[发明专利]一种多主元合金高耐磨齿轮及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多主元合金高耐磨齿轮及其制备方法，属于金属材料及其制备领域，多主元合金成分为Al_xCrCuMn_yNiMg_z，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2、0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。本发明方法能够获得成分均匀的多主元合金工件，有效抑制金属间化合物的形成；所制备的多主元合金工件硬度高、耐磨性能好；制备工艺简单，成本低，操作可控，易于工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种多主元合金高耐磨齿轮及其制备方法。

背景技术

随着工作时间的增加，齿轮副的磨损增大，导致啮合间隙增大，进而导致齿轮磨损加剧，使整个设备的性能和可靠性下降。而齿轮的主要失效形式是磨损，即齿轮表面、断面的磨损。为了保证长期工作的可靠性和稳定性，齿轮材料应具备：较高的硬度和耐磨性，以防止齿面的各种失效，同时应具有较好的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。传统齿轮材料的合金主要为优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁等，用以满足多种工况条件下的需求。但是，随着科技的快速发展和应用环境的变化，传统合金材料在使用过程中遇到诸多性能瓶颈，很难满足科技对材料性能日益提高的需求。多主元合金突破传统合金设计理念依靠近等摩尔比（5～35at%）多种（至少5种）金属原子混合形成合金，目前已经大量文献报道并指出：多主元高熵合金在机械性能、耐腐蚀、耐磨损、磁学性能、抗辐照、低温性能等方面都很优异，因此开发适用于复杂工况条件下适用于制备齿轮的新型多主元高熵合金材料具有重要意义。

目前，多主元合金的研究主要集中在具有面心立方结构的CoCrFeNiCu与FeCoCrNiMn，和具有体心立方结构的CoCrFeNiAl与AlTiCrFeCoNi等高熵合金，或者在该合金的基础上添加一种或多种元素进行研究，对新型多主元合金体系的研究还有待进一步开发，从而提供更多更好性能的多主元合金。

发明内容

本发明提出了一种多主元合金高耐磨齿轮的制备方法，此种方法以纯金属粉末为原料，在室温球磨过程中发生复杂的固相反应，利用球磨过程中产生的机械力（剪切力、冲击力等）可使金属粉末发生塑性变形、断裂、破碎、晶体结构重构等过程，整个过程均为固相反应，避免了传统熔铸法难以制备熔沸点差异较大的弊端。然后在将预合金化的粉末真空烧结，确保了固相反应的充分进行，同时，全过程均在气氛保护或真空下，避免了易氧化金属的在制备过程中的氧化和气体元素引入，充分保证了多主元合金成分设计的稳定性。此外，制备出的多主元合金粉末成分均匀，可有效抑制金属间化合物的形成，原料利用率高，且具有较高的硬度和耐磨性以及较好的综合机械性能等。

实现本发明的技术方案是：一种多主元合金高耐磨齿轮，多主元合金高耐磨齿轮按照化学式Al_xCrCuMn_yNiMg_z称取金属粉末，其中0.1≤x≤1.2、0.1≤y≤1.2、0.1≤z≤1.2、0.02≤x/(x+y+z+3)&lt;0.25、0.02≤y/(x+y+z+3)&lt;0.25、0.02≤z/(x+y+z+3)&lt;0.25。

一种多主元合金高耐磨齿轮及其制备方法，步骤如下：

（1）按化学式为Al_xCrCuMn_yNiMg_z称取金属粉末，将金属粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在气体保护下将球磨罐密封，将密封球磨罐置于球磨机上进行高能球磨；其中0.1≤x≤1.2、0.1≤y≤1.2、0.1≤z≤1.2、0.02≤x/(x+y+z+3)&lt;0.25、0.02≤y/(x+y+z+3)&lt;0.25、0.02≤z/(x+y+z+3)&lt;0.25；