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(duì)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(qiáng)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(qiáng)化工藝，如PVD、CVD和TD等技術(shù)均無法同時(shí)獲得大層深和高硬度兼?zhèn)涞耐繉印Ｒ蚨脧?fù)合強(qiáng)化手段在齒輪表面制備梯度涂層已成為目前齒輪表面強(qiáng)化研究的熱點(diǎn)。本文針對(duì)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(diǎn)，在理論分析強(qiáng)流脈沖電子束（HC

2、PEB）對(duì)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(chǎng)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(duì)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(shí)，還可使涂層元素?cái)U(kuò)散到一定深度，實(shí)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(shí)驗(yàn)分

3、析表明，對(duì)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(duì)涂層材料的磨損并不會(huì)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(jí)、電沉積 Cr層具有高耐磨性和耐腐蝕性

4、，同時(shí) HCPEB技術(shù)具有可在極短時(shí)間內(nèi)作用到具有復(fù)合強(qiáng)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(kuò)散等一系列物理化學(xué)反應(yīng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了復(fù)合HCPEB技術(shù)、熱擴(kuò)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(jí)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(kuò)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(jì)了復(fù)合HCPEB、熱擴(kuò)滲C、N和擴(kuò)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(kuò)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(kuò)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(jìn)一步證明了他的優(yōu)良力學(xué)性能。
　　本文提出了HCPEB工藝、PVD