本發明專利技術公開了一種鋼制齒輪的表面復合處理方法，能夠提高齒輪表面硬度、耐磨性和膜基結合強度。該方法包括的步驟包括：工件前期處理；抽真空及工件預熱；等離子體清洗；等離子氮化處理；二次等離子體清洗；非平衡磁控濺射制備氮化物涂層；關閉所有電源及氣體，保持真空冷卻2-3小時，打開真空室，取出復合處理后的工件。本發明專利技術處理的齒輪表面硬度高、耐磨性好和膜基結合度好，從而延長了齒輪的使用壽命。比傳統齒輪表面處理工藝加工周期短、表面質量好。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬材料表面改性方法，特別是。
技術介紹
齒輪是各類機械傳動系統的關鍵部件，廣泛應用于汽車、船舶、飛機、火車等的傳動裝置，為了增加齒輪表面硬度，提高耐磨性，需要對齒輪進行表面處理。常用的傳統技術主要有滲碳、氮化和表面淬火等。隨著工業中對齒輪性能要求越來越高，傳統的強化技術在生產成本、效益和提高齒輪性能方面的優勢已漸不明顯。隨著技術的進步，在傳統的表面強化技術基礎上，又涌現出了一些新型表面強化技術。如噴丸表面強化、激光表面淬火、先進的表面鍍膜技術、等離子體沉積和表面冶金強化等，這些新技術拓寬了表面工程的應用范圍，使其成為表面防腐、制造新材料、功能材料、復合材料以及表面裝飾方面等不可缺少的工藝手段。專利CN 101665940A公開了一種活塞環表面類金剛石復合涂層的制備方法，該方法通過低溫等離子體滲氮技術和磁過濾陰極弧一一磁控濺射技術，在活塞環表面獲得具有優異抗磨損與自潤滑性能的氮化/類金剛石復合涂層。該方法得到的活塞環具有良好的抗磨與自潤滑效果。專利CN 203639559U公開了一種具有滲鍍復合表面涂層的鋁壓鑄模具，該方法先采用離子體滲氮在模具的模腔和沖頭表面形成離子滲氮層，再采用磁控濺射技術在滲氮層表面鍍TiAlN涂層，該方法處理后的模具具有耐高溫、不易磨損等特點，提高了模具抗熱疲勞能力，延長了模具的使用壽命。專利CN 102877070A公開了一種鋼制模具的表面復合處理方法，該方法對經熱處理后的鋼制模具先進行噴丸處理，然后通過離子滲氮技術在模具表面形成離子滲氮層，最后對模具表面再進行離子鍍膜，采用該方法處理后的鋼制模具具有表面硬度高、耐磨性好、鍍膜結合度好，解決了現有傳統模具表面在使用早期容易破壞的技術問題。專利CN 1392285A公開了一種精密葉片熱鍛模具PCVD的等離子體滲鍍復合強化方法，該方法將熱處理后的葉片模具放入PCVD真空爐內進行等離子體滲氮，后采用PCVD沉積TiN或TiCN薄膜，采用該方法處理后的模具表面硬度、涂層與基體附著強度顯著提高。上述幾種方法分別針對不同材料首先進行了等離子體滲氮、然后再以物理所相沉積或化學氣相沉積的方法鍍膜的復合處理，并取得了較好的強化效果。本專利技術專利的特點在于對鋼制齒輪表面的原位、同爐等離子體滲氮、磁控濺射鍍膜的復合處理。這種方法的成勢在于I)提高表面強度的同時，2)實現了兩中工藝的同爐連續完成，避免了二次抽真空及二次加熱，縮短了工藝周期，提高了生產效率，3)減少了工件表面二次污染的機會，4)降低了生產成本。目前，尚未發現針對鋼制齒輪表面的等離子氮化和磁控濺射鍍膜的同爐滲、鍍復合處理的報道。
技術實現思路
本專利技術提供了，能夠提高齒輪表面硬度、耐磨性和膜基結合強度。，其特征是該方法包括如下步驟:一.工件前期處理將調質處理后的齒輪精加工齒形，表面除油拋光后浸入丙酮中超聲波清洗，乙醇脫水后烘干，然后放到非平衡磁控濺射鍍膜機的工件架上；二.抽真空及工件預熱啟動非平衡磁控濺射設備的抽真空系統，待真空室本底真空達到3X 10 3Pa,開啟加熱系統將真空室加熱到100°C -300°C，設定工件架旋轉速度為30-100轉/分鐘，保溫30-120分鐘，去除真空室內殘留氣體；三.等離子體清洗向真空室通入氬氣，真空室壓強控制在0.5-2.0Pa，打開鎢燈絲，燈絲電流10-30A，脈沖偏壓電源對基體加負偏壓，脈沖電源參數為100-300W功率、60KHz頻率、50%占空比，鎢燈絲加直流50-150V偏壓，產生增強等離子體，對工件進行等離子體清洗10-60分鐘；四.等離子氮化處理真空室升溫到400 0C,通入氮氣和氫氣，氮氣流量為70_30sccm，氫氣流量為20-80sccm，腔體壓強控制在2.0Pa,氮化時間90-180分鐘，直流偏壓電源在基體上加負50~100ν 偏壓；五.二次等離子體清洗關閉氮氣和氫氣，降低溫度到300-350 °C，保溫20_30分鐘，重復步驟一次；六.非平衡磁控濺射制備氮化物涂層a.工件二次等離子體清洗后，降低氬氣流量，調節真空室壓強在0.2-1.0Pa,開啟基體直流偏壓25-150V，開啟磁控靶電源；b.在工件表面制備金屬過渡層，靶功率設定為l_5KW，60KHz頻率及50-80%占空比，鍍膜1-10分鐘;c.在金屬過渡層表面制備金屬梯度過渡層，開啟反應氣體，反應氣體氮氣通入量為5-30sccm，繼續鍍膜15-60分鐘；d.在金屬梯度過渡層表面制備氮化物表面層，增加氮氣流量到10_50sccm，繼續鍍膜3-5小時；七.