[發明專利]一種高耐磨多主元合金齒輪及其制備方法

在審

• 申請號: 201810085235.3
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108220744A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 王志新;馬明星;梁存;周家臣;馬佳鑫
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C22C1/04;B22F3/14;B22F5/08
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 鄭園;孫詩雨

本發明提供了一種高耐磨多主元合金齒輪及其制備方法，屬于金屬材料及其制備領域。具體步驟為：按化學式稱取各種金屬粉末置于球磨罐中，加入不銹鋼球，然后在惰性氣體環境下將球磨罐密封；球磨混料；將混料后的粉末在壓機上溫壓成齒輪坯料；將齒輪坯料裝入瓷舟，將瓷舟置于真空燒結爐內進行燒結，得到目標齒輪。本發明的有益效果是：本發明方法能夠獲得成分均勻的多主元合金工件，有效抑制金屬間化合物的形成；所制備的多主元合金工件硬度高、耐磨性能好；制備工藝簡單，成本低，操作可控，易于工業化大規模生產。

技術領域

本發明涉及金屬材料及其制備領域，具體涉及一種高耐磨多主元合金齒輪及其制備方法。

背景技術

齒輪傳動是現代機械產品中應用最廣的一種機械傳動。這是因為它能保證恒定的傳動比，具有傳動功率范圍大、效率高、壽命長等優點。不足之處是齒輪的生產成本高、制造與安裝精度高。粉末冶金工藝制造的齒輪恰恰可大幅度地降低生產成本，保證齒輪的形位與尺寸公差的一致性。粉末冶金齒輪在整個粉末冶金零件中難以單獨統計，但無論是按重量還是按零件數量，粉末冶金齒輪在各種機械、汽車、摩托車中所占的比例都遠遠大于其他領域中的粉末冶金零件。磨損是影響機械壽命的主要因素之一，對于齒輪系統，輪齒的過度磨損不僅會影響齒輪的傳動精度和效率，還會造成機構振動、產生噪聲等，嚴重時甚至會使輪齒斷裂，造成重大事故。磨損具有緩慢的漸進性特點，對機械系統性能的影響也是一個漸進性緩慢失效過程，與突發性失效相比往往容易被忽視，但其危害性卻很大。提高齒輪材料的耐磨損性能具有重要意義。而多主元合金突破傳統合金設計理念依靠近等摩爾比（5～35at%）多種（至少5種）金屬原子混合形成合金，通過多主元成分設計可使合金擁有高強度、高硬度、耐高溫氧化、耐磨和電磁等優異的綜合性能。目前，多主元合金主要集中研究CoCrFeNiCu、FeCoCrNiMn、CoCrFeNiAl與AlTiCrFeCoNi等高熵合金，或者在該合金的基礎上添加一種或多種元素進行研究，對新型多主元合金體系的研究還有待進一步開發，不僅有助于多主元合金理論體系的完善，同時也有助于豐富材料性能數據庫，突破現有傳統合金材料的性能極限，挖掘多主元合金材料的適用范圍和應用前景，為現代工業技術的發展提供理論依據和材料支撐。因此，開發新型高耐磨多主元合金齒輪具有重要的意義。

發明內容

本發明提出了一種高耐磨多主元合金齒輪及其制備方法，此種方法以純金屬粉末為原料，在室溫球磨過程中發生復雜的固相反應，利用球磨過程中產生的機械力（剪切力、沖擊力等）可使金屬粉末發生塑性變形、斷裂、破碎、晶體結構重構等過程，整個過程均為固相反應，避免了傳統熔鑄法難以制備熔沸點差異較大的弊端。然后在將預合金化的粉末真空燒結，確保了固相反應的充分進行，同時，全過程均在氣氛保護或真空下，避免了易氧化金屬的在制備過程中的氧化和氣體元素引入，充分保證了多主元合金成分設計的穩定性。此外，制備出的多主元合金粉末成分均勻，可有效抑制金屬間化合物的形成，原料利用率高，且具有較高的硬度和耐磨性以及較好的綜合機械性能等。

實現本發明的技術方案是：一種高耐磨多主元合金齒輪，按化學式Al_xCrCuMn_yNiZr_z稱取純金屬粉末，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。

一種高耐磨多主元合金齒輪的制備方法，步驟如下：

（1）按化學式Al_xCrCuMn_yNiZr_z稱取純金屬粉末，將金屬粉末置于球磨罐中，加入不銹鋼球，然后在保護氣體環境下將球磨罐密封；其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25；