一种提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能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CN109023249A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201811056100.0(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)发明人魏东博刘子利张平则梁宏璇李淑琴姚正军(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人陈国强(51)Int.Cl.C23C14/16(2006.01)C23C14/46(2006.01)C23C14/48(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能合金层及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能合金层及其制备方法，该合金层自上而下依次包括W-Mo沉积层、W-Mo-Ti梯度陶瓷层和Ti强化层。其制备方法为：在粉末冶金齿轮表面离子注入Ti强化层；在Ti强化层表面用双辉等离子合金化法制备W-Mo合金层。离子注入Ti会在齿轮表面形成注入层，钛离子与Fe生成的钛铁化合物在齿轮表面与对摩副之间起自润滑作用，有效降低了齿轮的摩擦系数和磨损率，提高了耐磨性能。经双辉等离子合金化制备的W-Mo合金层包括W-Mo沉积层和W-Mo-Ti扩散层，该扩散层成分由表及里呈梯度分布，与齿轮为冶金结合，提高了与齿轮的结合强度。CN109023249ACN109023249A权利要求书1/2页1.一种提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能合金层的制备方法，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Ti强化层；(2)在Ti强化层表面用双辉等离子合金化法制备W-Mo合金层。2.根据权利要求1所述的提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能合金层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)包含以下步骤：(1.1)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；(1.2)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；(1.3)在真空度小于10-3Pa条件下进行Ti离子注入处理，注入时间为1～3小时；(1.4)炉冷后取出齿轮，并在室温下进行保存。3.根据权利要求2所述的提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能合金层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1.2)中，预溅射参数如下：电压为500～700V、束流密度为0.2～0.4μA/cm2、氩等离子体密度为1×109～3×109cm-3。4.根据权利要求2所述的提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能合金层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，Ti离子注入处理的工艺参数如下：电压为30～50kV，束流密度为2～2.5μA/cm2，离子能量为105KeV，注入剂量为3×1017～6×1017ions/cm2。5.根据权利要求1所述的提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能合金层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)包含以下步骤：(2.1)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，风干后置于双辉装置炉内；(2.2)调节极间距，即W-Mo靶材下表面与齿轮上表面的距离至12～15mm，关闭炉罩、放气阀、通气阀；(2.3)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；(2.4)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；(2.5)将气压调至工作气压30～40Pa；(2.6)开启40～50℃循环水；(2.7)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300～450V，工件极电压调为200～300V，对齿轮进行0.5h以上轰击；(2.8)逐步调节工件极电压与源极电压，直至源极电压为650～750V，工件极电压为450～550V；(2.9)保温2.5～3.5小时；(2.10)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；(2.11)关闭氩气阀门、真空阀、机械泵、电源开关、循环水开关；(2.12)冷却2小时以上后取出齿轮。6.根据权利要求5所述的提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能合金层的制备方法，其特征2CN109023249A权利要求书2/2页在于：所述W-Mo靶材中，W的质量分数为60～70wt％，W的质量分数为30～40wt％。7.一种利用权利要求1～6任一所述的方法制备的复合梯度耐磨合金层，其特征在于：自上而下依次包括W-Mo沉积层、W-Mo-Ti梯度陶瓷层和Ti强化层。8.根据权利要求7所述的复合