[发明专利]表面具有多元共渗梯度涂层的齿轮及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮制造方法，尤其是获得高硬度、高耐磨性、高韧性和高寿命的表面具有多元共渗梯度涂层的齿轮及其制作方法。

 

背景技术

众所周知，目前国内外多利用低碳或中碳合金钢制造齿轮，在齿轮成形加工之后多用表面化学热处理，如表面改性处理技术及表面感应加热等热处理方法，如：表面渗C，氮化，C、N共渗，离子氮化及PVD，CVD，PCVD，TD，齿轮表面抛丸等技术，以及激光、离子注入、等离子处理、电子束分子外延等表面处理方法。但至目前为止，上述各种方法存在以下缺点：

①常规扩渗方法虽然可以达到理想的涂层厚度和结合力，但普遍硬度偏低，为HR60左右；

②而近年诞生的其他方法，获得的涂层太薄，普遍在10um以下，而且涂层与基体结合力和耐磨性很差；

③由于设备较高精度和较高真空度限制，很难用于大批量生产，特别是尺寸大的工件则所需设备异常庞大，否则不能满足工程需要。

故，现有技术的处理方法，不能获得表面高硬度、高耐磨性、高韧性和高寿命的齿轮，不能满足市场和用户的需要。

 

发明内容

本发明针对现有技术不能获得表面高硬度、高耐磨性、高韧性和高寿命的齿轮的不足，其目的在于提供一种表面具有多元共渗梯度涂层的齿轮及其制作方法及其制造方法。

为了实现上述目的，本专利采用以下技术方案：

一种表面具有多元共渗梯度涂层的齿轮，包括齿轮基体，其特征在于，在齿轮基体表面设置有复合涂层，所述复合涂层由工作层、中间梯度层连接构成，工作层、中间梯度层之间合金化连接，中间梯度层与齿轮基体合金化连接。

进一步的特征是：所述中间梯度层，是[C]、[N]活性原子被工件基体表面吸收，逐渐向内扩散，工件基体表面形成C、N中间梯度层。

、所述工作层，是Cr、Nb、V、B、Ti元素的一种、两种、或三种、四种或五种，各自的化合物或盐，在一定温度下分解，形成Cr、Nb、V、B、Ti的离子或分子；这些离子或分子和基体钢种的Fe和C形成高强度和高硬度的工作层。

表面具有多元共渗梯度涂层的齿轮的制造方法，包括如下步骤：

1）将待处理的齿轮工件放在密闭的真空炉炉膛内，抽真空并加热，加热范围为室温~1100℃；

2）向炉膛内通入氨气，并加入煤油、苯、甲醇其中一种或任意两种；根据工艺要求的C、N浓度，保温一段时间，以获得含C、N的中间梯度层；

3）向炉膛内通入含Cr、Nb、V、B、Ti元素的一种、两种、三种、四种或五种，这些元素组分各自之间按照工艺要求的浓度；达到工艺要求后，取出工件；向炉膛内加入含Cr、Nb、V、B、Ti元素的化合物或盐，在一定温度下分解，分别形成Cr、Nb、V、B、Ti的离子或分子；这些元素的离子或分子和基体钢种的Fe和C形成高硬度耐磨工作层；

4）按照工艺要求，对工件进行热处理，即得到齿轮工件。

本发明表面具有多元共渗梯度涂层的齿轮及其制作方法，相对于现有技术，具有如下特点：

本发明的齿轮采用传统的常规齿轮制造材料和成形加工方法，采用新型的电真空复合表面热处理扩渗强化技术：

1、使齿轮表面层硬度在HV800~2000之间（可按要求控制硬度的精度在±5%之内），获得较高的硬度；

2、涂层厚度在0.1~2mm之内（可调），涂层较厚，获得较高的耐磨性和韧性；

3、具有多组分共渗的涂层，涂层较厚，增强了缓冲能力，齿轮寿命大幅度提高，在现有基础上提高一倍以上。

4、制造方法简单，容易操作；而且制造效率较高，满足批量生产的需要。

 

附图说明

图1 是本发明齿轮结构剖视图；

图2 是硬度从涂层表面到芯部的变化曲线图；

图3 是本发明齿轮处理炉结构剖视图。

 

具体实施方式

本发明的表面具有多元共渗梯度涂层的齿轮，包括齿轮基体21，在齿轮基体21表面设置有复合涂层，复合涂层由工作层23、中间梯度层22连接构成，工作层23、中间梯度层22之间合金化连接，中间梯度层22与齿轮基体21合金化连接。