CN106282853A - 一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法，依次包括如下的步骤：步骤一、称取以下重量份数的配料得到混合料；步骤二、压制；得到毛坯；步骤三、将制备的毛坯进行烧结；得到烧结后的合金块；步骤四、将所述步骤三处理后的合金块进行热处理；得到汽车齿轮用铁基复合材料。本发明方法采用特定的配方和工艺，制备得到的汽车齿轮用铁基复合材料不仅力学性能优良，而且具有吸音、减振的功能，特别适合于制备汽车齿轮。
Description
技术领域
本发明涉及汽车配件的材料技术领域，尤其涉及一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法。
背景技术
齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，齿轮是汽车的重要零部件。汽车齿轮的寿命主要由两大指标考核，一是汽车齿轮的接触疲劳强度，二是汽车齿轮的弯曲疲劳强度，而接触疲劳强度和弯曲疲劳强度主要由汽车齿轮材料的性质决定。我国中重型载货汽车齿轮用钢牌号较多。现有的汽车齿轮磨损比较严重，传动反应比较慢，齿轮在传动时的噪音比较大，缩短了齿轮的使用寿命，大大降低了齿轮工作的可靠性。
齿轮作为在高温、高速、耐磨损条件下运行的结构件，金属基复合材料更适合它们的工作需要，其性价比要高于现有材料。所以从经济成木、实际应用效果两方而综合考虑，研发适合于齿轮的铁基材料，具有比较乐观的前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法。本发明方法采用特定的配方和工艺，制备得到的铁基复合材料不仅力学性能优良，而且具有吸音、减振的功能，特别适合于制备汽车齿轮。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法，依次包括如下的步骤：
步骤一、称取以下重量份数的配料：5份的镀铜碳纤维，5份的氮化钽，2.2份的镍粉、2份的铜粉和200份的Fe粉；所述镍粉粉末粒度为150～200目，所述Fe粉粉末粒度为250～300目，所述铜粉粉末粒度为150～200目；再加入5重量份的润滑剂进行球磨混合，混合时间为5小时；得到混合料；
步骤二、将所述步骤一制备的混合料在1000Mpa的压力下压制；得到毛坯；
步骤三、将所述步骤二制备的毛坯进行烧结，所述烧结包括前期烧结和后期烧结：前期烧结为真空烧结，后期烧结为连续气压烧结；
其中，所述真空烧结的具体步骤是：先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度在0.1Pa以下，然后对炉内进行加热，在温度为1200℃下保温0.5小时；
其中，所述连续气压烧结具体工艺参数是：连续气压烧结设备的运行速率为20mm/min，烧结温度850～1450℃，保温时间3小时；调节炉内气体压力为0.5Mpa，由氢气和氮气按体积比为2:1构成；通过连续气压烧结得到烧结后的合金块；
步骤四、将所述步骤三处理后的合金块进行热处理；得到本发明汽车齿轮用铁基复合材料。
在一个具体的实施方案中，所述镀铜碳纤维采用以下步骤对碳纤维进行镀铜处理制备得到，依次包括：
步骤A：碳纤维预处理
表面脱胶：在索氏提取机中沸腾的丙酮溶液中浸泡并利用搅拌瓷不断搅拌，温度控制在70℃，搅拌时间240min，确保丙酮脱胶完全；
表面除油：将脱胶后的碳纤维于10％NaOH溶液中，室温下搅拌30min，取出的碳纤维先后用乙醇和去离子水清洗，烘干待用；
表面粗化：采用质量分数为10％的过硫酸钾溶液为粗化液，将除油后的碳纤维浸入，不断搅拌60min；粗化后的碳纤维用质量分数为8％NaOH溶液和去离子水清洗至中性，烘干待用；
表面活化：采用敏化活化一步法，活化剂为胶体钯溶液，主要成分为：1.5g/LPbCl2、135g/L SnCl2、5g/L NaSnO3、175g/L NaCl、200mL/L HCl(37％)和适量的H2O；将粗化后的碳纤维放入胶体钯溶液中浸泡30min；
表面还原：将活化后的碳纤维放入10％HCl溶液中还原1min；步骤B：碳纤维化学镀
化学镀液的组成为：12g/L五水硫酸铜、10g/L四羟丙基乙二胺、9g/L乙二胺四乙酸二钠、16mL/L甲醛、0.01g/L双吡啶、0.1g/L亚铁氰化钾、0.8g/L PEG-100，用10％NaOH溶液调节镀液pH为12；
