基于低溫表面改性技術提高齒輪傳動副性能的研究.pdf

1、齒輪傳動是機器設備和機械裝備中應用最為廣泛的動力和傳動形式之一。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，人們對齒輪副提出了滿足極端苛刻的工作條件及環(huán)境友好的要求。因此，研究新工藝、新材料在齒輪上的應用，提高齒輪的質(zhì)量和性能，減少污染，減少能源和資源消耗等具有十分重要的意義，成為當前齒輪研究的重點之一。 本課題是重慶大學211工程資助項目“基于PVD技術提高傳動副零件表面性能的研究”的一部分，也是重慶大學機械傳動國家重點實驗室開放基金項目、重慶大

2、學與延邊大學合作研究項目的主要研究內(nèi)容。本文主要研究利用多弧離子鍍技術和磁過濾弧源沉積技術在齒輪表面沉積薄膜，以提高齒輪的表面性能。在由20CrMo制造的滲碳直齒圓柱齒輪表面分別制備TiN陶瓷膜以及C:N超硬膜，并在齒輪傳動實驗臺上進行了實驗研究。結(jié)果表明：齒輪表面上覆C:N薄膜后，在1 800 rpm,12 N.m的工況下,連續(xù)運行50 h，對齒輪表面在體式顯微鏡下進行觀察, 薄膜無明顯破損，而未覆膜的淬火齒輪表面已經(jīng)失效。因此，齒輪

3、表面覆膜對提高齒輪的表面性能是十分有效的，也是切實可行的。同時，本文的研究也探討了PVD技術在齒輪傳動中應用時出現(xiàn)的問題。如應用常用的多弧離子鍍技術在齒輪表面涂覆TiN膜，因溫度太高導致滲碳淬火齒輪表面硬度因回火而降低，根本無法正常使用。本文采用直流磁過濾弧源沉積的方法對齒輪表面進行覆膜，實現(xiàn)C:N涂層與金屬基體緊密結(jié)合，并進行了齒輪臺架實驗研究，為高強度、長壽命的環(huán)保齒輪傳動進行了有益的探索和嘗試。 本研究主要有以下幾個方面的

4、工作： ① 對20CrMo齒輪和同樣材質(zhì)的試塊進行整體滲碳淬火處理。通過滲碳淬火處理，提高了20CrMo齒輪表面硬度，并形成了一定深度的硬化層，為后續(xù)的多弧離子鍍氮化鈦(TiN)陶瓷涂層和直流磁過濾弧源沉積鍍C:N涂層提供良好的支撐。 ② 分別采用多弧離子鍍和直流磁過濾弧源沉積兩種成膜方法在齒輪和試塊表面覆氮化鈦(TiN)陶瓷涂層和C:N超硬涂層。 ③ 用XJP–6A型金相顯微鏡觀察齒輪覆膜前后的組織結(jié)構(gòu)，并拍攝

5、了金相結(jié)構(gòu)照片，分析其微觀結(jié)構(gòu)。 ④ 用硬度儀分別測量出沒有鍍膜以及鍍氮化鈦(TiN)陶瓷涂層和C:N涂層的齒輪的硬度變化。 ⑤ 用掃描電鏡測膜厚，并對膜的結(jié)合力進行了測試。 ⑥ 利用球盤實驗機對沉積在試片表面上的薄膜進行摩擦磨損實驗研究。 ⑦ 搭建了齒輪傳動實驗臺，并分別對滲碳淬火齒輪、沉積氮化鈦(TiN)陶瓷齒輪和C:N涂層齒輪在齒輪傳動實驗臺上進行了實驗研究。用體式顯微鏡對實驗前后齒輪表面進行觀察，