[发明专利]一种自感知损伤的齿轮及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电材料领域，特别涉及一种齿轮及其加工方法。

背景技术

为了提高一些机械零件如齿轮、活塞和气缸等的耐磨性，通常在这些零件的表面设置耐磨涂层。然而，这些零件在长期服役过程中，其先天存在的原生性微缺陷仍会慢慢累积，并且可能会与后发性微损伤相互作用，最终从量变转为质变而产生致命的损坏。如果在零件质变损坏产生之前能够获得一个确定的信号，或者能够精确掌握零件微小损伤累积量变的全程，就可以尽量地避免发生事故。

当前的零件表面疲劳磨损试验多以震动、摩擦系数和温度等因素的变化作为评估零件表面磨损状态的判断依据，当选定的判断因素的实际值超过了预设的门槛值，则说明零件表面失效，然后对失效零件进行断口分析，通过经验或经典理论反向推断，从而得出失效机理。但是，这种以“事后判断”为主的失效行为与机理研究，不能准确判断零件表面的临界失效状态，无法建立可动态监测并控制零件表面失效的掌控机制。

而现有的在线监控零件表面损伤主要依靠布置可收集零件工作状态信息的压电传感器，通过整理、分析传感器输出的信号，来把握表面涂层服役状态的变化过程。其中，所述压电传感器是利用现有的压电材料如钛酸钡、钛酸铅的压电效应制备的，应用时，需要将其布置在服役涂层的周边，或者粘贴到机械设备或零件上。

但是，采用现有压电传感器来动态监测零件表面涂层服役的损伤状况，存在零件表面涂层损伤信息强度弱或失真的问题，不利于应用。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种齿轮及其加工方法，本发明提供的齿轮的齿面上有压电性能更加优异的钛酸铅涂层，且结合紧密，进而能提高动态监测齿轮表面损伤信息的强度，利于应用。

本发明提供一种齿轮，所述齿轮齿面上喷涂有钛酸铅涂层，所述钛酸铅涂层由混合粉料依次经喷涂、极化而成，所述混合粉料包括PbTiO₃粉、PbO粉和Al粉。

优选的，所述PbTiO₃粉、PbO粉和Al粉的质量比为(5～8)：(1～2)：(1～3)。

优选的，所述PbTiO₃粉的粒度为40μm～60μm。

优选的，所述PbO粉的粒度为40μm～70μm。

优选的，所述Al粉的粒度为30μm～40μm。

优选的，所述钛酸铅涂层的厚度为45μm～55μm。

优选的，所述钛酸铅涂层还包括耐磨层。

优选的，所述钛酸铅涂层还包括打底层。

本发明还提供一种齿轮的加工方法，包括以下步骤：

提供齿轮；

将混合粉料喷涂在所述齿轮齿面上，经极化，得到有钛酸铅涂层的齿轮；所述混合粉料包括PbTiO₃粉、PbO粉和Al粉。

优选的，所述喷涂为超音速等离子喷涂。

与现有技术相比，本发明将包括PbTiO₃粉、PbO粉和Al粉的混合粉料喷涂在齿轮齿面，经极化，得到有钛酸铅涂层的齿轮。钛酸铅(PbTiO₃)是一种铁电性材料，可用于制备压电传感器。在形成涂层的过程中，会发生如下反应：PbTiO₃→PbO+TiO₂；本发明加入PbO粉，是为了补充铅由于挥发造成的损失，使上述反应尽可能的左移；而由于PbO在880℃以上高温条件下容易分解挥发，本发明同时还加入Al粉，其可包裹PbTiO₃粉和PbO粉，这样本发明即可改善钛酸铅涂层的压电性能。在本发明加工的齿轮中，这种涂层能与齿轮齿面这个基体紧密结合，压电信号强度高，因而能更好地动态监测零件的服役情况，利于应用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的复合涂层的示意图；

图2为正压电效应的示意图；

图3为能量转化的示意图；

图4为本发明测试涂层结合强度的喷涂试样图；

图5为本发明测试涂层结合强度的拉伸试样图；

图6为本发明一个实施例提供的齿轮的示意图；

图7为本发明实施例1～6和比较例1～6提供的涂层的压电信号随极化温度变化的曲线图；

图8为本发明实施例1提供的涂层的截面形貌；

图9为本发明比较例1提供的涂层的截面形貌；

图10为本发明实施例7～11和比较例7～11提供的涂层的压电信号随极化温度变化的曲线图；

图11为本发明实施例7提供的涂层的截面形貌；