[發明專利]一種基于離子注滲的齒輪鋼WC-DLC涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202011066090.6
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112267090A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 謝煥鈞;唐夢蘭;徐長云;曹永香;李劉合;羅陽;徐曄
• 申請（專利權）人: 中國航發中傳機械有限公司
• 主分類號: C23C8/38
• 分類號: C23C8/38;C23C14/35;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/16
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 張麗娟

本發明公開了一種基于離子注滲的齒輪鋼WC?DLC涂層的制備方法，包括以下步驟：將齒輪鋼進行離子輝光清洗預處理，氮離子注滲處理，在齒輪鋼零件表面依次沉積Cr過渡層、CrN過渡層和WC?DLC涂層。本發明具有提高膜基結合力，改善涂層性能的優點。

技術領域

本發明涉及齒輪鋼表面涂層制備領域，尤其涉及基于離子注滲的齒輪鋼WC-DLC涂層的制備方法及制備得到的涂層。

背景技術

9310鋼是航空發動機傳動構件主要材料之一，其在高載荷工作條件下，主要存在接觸疲勞、摩擦磨損等失效問題。通常采用表面工程技術對9310鋼進行強化處理，以改變傳動構件表面的組織成分、微觀結構，進而提高硬度與強度，實現高承載力、高可靠性等。但是現有技術中的強化方法，表面涂層常因與基體力學性能不匹配、涂層內應力等問題而發生膜層脫落，使得具備高硬度的類金剛石涂層(DLC)無法附著在相對較軟的基體表面，膜基結合力較差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種膜基結合力好的基于離子注滲的齒輪鋼WC-DLC涂層及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于離子注滲的齒輪鋼WC-DLC涂層的制備方法，包括以下步驟：

S1、開啟與齒輪鋼工件連接的直流偏壓電源，在惰性氣體保護下進行離子輝光清洗預處理，關閉直流偏壓電源；

S2、開啟與齒輪鋼工件連接的的高壓脈沖電源，以氮氣為離子注滲氣體，在注滲電壓為1-30kV條件下進行氮離子注滲處理，在齒輪鋼工件表面形成氮離子注滲層，關閉高壓脈沖電源；

S3、開啟與齒輪鋼工件連接的直流偏壓電源、與濺射靶連接的直流磁控電源，采用物理氣相沉積法在齒輪鋼工件表面依次沉積Cr過渡層、CrN過渡層和WC-DLC涂層。

作為對上述技術方案的進一步改進：

所述步驟S2中，所述氮離子注滲處理時，注滲電壓為10kV～20kV；注滲時間為1～3h；注滲溫度為100℃～500℃；氣壓為0.1Pa～50Pa。

所述步驟S3具體包括以下步驟：

S3-1、將齒輪鋼工件連接直流偏壓電源，將Cr濺射靶連接直流磁控電源，以惰性氣體為背景氣體，采用物理氣相沉積法在齒輪鋼工件表面沉積Cr過渡層；

S3-2、通入氮氣，采用物理氣相沉積法在Cr過渡層表面沉積CrN過渡層，關閉與Cr濺射靶連接的直流磁控電源；

S3-3、停止通入氮氣，通入乙炔氣體，轉動轉臺使齒輪鋼工件靠近WC濺射靶，將WC濺射靶連接直流磁控電源，采用物理氣相沉積法在CrN過渡層表面沉積WC-DLC涂層。

所述步驟3-1中，所述物理氣相沉積法時，氣壓為0.2Pa～10Pa，直流磁控電源的電流為1A～30A，直流偏壓電源的電壓為-10V～-400V，沉積溫度為50℃～300℃。

所述步驟S3-2中，所述物理氣相沉積法時，直流磁控電源的電流為1A～30A，直流偏壓電源的電壓為-10V～-400V，沉積溫度為50℃～300℃。

所述步驟S3-3中，所述物理氣相沉積法時，直流磁控電源的電流為3A～40A，直流偏壓電源的電壓為-10V～-350V，沉積溫度為40℃～350℃。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種基于離子注滲的齒輪鋼WC-DLC涂層，所述齒輪鋼工件表面依次沉積有Cr過渡層、CrN過渡層和WC-DLC涂層，所述齒輪鋼工件在靠近Cr過渡層側設有氮離子注滲層。

作為對上述技術方案的進一步改進：