CN106544617A - 一种低速重载齿轮表面涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低速重载齿轮表面涂层及其制备方法，涂层包括多壁氮化硼纳米管和镍基复合金属粉末，先称取一定量的多壁氮化硼纳米管与镍基复合金属粉末混合，然后以此混合粉末作为等离子喷涂喂料，通过等离子喷涂技术在齿轮上制备出多壁氮化硼纳米管增强镍基合金涂层，最后利用热等静压法对所制备涂层进行致密化处理。通过该方法获得的齿轮涂层，具有优良的结合性能，韧性，耐磨性，耐腐蚀性以及抗疲劳性，从而可以显著提高重载齿轮的服役寿命。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮表面处理领域，具体是一种低速重载齿轮表面涂层及其制备方法。
背景技术
齿轮是现代高端制造装备中传动动力、改变运动方向和速率的关键部件之一，也是易损耗件。齿轮的性能直接制约着传动系统的使用寿命和生产安全性。齿轮在传动啮合时承受周期性的冲击载荷、弯曲应力、接触应力和摩擦力等多种综合作用力，其损伤形式主要包括轮齿断裂、齿面接触疲劳点蚀、齿面胶合磨损、齿面磨粒磨损和齿面塑性流动。日本机械学会和重庆大学的机械行业调研发现，因齿轮点蚀和磨损等表面损伤而造成的齿轮失效数量占所调查样本的74%，极少出现轮齿断裂现象。因此，强化齿轮的表面性能成为提高齿轮传动副的可靠性和延长其使用寿命的主要途径。为了达到这一要求，必须对齿轮进行表面强化处理。常用的齿轮表面强化处理技术主要包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。该类表面处理技术具有工艺简单和成本低廉等优点，但对于高性能要求的齿轮，如低速重载用途齿轮，上述传统表面处理技术尚难以满足其要求。因此针对上述技术问题，有必要提供一种新的低速重载齿轮表面涂层的制备方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种低速重载齿轮表面涂层及其制备方法，该涂层具有优异的结合性能，韧性、耐磨性、耐腐蚀性以及抗疲劳性。从而可以显著提高重载齿轮的服役寿命。
本发明提供的涂层包括多壁氮化硼纳米管和镍基复合金属粉末，其中，多壁氮化硼纳米管质量百分比为1~3%，其余为镍基复合金属粉末，所述的镍基复合金属粉末包括如下质量百分比的组份，60%~65%Ni，0.002%~ 0.048%C，0.015%~0.06%Si，0.3%~1.0%Mn，10%~14.5%Cr，15.5%~17.0%Mo，4.0%~5.0%Fe，1.5%~2.5%Co，3.0%~ 4.5%W，其余为V。
进一步改进，所述的镍基复合金属粉末粒度为40~60微米。
本发明还提供了一种低速重载齿轮表面涂层的其制备方法，包括以下步骤：
1）称取多壁氮化硼纳米管和镍基复合金属粉末，其中多壁氮化硼纳米管质量百分比为1~3%；
2）将称量好的多壁氮化硼纳米管进行超声分散；
3）将超声分散后的多壁氮化硼纳米管与镍基复合金属粉末充分混合；
4）将步骤3）中混合后的粉末作为等离子喷涂的喂料，进行等离子喷涂获得多壁氮化硼纳米管增强镍基合金涂层；
5）对制备出的涂层进行热等静压处理。
进一步改进，步骤3所述的充分混合过程通过行星式球磨机进行，球磨时使用的罐体为陶瓷罐，球磨介质小球为玛瑙球，球料比采用2:1，球磨罐的转速设定为300r/min，正反双向交替运行，球磨机转盘的转速约为球磨罐转速的1/2，正反向每隔2小时交替运行，总计运行8小时停止球磨机运行，球罐取下需放置一天，再取样，让球磨后所得的粉末有一个弛豫过程。
进一步改进，步骤4）所述的等离子喷涂的工艺参数为，工作电压45V、工作电流400-600A、喷涂距离100-120mm、主气Ar压力0.7-0.9MPa、辅气H2压力0.6-0.8Mpa、载气N2压力0.6-0.8Mpa、送粉速度40g/min。
进一步改进，步骤4）所述的多壁氮化硼纳米管增强镍基合金涂层厚度为0.5~0.8mm。
进一步改进，步骤5）所述的热等静压处理工艺为，温度1050°C、压力10MPa、保压时间60min。
本发明有益效果在于：本发明制备的多壁氮化硼纳米管增强镍基合金涂层具有优异的结合性能，韧性，耐磨性等，可以使用在低速重载齿轮表面，提高齿轮在重载等苛刻条件下的服役寿命。而且制备简便，原料易得，值得推广到除了低速重载齿轮外，其他需要材料具备耐磨耐腐蚀的领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例一
按照1%质量百分比称取适量的多壁氮化硼纳米管，并在无水乙醇中超声分散30min；
将分散后的粉末加入镍基复合金属粉末内充分混合，所述镍基复合金属粉末各金属含量为：65%Ni，0.04%C，0.06%Si，0.6%Mn，10%Cr，15.5%Mo，4.0%Fe，1.5%Co，3.0%W，0.3%V；
