[发明专利]一种钛合金齿轮及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钛合金齿轮的制备方法，包括：采用3D打印的方法制备得到钛合金齿轮基体；将所述钛合金齿轮基体进行热等静压处理，得到钛合金齿轮坯体；采用熔覆的方法在所述钛合金齿轮坯体表面形成硬化层，得到钛合金齿轮，所述硬化层的厚度为1～2mm。本发明提供的钛合金齿轮的制备方法通过进行热等静压处理能够改善齿轮基体的力学性能，同时通过采用熔覆的方法能够在齿轮基体表面形成厚度较大的硬化层，本发明通过上述工艺制备得到的钛合金齿轮表面硬度高、摩擦系数低，耐磨损，抗冲击同时疲劳性能强，适用于航空航天、汽车工业等行业的齿轮传动设备。

技术领域

本发明涉及齿轮技术领域，尤其涉及一种钛合金齿轮及其制备方法。

背景技术

齿轮传动是应用最为广泛的一种传动机构，随着现代工业水平的发展，齿轮传动正朝着低速重载和高速重载的两个方向发展，对齿轮的性能要求越来越高，要求其具有高功率密度、长寿命、高可靠性等特点。

目前普遍使用的高性能齿轮一般由低碳、中碳合金钢锻件，采用滚齿或插齿成形，再经渗碳、渗氮热处理方式获得表面硬化层，最后通过磨齿到达要求的齿轮设计精度。

现有技术所制备的齿轮，虽然能满足使用要求，但是其热处理工艺过程复杂，而且热处理过程中变形大，容易出现组织缺陷和渗层不均匀等问题，影响其使用性能。另外，对于大螺旋角内齿轮、无退刀槽人字齿和双联齿轮等复杂结构齿轮，采用滚齿或插齿进行加工难度大。而且，常规渗碳、渗氮齿轮的表面硬度和疲劳强度依然较低，限制了齿轮在耐磨性、功率密度和使用寿命上的进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钛合金齿轮及其制备方法，本发明提供的方法制备得到的钛合金齿轮表面硬度高、摩擦系数低，耐磨损，抗冲击。

本发明提供了一种钛合金齿轮，包括：

钛合金齿轮基体；

附着在所述钛合金齿轮基体表面的硬化层。

在本发明中，所述钛合金齿轮基体的成分优选为α+β相钛合金，在本发明中，所述钛合金齿轮基体的成分优选为：

5.2～6.8wt％的Al；1.6～2.5wt％的Sn；1.6～2.5wt％的Zr；2.0～3.3wt％的Mo；0.9～2.0wt％的Cr；1.0～2.0wt％的Nb；0.05～0.15wt％的Si；余量为Ti。

所述钛合金齿轮基体的成分更优选为：

5.5～6.5wt％的Al；2.0～2.5wt％的Sn；2.0～2.5wt％的Zr；2.0～2.5wt％的Mo；1.5～2.0wt％的Cr；1.0～1.5wt％的Nb；0.08～0.12wt％的Si；余量为Ti；

所述钛合金齿轮基体的成分最优选为TC21牌号的钛合金即Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-1Nb-0.1Si成分的钛合金：

6wt％的Al；2wt％的Sn；2wt％的Zr；2wt％的Mo；2wt％的Cr；1wt％的Nb；0.1wt％的Si；余量为Ti。

在本发明中，所述硬化层为硬度高、耐磨性好、摩擦系数低的硬化层。在本发明中，所述硬化层的厚度优选为1～2mm，更优选为1.2～1.8mm，最优选为1.4～1.6mm。在本发明中，所述硬化层的成分优选包括TiC、Ti和Ni；所述TiC在硬化层中的质量含量优选为35～45％，更优选为38～42％，最优选为40％；所述Ti在硬化层中的质量含量优选为35％～45％，更优选为38～42％，最优选为40％；所述Ni在硬化层中的质量含量优选为10％～30％，更优选为15～25％，最优选为20％。在本发明中，所述硬化层中的合金元素TiC的含量由表及里梯度降低，即硬化层表面TiC含量最高，越接近钛合金齿轮基体，TiC含量越低。

在本发明中，所述钛合金齿轮可以为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、锥齿轮等。