[發明專利]耐磨耐腐蝕不銹鋼齒輪及其制造方法

無效

• 申請號: 201110167211.0
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102268646A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 李維民;戚祖強;趙艷;郭愛青
• 申請（專利權）人: 深圳開發磁記錄股份有限公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06
• 代理公司: 深圳市隆天聯鼎知識產權代理有限公司 44232
• 代理人: 周惠來

技術領域

本發明涉及化學機械拋光設備用的齒輪，尤其涉及耐磨耐腐蝕的不銹鋼齒輪。

背景技術

目前化學機械拋光設備，比如：硬盤盤片的拋光設備，通常由中心齒輪及其驅動、外部環齒輪及其驅動、設置在這兩齒輪之間的芳綸纖維齒輪片以及設置在該齒輪片上下方的拋光墊及其驅動等機構組成，其中，中心齒輪的直徑在30厘米以上，外部環齒的直徑則超過1米。在硬盤盤片的拋光工藝過程，工件設置在齒輪片中的工位上，在各驅動的配合下實現拋光。現有的中心齒輪普遍采用未經過表面處理的奧氏體不銹鋼，其硬度偏低，為80-250HV，耐磨性差。在化學機械拋光過程中，由于中心齒輪要與拋光液接觸，而拋光液是一種強腐蝕性混合液，對不銹鋼表面的腐蝕性很強，同時由于芳綸纖維齒輪片對中心齒輪的疲勞磨損，拋光液中的微顆粒對中心齒輪的磨損，以及拋光液對中心齒輪的化學腐蝕的共同作用，中心齒輪磨損很快，當中心齒輪磨損超過1mm或纖維齒輪片頻繁卷邊，必須更換齒輪位置，每個中心齒輪最大可調整8次位置，整個中心齒輪使用壽命短于1年。此外，從中心齒輪磨損帶出的大量顆粒對加工盤片的表面容易造成劃傷，嚴重影響拋光質量。

現有的幾種用于奧氏體不銹鋼制品的表面處理方法及其對中心齒輪的耐磨耐腐蝕性能的可能影響。

（1）離子植入，通過離子植入一些金屬離子，表面比較薄，中心齒輪硬度沒有明顯提高且在拋光液中容易被腐蝕。?

（2）離子氮化，奧氏體不銹鋼離子氮化在一定程度上提高了表面硬度，硬度為800-1300HV，但卻在氮化層中析出了氮化物，由于氮化物在奧氏體晶界擇優生長，消耗了鉻，導致奧氏體基體中的鉻含量減少，結果使不銹鋼的耐蝕性降低。

（3）對表面進行磁控濺射鍍膜處理，包括鍍TiN或CrN。陶瓷TiN或CrN具有很高的硬度，硬度為1200-2400HV，以及很強的耐磨性和耐腐蝕性。但是該方法提供的超硬、耐磨、耐腐蝕層薄膜厚度很薄，在中心齒輪上僅能成型1-3μm厚的CrN層；這是因為厚度大于3μm的薄膜內應力大，與基體材料的附著性降低，在使用中容易大面積剝落。由于基體硬度不高，磁控濺射鍍膜處理提供的超硬層厚度不可能太厚，因此，使用磁控濺射鍍膜處理的齒輪對于壽命的提高有限。

可見，這些現有表面處理的方法對于提高化學機械拋光設備的中心齒輪的耐蝕性及耐磨性的效果比較有限，而中心齒輪的較短壽命和較頻繁的更換，也會增加化學機械拋光工藝的成本，因此，提高中心齒輪的耐蝕性及耐磨性成為化學機械拋光工藝中亟待解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服上述現有技術存在的不足，而提出一種耐磨耐腐蝕不銹鋼齒輪及其制造方法，可以提高化學機械拋光設備的中心齒輪的耐蝕性及耐磨性，增強其使用壽命，從而降低化學機械拋光工藝的成本。

本發明針對上述技術問題而提出的技術方案包括，提出一種耐磨耐腐蝕不銹鋼齒輪的制造方法，包括采用不銹鋼材質制造出齒輪的主體的過程，還包括在該齒輪的主體表面進行真空電弧離子鍍CrN層的過程，該CrN層的厚度為4-19μm、表面硬度為1400-2300HV。

在真空電弧離子鍍CrN層之前先真空鍍Cr過渡層，該Cr過渡層的厚度為200-1000?nm。

在進行真空鍍Cr過渡層和真空電弧離子鍍CrN層時，該齒輪的主體安裝于真空室內可轉動的支架上，靶材為金屬Cr，該齒輪的主體的齒面正對Cr靶，該齒輪的主體與脈沖負偏壓電源裝置連接。

該真空電弧離子鍍Cr過渡層的過程具體包括：將真空室內背底真空抽至10^-3?Pa以下，并打開加熱器使該齒輪的主體溫度升至300?℃，烘烤5?min；通入一定流量的Ar，使真空室壓力控制在2-3?Pa，打開脈沖負偏壓電源，占空比為30%，頻率為30?kHz，電壓由100V逐漸加到1500V，產生Ar離子，對該齒輪的主體表面進行轟擊，累計時間為30min，以清潔與活化該齒輪的主體表面；減小脈沖負偏壓電源至100V，并關閉Ar，使真空恢復至10^-3?Pa以下；通入一定流量的Ar，使真空室壓力控制在(3-5)×10^－1?Pa，打開離子源電源，工作電壓為20-80?V，工作電流為40-100?A，同時，逐漸增加脈沖負偏壓電源至200V，時間為5-15min，在該齒輪的主體表面鍍上一層厚度為200-1000?nm金屬Cr，以提高結合力。