一种纳米晶镁合金粉末齿轮的制造方法技术

一种纳米晶镁合金粉末齿轮的制造方法属于机械产品加工方法；在惰性气体的保护下，在室温环境中，采用机械球磨设备将镁合金直接细化成具有纳米晶结构的粉末；机械球磨时间８０－１００小时、球料比１０∶１－３０∶１、转速３００－４００转／分、惰性气体的压力为０．５－１ＭＰａ、生成物的晶粒尺寸６０－１５０ｎｍ；将得到的镁合金粉末生成物置于齿轮模具中，采用热等静压技术压制成镁合金纳米晶粉末齿轮，其中热等静压压力为３００－４００ＭＰａ，保压时间１０－３０分钟，模具加热温度３００－３５０℃，保温１０－３０分钟；镁合金作为最轻的金属工程材料，在航空航天、汽车等领域，具有极其重要的应用价值与广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械产品加工方法，主要涉及一种基于纳米晶镁合金粉末制造齿轮的 方法。
技术介绍
齿轮为机械传动系统中重要的零部件，具有传动效率高、结构紧凑、传动比稳定、 工作可靠、等优点，使其应用广泛，一直是机械工业的重要基础件，但齿轮在应用过程中，常 常出现一些问题，其中包括齿的磨损、齿形变形、齿的断裂，尤其是铸造齿轮，由于铸造合金 的晶粒尺寸粗大、合金成分偏析，所以这类合金生产出来的齿轮性能差、不稳定，不能满足 性能特定环境下使用性能的要求，而且常规材料制造的齿轮重量大，不能满足轻质的要求。 对于镁合金齿轮，由于镁是密排六方晶体结构，常温下镁合金的滑移系较少，目前镁合金零 件主要采用铸造方法成形，较少采用锻压、挤压、轧制等塑性加工方法成形，由于在铸造过 程中铸件不可避免地要产生气孔、组织疏松等缺陷，影响产品性能，且有些零件采用铸造成 形的方法已经不能满足使用性能要求，从而在很大程度上限制了镁合金的应用。而近年来 对轻质材料的需求越来越大，镁合金作为最轻的金属工程材料，具有密度小、比强度高和比 刚度高、导热和导电性好、切削加工性好、优良的阻尼性和电磁屏蔽性、易于加工成型和回 收等优点。经过塑性加工的镁合金产品具有更高的强度、更好的延展性和更多样化的机械 性能。因此，研究镁合金的成形工艺具有重要的实际意义。近年来，随着工业水平的不断提高，对齿轮综合性能的要求也越来越苛刻，尤其对 于镁合金而言，镁合金在室温下的塑性极差，很难通过常规的方法来制备齿轮，由于镁合金 重量轻在航空航天、汽车、通讯等国防和国民经济主要工业领域，具有极其重要的应用价值 与广阔的应用前景，因此这个问题急需解决。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述已有技术存在的问题，提出一种纳米晶镁合金粉末齿轮 的制造方法，达到在满足同等性能要求的前提下，大幅度地降低重量的目的，同时提高齿轮 的承载能力，延长齿轮的服役寿命，满足在航空航天上的使用性能要求。本专利技术是这样实现的在纯度为99. 99%以上的惰性气体的保护下，在室温环境 中，采用机械球磨设备将镁合金直接细化成具有纳米晶结构的粉末；机械球磨时间80-100 小时，机械球磨的球料比10 1-30 1，机械球磨的转速300-400转/分，机械球磨过程 中惰性气体的压力为0. 5-lMPa，机械球磨生成物的晶粒尺寸60-150nm ；将制备得到的纳 米晶纯镁粉末放入齿轮模具中，然后将模具整体移至热等静压设备中去，用密封材料将整 个模具密封，将热等静压设备进行抽真空，然后向内部注入惰性气体，如此进行三次，在完 成以上步骤后，将模具加热到300-350°C，保温10-30分钟，使设备内部的温度均勻，采用 300-400MPa的压力进行压制并保压10-30分钟，使齿轮内部的压力均勻达到完全的致密 化，得到纳米晶镁合金齿轮。惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气。镁合金包括纯镁、AZ31镁合金、AZ61镁合金等本专利技术采用室温机械球磨制备纳米晶镁合金，同时采用热等静压来固结成型镁合 金齿轮，其主要优点为(1)设备简单，工艺易实现；(2)靠机械力驱动的作用，直接生成具有纳米结构的镁合金粉末。(3)热等静压在真空的条件下进行，不污染原材料，同时热等静压制备的镁合金齿 轮不再需要进行烧结，减少加工工序，降低生产成本。(4)热等静压制备出来的镁合金齿轮致密度高，重量轻，完全满足各项性能的要 求，不再需要进行二次加工。附图说明图1为本专利技术制备的纳米晶镁合金粉末的XRD图谱。图2为本专利技术制备的纳米晶镁合金粉末的TEM图谱具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。具体实施方式一称纯镁粉末5克，不锈钢球50克，其中直径为10mm的不锈钢球15克，直径为 5mm的不锈钢球35克，以球料比为10 1的比例放入球磨罐内。