本文關(guān)鍵詞：基于電子束的齒輪材料表面梯度涂層復(fù)合制備工藝及性能研究

  更多相關(guān)文章： HCPEB PVD Cr/CrN涂層 復(fù)合工藝 電沉積Cr 擴(kuò)滲B

【摘要】：耐磨性能是所有齒輪應(yīng)具備的最重要性能之一,對(duì)于一些在特殊工況下工作的齒輪,還要求其具有高耐腐蝕性和耐高溫氧化性等。目前的齒輪表面強(qiáng)化手段并不能完全滿足特殊用途高性能齒輪的要求。目前所用的齒輪強(qiáng)化工藝,如PVD、CVD和TD等技術(shù)均無法同時(shí)獲得大層深和高硬度兼?zhèn)涞耐繉�。因而用�?fù)合強(qiáng)化手段在齒輪表面制備梯度涂層已成為目前齒輪表面強(qiáng)化研究的熱點(diǎn)。本文針對(duì)傳統(tǒng)工藝不能獲得結(jié)合良好并在表層形成超細(xì)晶的梯度涂層的特點(diǎn),在理論分析強(qiáng)流脈沖電子束(HCPEB)對(duì)梯度涂層改性作用的基礎(chǔ)上,采用化學(xué)熱處理復(fù)合工藝制備了兩種可用于特殊場(chǎng)合的齒輪涂層,并開展相應(yīng)工藝、組織和性能研究。利用HCPEB改性用PVD方法制備的Cr/CrN涂層,研究其微觀組織結(jié)構(gòu)和性能,結(jié)果表明,HCPEB技術(shù)對(duì)材料表層力學(xué)性能的影響深度高達(dá)450μm,適當(dāng)?shù)腍CPEB工藝參數(shù)可使梯度涂層在保留一定厚度的同時(shí),還可使涂層元素?cái)U(kuò)散到一定深度,實(shí)現(xiàn)涂層的冶金結(jié)合,從而使涂層的結(jié)合力提高2倍以上。組織性能實(shí)驗(yàn)分析表明,對(duì)于經(jīng)HCPEB工藝改性后的涂層材料,影響其摩擦磨損性能的因素很多,主要包括涂層與基體硬度的關(guān)系、涂層的厚度、表面粗糙度及磨屑,其中涂層或改性層硬度與厚度及結(jié)合力是影響涂層磨損性能的重要因素,在一定范圍內(nèi)的粗糙度對(duì)涂層材料的磨損并不會(huì)起到?jīng)Q定性的作用。并且氧化磨損和疲勞磨損并存是Cr/CrN被HCPEB改性前、后的主要磨損方式。根據(jù)滲碳、滲氮等傳統(tǒng)工藝可使改性層的厚度高達(dá)mm級(jí)、電沉積Cr層具有高耐磨性和耐腐蝕性,同時(shí)HCPEB技術(shù)具有可在極短時(shí)間內(nèi)作用到具有復(fù)合強(qiáng)化涂層的齒輪表面,并瞬間引發(fā)表層熔融、汽化、及應(yīng)力波、沖擊波和增加擴(kuò)散等一系列物理化學(xué)反應(yīng)等特點(diǎn),設(shè)計(jì)了復(fù)合HCPEB技術(shù)、熱擴(kuò)滲C、N和電沉積Cr工藝相結(jié)合的工藝路線,通過組織和性能研究結(jié)果表明,可得到厚度高達(dá)100μm的納米級(jí)等軸晶粒結(jié)構(gòu)Cr層,在滲C、N層兩邊的界面都有來自相鄰?fù)繉拥臄U(kuò)散元素,使得涂層截面硬度緩慢梯度過渡,斷口沒有明顯的分界,從表層到內(nèi)部為解理斷口過渡到韌窩斷口,并且還擁有良好的耐磨性和耐腐蝕性。另外,結(jié)合滲B層可以達(dá)到超高硬度和高紅硬性,再次設(shè)計(jì)了復(fù)合HCPEB、熱擴(kuò)滲C、N和擴(kuò)滲B工藝想結(jié)合的工藝路線,通過組織和性能研究結(jié)果表明,擴(kuò)滲B層工藝的改性層厚度高達(dá)305μm,涂層的硬度高達(dá)1400HV,最終梯度過渡到700HV左右,層與層之間元素相互擴(kuò)散,結(jié)合緊密,另外從表面到心部依次為韌窩→解理→準(zhǔn)解理→韌窩的斷口形貌進(jìn)一步證明了他的優(yōu)良力學(xué)性能。本文提出了HCPEB工藝、PVD、熱擴(kuò)滲技術(shù)與化學(xué)沉積技術(shù)的齒輪表面復(fù)合涂層新工藝,并具體實(shí)現(xiàn)了HCPEB、PVD Cr/CrN涂層;HCPEB、熱擴(kuò)滲C、N和電沉積Cr;HCPEB、熱擴(kuò)滲C、N和擴(kuò)滲B三條具體的齒輪表面復(fù)合涂層制備工藝,系統(tǒng)研究了各工藝條件下的齒輪材料的表面形貌、表層硬度、表面粗糙度、涂層結(jié)合力以及摩擦磨損性能等。實(shí)現(xiàn)了齒輪涂層的超細(xì)晶及表層力學(xué)性能的梯度過渡。
【關(guān)鍵詞】：HCPEB PVD Cr/CrN涂層 復(fù)合工藝 電沉積Cr 擴(kuò)滲B
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1.緒論11-25
• 1.0 問題的提出11-12
• 1.1 研究意義12-13
• 1.2 齒輪的主要失效形式及其在齒輪材料方面的改善措施13-14
• 1.2.1 齒輪的失效形式13-14
• 1.2.2 改善齒輪失效的齒輪材料方面的措施14
• 1.3 常用齒面強(qiáng)化方式14-20
• 1.3.1 淬火15
• 1.3.2 滲氮、滲氮15