对基体表面进行去油清洗，然后进行等离子喷涂；等离子喷涂参数为：工作电压45V、工作电流600A、喷涂距离100mm、主气Ar压力0.9MPa、辅气H2压力0.8Mpa、载气N2压力0.8Mpa、送粉速度40g/min；
将获得的涂层进行热等静压致密化处理：温度1050°C、压力为10MPa、保压时间为60min，即得到厚度为0.5mm多壁氮化硼纳米管增强镍基合金涂层。
实施例二
按照3%质量百分比称取适量的多壁氮化硼纳米管，并在无水乙醇中超声分散30min；
将分散后的粉末加入镍基复合金属粉末内充分混合，所述镍基复合金属粉末各金属含量为：65%Ni，0.04%C，0.06%Si，0.6%Mn，10%Cr，15.5%Mo，4.0%Fe，1.5%Co，3.0%W，0.3%V；
对基体表面进行去油清洗；然后进行等离子喷涂；等离子喷涂参数为：工作电压45V、工作电流600A、喷涂距离110mm、主气Ar压力0.9MPa、辅气H2压力0.8Mpa、载气N2压力0.8Mpa、送粉速度40g/min；
将获得的涂层进行热等静压致密化处理：温度1050°C、压力为10MPa、保压时间为60min，即得到厚度为0.5mm多壁氮化硼纳米管增强镍基合金涂层。
实施例三
按照2%质量百分比称取适量的多壁氮化硼纳米管，并在无水乙醇中超声分散30min；
将分散后的粉末加入镍基复合金属粉末内充分混合，所述镍基复合金属粉末各金属含量为：60%Ni，0.04%C，0.06%Si，0.6%Mn，13%Cr，16.5%Mo，4.0%Fe，1.5%Co，4.0%W，0.3%V；
对基体表面进行去油清洗，然后进行等离子喷涂；等离子喷涂参数为：工作电压45V、工作电流600A、喷涂距离110mm、主气Ar压力0.9MPa、辅气H2压力0.8Mpa、载气N2压力0.8Mpa、送粉速度40g/min；
将获得的涂层进行热等静压致密化处理：温度1050°C、压力为10MPa、保压时间为60min，即得到厚度为0.8mm多壁氮化硼纳米管增强镍基合金涂层。
表1为渗碳件与涂层的磨损量，从表1中可得，本发明所制备的涂层相比渗碳件具有优异的耐磨损性能。其耐磨量为渗碳件的1/8左右，耐磨损性能较渗碳件提高了7倍左右。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种低速重载齿轮表面涂层，其特征在于：包括多壁氮化硼纳米管和镍基复合金属粉末，其中，多壁氮化硼纳米管质量百分比为1~3%，其余为镍基复合金属粉末，所述的镍基复合金属粉末包括如下质量百分比的组份，60%~65%Ni，0.002%~ 0.048%C，0.015%~0.06%Si，0.3%~1.0%Mn，10%~14.5%Cr，15.5%~17.0%Mo，4.0%~5.0%Fe，1.5%~2.5%Co，3.0%~ 4.5%W，其余为V。
2.根据权利要求1所述的低速重载齿轮表面涂层，其特征在于：所述的镍基复合金属粉末粒度为40~60微米。
3.一种低速重载齿轮表面涂层的其制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）称取多壁氮化硼纳米管和镍基复合金属粉末，其中多壁氮化硼纳米管质量百分比为1~3%；
2）将称量好的多壁氮化硼纳米管进行超声分散；
3）将超声分散后的多壁氮化硼纳米管与镍基复合金属粉末充分混合；
4）将步骤3）中混合后的粉末作为等离子喷涂的喂料，进行等离子喷涂获得多壁氮化硼纳米管增强镍基合金涂层；
5）对制备出的涂层进行热等静压处理。
4.根据权利要求3所述的低速重载齿轮表面涂层的其制备方法，其特征在于：步骤3所述的充分混合过程通过行星式球磨机进行，球磨时使用的罐体为陶瓷罐，球磨介质小球为玛瑙球，球料比采用2:1，球磨罐的转速设定为300r/min，正反双向交替运行，球磨机转盘的转速约为球磨罐转速的1/2，正反向每隔2小时交替运行，总计运行8小时停止球磨机运行，球罐取下需放置一天，再取样。
5.根据权利要求3所述的低速重载齿轮表面涂层的其制备方法，其特征在于：步骤4）所述的等离子喷涂的工艺参数为，工作电压45V、工作电流400-600A、喷涂距离100-120mm、主气Ar压力0.7-0.9MPa、辅气H2压力0.6-0.8Mpa、载气N2压力0.6-0.8Mpa、送粉速度40g/min。
6.根据权利要求3所述的低速重载齿轮表面涂层的其制备方法，其特征在于：步骤4）所述的多壁氮化硼纳米管增强镍基合金涂层厚度为0.5~0.8mm。
7.根据权利要求3所述的低速重载齿轮表面涂层的其制备方法，其特征在于：步骤5）所述的热等静压处理工艺为，温度1050°C、压力10MPa、保压时间60min。
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