[发明专利]一种重载齿轮表面复合梯度涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于齿轮制造与再制造技术领域，具体涉及一种重载齿轮表面复合梯度涂层及其制备方法。

背景技术

重卡变速器副箱减速齿轮是变速器输出端用于扭矩输出的重载齿轮，通常制造工艺流程是造型-预氮化-渗碳-淬火-低温回火。齿轮在运转过程中，受到周期性变化的接触应力作用，当接触应力超过一定值时，油膜不能形成，就会造成齿面疲劳损伤，在齿面上产生微小的疲劳裂纹，此疲劳裂纹不断扩展、延伸，裂纹上部的金属就会碎裂脱落，形成不同形状的凹坑，如扩展性点蚀、片蚀、剥落和表层压碎都会破坏正常的齿面形状，从而使齿轮失效。当重载车辆在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下易产生严重冲击，因摩擦温度升高，齿轮材料硬度降低，轮齿材料屈服产生塑性流动，使齿面和齿体变形，出现轮齿歪扭，齿形剧变。在滚碾冲击作用下，接触应力过高，动载荷太大，以及润滑不良，导致整个工作面出现明显的脊棱；在齿顶和端面出现飞边，齿顶滚圆，接线附近有沟槽、凹坑、脊棱等现象，导致齿轮过早失效。

发明内容

本发明的目的在于提出一种重载齿轮表面复合梯度涂层及其制备方法，该涂层能够有效提高齿面抗点蚀和疲劳磨损性能。

为了达到上述目的，本发明重载齿轮表面复合梯度涂层，包括位于基体表面的底层，位于底层表面的过渡层，以及位于过渡层表面的面层组成，底层的材料为Ni25镍基自熔合金属粉末，过渡层的材料为Ni60镍基自熔合金属粉末，面层的材料为Ni60/WC-Cr₃C₂-RE-Ni镍基复合金属粉末；重载齿轮表面复合梯度涂层是采用超音速等离子喷涂底层、过渡层以及面层，然后对底层、过渡层以及面层进行真空重熔制成的。

所述的Ni25镍基自熔合金属粉末的粒度150-300目，且按重量百分比计，Ni25镍基自熔合金属粉末包括70％-85％的Ni，5％-10％的Cr，≤0.2％的C，1.0％-2.0％的B，2.0％-3.5％的Si以及≤4％的Fe，Ni25镍基自熔合金属粉末中Ni、Cr、C、B、Si以及Fe的质量百分比之和为100％。

所述的Ni60镍基自熔合金属粉末的粒度150-300目，且按重量百分比计，Ni60镍基自熔合金属粉末包括60％-80％的Ni，7％-17％的Cr，0.2％-1.1％的C，1.5％-4.0％的B，2.0％-5.0％的Si以及≤5％的Fe，且Ni60镍基自熔合金属粉末中的Ni、Cr、C、B、Si以及Fe的质量百分比之和为100％。

所述的Ni60/WC-Cr₃C₂-RE-Ni镍基复合金属粉末是以Ni60镍基自熔合金粉为基，加入WC-Cr₃C₂-RE-Ni合金粉混合而成的，镍基复合金属粉末的粒度150-300目，按重量百分比计，镍基复合金属粉末包括60％-80％的Ni、9％-18％的Cr、1.2％-2.3％的C、0.9％-3.0％的B、1.0％-3.0％的Si、5％-12％的W、0.2％-0.5％的RE以及≤3％的Fe，且镍基复合金属粉末中的Ni、Cr、C、B、Si、W、RE以及Fe的质量百分比之和为100％。

所述的底层的厚度为100～150μm，过渡层的厚度为100～150μm，面层的厚度为200～300μm。

一种所述的重载齿轮表面复合梯度涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在基体表面采用超音速等离子喷涂底层，然后在底层表面采用超音速等离子喷涂过渡层，接着在过渡层的表面采用超音速等离子喷涂面层；

2)将底层、过渡层以及面层进行真空重熔，在基体表面得到重载齿轮表面复合梯度涂层。

所述的步骤1)中基体在表面采用超音速等离子喷涂底层之前经过清洗、除油除锈和喷砂处理。

所述的步骤1)中在基体表面采用超音速等离子喷涂底层、在底层表面采用超音速等离子喷涂过渡层以及在过渡层的表面采用超音速等离子喷涂面层的工艺参数是：电流320～390A、电压90～130V、主气Ar压力0.7～0.9MPa、辅气H₂压力0.6～0.8MPa、载体气N₂压力0.6～0.8MPa、送粉率25～40g/min、喷涂距离90～120mm。

所述的步骤2)中真空重熔时的真空度为1～0.01Pa，升温速率为5～10℃/min，加热温度为1045～1095℃，保温时间为5～15min。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：