本发明涉及齿轮泵领域，更具体地说，它涉及一种高耐磨齿轮。
背景技术：
齿轮泵是容积泵的一种，由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当泵的主动齿轮旋转时，齿轮泵右侧(吸油腔)齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时，轮齿脱开啮合的一侧，由于密封容积变大则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油，这就是齿轮泵的工作原理。
齿轮是齿轮泵的核心零件，工作时齿轮总受压，因而它必须有足够的刚度；由于齿轮在缸体中既做往复运动，又要随缸体一起做旋转运动，除了要求齿轮表面要有耐磨，心部又要有良好的韧性，综合机械性能要求高，如果齿轮耐磨性不够，长期往复运动的磨损会导致配合表面沟痕深度大于配合间隙，引起漏油量大，供油量减少，油压不足，雾化不良，最终导致发动机运转不平衡，油泵零件磨损增加，油耗增加。且齿轮一直工作在油液环境中需要齿轮具有良好的耐腐蚀性。
以往为了实现齿轮良好的性能，多采用渗氮的热处理方法，但是渗氮处理适用于含有Cr、Mo、Al、W、V、Ti等合金元素的钢种，从而限制了选材的范围。同时，渗氮热处理时间长达20多个小时，生产成本高。现有技术中，也有在基体表面激光熔覆耐磨层。激光熔覆技术能使基体表面一薄层熔化并快速凝固形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀等性能，且不影响基体的性能。但是普通的激光熔覆工艺因激光的快速加热和快速凝固而易导致耐磨层分布不均匀，且熔覆层因内部较大拉应力的存在，使得熔覆层产生裂纹，这些都会影响耐磨层的性质呈现。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述缺点，本发明提供一种高耐磨齿轮，通过在齿轮表面激光熔覆，有效提高齿轮的耐腐蚀和耐磨性能，提高齿轮泵的使用寿命。
本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种高耐磨齿轮，所述齿轮是由在齿轮基体表面先喷涂碳化硅颗粒，再在碳化硅颗粒层表面覆盖合金粉末，并通过激光熔覆制得。
本发明的另一个目的可通过下列技术方案来实现：一种高耐磨齿轮制备方法，所述制备方法包括：
S1、熔炼：将合金钢原料加热至800-1000℃，各原料完全熔化扒渣后得钢液，浇注，炉冷至室温得齿轮基体；
S2、激光熔覆：上述齿轮基体经表面处理后，喷涂碳化硅颗粒层，采用同步送粉的方式，在气压为0.01MPa-1MPa的氩气或氦气保护气氛下，将合金粉末在齿轮基体表面进行激光熔覆。
S3、热处理：激光熔覆冷却后，加热至1500-1800℃，保温1-2h，置于冰水中骤冷，随后加热至300-500℃，保温3-5h，冷却后得齿轮。
碳化硅颗粒是提高齿轮耐磨耐蚀的重要成分，但是在普通的激光熔覆中，碳化硅颗粒直接与合金粉末混合，置于基体表面，一起进行激光熔覆，此时因熔覆层和基体之间表面应力的存在，提高了熔覆层开裂的倾向。而在本发明中，碳化硅颗粒先作为独立存在部分，在激光熔覆前喷涂在基体表面，再输送合金粉末激光熔覆。碳化硅颗粒处于基体和熔覆层之间，使得熔覆层部分应力得到缓解和释放，且碳化硅颗粒诱导硬质相在两界面均匀分布，提高耐磨性能，界面均匀分布的硬质相能阻止应力集中，从而减小熔覆层开裂的倾向。在后续的1500-1800℃加热处理中，合金粉末中的各成分与碳化硅形成固溶体，进一步降低熔覆层开裂的可能，提高熔覆层质量。
作为优选，所述齿轮基体按重量百分比包括以下组分：
