[发明专利]一种镍钛合金齿轮的粉末冶金制备方法

说明书

本发明公开了一种镍钛合金齿轮的粉末冶金制备方法，该方法包括：一、将55NiTi合金粉末冷压成圆饼状坯料，在圆饼状坯料的外圈均匀放置60NiTi合金粉末并冷压，得到压制坯料；二、高温烧结得到镍钛合金烧结坯；三、包套密封后进行热等静压处理得到齿轮坯料；四、对齿轮坯料中的轮齿进行高频局部感应加热，然后水冷硬化得到硬化齿轮；五、加工得到镍钛合金齿轮。本发明通过调整齿轮不同部位镍钛合金粉末的镍含量，制备得到轮齿为高硬度60NiTi合金、内部为高塑性55NiTi合金的双性能镍钛合金齿轮，该镍钛合金齿轮重量轻、耐蚀耐磨、无磁性，能够承受剧烈的冲击载荷，适用于航空航天、海洋舰船、石油化工等领域。

技术领域

本发明属于齿轮技术领域，具体涉及一种镍钛合金齿轮的粉末冶金制备方法。

背景技术

齿轮是机械中常用的基础部件，但传统的合金钢齿轮已无法满足某些特殊场合的需要。如在某工程中传输具有强腐蚀性的特种气体时，采用的40Cr合金钢齿轮因腐蚀和摩擦产生铁磁性粉末，致使内磁转子与隔套产生摩擦，加快磁传动器的升温速率，大幅降低了磁传动器的使用寿命。因此，为了适应上述工况，需要开发一种具有轻质高强、耐蚀耐磨、导电无磁等综合性能的新型齿轮。

镍钛合金由于密度小、高耐蚀、导电无磁等特性可以在特殊腐蚀性环境服役。传统的镍钛合金(镍的质量含量为54.5％～57％，记为55NiTi)塑性高，易于加工成型，但硬度不超过HRC40，耐磨性差。对于富镍的镍钛合金(镍的质量含量为59％～61％，记为60NiTi)，热处理后硬度最高可达HRC62，而且耐磨性好，能够承受剧烈的冲击载荷；但相组成复杂，具有本征脆性，加工难度大。只有融合60NiTi的高硬度和55NiTi的高塑性，才能制备出满足性能要求的齿轮。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种镍钛合金齿轮的粉末冶金制备方法。该方法采用粉末冶金法，以镍钛合金粉末为原料，通过调整齿轮不同部位原料的镍含量，制备得到轮齿为高硬度60NiTi合金、内部为高塑性55NiTi合金的双性能镍钛合金齿轮，该镍钛合金齿轮重量轻、耐蚀耐磨、无磁性，能够承受剧烈的冲击载荷，满足了复杂工况的使用需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种镍钛合金齿轮的粉末冶金制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将55NiTi合金粉末冷压成圆饼状坯料，然后在圆饼状坯料的外圈均匀放置60NiTi合金粉末并再次进行冷压，得到由内圈55NiTi合金层和外圈60NiTi合金层组成的压制坯料；所述55NiTi合金粉末中镍的质量含量为54.5％～57％，所述60NiTi合金粉末中镍的质量含量为59％～61％；

步骤二、将步骤一中得到的压制坯料放置于真空烧结炉内，抽真空至10^-3Pa后关闭真空并通入经干燥处理后的氩气进行填充，再次抽真空至10^-3Pa后加热进行高温烧结，得到镍钛合金烧结坯；

步骤三、将步骤二中得到的镍钛合金烧结坯采用不锈钢管包套后抽真空至10^-4Pa进行密封，然后放置于热等静压炉内进行热等静压处理，得到齿轮坯料；

步骤四、对步骤三中得到的齿轮坯料中的轮齿进行高频局部感应加热，然后进行水冷硬化处理，得到硬化齿轮；

步骤五、将步骤四中得到的硬化齿轮加工至设计尺寸，得到镍钛合金齿轮。

本发明分别采用55NiTi合金粉末和60NiTi合金粉末作为齿轮内圈和外圈的制备原料，先通过冷压得到压制坯料，然后经高温烧结、热等静压处理、轮齿加热硬化、加工，得到外部轮齿为高硬度60NiTi合金、内部齿心为高塑性55NiTi合金的双性能镍钛合金齿轮，且该镍钛合金齿轮重量轻、耐蚀耐磨、无磁性，能够承受剧烈的冲击载荷，加工难度降低，有效防止了镍钛合金齿轮的失效，满足了复杂工况的使用需求。