[發明專利]一種減摩耐磨齒輪零件的制備工藝

有效

• 申請號: 201911031162.0
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN111485070B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 宋文龍;張清閣;張榮華;李小冬
• 申請（專利權）人: 濟寧學院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C8/38;C23C14/16;C23C14/06;C21D9/32
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 盧登濤

本發明屬于齒輪制造技術領域，具體涉及一種減摩耐磨齒輪零件的制備工藝，通過物理氣相沉積技術進行表面滲碳及涂層處理以制備減摩耐磨高壓液壓泵的方法，將碳化物涂層、PVD方法與滲碳技術相結合，在碳化物涂層與工件基體間通過離子濺射的方法制備一個滲碳擴散層，即對工件表面先通過離子濺射的方法進行表面滲碳處理，然后再采用離子鍍和磁控濺射復合方法沉積成分梯度變化的VCrWSiC/Cr碳化物涂層，以減緩涂層與基體材料的物理性能差異，提高基體材料的硬度，增強涂層與基體的附著性能，從而改善齒輪零件減摩耐磨等綜合性能，有效提高表面處理效率和工件的使用壽命。

技術領域

本發明屬于齒輪制造技術領域，具體涉及一種減摩耐磨齒輪零件的制備工藝。

背景技術

齒輪傳動是機械傳動中的最主要的形式，具有傳動效率高、傳動比穩定、可靠性高、壽命長等優點，應用極其廣泛，是機械工業的重要基礎件。隨著現代工業水平的不斷提高，對齒輪傳動提出的要求也越來越苛刻，如航空、航天和潛海領域，要求齒輪具有大的傳動比大、高效率、重量輕、維護周期長等特點。為提高齒輪承載能力，通常采用降低齒輪單位面積應力和提高輪齒單位面積強度的途徑提高齒輪的承載能力和可靠性，其中通過增大齒輪尺寸來降低齒輪表面應力會增加齒輪的體積和重量；采用傳統的表面熱處理方法提高齒面硬度的同時會伴隨較大的變形，甚至會因為傳統熱處理后的硬度不足而導致齒輪在高速、重載條件下出現齒面過早磨損、點蝕、膠合。因此，開發新的齒輪表面改性技術、降低齒輪的摩擦和磨損，對于提高齒輪的承載能力、延長齒輪的使用壽命具有重要的意義。

碳化物涂層具備高硬度，高強度，化學性質穩定，耐熱，耐磨損等優良特性，尤其是多元碳化物具有更加優異的綜合使用性能，因此有望通過在零件表面制備碳化物涂層或通過金屬表層的碳化處理來提高零件的耐磨性。

目前制備碳化物涂層的技術主要有噴涂、滲碳以及氣相沉積等方法。其中，噴涂是指借助壓力或離心力，將涂層材料噴射到工件的表面，該方法制備涂層雖然具有較高的噴涂效率，但是涂層與工件基體的結合力很差，而且涂層的表面非常粗糙，不適合高速的惡劣工況條件；滲碳是指使碳原子滲入到鋼類工件表層的過程，從而使工件表面獲得很高的表面硬度，提高其耐磨性能。但是由于滲碳溫度達到800℃以上，滲碳后工件仍要進行淬火和回火，使得工件表面發生較大變形，無法保證零件的尺寸和形狀精度，處理完的零件仍需修磨和再加工，而且滲碳及后續熱處理時間通常達到30小時以上，效率低下；氣相沉積法，尤其是物理氣相沉積(PVD)，制備的涂層表面具有極高的硬度、強度，以及良好的熱穩定性和耐磨性，而且該制備工藝溫度可控制在400℃以下，不會導致零件基體組織變化，表面尺寸和形狀精度也不受影響。因此，物理氣相沉積技術(PVD)在表面處理領域極具潛力。但是，直接在齒輪零件表面制備PVD碳化物涂層，會由于基體硬度、彈性模量、熱膨脹系數等性能與涂層材料相差較大，無法獲得較高結合力的PVD涂層，使得PVD涂層過早脫落和失效。中國專利CN101058870A模具表面采用單一的PVD涂層，涂層與基體的結合力差以及PVD涂層同基體的力學匹配差是限制PVD涂層高硬度及低摩擦系數等優勢發揮的重要因素。中國專利CN103727180A直接在碳鋼表面制備了耐磨陶瓷涂層和金剛石涂層，由于基體較軟的硬度無法支撐涂層以及基體與涂層之間明顯的性能差異導致制備的涂層使用性能無法滿足諸多實際使用要求，尤其是高速、重載、交變載荷工況條件下涂層很快脫落和磨損。

發明內容

本發明目的在于提供一種減摩耐磨齒輪零件的制備工藝，能提高齒輪零件基體材料的硬度，減緩基體表面沉積涂層與基體材料的物理性能差異，增強沉積涂層與基體的附著性能，從而改善齒輪零件減摩耐磨的綜合性能，有效提高表面處理效率和工件的使用壽命。

本發明所述的減摩耐磨齒輪零件的制備工藝，齒輪零件基體經過淬火、高溫回火、粗精加工后采用離子鍍方法進行滲碳處理，然后再通過離子鍍和磁控濺射復合方法沉積表面的VCrWSiC/Cr多層復合涂層，沉積時采用2個C離子鍍靶，1個V磁控濺射靶，1個Cr磁控濺射靶，1個W磁控濺射靶和1個Si磁控濺射靶；

具體包括以下步驟：