【摘要】：齒輪在工作時(shí)往往由于表面失效而無法繼續(xù)工作,因此延長齒輪的工作壽命就要求其表面具有硬度高、耐磨性能良好等。使用涂層作為齒輪的工作層,能有效地延長齒輪壽命。電刷鍍是比較傳統(tǒng)的齒輪強(qiáng)化工藝,鍍鉻層具有高硬度和高耐磨性能,已在工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛,但由于其結(jié)合力不高,發(fā)展頗受限制。因此本文以齒輪材料40Cr為研究對象,采用電刷鍍與熱處理結(jié)合的方式,在獲得不同尺寸晶粒的同時(shí),還使得Cr元素?cái)U(kuò)散至基體,形成擴(kuò)散層,增加涂層與基體間的結(jié)合力。同時(shí),本文采用感應(yīng)加熱和箱式爐加熱方法在40Cr材料表面制備Cr層,開展了Cr層的制備工藝及Cr層的組織與性能等研究,為齒輪的表面涂層制備技術(shù)提供有力支撐。論文的主要工作有:(1)探究電刷鍍鍍Cr的工藝參數(shù),分析鍍Cr層的形成機(jī)理,開展了Cr層的組織與性能研究;采用電刷鍍與熱處理結(jié)合的方式,觀察了晶粒尺寸長大情況、涂層的變化情況以及元素?cái)U(kuò)散情況,分析了晶粒尺寸變化及元素?cái)U(kuò)散的機(jī)理。(2)對電刷鍍前后的試樣進(jìn)行X射線衍射(XRD)分析對比,觀察了試樣的斷口形貌,試驗(yàn)研究了其結(jié)合力、摩擦磨損性能及耐腐蝕性能。(3)分析箱式爐加熱與感應(yīng)加熱兩種加熱方式的異同點(diǎn),探究滲Cr的工藝參數(shù)與滲劑配方,制備出兩種滲Cr層,觀察滲層的組織、元素及物相變化情況,解釋了兩種涂層在加熱和冷卻過程的組織演變和形成機(jī)理。(4)對箱式爐加熱和感應(yīng)加熱兩種方法下制備出的涂層進(jìn)行進(jìn)一步淬火,觀察組織與元素分布的變化情況,并完成其硬度測試。(5)對箱式爐加熱及感應(yīng)加熱工藝制備出的Cr層進(jìn)行性能測試,通過對比試樣的表面粗糙度、顯微硬度、結(jié)合力、耐腐蝕性能、摩擦磨損性能等,總結(jié)出兩種方法各自的優(yōu)劣勢。通過以上分析,獲得了以下結(jié)論:(1)電刷鍍鍍Cr層是由均勻分布的單元組成的,單元大小為15-25μm,單元由小于100nm的Cr顆粒組成,涂層表面有少量的裂紋存在;Cr層連續(xù)均勻,層厚約為40μm,涂層的截面方向有微小的波紋狀裂紋。不同溫度退火后,700℃時(shí)試樣涂層的Cr球開始長大至晶粒,晶粒尺寸約840nm,并在長大過程中存在異常長大現(xiàn)象;900℃時(shí),涂層開始出現(xiàn)分層,新出現(xiàn)的涂層呈現(xiàn)柱狀晶粒形貌;1100℃時(shí),涂層出現(xiàn)三層,第二層仍然呈現(xiàn)柱狀晶粒形貌,第三層為擴(kuò)散層。(2)電刷鍍鍍Cr試樣的表面硬度為877.41HV,隨著由表到里的距離增加,硬度降低隨而趨于平穩(wěn);不同溫度退火后的表面硬度在700℃時(shí)最低;其結(jié)合力大小為46.3N;磨損量較原始調(diào)質(zhì)40Cr下降了12.5%。(3)在1000℃下,箱式爐加熱和感應(yīng)加熱分布滲10h、1h,相比箱式爐加熱,感應(yīng)加熱這種方式制備出的Cr層厚且連續(xù),界面緊密;感應(yīng)加熱滲Cr層的Cr擴(kuò)散層深度大約為82μm,涂層由(Cr,Fe)23C6和(Cr,Fe)7C3合金滲碳體片層組成;而箱式爐加熱滲Cr層的Cr擴(kuò)散層深度大約為18μm,涂層由(Cr,Fe)23C6相組成;感應(yīng)加熱滲Cr試樣淬火后,珠光體的片距更小,涂層厚度變厚;而箱式爐加熱滲Cr試樣淬火后,涂層雖然表薄,但涂層更致密。(4)相對于原始調(diào)質(zhì)40Cr試樣,感應(yīng)加熱滲鉻試樣、箱式爐加熱滲鉻試樣的磨損量分別為降低了21.98%、34.48%;耐腐蝕性能表現(xiàn)為感應(yīng)加熱滲鉻試樣優(yōu)于箱式爐滲鉻試樣。
【圖文】：

技術(shù)不適用于大尺寸的工件；并且化學(xué)氣相沉000℃）進(jìn)行沉積，很容易引起零件的變形和組性能，并削弱了基體與涂層之間的結(jié)合力，從積技術(shù)主要用于制備絕緣膜、鈍化膜、防腐蝕用化學(xué)氣相沉積法在 C/C 復(fù)合材料基體表面制備rO2涂層對基體起到了一定的保護(hù)作用，具有良 TiC-C 功能梯度材料，通過 TiCI-CH4-H2系統(tǒng)的過渡到 95.2%的功能梯度材料。國內(nèi)外利用化學(xué)m 的 C/C 、SiC/C 、TiC/C 系的梯度涂層。沉積在真空條件下，通過蒸發(fā)，電離或?yàn)R射等過程形成化合物沉積在工件表面，其基本原理圖如如加熱）產(chǎn)生的能量轟擊靶材，濺射出來的粒輸，而沉積在工件表面，形成薄膜。物理氣象離子鍍?nèi)N，應(yīng)用較廣的是離子鍍。

2 實(shí)驗(yàn)材料及方法處理用材料調(diào)質(zhì) 40Cr 為基體材料，其化學(xué)成分如表m×6mm�；w材料的熱處理工藝為 850℃淬火+50HV0.2，組織為回火索氏體（如圖 2.1 所示），，平均晶粒尺寸大約為 0.5-1μm�？梢哉J(rèn)為在。表 2.1 40Cr 鋼的化學(xué)成分（wt/%）Table 2.1 Chemical Composition of 40Cr Steel (wt/%)Si Mn Cr 0.45 0.20～0.40 0.50～0.80 0.70～1.0
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2544074