• 1.3.3 表面淬火15
• 1.3.4 機(jī)械能表面強(qiáng)化15-16
• 1.3.5 表面涂層技術(shù)16-18
• 1.3.6 高能束表面強(qiáng)化18-20
• 1.4 梯度涂層制備工藝及其在齒輪上的應(yīng)用20-24
• 1.4.1 梯度涂層的發(fā)展20-21
• 1.4.2 梯度涂層制備工藝21-23
• 1.4.3 梯度涂層在齒輪上的應(yīng)用23-24
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 2.涂層界面擴(kuò)散基礎(chǔ)理論25-35
• 2.1 菲克定律25-27
• 2.1.1 菲克第一定律25
• 2.1.2 菲克第二定律25-27
• 2.2 界面擴(kuò)散27-29
• 2.2.1 擴(kuò)散機(jī)理27
• 2.2.2 表面擴(kuò)散27-28
• 2.2.3 晶界擴(kuò)散及運(yùn)動(dòng)28-29
• 2.3 Kirkendall效應(yīng)29-30
• 2.4 反應(yīng)擴(kuò)散30
• 2.5 擴(kuò)散的熱力學(xué)30-32
• 2.5.1 擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力30-31
• 2.5.2 擴(kuò)散系數(shù)D31-32
• 2.6 擴(kuò)散的影響因素32-35
• 3.梯度涂層制備工藝及試驗(yàn)方法35-49
• 3.1 齒輪梯度涂層設(shè)計(jì)35-37
• 3.1.1 梯度涂層設(shè)計(jì)思路35-36
• 3.1.2 齒輪涂層性能要求36-37
• 3.2 涂層材料及結(jié)構(gòu)的選擇37-40
• 3.3 齒輪材料及處理工藝40-41
• 3.4 涂層制備工藝41-43
• 3.5 梯度涂層的處理工藝及設(shè)備43-45
• 3.5.1 HCPEB改性43-44
• 3.5.2 反應(yīng)磁控濺射鍍膜44-45
• 3.5.3 滲C、N及滲B工藝45
• 3.5.4 電沉積硬Cr工藝45
• 3.5.5 淬火45
• 3.6 組織結(jié)構(gòu)分析方法及設(shè)備45-46
• 3.7 性能分析測(cè)試方法及設(shè)備46-48
• 3.8 本章小結(jié)48-49
• 4.HCPEB對(duì)磁控濺射Cr/CrN涂層組織性能的影響49-71
• 4.1 試驗(yàn)工藝49-50
• 4.2 表面形貌及組織結(jié)構(gòu)50-54
• 4.2.1 表面形貌50-52
• 4.2.2 表面硬度52-53
• 4.2.3 表面粗糙度53-54
• 4.3 截面元素分布及物理性能54-62
• 4.3.1 截面形貌及元素分布54-59
• 4.3.2 截面硬度59-60
• 4.3.3 涂層結(jié)合力60-62
• 4.4 涂層的磨損性能及磨損機(jī)制62-69
• 4.4.1 涂層的滑動(dòng)摩擦磨損性能62-65
• 4.4.2 磨損機(jī)制65-68
• 4.4.3 影響改性后的Cr/CrN涂層耐磨性的因素68-69
• 4.4.4 磨損機(jī)制與摩擦磨損性能的關(guān)系69
• 4.5 本章小結(jié)69-71
• 5.電子束化學(xué)熱處理復(fù)合工藝涂層組織與性能研究71-87
• 5.1 表面形貌及XRD分析71-73
• 5.1.1 表面形貌71-72
• 5.1.2 表面XRD分析72-73
• 5.2 截面組織及物理性能73-82
• 5.2.1 截面組織73-77
• 5.2.2 斷.形貌77-80
• 5.2.3 截面硬度80-81
• 5.2.4 結(jié)合力81-82
• 5.3 摩擦磨損特性82-84
• 5.4 表面耐腐蝕性能84-85
• 5.5 本章小結(jié)85-87
• 6.結(jié)論與展望87-89
• 6.1 結(jié)論87-88
• 6.2 展望88-89
• 致謝89-91
• 參考文獻(xiàn)91-97
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果97-98

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 趙鐵鈞;田小梅;高波;涂贛峰;;電子束表面處理的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年05期

2 張雷,周科朝,李志友,張曉泳;功能梯度材料的制備技術(shù)[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2003年01期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 戎磊;激光熔覆碳化鎢顆粒增強(qiáng)鎳基合金梯度涂層的研究[D];上海交通大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：1070997