一种钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105734487A(43)申请公布日2016.07.06(21)申请号201610139235.8(22)申请日2016.03.11(71)申请人太原理工大学地址030024山西省太原市万柏林区迎泽西大街79号(72)发明人马永张莹秦建峰林乃明张翔宇柏中朝唐宾(74)专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司14101代理人申艳玲(51)Int.Cl.C23C14/02(2006.01)C23C14/34(2006.01)C23C14/16(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法(57)摘要本发明公开了一种钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法，属于金属材料表面改性技术领域。首先，把钛合金齿轮和钼靶置于等离子表面合金化炉中，将炉腔抽至真空后，通入氩气对齿轮进行预溅射处理，清除其表面的污渍及钝化层；然后，依次对源极和工件极施加偏压，使相应的钼靶和齿轮升温；在电场作用下，氩离子轰击源极溅射出的钼离子，原子和粒子团在钛合金齿轮表面沉积、扩散，形成强韧性钼梯度改性层。本发明操作简单，成本低，所制备的梯度改性层厚度较大，硬度高、耐磨损，从而可以提高钛合金齿轮表面的承载能力并延长其使用寿命。CN105734487ACN105734487A权利要求书1/1页1.一种钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法，其特征在于：采用等离子表面合金化方法，以钼靶作为源极，钛合金齿轮作为工件极，经过沉积和扩散，在钛合金齿轮表面形成具有强韧性的钼梯度改性层；包含以下步骤：（1）钛合金齿轮表面预溅射处理：将经过汽油清洗的钛合金齿轮放入等离子表面合金化炉内的工件台上，抽至真空0.1Pa后，通入高纯氩气，气压控制在30~40Pa；通过调节工件极电压：首先快速调到-300V，然后逐渐调到-900V，对齿轮表面进行预溅射处理，以清洗污渍和钝化层，清洗40~50分钟后，关闭电源和气体，重新抽至0.1Pa真空状态；（2）制备：继续向等离子表面合金化炉内通入氩气，达到30~40Pa，依次开启源极和工件极电源，保持源极和工件极等电位的情况下，使工件升温至900~950°C，然后将源极偏压控制在-600~-900V，工件极偏压控制在-350~-650V，使工件保持在800~900°C下工作3~5小时，在电场作用下，氩离子轰击源极溅射出的钼离子，原子和粒子团在钛合金齿轮表面沉积、扩散，形成钼梯度改性层；（3）降温：依次关闭源极及工件极电源，使工件缓冷到室温。2.根据权利要求1所述的钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法，其特征在于：所述步骤（1）中逐渐调节工件极电压的速度为100V/分钟。3.根据权利要求1所述的钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法，其特征在于：所述钼靶的纯度≥99.97%，氩气的纯度为99.999%。4.根据权利要求1所述的钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法，其特征在于：所述梯度改性层包含钼沉积层和钼扩散层两部分，且钼沉积层、钼扩散层及钛合金齿轮基体之间属于冶金结合，没有明显的分界面。5.根据权利要求1所述的钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法，其特征在于：所述源极偏压和工件极偏压的压差保持恒定。6.根据权利要求5所述的钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法，其特征在于：所述源极偏压和工件极偏压的压差控制在200~250V。2CN105734487A说明书1/3页一种钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法技术领域[0001]本发明涉及一种钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层的方法，属于金属材料表面改性技术领域。背景技术[0002]随着汽车以及航空工业的发展，要求齿轮能够在高接触应力下飞速运转，这就需要在改善齿轮性能的同时要降低其自身的质量。为了达到上述目的，以钛合金齿轮代替传统的合金钢齿轮是一种有效的手段。这是因为，在所有金属中，钛及钛合金具有最高的比强度。此外，钛及钛合金还具有耐蚀和耐高温性能。然而，钛及钛合金硬度低、耐磨性差，表面力学性能明显不及常用铁基金属结构材料，限制了其应用范围，影响了其结构的安全性和可靠性。因此，需要对其表面进行改性处理。[0003]目前钛及钛合金表面常采用的一些改性方法，如热氧化、微弧氧化、阳极氧化和化学镀等，可以在其表面形成具有抗磨损能力的改性层。然而上述方法得到的改性层不但厚度较薄（≤10μm），而且和基体之间存在界面，加之改性层和基体性能上存在较大的差异，界面处变形不协调，在较高接触应力下极易开裂。因此，根据钛合金齿轮的服役要求，需要对钛合金齿轮表面进行新的改性研究。发明内容[0004]本发明旨在提供一种钛合金齿轮表面制备强韧性钼梯度改性层