一种高耐磨的齿轮的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种齿轮，具体涉及一种用于动力传动的高耐磨的齿轮，属于机械技术领域。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的不断发展，应用于航空、军工、风电、舰船、煤炭及石化等行业的高性能齿轮的数量呈快速增长之势，其应用性能方面的要求不仅包括了高速、高承载能力、高可靠性、长寿命等特性，而且在一些特殊应用条件下还要求其具有良好的高、低温性能和短时间的缺油运行能力，这就要求此类齿轮不仅在材料的开发和选择上要有良好的适应性能，而且在表面强化技术方面也要有新的思路和突破。表面处理的质量直接影响着齿轮的使用寿命和性能，因而齿轮的表面处理应予高度重视。多年来，国内外在对高性能齿轮的涂层技术方面进行了多方面的研宄和探索，取得了许多积极的进展。随着我国“十二五”计划的推进，我国将在航天、军工、海洋工程及新材料等新兴战略性产业发展上对高性能齿轮有更广泛的需求，高端传动件产品的性能对上述行业的发展有着十分重大的影响，因此尽快开发和应用与高性能齿轮表面处理相关联的关键涂层技术已变得十分必要和迫切。
[0003]齿轮表面处理通常采用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属、激光表面强化、热喷涂等工艺，随着技术的发展人们又将一些新的表面强化技术应用于齿轮制造领域，如物理气相沉积(PVD)技术、化学气相沉积(CVD)技术、离子体化学气相沉积(PACVD)技术等。目前齿轮的表面处理技术只能单纯的满足某一方面的性能要求，无法同时满足高硬度、高耐磨的全面要求。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高耐磨的齿轮，其通过多靶磁控溅射工艺获得高硬度、高弹性模量的表面，从而提高齿轮的硬度、耐磨性和减摩性，延长使用寿命。
[0005]本实用新型通过如下技术方案来实现上述目的:
[0006]一种高耐磨的齿轮，包括齿轮主体，该齿轮主体包括有轴孔、轮毂、幅板和轮缘，该轮缘的圆周上设有轮齿，所述齿轮主体的表面设有CrAlN/AlON纳米多层涂层，该CrAlN/AlON纳米多层涂层由多个CrAlN层和AlON层--交替叠加而成。
[0007]进一步地，所述的CrAlN/AlON纳米多层涂层的总厚度为2.5?3.0 μm，每一CrAlN层的厚度为8nm，每一 AlON层的厚度为0.6?2.3nm。
[0008]进一步地，所述的CrAlN/AlON纳米多层涂层是采用多靶磁控溅射工艺在所述高耐磨的齿轮的齿轮主体上交替溅镀而形成的。
[0009]进一步地，所述的AlON层中的氮含量不超过氮氧总和的50%。
[0010]进一步地，所述的AlON层的厚度小于1.0nm时，其被CrAlN所晶化，呈现面心立方结构。
[0011]与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是:
[0012]所述的高耐磨的齿轮采用多靶磁控溅射法在齿轮主体上交替溅镀多个CrAlN层和AlON层，在齿轮的表面形成纳米量级CrAlN/AlON多层涂层，具有较高的硬度和优异的耐磨性能，经检测，其硬度高达40GPa以上，从而使所述齿轮具备了较高的硬度、优良的耐磨性和减摩性，并且延长了使用寿命。制备所采用的多靶磁控溅射工艺，具有制备工艺简单、沉积速度快、生产效率高、生产成本低以及无任何有害成分、安全环保的优点。本实用新型可用作为在高速、重载工况下运行的齿轮传动件。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的结构示意图。
[0014]图2是齿轮表面涂层的横截面结构放大示意图。
[0015]图中，
[0016]01齿轮主体，02CrAlN/A10N纳米多层涂层，I轮缘，2轮齿，3辐板，4键槽，5轴孔，6轮毂。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围更为清楚明确。以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。
[0018]实施例
[0019]请参阅图1，图示高耐磨的齿轮包括齿轮主体01和CrAlN/AlON纳米多层涂层02 ；所述齿轮主体01包括有轴孔5、幅板3和轮齿2，该齿轮主体01的中心设有轴孔5，该轴孔5内设有键槽4，轴孔5的外周为轮毂6，由该轮毂6向外依次延展有幅板3和轮缘1，该轮缘I的圆周上设有轮齿2。
