一种齿轮表面固体润滑涂层的化学制备装置及方法与流程

本发明属于齿轮加工技术领域，尤其涉及一种齿轮表面固体润滑涂层的化学制备装置及方法。

背景技术：

齿轮传动作为现代机械领域中最重要的传动方式之一，具有传动效率高、功率大、精度稳定、适用速度范围广等优点，广泛应用于航天、航空、航海、汽车等领域。然而齿轮常因接触表面的摩擦磨损失效而无法继续工作，提高齿轮及齿轮材料表面摩擦磨损性能尤为重要。提高齿轮材料耐磨性的方法之一是引入润滑介质，但在某些特殊工况（如：高温、高压、高真空等）下，传统的润滑油（脂）并不能有效的满足工作要求。固体润滑材料有很好的摩擦学特性、较好的承载性、宽温性、时效性、耐腐蚀性，它的出现能克服液体润滑的一些不足而满足机械零件在苛刻条件下的润滑要求，具有广阔的应用前景。

在生产中，人们发现在钢铁材料表面有硫元素或在润滑油中添加硫的化合物会显著改善工件的咬死和擦伤性，通过渗硫获得固体润滑涂层，可达到改善工件或齿轮材料表面摩擦磨损性能的作用。当前的渗硫方法主要有：低温离子渗硫、低温电解渗硫、热喷涂法和溶胶一凝胶法等，有实验研究证明以上方法均能获得具有良好摩擦磨损性能的固体润滑涂层。但制备技术均存在一些缺点，比如电解渗硫盐浴含有有毒物质、盐浴易老化，离子渗硫成本相对较高，而且受炉体尺寸所限，应用受到限制。针对目前渗硫技术存在的问题，发展无毒、低成本、污染小、工艺简便的化学渗硫技术是当前需要解决的问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种齿轮表面固体润滑涂层的化学制备装置，以改善现有技术存在的环境污染、成本较高等问题，并在齿轮表面获得具有良好摩擦磨损性能的固体润滑涂层。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种齿轮表面固体润滑涂层的化学制备装置，包括密封腔体，所述密封腔体内部设有反应容器，所述反应容器内设有工作台，所述工作台台面呈网状，待处理的齿轮平放在所述工作台台面上，所述密封腔体上还设置有搅拌装置、进料装置和测温元件，所述搅拌装置的搅拌头伸入反应容器中用于搅拌反应容器中的化学渗硫溶液，搅拌装置的手柄位于密封腔体外，所述进料装置的出料口伸入反应容器内，进料装置的进料口位于密封腔体外，所述测温元件的测温端伸入反应容器内，测温元件的显示端位于密封腔体外，所述反应容器底部连接出料装置，出料装置的出料口位于密封腔体外，在所述密封腔体外壁上还绕设有若干感应加热线圈用于对反应容器加热。

这样的，通过设置密封腔体，并在密封腔体内设置反应容器，减小了反应溶液中还原性成分与氧气反应的可能和程度，保证反应可有效的进行，以获得质量良好的固体润滑涂层，而在反应容器中设置工作台，工作台台面呈网状，能够增强放置在工作台上的齿轮与渗硫溶液的接触面积，使得齿轮表面完全浸泡在渗硫溶液中，并通过设置搅拌装置搅拌反应溶液，使得反应更加均匀，效率更高，在密封腔体外壁设置加热感应线圈，利用感应加热，可迅速使得反应容器内的渗硫溶液达到反应温度，节约工时。

作为优化，所述密封腔体包括底座、顶盖和侧围，所述侧围的顶端和底端分别与顶盖底端和底座顶端抵接并合围形成中空的柱状密封腔体。

这样的，密封腔体通过由底座、顶盖和侧围合围形成，方便打开将反应容器放入密封腔体内部。

作为优化，所述搅拌装置的手柄连接搅拌轴，搅拌轴竖直穿过顶盖并伸入反应容器内部与搅拌头连接，所述搅拌头为框架结构，整体呈田字形。

这样的，搅拌头为框架结构，且呈田字形，可以提高搅拌能力，使得渗硫溶液被搅拌的更加充分。

作为优化，所述进料装置包括位于顶盖外的进料斗，所述进料斗底端连接进料管，进料管竖直穿过顶盖并伸入反应容器内部，进料管上设有进料阀门。

作为优化，所述出料装置包括出料斗，所述出料斗嵌入反应容器底端中心，出料斗底端连接出料管，出料管竖直穿过底座并连接废料收集装置，出料管上设有出料阀门。

本发明还提供了一种齿轮表面固体润滑涂层的化学制备方法，采用所述的齿轮表面固体润滑涂层的化学制备装置进行制备，包括以下步骤：

（1）、将待处理的齿轮平放在反应容器内的工作台面上，盖上顶盖使得密封腔体密闭；

（2）、关闭出料阀门，打开进料阀门，通过进料斗将化学渗硫溶液添加至反应容器中，使得化学渗硫溶液淹没待处理齿轮；

（3）、通过搅拌装置对反应容器内的化学渗硫溶液搅拌，并对感应加热线圈通电，使其加热反应容器，使得化学渗硫溶液达到反应温度，齿轮在化学渗硫溶液中进行化学渗硫处理，并利用测温元件同步测量和记录反应容器内的反应温度；

（4）、当步骤（3）中反应温度达到设定温度后，利用计时器开始计时，记录反应时间；

（5）、当步骤（4）中反应时间达到设定时长后，关闭感应加热线圈，停止加热，通过出料装置将反应后的化学渗硫溶液排出，打开顶盖，并取出处理完成的齿轮，齿轮表面经过化学渗硫处理形成润滑涂层。

