Aktivie¬ rungsschicht 52 wird elektrolytisch-chemisch aufgebracht. Dies be¬ deutet, daß gegenüber einem elektrolytischen Verfahren (physikali¬ sches Verfahren) der Elektrolyt eine zusätzliche Reinigungsaufgabe mit erfüllt.

Die Aktivierungsschicht 52 ist kohasiv und stellt einen Weichwerk¬ stoff dar. Sie ist nun kohasiv mit dem Werkstoff des Tragers 50 ver¬ bunden und soll ebenfalls kohasiv mit der nachfolgenden Reinmetall¬ schicht 44 verbunden werden. Hierbei diffundieren die Ionen der Ak¬ tivierungsschicht 52 in den Tragerwerkstoff 50 ein. Man erhalt da¬ durch eine elastische Zwischenschicht, die wie ein Netz die Akti¬ vierungsschicht 52 mit dem Tragerwerkstoff 50 verbindet. An¬ schließend wird auf der Aktivierungsschicht 52 eine Reinmetall- schicht 53, z.B. von Titan, Chrom, Bor oder Wolfram aufgebracht. Diese Reinmetallschicht wird durch Ionenaustausch und Sputtern (PVD-Verfahren, d.h. physikal vapour deposition) aufgebracht. Gleichzeitig wird im Lichtbogen die entstehende Schicht durch Schmelzen verbunden. Dies geschieht so lange, bis eine Mindest¬ schicht von 0,3 bis 0,5 ^ m auf der Aktivierungsschicht 52 vor¬ handen ist. Diese Reinmetallschicht 53 ist somit kohasiv mit dem Tragerwerkstoff 50 über die Aktivierungsschicht 52 verbunden und ist auch teilkohasiv mit der im folgenden erläuterten sich aufbauenden Nichtmetallischen-Hartschicht 51 verbunden.

Hat die Reinmetallschicht 53 ihre Mindestschichtdicke erreicht, wer¬ den in definierter Weise Kohlenstoff- und/oder Stickstoffionen dazu¬ gegeben, so daß sich über eine Ubergangsschicht 54 die Nichtme¬ tallische-Hartschicht 51 aufbauen kann. Die Kohlenstoff- bzw.

Stickstoffionen werden im sogenannten PVD-Verfahren (Physical Vapour

-3 Deposition) im Vakuum z.B. bei mindestens 10 bar oder Hochvakuum durchgeführt. Hierbei wird der Anteil der zugefuhrten Komponenten Stickstoff und Kohlenstoff radial nach außen gesehen, d.h. zur Nichtmetallischen-Hartschicht 51 hin immer großer. Der Ubergangsbe- reich 54 schließt dann mit der homogenen Nichtmetallischen-Hart¬ schicht 51 ab, die eine Dichtheit von ca. 95% bis 98% besitzt. Diese Nichtmetallische-Hartschicht 51 besteht dann aus einer Metallkohlen¬ stoff-Stickstoffverbindung bzw. Metallkohlenstoffverbindung bzw. Metallstickstoffverbindung (Nitridlegierung) . Am Beispiel Titan konnte die Hartschicht 51 aus TiN oder Ti(CN) bestehen.

Um mit dem oben beschriebenen Werkzeug 10 Oberflachen bearbeiten zu können, muß eine im folgenden beschriebene Ionen-Schmier-Flussigkeit verwendet werden. Diese Flüssigkeit hat die Aufgaben Schmierung, Kühlung und Legierung der zu behandelnden Oberflache. Wahrend bisher für jeden dieser drei Vorgange eine eigene, auf die jeweilige Auf¬ gabe abgestimmte Flüssigkeit verwendet wurde, werden die drei Auf¬ gaben nun nur noch von einer Flüssigkeit erfüllt. Aufgrund ihrer Zu¬ sammensetzung und ihrer Aufgabe wird die Flüssigkeit als Io- nen-Sch ier-Flüssigkeit bezeichnet. Diese Ionen-Schmier-Flussigkeit hat eine Tragerflussigkei , die überwiegend aus organischen, saure- armen Ölen, wie z.B. Rappsol besteht. Der restliche Bestandteil ist ein synthetisches Mineralöl, z.B. saurearraes chlorfreies Öl. Auf¬ grund der Kombination der beiden obengenannten Bestandteile wird die Viskosität der Ionen-Schmier-Flussigkeit auf dünnflüssig, d.h. in einem Bereich von 9 bis 12 Ctst (Centistock) eingestellt. Die genaue Zusammensetzung ist abhangig von dem Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstucks. Das heißt, daß statt der organischen öle auch anorga¬ nische Öle verwendet werden können. In diese so vorbereitete Io¬ nen-Schmier-Flussigkeit wird nun mindestens 15 Volumenprozent Fein¬ ruß und mindestens 17 Volumenprozent Feingraphit eingebracht. An¬ schließend wird dieses Gemisch gefiltert (Korngroße maximal 0,3 Am), um eine möglichst dünnflüssige Ionen-Schmier-Flussigkeit beizubehal¬ ten. Ferner muß eine feine und gleichmaßige Verteilung der beiden obengenannten Bestandteile, Feinruß und Feingraphit gewahrleistet sein.