C：0.8-2.2％，Mn：0.5-1.2％，Ni：0.8-1.5％，Cr：4.2-5.9％，V：0.7-1.3％，Nb：0.2-0.6％，Cu：0.1-0.3％，Hf：0.1-0.5％，余量为Fe。
作为优选，所述喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的3-5％。碳化硅颗粒的含量需要严格控制，含量太多会降低熔覆层的韧性和塑性，太少则对应力的缓解无明显效果。
作为优选，在所述激光熔覆时同时进行纵向磁场处理。
作为优选，纵向磁场强度为3-6T。
在激光熔覆同时加纵向磁场处理，激光熔覆因加热速度快，导致各相分布不均匀，而磁场效应可诱导加快熔覆层中的各相的均匀分布，尤其是促进硬质相均匀沿碳化硅颗粒生长；磁场效应还可以降低熔覆层中的内应力，细化熔覆层晶粒结构改善组织。
作为优选，所述合金粉末按重量份数包括：Fe 40-60份，Cr10-20份，Hf 2-5份，B 5-10份，V 2-5份，Cu 1-5份。
合金材料对激光熔覆质量起很大的作用，不同的材料具有不同的物理性能，如果熔覆材料与基体性质的不同易产生热应力，而热应力是导致熔覆层开裂的重要因素，因此，在选择熔覆材料时，一方面要针对熔覆后所要达到的熔覆层性能进行选择，另一方面还要根据熔覆材料与基体材料物性相近原则选择。V可以细化熔覆层晶粒、增强熔覆层韧性；Cr、Hf与B能形成硬质相，提高熔覆层的硬度。此合金粉末的物理性能，如热膨胀系数与齿轮基体材料的相似，基体和合金之间的热应力有所缓解。综上所述，本发明使用的合金材料配合事先喷涂在基体表面的碳化硅颗粒，对熔覆层的硬度、韧性都有很大的提高。
作为优选，所述合金粉末粒度为200-600目。一般而言，合金粉末的粒度越小，越有利于熔覆层性质的改善，但是过小粒度会增加前期成本。
所述碳化硅颗粒包含60-80％球状碳化硅颗粒和20-40％纤维状碳化硅颗粒，其中纤维状碳化硅，其长度为50-200nm，直径为3-50nm；球状碳化硅颗粒，其直径为10-50nm。球状和纤维状的碳化硅颗粒混合，一方面可以进一步增强熔覆层，提高耐磨性能，另一方面可以有效降低熔覆层与基体之间的热应力，提高熔覆层质量。
作为优选，所述激光输出功率为1500-2000W，扫描速度为5-10mm/s，送粉量为8-20g/min。
激光熔覆工艺参数对激光熔覆层质量具有最直接的影响，使用本发明的工艺参数才能获得质量优异的熔覆层。
与现有技术相比，本发明在激光熔覆前喷涂碳化硅颗粒于齿轮基体表面，结合纵向磁场处理，激光熔覆后再进行后续热处理，降低应力的产生，提高熔覆层质量，制备得到的齿轮就有优异的耐磨和耐腐蚀性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1
本实施例的齿轮基体由以下重量百分比组分组成：C：1.2％，Mn：1.0％，Ni：0.9％，Cr：4.5％，V：0.9％，Nb：0.5％，Cu：0.2％，Hf：0.3％，余量为Fe。
将上述中间合金成分按配比称重，混合成合金钢原料，置于真空熔炼炉中，加热至800℃，各原料完全熔化扒渣后得钢液，浇注，炉冷至室温得齿轮基体；上述齿轮基体经表面去油污之后，喷涂直径为30nm的球状碳化硅颗粒层，采用同步送粉的方式，送粉量为10g/min，在气压为0.7MPa的氩气或氦气保护气氛下，将合金粉末在齿轮坯体表面进行激光熔覆，激光输出功率为1700W，扫描速度为7mm/s，激光熔覆时施加4T的纵向磁场处理。其中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的4％，合金粉末按重量份数包括：Fe50份，Cr 10份，Hf 3份，B 8份，V 5份，Cu 2份，合金粉末粒度为300目。激光熔覆冷却后，加热至1700℃，保温1.5h，置于冰水中骤冷，随后加热至400℃，保温3h，冷却后得齿轮。
