[發明專利]一種提高粉末冶金齒輪表面耐磨性能合金層及其制備方法

有效

• 申請號: 201811056100.0
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109023249B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 魏東博;劉子利;張平則;梁宏璇;李淑琴;姚正軍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/46;C23C14/48
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種提高粉末冶金齒輪表面耐磨性能合金層的制備方法，其特征在于：包含以下步驟：

（1）在粉末冶金齒輪表面離子注入Ti強化層；包含以下步驟：

（1.1）對粉末冶金齒輪進行超聲處理，將齒輪浸在酒精或丙酮中，進行1~2次超聲清洗，每次處理20~30min，然后進行干燥；

（1.2）將粉末冶金齒輪放入離子注入設備腔室中，通入氬氣，對經酒精或丙酮清洗后的粉末冶金齒輪進行預濺射清洗20~30min；

（1.3）在真空度小于10^-3Pa條件下進行Ti離子注入處理，注入時間為1~3小時；

（1.4）爐冷后取出齒輪，并在室溫下進行保存；

（2）在Ti強化層表面用雙輝等離子合金化法制備W-Mo合金層；包含以下步驟：

（2.1）將由粉末冶金法制備的W-Mo靶材用砂紙逐級打磨后，浸入酒精或丙酮中進行超聲清洗20~30min，風干后置于雙輝裝置爐內；

（2.2）調節極間距，即W-Mo靶材下表面與齒輪上表面的距離至12~15mm，關閉爐罩、放氣閥、通氣閥；

（2.3）打開機械泵，然后打開抽氣閥門，抽真空至10^-3Pa以下，關閉抽氣閥；

（2.4）開啟氬氣瓶，打開氬氣閥門，然后打開流量計通入氬氣，進行洗氣處理，當裝置氣壓達到145~160Pa時，打開真空閥并且關閉氬氣流量閥門，使氣壓降至35~40Pa，重復以上洗氣步驟3~5次；

（2.5）將氣壓調至工作氣壓30~40Pa；

（2.6）開啟40~50℃循環水；

（2.7）打開工件極電源，利用空心陰極效應起輝，輝光穩定后，逐步將源極電壓調為300~450V，工件極電壓調為200~300V，對齒輪進行0.5h以上轟擊；

（2.8）逐步調節工件極電壓與源極電壓，直至源極電壓為650~750V，工件極電壓為450~550V；

（2.9）保溫2.5~3.5小時；

（2.10）逐漸緩慢降低源極和工件極電壓為0，為避免應力集中，時間在0.5h以上；

（2.11）關閉氬氣閥門、真空閥、機械泵、電源開關、循環水開關；

（2.12）冷卻2小時以上后取出齒輪。

2.根據權利要求1所述的提高粉末冶金齒輪表面耐磨性能合金層的制備方法，其特征在于：所述步驟（1.2）中，預濺射參數如下：電壓為500～700V、束流密度為0.2~0.4μA/cm²、氬等離子體密度為1×10⁹～3×10⁹cm^-3。

3.根據權利要求1所述的提高粉末冶金齒輪表面耐磨性能合金層的制備方法，其特征在于：所述步驟（1.3）中，Ti離子注入處理的工藝參數如下：電壓為30～50kV，束流密度為 2～2.5μA/cm²，離子能量為105KeV，注入劑量為3×10¹⁷~6×10¹⁷ions/cm²。

4.根據權利要求1所述的提高粉末冶金齒輪表面耐磨性能合金層的制備方法，其特征在于：所述W-Mo靶材中，W的質量分數為60~70wt%，W的質量分數為30~40wt%。

5.一種利用權利要求1~4任一所述的方法制備的復合梯度耐磨合金層，其特征在于：自上而下依次包括W-Mo沉積層、W-Mo-Ti梯度陶瓷層和Ti強化層。

6.根據權利要求5所述的復合梯度耐磨合金層，其特征在于：所述W-Mo沉積層的厚度為15~20μm，W-Mo-Ti梯度陶瓷層、Ti強化層的總厚度為3~6μm。

7.根據權利要求5所述的復合梯度耐磨合金層，其特征在于：所述W-Mo-Ti梯度層的W、Mo含量由表及里梯度下降，Ti含量由表及里梯度上升。