關閉所有電源及氣體，保持真空冷卻2-3小時，打開真空室，取出復合處理后的工件。本專利技術與現有同類技術相比，其顯著的有益效果體現在:本專利技術處理的齒輪表面硬度高、耐磨性好和膜基結合度好，從而延長了齒輪的使用壽命。比傳統齒輪表面處理工藝加工周期短、表面質量好。【具體實施方式】下面結合實施例對本專利技術作進一步的詳細描述。實施例一種38CrMoAl鋼制齒輪的表面復合處理方法，該方法的步驟如下:一.工件前期處理將經840°C淬火，470°C回火的鋼制齒輪(HRC41-45)經表面除油拋光后浸入丙酮中超聲波清洗，乙醇脫水后烘干，然后放到非平衡磁控濺射鍍膜機的工件架上；二.抽真空及工件預熱啟動非平衡磁控濺射設備的抽真空系統，待真空室本底真空達到3X 10 3Pa,開啟加熱系統將真空室加熱到300°C，設定工件架旋轉速度為30轉/分鐘，保溫120分鐘，去除真空室內殘留氣體；三.等離子體清洗向真空室通入氬氣，真空室壓強控制在0.5-2.0Pa，打開鎢燈絲，燈絲電流10-30A，脈沖偏壓電源對基體加負偏壓，脈沖電源參數為100-300W功率、60KHz頻率、50%占空比，鎢燈絲加直流50-150V偏壓，產生增強等離子體，對工件進行等離子體清洗60分鐘；四.等離子氮化處理真空室升溫到400°C，通入氮氣和氫氣，氮氣的流量為70_30sccm，氫氣的流量為80-20sccm，腔體壓強控制在2.0Pa，氮化時間120分鐘，直流偏壓電源在基體上加負80~100ν 偏壓；五.二次等離子體清洗關閉氮氣和氫氣，降低溫度到300-350 °C，保溫20_30分鐘，重復步驟一次；六.非平衡磁控濺射制備氮化物涂層a.工件二次等離子體清洗后，降低氬氣流量，調節真空室壓強在0.4-1.0Pa,開啟基體直流偏壓50-100V，開啟磁控靶電源；b.Ti過渡層:靶功率5KW，占空比80 %，頻率60KHz，溫度350 °C，腔體壓強0.5-0.7Pa, Ar80sccm，沉積時間 20min，膜厚在 0.2-0.4um ；c.TiN 過渡層:革El功率 5-10KW，N210_40sccm，Arl50sccm，沉積時間 40min，膜厚0.6-0.8um ；d.TiN 表層:革巴功率 12-4KW，N248sccm，Arl50sccm，沉積時間 5h，膜厚 5.0um。七.關閉所有電源及氣體，保持真空冷卻2-3小時，打開真空室，取出復合處理后的工件。齒輪的表面處理周期短、硬度高、耐磨性好、膜基結合強度高。【主權項】1.，其特征是該方法包括如下步驟: 一.工件前期處理 將調質處理后的齒輪精加工齒形，表面除油拋光后浸入丙酮中超聲波清洗，乙醇脫水后烘干，然本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鋼制齒輪的表面復合處理方法，其特征是該方法包括如下步驟：一.工件前期處理將調質處理后的齒輪精加工齒形，表面除油拋光后浸入丙酮中超聲波清洗，乙醇脫水后烘干，然后放到非平衡磁控濺射鍍膜機的工件架上；二.抽真空及工件預熱啟動非平衡磁控濺射設備的抽真空系統，待真空室本底真空達到3×10?3Pa，開啟加熱系統將真空室加熱到100℃?300℃，設定工件架旋轉速度為30?100轉/分鐘，保溫30?120分鐘，去除真空室內殘留氣體；三.等離子體清洗向真空室通入氬氣，真空室壓強控制在0.5?2.0Pa，打開鎢燈絲，燈絲電流10?30A，脈沖偏壓電源對基體加負偏壓，脈沖電源參數為100?300W功率、60KHz頻率、50％占空比，鎢燈絲加直流50?150V偏壓，產生增強等離子體，對工件進行等離子體清洗10?60分鐘；四.等離子氮化處理真空室升溫到400℃，通入氮氣和氫氣，氮氣流量為70?30sccm，氫氣流量為20?80sccm，腔體壓強控制在2.0Pa，氮化時間90?180分鐘，直流偏壓電源在基體上加負50?100v偏壓；五.二次等離子體清洗關閉氮氣和氫氣，降低溫度到300?350℃，保溫20?30分鐘，重復步驟一次；六.非平衡磁控濺射制備氮化物涂層a.工件二次等離子體清洗后，降低氬氣流量，調節真空室壓強在0.2?1.0Pa，開啟基體直流偏壓25?150V，開啟磁控靶電源；b.在工件表面制備金屬過渡層，靶功率設定為1?5KW，60KHz頻率及50?80％占空比，鍍膜1?10分鐘；c.在金屬過渡層表面制備金屬梯度過渡層，開啟反應氣體，反應氣體氮氣通入量為5?30sccm，繼續鍍膜15?60分鐘；d.在金屬梯度過渡層表面制備氮化物表面層，增加氮氣流量到10?50sccm，繼續鍍膜3?5小時；七.關閉所有電源及氣體，保持真空冷卻2?3小時，打開真空室，取出復合處理后的工件。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭媛媛，李建偉，吳川，孟見成，吳法宇，周艷文，王復棟，
申請(專利權)人：遼寧科技大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21
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