实施例2
本实施例的齿轮基体由以下重量百分比组分组成：C：1.2％，Mn：1.0％，Ni：0.9％，Cr：4.5％，V：0.9％，Nb：0.5％，Cu：0.2％，Hf：0.3％，余量为Fe。
将上述中间合金成分按配比称重，混合成合金钢原料，置于真空熔炼炉中，加热至800℃，各原料完全熔化扒渣后得钢液，浇注，炉冷至室温得齿轮基体；上述齿轮基体经表面去油污之后，喷涂碳化硅颗粒层，其中碳化硅颗粒为50％的球状碳化硅颗粒和50％的纤维状碳化硅颗粒，纤维状碳化硅颗粒，其长度为100nm，直径为10nm，球状碳化硅颗粒，其直径为30nm；采用同步送粉的方式，送粉量为10g/min，在气压为0.7MPa的氩气或氦气保护气氛下，将合金粉末在齿轮坯体表面进行激光熔覆，激光输出功率为1700W，扫描速度为7mm/s，激光熔覆时施加4T的纵向磁场处理。其中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的4％，合金粉末按重量份数包括：Fe50份，Cr 10份，Hf 3份，B 8份，V 5份，Cu 2份，合金粉末粒度为300目。激光熔覆冷却后，加热至1700℃，保温1.5h，置于冰水中骤冷，随后加热至400℃，保温3h，冷却后得齿轮。
实施例3
本实施例的齿轮基体由以下重量百分比组分组成：C：1.2％，Mn：1.0％，Ni：0.9％，Cr：4.5％，V：0.9％，Nb：0.5％，Cu：0.2％，Hf：0.3％，余量为Fe。
将上述中间合金成分按配比称重，混合成合金钢原料，置于真空熔炼炉中，加热至800℃，各原料完全熔化扒渣后得钢液，浇注，炉冷至室温得齿轮基体；上述齿轮基体经表面去油污之后，喷涂碳化硅颗粒层，其中碳化硅颗粒为70％的球状碳化硅颗粒和30％的纤维状碳化硅颗粒，纤维状碳化硅颗粒，其长度为100nm，直径为10nm，球状碳化硅颗粒，其直径为30nm；采用同步送粉的方式，送粉量为10g/min，在气压为0.7MPa的氩气或氦气保护气氛下，将合金粉末在齿轮坯体表面进行激光熔覆，激光输出功率为1700W，扫描速度为7mm/s，激光熔覆时施加4T的纵向磁场处理。其中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的4％，合金粉末按重量份数包括：Fe50份，Cr 10份，Hf 3份，B 8份，V 5份，Cu 2份，合金粉末粒度为700目。激光熔覆冷却后，加热至1700℃，保温1.5h，置于冰水中骤冷，随后加热至400℃，保温3h，冷却后得齿轮。
实施例4
本实施例的齿轮基体由以下重量百分比组分组成：C：1.2％，Mn：1.0％，Ni：0.9％，Cr：4.5％，V：0.9％，Nb：0.5％，Cu：0.2％，Hf：0.3％，余量为Fe。
将上述中间合金成分按配比称重，混合成合金钢原料，置于真空熔炼炉中，加热至800℃，各原料完全熔化扒渣后得钢液，浇注，炉冷至室温得齿轮基体；上述齿轮基体经表面去油污之后，喷涂碳化硅颗粒层，其中碳化硅颗粒为70％的球状碳化硅颗粒和30％的纤维状碳化硅颗粒，纤维状碳化硅颗粒，其长度为100nm，直径为10nm，球状碳化硅颗粒，其直径为30nm；采用同步送粉的方式，送粉量为10g/min，在气压为0.7MPa的氩气或氦气保护气氛下，将合金粉末在齿轮坯体表面进行激光熔覆，激光输出功率为1700W，扫描速度为7mm/s，激光熔覆时施加4T的纵向磁场处理。其中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的4％，合金粉末按重量份数包括：Fe50份，Cr 10份，B 8份，V 5份，Cu 2份，合金粉末粒度为300目。激光熔覆冷却后，加热至1700℃，保温1.5h，置于冰水中骤冷，随后加热至400℃，保温3h，冷却后得齿轮。