往球磨罐内冲入纯度为 99. 99%的氩气，充放氩气的过程反复进行3遍以保证球磨罐内完全是氢气不含有其他气 体杂质，氩气压力为0. 5MPa。将球磨罐放到QM-ISP4行星式球磨机中，牢固固定后，以300 转/分钟的转速进行球磨，其中每1个小时停止球磨10分钟，防止球磨罐内的温度过高影 响球磨效果。球磨80小时得到晶粒尺寸为75纳米的纯镁粉末。将制备得到的纳米晶纯镁 粉末放入齿轮模具中，然后将模具整体移至热等静压设备中去，用密封材料将整个模具密 封。将密封后的装置进行抽真空，然后向内部注入氩气，如此进行三次防止内部存在易于镁 合金粉末发生反应的气体存在。在完成以上步骤后，将模具加热到300°C并保温10分钟，使 装置内部的温度均勻。采用300Mpa的压力进行压制并保压10分钟使齿轮内部的压力均勻 达到完全的致密化，最后得到的纳米晶镁合金齿轮。具体实施方式二称AZ31镁合金粉末5克，不锈钢球50克(其中直径为10mm的不锈钢球15克，直 径为5mm的不锈钢球35克)，以球料比为10 1的比例放入球磨罐内。往球磨罐内冲入 纯度为99. 99%的氦气，充放氦气的过程反复进行3遍以保证球磨罐内完全是氢气不含有 其他气体杂质，氦气压力为IMPa。将球磨罐放到QM-ISP4行星式球磨机中，牢固固定后，以 400转/分钟的转速进行球磨，其中每1个小时停止球磨10分钟，防止球磨罐内的温度过高 影响球磨效果。球磨100小时得到晶粒尺寸为110纳米的纯镁粉末。将制备得到的纳米晶 纯镁粉末放入齿轮模具中，然后将模具整体移至热等静压设备中去，用密封材料将整个模 具密封。将密封后的装置进行抽真空，然后向内部注入氦气，如此进行三次防止内部存在易 于镁合金粉末发生反应的气体存在。在完成以上步骤后，将模具加热到350°c并保温30分钟，使装置内部的温度均勻。采用400Mpa的压力进行压制并保压30分钟使齿轮内部的压 力均勻达到完全的致密化，最后得到的纳米晶镁合金齿轮。具体实施方式三称AZ61镁合金粉末5克，不锈钢球50克(其中直径为10mm的不锈钢球15克，直 径为5mm的不锈钢球35克)，以球料比为10 1的比例放入球磨罐内。往球磨罐内冲入 纯度为99. 99%的氩气，充放氩气的过程反复进行3遍以保证球磨罐内完全是氢气不含有 其他气体杂质，氩气压力为IMPa。将球磨罐放到QM-ISP4行星式球磨机中，牢固固定后，以 375转/分钟的转速进行球磨，其中每1个小时停止球磨10分钟，防止球磨罐内的温度过 高影响球磨效果。球磨90小时得到晶粒尺寸为93纳米的纯镁粉末。将制备得到的纳米晶 纯镁粉末放入齿轮模具中，然后将模具整体移至热等静压设备中去，用密封材料将整个模 具密封。将密封后的装置进行抽真空，然后向内部注入氖气，如此进行三次防止内部存在易 于镁合金粉末发生反应的气体存在。在完成以上步骤后，将模具加热到320°C并保温20分 钟，使装置内部的温度均勻。采用350Mpa的压力进行压制并保压20分钟使齿轮内部的压 力均勻达到完全的致密化，最后得到的纳米晶镁合金齿轮。权利要求，其特征在于①在纯度为99.99％以上的惰性气体的保护下，在室温环境中，采用机械球磨设备将镁合金直接细化成具有纳米晶结构的粉末；机械球磨时间80-100小时，机械球磨的球料比10∶1-30∶1，机械球磨的转速300-400转/分，机械球磨过程中惰性气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米晶镁合金粉末齿轮的制造方法，其特征在于：①在纯度为９９．９９％以上的惰性气体的保护下，在室温环境中，采用机械球磨设备将镁合金直接细化成具有纳米晶结构的粉末；机械球磨时间８０－１００小时，机械球磨的球料比１０∶１－３０∶１，机械球磨的转速３００－４００转／分，机械球磨过程中惰性气体的压力为０．５－１ＭＰａ，机械球磨生成物的晶粒尺寸６０－１５０ｎｍ；②将制备得到的纳米晶纯镁粉末放入齿轮模具中，然后将模具整体移至热等静压设备中去，用密封材料将整个模具密封，将热等静压设备进行抽真空，然后向内部注入惰性气体，如此进行三次，在完成以上步骤后，将模具加热到３００－３５０℃，保温１０－３０分钟，使设备内部的温度均匀，采用３００－４００ＭＰａ的压力进行压制并保压１０－３０分钟，使齿轮内部的压力均匀达到完全的致密化，得到纳米晶镁合金齿轮。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王辛，刘凯，王珩，张银铃，郭宇，
申请(专利权)人：黑龙江省机械科学研究院，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]