Im folgenden wird nun die Ionen-Schmier-Flussigkeit auf das zu bear¬ beitende Werkstuck und somit auf seine Legierungsaufgabe abgestimmt. Dies bedeutet, daß verschiedene Metall-Ionen, die im Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstucks gut legierbar sind, wie z.B. Zinn (Sn) , Gold (Au) , Silber (Ag) , Paladium (Pl) , Nickel (Ni) zugegeben werden. Die so hergestellte Flüssigkeit wird gerührt und anschließend in

geringen Mengen auf das Werkzeug 10 aufgetragen. Hierbei kann bereits ein Tropfen der Ionen-Schmier-Flussigkeit ausreichen. Mit Hilfe des oben, sowohl bezuglich Geometrie als auch Zusammensetzung beschriebenen Werkzeugs 10 und der Ionen-Schmier-Flussigkeit können nun die Oberflachen mit dem nachfolgenden Verfahren bearbeitet werden. Auf das Werkzeug 10 wird eine geringe Menge der Ionen- Schmier-Flussigkeit aufgegeben. Anschließend wird das Werkzeug 10 in die Bohrung mit dem Einfuhrbereich 13 und den Zentrierbereich 12 eingeführt. Das Werkzeug 10 wird hierbei mit einer äußerst guten Zentrierung in die Bohrung mit Hilfe einer automatischen Presse durch die Bohrung hindurchgeschoben. Hierbei ist eine bestimmte Min¬ destgeschwindigkeit notwendig, um ein Erwarmen in der Oberflachen¬ struktur der Bohrung zu erreichen. Diese Erwärmung ist wegen der Hartschicht 51 notwendig. Harte Werkstoffe wurden im kalten Zustand beim Durchschieben reißen. Hingegen bei Erwärmung wird beim Durchschieben ein Werkstoffausgleich, d.h. ein Auffüllen der Bear¬ beitungsrillen erreicht. Aufgrund der Ionen-Schmier-Flüssigkeit ent¬ steht wenig Reibung, wenn die Hartschicht 51 des Werkzeugs 10 über ungleiche Stellen der Bohrung hinweggeht. Die dabei frei werdenden Ionen werden in den Werkstoff des Bauteils eingebunden. Hierbei wird durch die Ionen-Schmier-Flussigkeit eine kohasive Einbindung er¬ reicht, damit die Bestandteile der Bauteil-Oberflache "nicht mehr herausfallen" können.

Bei der Variante mit dem zu bildenden Sitz wird das Werkzeug 10 so¬ weit in die Bohrung eingeführt, bis der Sitz des Werkzeugs 10 an der zu bearbeitenden Schulter der Bohrung anliegt. Nun wird das Werkzeug 10 mehrmals gedreht und anschließend wieder aus der Bohrung heraus¬ gezogen.

Das oben beschriebene Werkzeug mit mehreren Stufen wird insbesondere verwendet bei Unrundheiten der Bohrung oder bei zu großer Rauigkeit der Oberflache der Bohrung des Bauteiles. Die unterschiedlichen Stu¬ fen müssen dann je nach Lange der zu bearbeitenden Bohrung zum Durchmesser der Bohrung ausgelegt sein.