实施例5
本实施例的齿轮基体由以下重量百分比组分组成：C：1.2％，Mn：1.0％，Ni：0.9％，Cr：4.5％，V：0.9％，Nb：0.5％，Cu：0.2％，余量为Fe。
将上述中间合金成分按配比称重，混合成合金钢原料，置于真空熔炼炉中，加热至800℃，各原料完全熔化扒渣后得钢液，浇注，炉冷至室温得齿轮基体；上述齿轮基体经表面去油污之后，喷涂碳化硅颗粒层，其中碳化硅颗粒为70％的球状碳化硅颗粒和30％的纤维状碳化硅颗粒，纤维状碳化硅颗粒，其长度为100nm，直径为10nm，球状碳化硅颗粒，其直径为30nm；采用同步送粉的方式，送粉量为10g/min，在气压为0.7MPa的氩气或氦气保护气氛下，将合金粉末在齿轮坯体表面进行激光熔覆，激光输出功率为1700W，扫描速度为7mm/s，激光熔覆时施加4T的纵向磁场处理。其中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的4％，合金粉末按重量份数包括：Fe50份，Cr 10份，Hf 3份，B 8份，V 5份，Cu 2份，合金粉末粒度为300目。激光熔覆冷却后，加热至1700℃，保温1.5h，置于冰水中骤冷，随后加热至400℃，保温3h，冷却后得齿轮。
实施例6
本实施例的齿轮基体由以下重量百分比组分组成：C：1.2％，Mn：1.0％，Ni：0.9％，Cr：4.5％，V：0.9％，Nb：0.5％，Cu：0.2％，Hf：0.3％，余量为Fe。
将上述中间合金成分按配比称重，混合成合金钢原料，置于真空熔炼炉中，加热至800℃，各原料完全熔化扒渣后得钢液，浇注，炉冷至室温得齿轮基体；上述齿轮基体经表面去油污之后，喷涂碳化硅颗粒层，其中碳化硅颗粒为70％的球状碳化硅颗粒和30％的纤维状碳化硅颗粒，纤维状碳化硅颗粒，其长度为100nm，直径为10nm，球状碳化硅颗粒，其直径为30nm；采用同步送粉的方式，送粉量为22g/min，在气压为0.7MPa的氩气或氦气保护气氛下，将合金粉末在齿轮坯体表面进行激光熔覆，激光输出功率为1700W，扫描速度为7mm/s，激光熔覆时施加4T的纵向磁场处理。其中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的4％，合金粉末按重量份数包括：Fe50份，Cr 10份，Hf 3份，B 8份，V 5份，Cu 2份，合金粉末粒度为300目。激光熔覆冷却后，加热至1700℃，保温1.5h，置于冰水中骤冷，随后加热至400℃，保温3h，冷却后得齿轮。
实施例7
本实施例的齿轮基体由以下重量百分比组分组成：C：1.2％，Mn：1.0％，Ni：0.9％，Cr：4.5％，V：0.9％，Nb：0.5％，Cu：0.2％，Hf：0.3％，余量为Fe。
