一种复合梯度耐磨合金层及其制备方法.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CN109023286A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201811060805.XC23C14/02(2006.01)(22)申请日2018.09.11(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人魏东博张平则梁宏璇刘子利李淑琴姚正军(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.C23C14/48(2006.01)C23C14/46(2006.01)C23C14/16(2006.01)C23C14/06(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图1页(54)发明名称一种复合梯度耐磨合金层及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种复合梯度耐磨合金层及其制备方法，所述Mo/WC复合结构的梯度陶瓷耐磨合金层包括三个区域，分别为无孔洞杂质、呈致密堆砌结构的Mo-W沉积层，成分、结构均由表及里呈梯度分布的Mo/WC陶瓷层及颗粒均匀、组织致密的离子注入C强化层。所述制备方法包括：第一步，离子注入C；第二步，通过双层辉光等离子合金化技术制备W-Mo合金层。本发明相较于其他提高粉末冶金齿轮耐磨性能的方法，克服了单一技术存在的问题，实现了技术优势最大化，有利于显著提高粉末冶金齿轮的耐磨性能，有利于延长齿轮的使用寿命。CN109023286ACN109023286A权利要求书1/2页1.一种粉末冶金齿轮表面复合梯度耐磨合金层，其特征在于：自上而下依次包括Mo-W沉积层、Mo/WC梯度陶瓷层和C强化层。2.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮表面复合梯度耐磨合金层，其特征在于：所述Mo-W沉积层的厚度为15～20μm，Mo/WC梯度陶瓷层、C强化层的总厚度为3～6μm。3.根据权利要求1所述的粉末冶金齿轮表面复合梯度耐磨合金层，其特征在于：所述Mo/WC梯度层的Mo、W含量由表及里梯度下降，C含量由表及里梯度上升。4.一种粉末冶金齿轮表面复合梯度耐磨合金层的制备方法，其特征在于包含以下步骤：(1)在粉末冶金齿轮表面离子注入C强化层；(2)在C强化层表面用双辉等离子合金化法制备W-Mo合金层。5.根据权利要求4所述的一种粉末冶金齿轮表面复合梯度耐磨合金层的制备方法，其特征在于所述离子注入包含以下步骤：(1)对粉末冶金齿轮进行超声处理，将齿轮浸在酒精或丙酮中，进行1～2次超声清洗，每次处理20～30min，然后进行干燥；(2)将粉末冶金齿轮放入离子注入设备腔室中，通入氩气，对经酒精或丙酮清洗后的粉末冶金齿轮进行预溅射清洗20～30min；(3)在真空度小于1.5×10-2Pa条件下进行C离子注入处理，注入时间为3～5小时；(4)炉冷后取出齿轮，并在室温下进行保存。6.根据权利要求5所述的一种粉末冶金齿轮表面复合梯度耐磨合金层的制备方法，其特征在于步骤(2)中的预溅射参数如下：电压为500～700V、注入电流为5～8mA、氩等离子体密度为1×109～3×109cm-3。7.根据权利要求5所述的一种齿轮表面复合梯度耐磨合金层的制备方法，其特征在于步骤(3)中的C离子注入处理的工艺参数如下：引出电压为35～40KV，束流密度为0.2～0.4μA/cm2，注入剂量为1.5×1017～6×1017ions/cm2，注入能量为40～60KeV。8.根据权利要求4所述的一种齿轮表面复合梯度耐磨合金层的制备方法，其特征在于所述双辉等离子合金化法包含以下步骤：(1)将由粉末冶金法制备的W-Mo靶材用砂纸逐级打磨后，浸入酒精或丙酮中进行超声清洗20～30min，风干后置于装置炉内；(2)调节极间距，即W-Mo靶材下表面与齿轮上表面的距离至16～20mm，关闭炉罩、放气阀、通气阀；(3)打开机械泵，然后打开抽气阀门，抽真空至10-3Pa以下，关闭抽气阀；(4)开启氩气瓶，打开氩气阀门，然后打开流量计通入氩气，进行洗气处理，当装置气压达到145～160Pa时，打开真空阀并且关闭氩气流量阀门，使气压降至35～40Pa，重复以上洗气步骤3～5次；(5)将气压调至工作气压30～40Pa；(6)开启40～50℃循环水；(7)打开工件极电源，利用空心阴极效应起辉，辉光稳定后，逐步将源极电压调为500～600V，工件极电压调为200～300V，对齿轮进行低温轰击0.5h以上；(8)逐步调节工件极电压与源极电压，直至源极电压为900～950V，工件极电压为450～2CN109023286A权利要求书2/2页550V。(9)保温2.5～3.5小时；(10)逐渐缓慢降低源极和工件极电压为0，为避免应力集中，时间在0.5h以上；(11)关闭氩气阀门、真空阀、机械泵、电源开关、循环水开关；(12)冷却2小时以上后