基于低溫表面改性技術(shù)提高齒輪傳動(dòng)副性能的研究.pdf

1、齒輪傳動(dòng)是機(jī)器設(shè)備和機(jī)械裝備中應(yīng)用最為廣泛的動(dòng)力和傳動(dòng)形式之一。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)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(yīng)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(dāng)前齒輪研究的重點(diǎn)之一。 本課題是重慶大學(xué)211工程資助項(xiàng)目“基于PVD技術(shù)提高傳動(dòng)副零件表面性能的研究”的一部分，也是重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目、重慶大

2、學(xué)與延邊大學(xué)合作研究項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容。本文主要研究利用多弧離子鍍技術(shù)和磁過(guò)濾弧源沉積技術(shù)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(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(yùn)行50 h，對(duì)齒輪表面在體式顯微鏡下進(jìn)行觀察, 薄膜無(wú)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(duì)提高齒輪的表面性能是十分有效的，也是切實(shí)可行的。同時(shí)，本文的研究也探討了PVD技術(shù)在齒輪傳動(dòng)中應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題。如應(yīng)用常用的多弧離子鍍技術(shù)在齒輪表面涂覆TiN膜，因溫度太高導(dǎo)致滲碳淬火齒輪表面硬度因回火而降低，根本無(wú)法正常使用。本文采用直流磁過(guò)濾弧源沉積的方法對(duì)齒輪表面進(jìn)行覆膜，實(shí)現(xiàn)C:N涂層與金屬基體緊密結(jié)合，并進(jìn)行了齒輪臺(tái)架實(shí)驗(yàn)研究，為高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命的環(huán)保齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了有益的探索和嘗試。 本研究主要有以下幾個(gè)方面的

4、工作： ① 對(duì)20CrMo齒輪和同樣材質(zhì)的試塊進(jìn)行整體滲碳淬火處理。通過(guò)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(guò)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(guò)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(cè)量出沒(méi)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(cè)膜厚，并對(duì)膜的結(jié)合力進(jìn)行了測(cè)試。 ⑥ 利用球盤(pán)實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)沉積在試片表面上的薄膜進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)研究。 ⑦ 搭建了齒輪傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并分別對(duì)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(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。用體式顯微鏡對(duì)實(shí)驗(yàn)前后齒輪表面進(jìn)行觀察，