将上述中间合金成分按配比称重，混合成合金钢原料，置于真空熔炼炉中，加热至800℃，各原料完全熔化扒渣后得钢液，浇注，炉冷至室温得齿轮基体；上述齿轮基体经表面去油污之后，喷涂碳化硅颗粒层，其中碳化硅颗粒为70％的球状碳化硅颗粒和30％的纤维状碳化硅颗粒，纤维状碳化硅颗粒，其长度为100nm，直径为10nm，球状碳化硅颗粒，其直径为30nm；采用同步送粉的方式，送粉量为10g/min，在气压为0.7MPa的氩气或氦气保护气氛下，将合金粉末在齿轮坯体表面进行激光熔覆，激光输出功率为1700W，扫描速度为7mm/s，激光熔覆时施加4T的纵向磁场处理。其中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的4％，合金粉末按重量份数包括：Fe50份，Cr 10份，Hf 3份，B 8份，V 5份，Cu 2份，合金粉末粒度为300目。激光熔覆冷却后，加热至1700℃，保温1.5h，置于冰水中骤冷，随后加热至400℃，保温3h，冷却后得齿轮。
实施例8
本实施例的齿轮基体由以下重量百分比组分组成：C：2.2％，Mn：1.2％，Ni：1.2％，Cr：4.8％，V：1.2％，Nb：0.2％，Cu：0.1％，Hf：0.2％，余量为Fe。
将上述中间合金成分按配比称重，混合成合金钢原料，置于真空熔炼炉中，加热至900℃，各原料完全熔化扒渣后得钢液，浇注，炉冷至室温得齿轮基体；上述齿轮基体经表面去油污之后，喷涂碳化硅颗粒层，其中碳化硅颗粒为80％的球状碳化硅颗粒和20％的纤维状碳化硅颗粒，纤维状碳化硅颗粒，其长度为150nm，直径为30nm，球状碳化硅颗粒，其直径为20nm；采用同步送粉的方式，送粉量为13g/min，在气压为0.9MPa的氩气或氦气保护气氛下，将合金粉末在齿轮坯体表面进行激光熔覆，激光输出功率为1800W，扫描速度为9mm/s，激光熔覆时施加6T的纵向磁场处理。其中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的5％，合金粉末按重量份数包括：Fe 60份，Cr 15份，Hf 5份，B 6份，V 3份，Cu 3份，合金粉末粒度为500目。激光熔覆冷却后，加热至1800℃，保温1h，置于冰水中骤冷，随后加热至300℃，保温4h，冷却后得齿轮。
对比例1
对比例1与实施例7的区别在于，对比例1中没有喷涂碳化硅颗粒层，其它与实施例7相同。
对比例2
对比例2与实施例7的区别在于，对比例2中没有喷涂碳化硅颗粒层，碳化硅颗粒与合金粉末混合送粉，其它与实施例7相同。
对比例3
对比例3与实施例7的区别在于，对比例3中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的2％，其它与实施例7相同。
对比例4
对比例4与实施例7的区别在于，对比例4中喷涂的碳化硅颗粒的重量为合金粉末的8％，其它与实施例7相同。
对比例5
对比例5与实施例7的区别在于，对比例5中没有进行磁场处理，其它与实施例7相同。
对比例6
对比例6与实施例7的区别在于，对比例6中磁场强度为7T，其它与实施例7相同。
对比例7
对比例7与实施例7的区别在于，对比例7中磁场强度为1T，其它与实施例7相同。
对比例8
对比例8与实施例7的区别在于，对比例8激光熔覆后没有进行热处理，其它与实施例7相同。
对比例9
对比例9与实施例7的区别在于，对比例9激光熔覆后的热处理为：激光熔覆冷却后，加热至1200℃，保温1.5h，置于冰水中骤冷，随后加热至400℃，保温3h，冷却后得齿轮。其它与实施例7相同。
对实施例1-8以及对比例1-9制备的齿轮进行硬度、耐磨性、拉伸强度、冲击韧性的测量，采用MS-T3000摩擦磨损试验仪在室温条件下测试耐磨性能，磨损体积为5h后的数值。结果如表1所示。
表1实施例1-8及对比例1-9齿轮的性能参数
实施例7、8作为本发明的最优实施例，具有最佳的性能，而对比例1-9因必须成分或步骤的缺失，如对比例1没有碳化硅颗粒，对比例5没有加磁场，等等，其性能参数远低于实施例7。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。