齒輪材料在多種應(yīng)力載荷下工作,受力情況比較復(fù)雜,要求具有比較全面的性能。齒面疲勞失效是齒輪的主要失效形式,為了解決齒面的疲勞失效,需要齒輪表面具有高硬度。在航空航天、航海和石油化工等復(fù)雜環(huán)境中,除需要高硬度外,還需要具有良好的耐腐蝕性能。眾所周知,Cr和Mo等具有高硬度和優(yōu)異的耐腐蝕性能,在齒輪表面制備這兩種元素的合金涂層可以有效地提高齒輪表面硬度和耐腐蝕性能。雙層輝光等離子表面合金化（DGPSA）技術(shù)是一門新穎的表面強化技術(shù),不僅可以制備非金屬涂層,而且還可以制備各種合金層,從而擴寬了表面強化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。相對于其他表面強化技術(shù),如熱噴涂、激光熔覆、化學(xué)氣相沉積和磁控濺射等,DGPSA可以制備滲層成分分布合理、界面組織穩(wěn)定、高硬度和耐腐蝕性能良好的梯度滲層。本文以40Cr齒輪鋼作為初始材料,采用DGPSA分別在40Cr鋼表面制備了梯度Cr層和梯度CrMo層,開展了DGPSA工藝參數(shù)對滲層組織的影響;使用背散射電子成像結(jié)合能譜儀對滲層和基體的組織進行表征;同時,對滲層的硬度和耐腐蝕性能也進行了研究。論文主要工作如下:（1）分析和對比了DGPSA工藝參數(shù)（滲鉻工藝時間、源極電壓、陰極電... 

【文章來源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

DGPSA的部分工作原理圖：A代表高能離子；B代表高能離子

圖 3.2 不同電壓下滲 Cr 截面組織圖和 EDS 圖譜：(a)、(b)和(c)陰極電壓為 850V，源極電壓為 950V；(d)、(e)和(f)陰極電壓為 800V，源極電壓為 900V。Fig. 3.2 cross-sectional microstructure of Chromizing and EDS patterns at different voltages: (a), (b)and (c) cathode voltage is 850V, source voltage is 950V; (d), (e) and (f) cathode voltage is 800V,source voltage is 900V.3.3 氣壓的影響DGPSA 主要利用氬氣作為保護氣體并且提供一定量的轟擊離子以保證產(chǎn)生異常輝光放電。實驗發(fā)現(xiàn)，雖然氬氣的電離率較高，但是在氬氣氣氛中也容易產(chǎn)生弧源，其對滲金屬過程將會產(chǎn)生顯著的負面影響。考慮到氬氣的負面效應(yīng)，本文采用電離率稍微較低而不易產(chǎn)生弧源的高純氮氣為異常輝光放電提供轟擊離子。根據(jù)氣體放電理論可知，在異常輝光放電區(qū)域，電流密度與工作氣壓的平方成正比。因此，氣壓的變化將會導(dǎo)致電流密度的急劇變化。另外，氣壓大小對陰極和源極的電流密度、源極和陰極濺射量、欲滲粒子的沉積和擴散以及欲滲粒子的空間運輸?shù)榷紩a(chǎn)

具有較高的結(jié)合強度。為了比較不同氮氣氣壓大小對滲 Cr 層組織的影氮氣氣壓到 230Pa。圖 3.3c 和 d 是氮氣氣壓為 230Pa 的滲 Cr 截面組織圖.3a 可以發(fā)現(xiàn)，隨著氮氣氣壓的增大，相對于圖 3.3a 和 b 來說，滲 Cr 層的為 50μm）出現(xiàn)一定程度上的降低，但滲 Cr 層組織更加致密。從圖 3.3b 的看出，滲Cr層組織也發(fā)現(xiàn)了明顯的變化。滲Cr層由Cr-Fe SS 組成的等軸晶r-Fe IMs 組成的粗大晶粒區(qū)和由高 Cr 珠光體組成的影響層組成。另外，基r 層之間的結(jié)合仍是冶金結(jié)合，具有較好的結(jié)合強度。研究發(fā)現(xiàn)，隨著氮小的增加，滲 Cr 層的組織和厚度會發(fā)生改變。因此，氣壓將會影響合金給能力和工件吸收活性原子的能力，從而影響滲層的形成。實驗研究表明大或者過小，都會對合金滲層的形成產(chǎn)生影響。氣壓過大，離子轟擊密度，然而轟擊密度的增強將會導(dǎo)致背散射效應(yīng)的增加，使得各種離子之間的增多，活性欲滲離子返回源極表面，從而導(dǎo)致欲滲活性原子減少，最終影層質(zhì)量和厚度。氣壓過低，源極和陰極表面離子濺射密度降低，源極不能度的欲滲活性原子，工件的擴散能力受到削弱，導(dǎo)致合金滲層的厚度受到，選擇合適的氣壓大小才能得到組織致密和性能良好的合金滲層。

【參考文獻】：
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