一种高耐磨多主元合金齿轮及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高耐磨多主元合金齿轮及其制备方法，属于金属材料及其制备领域。具体步骤为：按化学式称取各种金属粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在惰性气体环境下将球磨罐密封；球磨混料；将混料后的粉末在压机上温压成齿轮坯料；将齿轮坯料装入瓷舟，将瓷舟置于真空烧结炉内进行烧结，得到目标齿轮。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨多主元合金齿轮及其制备方法
本专利技术涉及金属材料及其制备领域，具体涉及一种高耐磨多主元合金齿轮及其制备方法。
技术介绍
齿轮传动是现代机械产品中应用最广的一种机械传动。这是因为它能保证恒定的传动比，具有传动功率范围大、效率高、寿命长等优点。不足之处是齿轮的生产成本高、制造与安装精度高。粉末冶金工艺制造的齿轮恰恰可大幅度地降低生产成本，保证齿轮的形位与尺寸公差的一致性。粉末冶金齿轮在整个粉末冶金零件中难以单独统计，但无论是按重量还是按零件数量，粉末冶金齿轮在各种机械、汽车、摩托车中所占的比例都远远大于其他领域中的粉末冶金零件。磨损是影响机械寿命的主要因素之一，对于齿轮系统，轮齿的过度磨损不仅会影响齿轮的传动精度和效率，还会造成机构振动、产生噪声等，严重时甚至会使轮齿断裂，造成重大事故。磨损具有缓慢的渐进性特点，对机械系统性能的影响也是一个渐进性缓慢失效过程，与突发性失效相比往往容易被忽视，但其危害性却很大。提高齿轮材料的耐磨损性能具有重要意义。而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，通过多主元成分设计可使合金拥有高强度、高硬度、耐高温氧化、耐磨和电磁等优异的综合性能。目前，多主元合金主要集中研究CoCrFeNiCu、FeCoCrNiMn、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，不仅有助于多主元合金理论体系的完善，同时也有助于丰富材料性能数据库，突破现有传统合金材料的性能极限，挖掘多主元合金材料的适用范围和应用前景，为现代工业技术的发展提供理论依据和材料支撑。因此，开发新型高耐磨多主元合金齿轮具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术提出了一种高耐磨多主元合金齿轮及其制备方法，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。实现本专利技术的技术方案是：一种高耐磨多主元合金齿轮，按化学式AlxCrCuMnyNiZrz称取纯金属粉末，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。一种高耐磨多主元合金齿轮的制备方法，步骤如下：（1）按化学式AlxCrCuMnyNiZrz称取纯金属粉末，将金属粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在保护气体环境下将球磨罐密封；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；（2）将步骤（1）的密封球磨罐置于球磨机上进行混料；（3）将步骤（2）混料后的粉末在压机上温压成齿轮坯料，压力为115-120kN，保压时间为1-7min，温度为150-400℃；（4）将步骤（3）中的齿轮坯料在有气体保护的压机工作区域进行感应加热到850℃，保温2分钟，并快速移入模具内压制，压力为300-400kN，保压时间1-3min，模具温度450℃，压制完成得到多主元合金齿轮。所述步骤（1）中金属粉末的纯度均高于99.5%。所述步骤（1）中保护气体为氩气或氮气。所述步骤（1）中球磨机为行星式球磨机。所述步骤（2）中球磨机的转速为300-500rpm，时间为12-36h。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法能够获得成分均匀的多主元合金工件，且能有效抑制金属间化合物的形成；所制备的多主元合金工件具有硬度高、耐磨性能好、组织均匀、成分设计与产品成分一致性高、综合机械性能好等特点；原料利用率高、制备工艺简单，烧结温度低、时间短，生产效率高，成本低，操作可控，产品均匀性和稳定性好，易于工业化大规模生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1制备的高耐磨多主元合金齿轮的X射线衍射图谱。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1按化学式AlCrCuMnNiZr0.1分别称取0.43mol的铝粉、铬粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.043mol的锆粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为300rpm，时间为36h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成齿轮坯料，压力为115kN，保压时间为7min，温度为150℃；将步骤（3）中的齿轮坯料在有气体保护的压机工作区域进行感应加热到850℃，保温2分钟，并快速移入模具内压制，压力为300kN，保压时间3min，模具温度450℃，压制完成得到多主元合金齿轮。实施例2按化学式AlCrCuMnNiZr0.1分别称取0.43mol的铝粉、铬粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.043mol的锆粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为400rpm，时间为24h；将上述均匀混料后的粉末在压机上进行温压成齿轮坯料，压力为118kN，保压时间为5min，温度为300℃；将步骤（3）中的齿轮坯料在有气体保护的压机工作区域进行感应加热到850℃，保温2分钟，并快速移入模具内压制，压力为350kN，保压时间2min，模具温度450℃，压制完成得到多主元合金齿轮。实施例3按化学式AlCrCuMnNiZr0.1分别称取0.43mol的铝粉、铬粉、铜粉、锰粉和镍粉与0.043mol的锆粉，各种纯金属粉的纯度均高于99.5%；将称量好的上述纯金属粉末置于球磨罐中，加入适量的不锈钢球，然后在氮气环境下将放有纯金属粉末的球磨罐密封起来；将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料，混料转速为450rpm，时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高耐磨多主元合金齿轮，其特征在于：按化学式AlxCrCuMnyNiZrz称取纯金属粉末，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；0.02≤x/(x+y+z+3)

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨多主元合金齿轮，其特征在于：按化学式AlxCrCuMnyNiZrz称取纯金属粉末，其中0.1≤x≤1.2；0.1≤y≤1.2；0.1≤z≤1.2；0.02≤x/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤y/(x+y+z+3)<0.25；0.02≤z/(x+y+z+3)<0.25。2.权利要求1所述的高耐磨多主元合金齿轮的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）按化学式AlxCrCuMnyNiZrz称取纯金属粉末，将金属粉末置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在保护气体环境下将球磨罐密封；（2）将步骤（1）的密封球磨罐置于球磨机上进行高能球磨；（3）将步骤（2）高能球磨后的粉末在压机上温压成齿轮坯料，压力为115-120kN，保压时间为1-7min...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志新，马明星，梁存，周家臣，马佳鑫，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41