不同表面處理工藝的40Cr與涂層復合處理的組織與性能.pdf

1、齒輪作為在機械裝備中重要基礎部件之一，得到了廣泛的應用。由于工作中受到彎曲應力、接觸應力、沖擊力等多種力的綜合作用，齒輪極易產(chǎn)生失效而影響齒輪傳動的穩(wěn)定性、可靠性和壽命。根據(jù)統(tǒng)計，齒輪失效導致的各種機械故障占到60％以上，齒輪的應用環(huán)境復雜、載荷復雜，導致齒輪的失效形式也是多種多樣。隨著機械工業(yè)高速發(fā)展，齒輪技術向高速、重載、高可靠性方向發(fā)展，這就對齒輪性能提出更高的要求，開展齒輪材料和齒輪表面改性的研究成為重要的研究方向。
　　

2、課題主要對典型的中碳合金調(diào)質(zhì)鋼40Cr進行研究，在對40Cr基體滲氮的基礎上進行物理氣相沉積TiN、TiAlN涂層以及與強流脈沖電子束相結合的復合工藝，研究離子氮化40Cr表面沉積TiN、TiAlN涂層、電子束照射后表面沉積TiN、TiAlN涂層和電子束照射后表面沉積TiN、TiAlN涂層再電子束照射的組織與性能特征。
　　經(jīng)過研究可以得到以下結果：
　　(1)離子氮化后物理氣相沉積TiAlN與TiN涂層均勻致密、厚度均勻，

3、與基體結合良好，TiN涂層主要組成是TiN與Ti2N，TiAlN涂層則主要由Fe4N、(Ti,Al)N和TiN等相組成。TiAlN和TiN的表面硬度分別達到3000HV0.2和2700HV0.2，比氮化表面高3倍多，TiAlN與TiN涂層結合力分別為17N和15N。
　　(2)離子氮化40Cr表面沉積TiN、TiAlN涂層工藝，TiAlN的磨損量最低，在載荷15N時為離子氮化磨損量的32%，TiN的磨損量為離子氮化磨損量的58%；

4、在相同的加載條件下，TiAlN涂層磨痕寬度均勻，TiN磨痕邊緣涂層變形與剝落更加明顯,涂層磨損嚴重。
　?。?）40Cr經(jīng)電子束在27kV不同次數(shù)照射后，表面產(chǎn)生典型的“熔坑”形貌，隨著次數(shù)的增加熔坑數(shù)量呈先減少再增大的趨勢，經(jīng)過電子束照射和未經(jīng)電子束照射XRD檢測物相結果表明，電子束照射后出現(xiàn)新的物相γ-Fe，電子束照射后鍍膜的物相主要是由TiAlN、TiN、AlN組成。
　　（4）電子束照射后表面沉積TiN、TiAlN涂

5、層，在27kV、45次時磨損體積最大為39.475×10-3mm3，在27kV、25次最小為24.11×10-3mm3。在27kV、25次電子束照射下的殘余應力為495.5MPa,27kV、25次照射后涂覆TiAlN的殘余應力值為27.4 MPa。電子束照射后的陽極極化曲線表明自腐蝕電流密度最小的是2號樣也就是27kV、5次，說明2號樣的耐蝕性能是最好的。電子束照射后鍍膜的陽極極化曲線結果表明在27kV、35次參數(shù)下Icorr4=0.6

6、52μA/cm2說明試樣耐蝕性能是最好。
　?。?）電子束照射后表面沉積 TiN、TiAlN涂層再電子束照射工藝40Cr表面涂覆TiN經(jīng)過15kV、5次電子束照射后的截面組織膜層與未照射狀態(tài)相比厚度減薄，膜層連續(xù)，經(jīng)過18kV5次照射后的截面涂層不連續(xù)。
　?。?）40Cr表面涂覆TiN和TiAlN涂層后經(jīng)過電子束照射后摩擦磨損的磨損體積，40Cr表面涂覆TiN涂層在18kV、5次時磨損體積最小為10.961×10-3mm3