一种表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮及其处理炉的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮及其处理炉，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、中间梯度层合金化连接，中间梯度层与齿轮基体合金化连接。本发明的齿轮，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；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；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。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。
【专利说明】一种表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮及其处理炉
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种齿轮及其处理炉，尤其是获得表面高硬度、高耐磨性和高韧性的 齿轮及其热处理炉。
[0002]
【背景技术】
[0003] 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 占· 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IOum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。
[0004] 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。
[0005]
【发明内容】
[0006] 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高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮及其处理炉。
[0007] 为了实现上述目的，本专利采用以下技术方案： 一种表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮，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 合金化连接，中间梯度层与齿轮基体合金化连接。
[0008] 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，在工件基体表面形成C、N中间梯度层。
[0009] 进一步的特征是：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，形成〇、他、￥』、11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。
[0010] 表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮的处理炉，包括密封的加热炉炉体，其特征 在于：所述加热炉炉体的中间空腔形成加热炉膛，在加热炉炉体上，设置有测温探头、真空 度检测探头，测温探头、真空度检测探头的端头都通入加热炉膛内，或与加热炉膛连通；在 加热炉炉体上，设置有抽真空泵体，抽真空泵体的管道通入加热炉膛内，将加热炉膛内的气 体强制向外抽，形成真空；在加热炉炉体上，设置有一个或一个以上的中间层组分输入通 道，分别在受控状态下将中间梯度层处理需要的组分各自加入加热炉膛内；在加热炉炉体 上，设置有一个或一个以上的工作层组分输入通道，分别在受控状态下将工作层处理需要 的组分各自加入加热炉膛内。
[0011] 在加热炉膛内设置有罩子，罩子与中间层组分输入通道的管道连接，加入的气体 组分首先进入罩子内。
[0012] 在加热炉膛的底部设置一个工件载物台，待处理齿轮工件放置在工件载物台上。
[0013] 在加热炉炉体上，设置有排水阀、排气阀，都与加热炉膛连通。
[0014] 本发明表面高硬度、高耐磨性、高韧性和高寿命的齿轮及其处理炉，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HV80(T2000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. l~2mm之内（可调)，涂层较厚，获得较高的耐磨性和韧性； 3、 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。
[0015] 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。
[0016]
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明齿轮结构剖视图； 图2是本发明齿轮处理炉结构剖视图。
[0018]
【具体实施方式】
[0019] 本发明的表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮，包括齿轮基体21，在齿轮基体 21表面具有复合涂层，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。
[0020] 本发明在钢制齿轮的表面采用热扩散的方法，使齿轮表面形成一个C、N、Re等元 素热扩渗冶金结合层，把该层作为中间梯度过渡层，然后再在此层上继续热扩渗，强烈碳化 物形成元素 B、V、Cr、Nb、Ti等，使之形成和中间梯度过渡层紧密结合的高硬度耐磨工作 层。故，本发明这种复合涂层由表面的工作层、中间梯度层和基体组成，各层之间均为冶金 结合。
[0021] 由于C，N等原子半径较小的元素在Fe中可以形成间隙固溶体，易于在钢中扩散， 一般情况下，当溶质与溶剂金属的点阵类型相同时，也易取得大的固溶度，如Ti, Nb, V，Cr 等，这些元素和基体钢种的Fe和C形成高强度和高硬度的化合物以增加齿轮表面硬度和耐 磨性。在加热炉中滴入煤油，或者苯、甲醇，同时炉中通氨气，则产生以下化学反应： CH4+NH3 N HCN+3H2 C0+NH3 N HCN+H20 2HCN N H2+2[C]+2[N] 则[C]、[N]活性原子被工件表面吸收，逐渐向内扩散，形成C，N中间梯度层。此层可改 变工艺参数(温度、时间、浓度等）达到预期的要求。
[0022] 然后在高温下提供含Cr、Nb、V、B、Ti等元素的化合物(如氧化物、氯化物等）或 盐，则继续在工件表面扩散，并按菲克第二定律规律进行： 式中：D为扩散系数，cm2/s
【权利要求】
1. 一种表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮，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 层合金化连接，中间梯度层与齿轮基体合金化连接。
2. 根据权利要求1所述的表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮，其特征在于：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，在工件基体表面形成 C、N中间梯度层。
3. 根据权利要求1或2所述的表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮，其特征在于：所 述工作层，是〇、他、￥、8、!1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。
4. 表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮的处理炉，包括密封的加热炉炉体（1)，其特 征在于：所述加热炉炉体（1)的中间空腔形成加热炉膛（2)，在加热炉炉体（1)上，设置有测 温探头（4)、真空度检测探头（5)，测温探头（4)、真空度检测探头（5)的端头都通入加热炉 膛（2)内，或与加热炉膛（2)连通；在加热炉炉体（1)上，设置有抽真空泵体（6)，抽真空泵 体（6)的管道通入加热炉膛（2 )内，将加热炉膛（2)内的气体强制向外抽，形成真空；在加热 炉炉体（1)上，设置有一个或一个以上的中间层组分输入通道（7)，分别在受控状态下将中 间梯度层处理需要的组分各自加入加热炉膛（2)内；在加热炉炉体（1)上，设置有一个或一 个以上的工作层组分输入通道（9)，分别在受控状态下将工作层处理需要的组分各自加入 加热炉膛（2)内。
5. 根据权利要求4所述表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮的处理炉，其特征在于：在加热炉膛（2)内设置有罩子（8)，罩子（8)与中间层组分输入通道（7)的管道连接，加入的 气体组分首先进入罩子（8)内。
6. 根据权利要求4所述表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮的处理炉，其特征在于：在加热炉膛（2)的底部设置一个工件载物台（3)，待处理齿轮工件放置在工件载物台（3) 上。
7. 根据权利要求4一6任一所述表面高硬度、高耐磨性和高韧性的齿轮的处理炉，其特 征在于：在加热炉炉体（1)上，设置有排水阀（10)和排气阀（11 )，都与加热炉膛（2)连通。
【文档编号】B32B15/04GK104372288SQ201410695525
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】胡建军, 孙智富, 侯天凤 申请人:重庆理工大学