[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201811056100.0
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109023249B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

本發(fā)明公開了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，該合金層自上而下依次包括W?Mo沉積層、W?Mo?Ti梯度陶瓷層和Ti強化層。其制備方法為：在粉末冶金齒輪表面離子注入Ti強化層；在Ti強化層表面用雙輝等離子合金化法制備W?Mo合金層。離子注入Ti會在齒輪表面形成注入層，鈦離子與Fe生成的鈦鐵化合物在齒輪表面與對摩副之間起自潤滑作用，有效降低了齒輪的摩擦系數(shù)和磨損率，提高了耐磨性能。經(jīng)雙輝等離子合金化制備的W?Mo合金層包括W?Mo沉積層和W?Mo?Ti擴散層，該擴散層成分由表及里呈梯度分布，與齒輪為冶金結(jié)合，提高了與齒輪的結(jié)合強度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高粉末冶金齒輪表面耐磨性能的合金層及其制備方法。

背景技術(shù)

對于齒輪而言，粉末冶金可以減少鑄造成分偏析和熱處理加工工藝時間長、能耗大的問題，使齒輪具有更優(yōu)異的整體性能和經(jīng)濟性能，可以有效減低齒輪的制造成本。但齒輪在傳動時受力情況比較復(fù)雜，運動形式也是多種多樣，因此齒輪損傷的形式也具有多樣化。總體來看，齒輪損傷主要有斷齒、破壞性膠合和破壞性點蝕這三種形式。為了延長齒輪使用壽命，使齒輪能夠承受多種形式的損傷，這就需要提高粉末冶金齒輪表面的耐磨性能。

根據(jù)目前研究，提高粉末冶金齒輪耐磨性能的方式主要有兩種，一是整體合金化，利用合金對于鐵基齒輪的強化作用。傳統(tǒng)加工工藝通常采用這種方式，但整體合金化工藝成本高，污染較大；二是通過先進的表面改性技術(shù)提高齒輪耐磨性，在鐵基齒輪表面形成改性層，改善齒輪的摩擦磨損性能。磨損通常是從材料表面開始，因此通過表面改性來提高齒輪的耐磨性是一種較為常用的方法。這些表面改性技術(shù)主要包括滲碳、滲氮、碳氮共滲、熱噴涂、離子注入、真空離子鍍等。使用熱噴涂工藝制備的合金層與齒輪呈機械結(jié)合，結(jié)合強度低，在使用過程中容易出現(xiàn)孔隙、微裂紋、合金層剝落等問題，降低了合金層與齒輪的結(jié)合強度；離子注入工藝可將提高耐磨性的元素的離子在真空系統(tǒng)中注入齒輪中，從而形成耐磨性得到提高的注入層。但離子注入層厚度不高，且只能進行直線注入，不能全面提高齒輪的耐磨性；雙輝等離子合金化技術(shù)制備的表面合金層包括合金層與擴散層，成分、性能隨深度梯度分布，與基體結(jié)合牢固，且合金層組織致密，無空隙、裂紋等缺陷，工作效率高。但單純的等離子合金化工藝溫度較高，使得齒輪整體的力學(xué)性能下降。

雙層輝光等離子表面冶金技術(shù)(以下簡稱“雙輝技術(shù)”)，是我國學(xué)者在離子氮化的基礎(chǔ)上獨立發(fā)明的一種新的金屬表面合金化技術(shù)。工作原理為在一個真空容器中，爐體作為陽極接地，分別設(shè)置兩個陰極，一個放置工件，一個放置提供合金元素的源極，通入一定氣壓的氬氣。爐內(nèi)設(shè)置兩套獨立的電源，加載電壓后陽極與源極以及陽極與工件極間分別產(chǎn)生輝光，即“雙層輝光”。源極上的輝光放電所產(chǎn)生的氬離子轟擊靶材，濺射出靶材極元素；而工件極的濺射則會加熱工件。將源極電壓設(shè)定為低于工件電位，同時使源極功率密度高于工件功率密度。這樣，源極濺射量將遠大于陰極的反濺射量。在高溫下，靶材中的合金元素經(jīng)沉積和擴散在工件表面形成合金層。合金層是通過合金元素向基體材料內(nèi)部擴散并和基體元素相互作用而形成的。