这样的，利用上述制备装置，通过本制备方法，可制得环境污染小，经济成本低的齿轮表面固体润滑涂层，特别适用于高校实验室。

附图说明

图1是本发明实施例中制备装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：参见图1，一种齿轮表面固体润滑涂层的化学制备装置，包括密封腔体，所述密封腔体内部设有反应容器1，所述反应容器1内设有工作台2，所述工作台2台面呈网状，待处理的齿轮平放在所述工作台台面上，所述密封腔体上还设置有搅拌装置3、进料装置4和测温元件5，所述搅拌装置3的搅拌头伸入反应容器中用于搅拌反应容器中的化学渗硫溶液，搅拌装置的手柄位于密封腔体外，所述进料装置4的出料口伸入反应容器内，进料装置的进料口位于密封腔体外，所述测温元件5的测温端伸入反应容器内，测温元件的显示端位于密封腔体外，所述反应容器底部连接出料装置6，出料装置的出料口位于密封腔体外，在所述密封腔体外壁上还绕设有若干感应加热线圈7用于对反应容器加热。

这样的，通过设置密封腔体，并在密封腔体内设置反应容器，减小了反应溶液中还原性成分与氧气反应的可能和程度，保证反应可有效的进行，以获得质量良好的固体润滑涂层，而在反应容器中设置工作台，工作台台面呈网状，能够增强放置在工作台上的齿轮与渗硫溶液的接触面积，使得齿轮表面完全浸泡在渗硫溶液中，并通过设置搅拌装置搅拌反应溶液，使得反应更加均匀，效率更高，在密封腔体外壁设置加热感应线圈，利用感应加热，可迅速使得反应容器内的渗硫溶液达到反应温度，节约工时。

实施时，所述密封腔体包括底座8、顶盖9和侧围10，所述侧围的顶端和底端分别与顶盖底端和底座顶端抵接并合围形成中空的柱状密封腔体。

这样的，密封腔体通过由底座、顶盖和侧围合围形成，方便打开将反应容器放入密封腔体内部。

实施时，所述侧围的顶端与顶盖底端以及侧围的底端与底座顶端的抵接处均设置有密封圈11。

这样的，在接触处增设密封圈有利于增加密封腔体的密闭性。

实施时，所述搅拌装置的手柄连接搅拌轴，搅拌轴竖直穿过顶盖并伸入反应容器内部与搅拌头连接，所述搅拌头为框架结构，整体呈田字形。

这样的，搅拌头为框架结构，且呈田字形，可以提高搅拌能力，使得渗硫溶液被搅拌的更加充分。

实施时，所述进料装置包括位于顶盖外的进料斗，所述进料斗底端连接进料管，进料管竖直穿过顶盖并伸入反应容器内部，进料管上设有进料阀门。

实施时，所述出料装置包括出料斗，所述出料斗嵌入反应容器底端中心，出料斗底端连接出料管，出料管竖直穿过底座并连接废料收集装置12，出料管上设有出料阀门。

实施时，在密封腔体内还设置有固定装置13，所述固定装置为空心圆柱结构，反应容器置于固定装置中，被固定装置限位固定，所述测温元件可选用热电偶进行测温，加热感应线圈沿侧围竖直方向绕设，加热感应线圈内部设有循环水道，用于在其中通水控制加热感应线圈的发热量，顶盖和底座均呈阶梯结构，侧围的上下端抵接在顶盖和底座的阶梯部上，工作台可采用耐腐蚀材料制成，侧围采用耐高温的陶瓷材料制成

本发明还提供了一种齿轮表面固体润滑涂层的化学制备方法，采用所述的齿轮表面固体润滑涂层的化学制备装置进行制备，包括以下步骤：

（1）、将待处理的齿轮平放在反应容器内的工作台面上，盖上顶盖使得密封腔体密闭；

（2）、关闭出料阀门，打开进料阀门，通过进料斗将化学渗硫溶液添加至反应容器中，使得化学渗硫溶液淹没待处理齿轮；

（3）、通过搅拌装置对反应容器内的化学渗硫溶液搅拌，并对感应加热线圈通电，使其加热反应容器，使得化学渗硫溶液达到反应温度，齿轮在化学渗硫溶液中进行化学渗硫处理，并利用测温元件同步测量和记录反应容器内的反应温度；

（4）、当步骤（3）中反应温度达到设定温度后，利用计时器开始计时，记录反应时间；

（5）、当步骤（4）中反应时间达到设定时长后，关闭感应加热线圈，停止加热，通过出料装置将反应后的化学渗硫溶液排出，打开顶盖，并取出处理完成的齿轮，齿轮表面经过化学渗硫处理形成润滑涂层。

实施时，所述化学渗硫溶液由亚硫酸钠、硫代硫酸钠、酒石酸、硫酸亚铁、去离子水按照8g:2.5g:3g:1.5g:100ml的比例配制而成。

实施时，所述步骤（4）中，反应温度的设定温度为50℃，反应时间为1h。

这样的，利用上述制备装置，通过本制备方法，可制得环境污染小，经济成本低的齿轮表面固体润滑涂层，特别适用于高校实验室。

经渗硫处理完成的齿轮试件，需立即使用流动的自来水和乙醇冲洗，以清洁表面残留溶液，然后将齿轮试件在空气中干燥后，在室温下用机油浸泡，最后将浸泡后的齿轮试件取出并静置在大气环境中两天以在齿轮表面获得油膜，使得齿轮在进行磨损测试时更接近真实使用环境。