[0020]所述齿轮主体01的表面设有CrAlN/AlON纳米多层涂层02，请参阅图2，该CrAlN/AlON纳米多层涂层02由多个CrAlN层和AlON层一一交替叠加而成。所述的CrAlN/AlON纳米多层涂层02的总厚度为2.5?3.0 μ m，每一 CrAlN层的厚度为8nm，每一 AlON层的厚度为0.6?2.3nm。所述的AlON层中的氮含量不超过氮氧总和的50%，该AlON层的厚度小于1.0nm时，其被CrAlN所晶化，呈现面心立方结构。
[0021]所述的CrAlN/AlON纳米多层涂层02是采用多靶磁控溅射工艺在所述高耐磨的齿轮的齿轮主体01上交替溅镀而形成的。其制备方法的步骤如下:
[0022](I)清洗齿轮主体
[0023]首先将经打磨镜面抛光处理后的齿轮主体01送入M308457超声波清洗机，在分析纯的无水酒精和丙酮中利用15?30kHz超声波进行清洗5?1min ;再将齿轮主体01装进真空室，抽真空到5 X 10-3Pa后通入Ar气，维持真空度在2_4Pa;用中频(13.56Hz)对齿轮主体01进行为时30min的离子轰击，功率为80-100W，进行离子清洗；真空室的本底真空优于 3X10-3Pa。
[0024](2)交替溅镀CrAlN层和AlON层
[0025]将齿轮主体01置入JGP-450型多靶磁控溅射仪，通过交替调整停留在CrAl靶和A1203靶之前，经溅镀获得具有成分调制结构的CrAlN层和AlON层交替叠加的纳米量级多层涂层，过程中调整靶功率和沉积时间以控制每一涂层的厚度。所述的CrAlN/AlON纳米多层涂层02的总厚度为2.5?3.0 μ m，每一 CrAlN层的厚度为8nm，每一 AlON层的厚度为0.6?2.3nm ;其中，CrAlN层由CrAl合金靶在Ar+N2的气氛下制得，而AlON层在溅射A1203化合物过程中部分O被N所替代而形成，其中氮含量不超过氮氧总和的50% ;该AlON层的厚度小于1.0nm时被CrAlN所晶化，其具有共格外延生长的特征，为面心立方结构。
[0026]以上是本实用新型的一个最佳的实施例，描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。应该了解的是，本实用新型的保护范围不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型的保护范围还包括其它的对于本领域技术人员来讲是显而易见的变换、替代和改进。本实用新型所要求的保护范围由权利要求书界定。
【主权项】
1.一种高耐磨的齿轮，包括齿轮主体，该齿轮主体包括有轴孔、轮毂、幅板和轮缘，该轮缘的圆周上设有轮齿，其特征在于:所述齿轮主体的表面设有CrAlN/AlON纳米多层涂层，该CrAlN/AlON纳米多层涂层由多个CrAlN层和AlON层一一交替叠加而成。
2.根据权利要求1所述的高耐磨的齿轮，其特征在于:所述的CrAlN/AlON纳米多层涂层的总厚度为2.5?3.0 μπι，每一 CrAlN层的厚度为8nm，每一 AlON层的厚度为0.6?.2.3nm0
3.根据权利要求2所述的高耐磨的齿轮，其特征在于:所述的CrAlN/AlON纳米多层涂层是采用多靶磁控溅射工艺在所述高耐磨的齿轮的齿轮主体上交替溅镀而形成的。
4.根据权利要求1或2所述的高耐磨的齿轮，其特征在于:所述的AlON层中的氮含量不超过氮氧总和的50%。
5.根据权利要求1或2所述的高耐磨的齿轮，其特征在于:所述的AlON层的厚度小于.1.0nm时，其被CrAlN所晶化，呈现面心立方结构。
【专利摘要】一种高耐磨的齿轮，包括齿轮主体，该齿轮主体包括有轴孔、轮毂、幅板和轮缘，该轮缘的圆周上设有轮齿，所述齿轮主体的表面设有CrAlN/AlON纳米多层涂层，该CrAlN/AlON纳米多层涂层由多个CrAlN层和AlON层一一交替叠加而成；所述的CrAlN/AlON纳米多层涂层的总厚度为2.5～3.0μm，每一CrAlN层的厚度为8nm，每一AlON层的厚度为0.6～2.3nm；所述的CrAlN/AlON纳米多层涂层是采用多靶磁控溅射工艺在所述高耐磨的齿轮主体上交替溅镀而形成的。本实用新型硬度高，耐磨性和减摩性好，使用寿命长，可用作为在高速、重载工况下运行的齿轮传动件。
【IPC分类】F16H55-17, F16H55-06
【公开号】CN204300283
【申请号】CN201420744977
【发明人】汪鸿涛, 董帅峰, 李伟
【申请人】比尔安达(上海)润滑材料有限公司, 平湖比尔安达新材料科技有限公司, 上海理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月2日