小模数精密齿轮PIII&D复合强化处理工艺研究

论文摘要

本文采用全方位离子注入与沉积技术（PIII&D）在2Cr13和30CrMnSi基体表面上制备了TiN/TiCN/DLC复合膜层,并对小模数齿轮进行了强化处理。TiN、TiCN、DLC膜层均由PIII&D技术中的阴极弧沉积方法来制备。对制备的多层膜进行了X射线衍射（XRD）、Raman光谱测试、显微硬度、摩擦磨损、扫描电镜（SEM）测试。XRD测试结果表明:此种方法制备的多层膜均为非晶态薄膜。Raman光谱测试结果表明:PIII&D技术制备的DLC膜膜层内有一定量的sp3碳成分。显微硬度测试结果表明:在一定范围内,随着中间过渡层（TiN/TiCN）及DLC膜厚度的增加,TiN/TiCN/DLC复合膜层的硬度也越高。划痕试验表明:TiN/TiCN/DLC复合膜层改善了DLC膜和基体的结合力,不同工艺参数薄膜的破裂程度明显不同,说明不同工艺参下数膜层的内应力差异很大。摩擦磨损实验结果表明:适当控制中间过渡层与DLC膜的合成时间（2h/2h/3h）及和成TiCN时真空室的气压（0.2Pa）,并加入0.5h的Ti+注入,可以获得摩擦性能优异的膜层（摩擦转数达到80000,摩擦系数保持在0.2左右）。从综合性能的表现分析,TiN/TiCN/DLC复合膜层实现了基体到外部DLC膜层的梯度过渡,既保持了类金刚石（DLC）薄膜低摩擦系数的特性,又改善了薄膜和基体的结合力。SEM测试结果表明:齿轮装夹在不同位置对齿轮轮齿表面膜层的均匀性不同,装夹时应保证齿轮处在金属源口正中。同时,增加合成膜层时的高压频率可以提高膜层的均匀性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 齿轮的强化处理
• 1.2.2 全方位离子注入与沉积复合强化工艺（PIII& D）
• 1.3 课题研究内容
• 第2章 实验材料、装置及实验方法
• 2.1 实验材料及试样制备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 试样制备
• 2.2 实验装置简介
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 实验流程
• 2.3.2 实验方案
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.4.2 显微硬度测试
• 2.4.3 摩擦磨损性能测试
• 2.4.4 膜基结合力测试
• 2.4.5 光学显微镜观察
• 2.4.6 扫描电镜分析（SEM）
• 2.5 本章小结
• 第3章 薄膜成分测试与分析
• 3.1 引言
• 3.2 复合膜层的XRD 测试及分析
• 3.3 Raman 光谱测试及分析
• 3.3.1 测试原理及方案
• 3.3.2 测试结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 复合膜层的机械性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 显微硬度性能研究
• 4.3 摩擦磨损性能研究
• 4.3.1 单层DLC 薄膜测试结果及分析
• 4.3.2 TiN/TiCN/DLC 复合膜层测试结果及分析
• 4.4 膜基结合力研究
• 4.4.1 单层DLC 薄膜测试结果及分析
• 4.4.2 TiN/TiCN/DLC 复合膜层测试结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 膜层均匀性研究
• 5.1 引言
• 5.2 复合膜层SEM 扫描测试结果及分析
• 5.2.1 装夹位置对膜层均匀性的影响
• 5.2.2 工艺参数对均匀性的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