一种重载齿轮表面纳米涂层及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种重载齿轮表面纳米涂层及其制备方法，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。
【专利说明】
一种重载齿轮表面纳米涂层及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及齿轮表面处理领域，具体是一种重载齿轮表面纳米涂层及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 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 的重载齿轮表面纳米涂层的制备方法，以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种重载齿轮表面纳米涂层及其制备方 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。
[0004] 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2-4%，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，0.001%-0.048%C，0.015%-0.06%Si，0.3%-0.9% 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。
[0005] 所述的镍基复合金属粉末粒度为30-50微米。
[0006] 本发明还提供了一种重载齿轮表面纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0007] 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2-4 % ;
[0008] 2)将称量好的多壁氮化硼纳米管在无水乙醇中超声分散30min;
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 5)对制备出的涂层进行热等静压处理。
[0012] 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400r/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。
[0013] 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。
[0014] 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〇
[0015] 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lOMPa、保压时 间60min。
[0016] 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】
[0017] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0018] 实施例一
[0019] 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；
[0020] 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%附，0.04%(：，0.06%51，0.6%]\111，10%0，15.5%]\1〇,4.0%卩6，1.5%(：〇， 3.0%ff,0.3%V；
[0021 ]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N 2压力 0 · 8Mpa、送粉速度 40g/min;
[0022] 将获得的涂层进行热等静压致密化处理:温度1050°C、压力为lOMPa、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。
[0023] 实施例二
[0024]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；
[0025] 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%附，0.04%(：，0.06%51，0.6%]\111，10%0，15.5%]\1〇,4.0%卩6，1.5%(：〇， 3.0%ff,0.3%V；
[0026] 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H 2压力0·8Mpa、载气N2压力 0 · 8Mpa、送粉速度 40g/min;
[0027] 将获得的涂层进行热等静压致密化处理:温度1050°C、压力为lOMPa、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。
[0028] 实施例三
[0029]按照4%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；
[0030] 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%附，0.04%(：，0.06%51，0.6%]\111，13%0，16.5%]\1〇,4.0%卩6，1.5%(：〇， 4.0%ff,0.3%V；
[0031] 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H 2压力0·8Mpa、载气N2压力 0 · 8Mpa、送粉速度 40g/min;
[0032] 将获得的涂层进行热等静压致密化处理:温度1050°C、压力为lOMPa、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。
[0033] 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。
[0036]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。
【主权项】
1. 一种重载齿轮表面纳米涂层，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2-4%，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，0.001%- 0.048%C，0.015%-0.06% Si，0·3%-0·9%Mn，10%-14·5%Cr，15·5%-17·0%M〇，4·0%-5·0%Fe，1·5%-2·5%Co，3·0%- 4·5%W， 其余为V;所述的镍基复合金属粉末粒度为30-50微米。2. 如权利要求1所述重载齿轮表面纳米涂层的制备方法，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 2-4%； 2) 将称量好的多壁氮化硼纳米管在无水乙醇中超声分散30min; 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。3. 根据权利要求2所述的重载齿轮表面纳米涂层的制备方法，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400r/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。4. 根据权利要求2述的重载齿轮表面纳米涂层的其制备方法，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。5. 根据权利要求2述的重载齿轮表面纳米涂层的其制备方法，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〇. 5-0.8mm;步骤5)所述的热等静压处理工 艺为，温度1050°C、压力lOMPa、保压时间60min。
【文档编号】C23C4/134GK106086748SQ201610581759
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月21日 公开号201610581759.2, CN 106086748 A, CN 106086748A, CN 201610581759, CN-A-106086748, CN106086748 A, CN106086748A, CN201610581759, CN201610581759.2
【发明人】陈小华
【申请人】陈小华