[发明专利]一种自润滑齿轮及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自润滑齿轮及其制备方法，所述自润滑齿轮包括轴承基体、微织构和复合涂层，所述微织构和复合涂层涂覆在所述轴承基体的表面；所述复合涂层包括第一涂层和第二涂层，所述第一涂层和第二涂层交替叠加；所述第一涂层为ZrZnMoN层，所述第二涂层为TiAgVC层。微织构采用激光加工制备，涂层采用多弧离子镀+中频磁控溅射共沉积的方法制备。该齿轮在工作温度较高时，ZrZnMoN涂层、TiAgVC涂层与空气中氧气会发生反应，生成具有高温润滑作用的ZnMoO₄和Ag₃VO₄化合物，从而能够起到润滑作用，同时，微织构能够收集磨屑、存储润滑剂，微织构与自润滑涂层结合，可有效减小齿面摩擦磨损，提高齿轮寿命。

技术领域

本发明属于齿轮制造技术领域，特别涉及了一种自润滑齿轮及其制备方法。

背景技术

齿轮传动过程中，齿面间存在较大摩擦磨损，产生高的热量，如果单位时间内齿轮生热远大于散热，使得齿轮的温度越来越高，极易导致齿轮因温度过高而失效。因此，通过润滑降低齿面摩擦磨损，对于提高齿轮寿命有重要意义。自润滑齿轮无需润滑油及其复杂的润滑系统，能够在工作表面形成润滑膜，实现齿轮工作过程中的润滑作用，从而减小摩擦磨损及热量产生。

中国专利“申请号：201711395397.9”报道了一种带有微织构的自润滑齿轮，齿轮表面加工出微织构并填充润滑介质，在摩擦高温下软化形成润滑膜，从而实现齿轮摩擦区域持续的自润滑功效。中国专利“申请号：201710086850.1”报道了一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，基于仿生学在齿轮表面加工出蜂窝状沟槽和条形沟槽，通过在仿生沟槽中填充固体润滑剂，实现齿轮啮合的自润滑功效。中国专利“申请号：201810145366.6”报道了一种多材料复合自润滑齿轮，通过3D打印技术在齿轮基体表面制备出自润滑涂层，从而实现齿轮本身的自润滑功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种自润滑齿轮及其制备方法，该齿轮在高温环境下能够在表面生成润滑膜，实现齿轮工作过程中的自润滑功效，从而减小齿面摩擦磨损，提高齿轮寿命。

为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种自润滑齿轮，包括轴承基体、微织构和复合涂层，所述微织构和复合涂层涂覆在所述轴承基体的表面；所述复合涂层包括第一涂层和第二涂层，所述第一涂层和第二涂层交替叠加；所述第一涂层为ZrZnMoN层，所述第二涂层为TiAgVC层。

优选的，所述复合涂层至少含有5层ZrZnMoN层和5层TiAgVC层，第一涂层和第二涂层的单层厚度均小于等于200nm。

优选的，所述第一涂层中，Zr元素原子百分比为30-50％，Zn元素原子百分比为10-20％，Mo元素原子百分比为10-20％，N元素原子百分比为20-35％，所述Zr、Zn、Mo、N元素原子百分比之和为100％。

优选的，所述第二涂层中，Ti元素原子百分比为20-30％，Ag元素原子百分比为15-25％，V元素原子百分比为10-20％，C元素原子百分比为30-40％，所述Ti、Ag、V、C元素原子百分比之和为100％。

优选的，所述齿轮基体材料为碳钢或铸铁。

另一方面，本发明实施例提供一种制备自润滑齿轮的制备方法，包括：

步骤1、采用激光加工制备微织构；

步骤2、采用多弧离子镀+中频磁控溅射共沉积的方法制备复合涂层。

优选的，所述采用激光加工制备微织构，具体制备方法包括以下步骤：

步骤1、前处理：将齿轮基体研磨抛光，并依次放入酒精和丙酮中超声清洗各20-30min，去除表面油渍污染物；

步骤2、加工微织构：采用纳秒激光在齿轮基体表面加工出微织构，微织构宽度为10-100μm，微织构深度为10-200μm。