基于電子束的齒輪材料表面梯度涂層復(fù)合制備工藝及性能研究.pdf

1、耐磨性能是所有齒輪應(yīng)具備的最重要性能之一，對于一些在特殊工況下工作的齒輪，還要求其具有高耐腐蝕性和耐高溫氧化性等。目前的齒輪表面強化手段并不能完全滿足特殊用途高性能齒輪的要求。目前所用的齒輪強化工藝，如PVD、CVD和TD等技術(shù)均無法同時獲得大層深和高硬度兼?zhèn)涞耐繉?。因而用?fù)合強化手段在齒輪表面制備梯度涂層已成為目前齒輪表面強化研究的熱點。本文針對傳統(tǒng)工藝不能獲得結(jié)合良好并在表層形成超細(xì)晶的梯度涂層的特點，在理論分析強流脈沖電子束（HC

2、PEB）對梯度涂層改性作用的基礎(chǔ)上，采用化學(xué)熱處理復(fù)合工藝制備了兩種可用于特殊場合的齒輪涂層，并開展相應(yīng)工藝、組織和性能研究。
　　利用HCPEB改性用PVD方法制備的Cr/CrN涂層，研究其微觀組織結(jié)構(gòu)和性能，結(jié)果表明，HCPEB技術(shù)對材料表層力學(xué)性能的影響深度高達(dá)450μm，適當(dāng)?shù)腍CPEB工藝參數(shù)可使梯度涂層在保留一定厚度的同時，還可使涂層元素擴散到一定深度，實現(xiàn)涂層的冶金結(jié)合，從而使涂層的結(jié)合力提高2倍以上。組織性能實驗分

3、析表明，對于經(jīng)HCPEB工藝改性后的涂層材料，影響其摩擦磨損性能的因素很多，主要包括涂層與基體硬度的關(guān)系、涂層的厚度、表面粗糙度及磨屑，其中涂層或改性層硬度與厚度及結(jié)合力是影響涂層磨損性能的重要因素，在一定范圍內(nèi)的粗糙度對涂層材料的磨損并不會起到?jīng)Q定性的作用。并且氧化磨損和疲勞磨損并存是Cr/CrN被HCPEB改性前、后的主要磨損方式。
　　根據(jù)滲碳、滲氮等傳統(tǒng)工藝可使改性層的厚度高達(dá) mm級、電沉積 Cr層具有高耐磨性和耐腐蝕性

4、，同時 HCPEB技術(shù)具有可在極短時間內(nèi)作用到具有復(fù)合強化涂層的齒輪表面，并瞬間引發(fā)表層熔融、汽化、及應(yīng)力波、沖擊波和增加擴散等一系列物理化學(xué)反應(yīng)等特點，設(shè)計了復(fù)合HCPEB技術(shù)、熱擴滲C、N和電沉積Cr工藝相結(jié)合的工藝路線，通過組織和性能研究結(jié)果表明，可得到厚度高達(dá)100μm的納米級等軸晶粒結(jié)構(gòu)Cr層，在滲C、N層兩邊的界面都有來自相鄰?fù)繉拥臄U散元素，使得涂層截面硬度緩慢梯度過渡，斷口沒有明顯的分界，從表層到內(nèi)部為解理斷口過渡到韌窩斷

5、口，并且還擁有良好的耐磨性和耐腐蝕性。另外，結(jié)合滲B層可以達(dá)到超高硬度和高紅硬性，再次設(shè)計了復(fù)合HCPEB、熱擴滲C、N和擴滲B工藝想結(jié)合的工藝路線，通過組織和性能研究結(jié)果表明，擴滲B層工藝的改性層厚度高達(dá)305μm，涂層的硬度高達(dá)1400HV，最終梯度過渡到700HV左右，層與層之間元素相互擴散，結(jié)合緊密，另外從表面到心部依次為韌窩→解理→準(zhǔn)解理→韌窩的斷口形貌進一步證明了他的優(yōu)良力學(xué)性能。
　　本文提出了HCPEB工藝、PVD