小模数精密齿轮PⅢ&D复合强化处理工艺研究

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。