化学镀：将处理后的碳纤维浸入化学镀液中，镀液温度控制在40～60℃，缓慢搅拌，镀液产生大量气泡时补充新鲜镀液，匀速搅拌10min取出，用去离子水洗净烘干。
在一个具体的实施方案中，所述热处理工艺依次包括：等温淬火、高频淬火和回火。所述等温淬火工艺为：加热至850～1080℃保温10～30min，然后在500～480℃等温处理3～4h，水冷；所述高频淬火工艺为：温度为900～1000℃，加热速度为300～500℃/s；加热时间3～5s，同时加热淬火，急速冷却；所述回火工艺为：在100～180℃，保温60～120min。
在一个具体的实施方案中，所述润滑剂为硬脂酸锌。
在一个具体的实施方案中，所述连续气压烧结中，将样品摆放于传动装置上，样品随传动装置依次经过预热区、低温区、高温区、冷却区，完成烧结过程，出炉温度小于40℃。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明方法采用特定的配方和工艺，制备得到的铁基复合材料不仅力学性能优良，而且具有吸音、减振的功能，特别适合于制备汽车齿轮。
(2)本发明将真空烧结和连续气压烧结结合应用，进一步提高了产品致密性。
(3)本发明的汽车齿轮具有较高的强度、刚度。并且导热性好、耐高压、耐腐蚀，有充分的散热能力。汽车齿轮表面耐磨性能好，耐高温、热膨胀系数小，温度变化时，尺寸、形状变化小。吸振及吸音性能好，可大幅减少齿轮工作时的震动和噪音。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一镀铜碳纤维的制备
所述镀铜碳纤维采用以下步骤对碳纤维进行镀铜处理制备得到，依次包括：
步骤A：碳纤维预处理
表面脱胶：在索氏提取机中沸腾的丙酮溶液中浸泡并利用搅拌瓷不断搅拌，温度控制在70℃，搅拌时间240min，确保丙酮脱胶完全；
表面除油：将脱胶后的碳纤维于10％NaOH溶液中，室温下搅拌30min，取出的碳纤维先后用乙醇和去离子水清洗，烘干待用；
表面粗化：采用质量分数为10％的过硫酸钾溶液为粗化液，将除油后的碳纤维浸入，不断搅拌60min；粗化后的碳纤维用质量分数为8％NaOH溶液和去离子水清洗至中性，烘干待用；
表面活化：采用敏化活化一步法，活化剂为胶体钯溶液，主要成分为：1.5g/LPbCl2、135g/L SnCl2、5g/L NaSnO3、175g/L NaCl、200mL/L HCl(37％)和适量的H2O；将粗化后的碳纤维放入胶体钯溶液中浸泡30min；
表面还原：将活化后的碳纤维放入10％HCl溶液中还原1min；步骤B：碳纤维化学镀
化学镀液的组成为：12g/L五水硫酸铜、10g/L四羟丙基乙二胺、9g/L乙二胺四乙酸二钠、16mL/L甲醛、0.01g/L双吡啶、0.1g/L亚铁氰化钾、0.8g/L PEG-100，用10％NaOH溶液调节镀液pH为12；
化学镀：将处理后的碳纤维浸入化学镀液中，镀液温度控制在40～60℃，缓慢搅拌，镀液产生大量气泡时补充新鲜镀液，匀速搅拌10min取出，用去离子水洗净烘干。
实施例二一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法
本实施例一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法，依次包括如下的步骤：
步骤一、称取以下重量份数的配料：5份的实施例一制备的镀铜碳纤维，5份的氮化钽，2.2份的镍粉、2份的铜粉和200份的Fe粉；所述镍粉粉末粒度为150～200目，所述Fe粉粉末粒度为250～300目，所述铜粉粉末粒度为150～200目；再加入5重量份的硬脂酸锌进行球磨混合，混合时间为5小时；得到混合料；
步骤二、将所述步骤一制备的混合料在1000Mpa的压力下压制；得到毛坯；
步骤三、将所述步骤二制备的毛坯进行烧结，所述烧结包括前期烧结和后期烧结：前期烧结为真空烧结，后期烧结为连续气压烧结；
其中，所述真空烧结的具体步骤是：先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度在0.1Pa以下，然后对炉内进行加热，在温度为1200℃下保温0.5小时；
其中，所述连续气压烧结具体工艺参数是：连续气压烧结设备的运行速率为20mm/min，烧结温度850～1450℃，保温时间3小时；调节炉内气体压力为0.5Mpa，由氢气和氮气按体积比为2:1构成；通过连续气压烧结得到烧结后的合金块；所述连续气压烧结中，将样品摆放于传动装置上，样品随传动装置依次经过预热区、低温区、高温区、冷却区，完成烧结过程，出炉温度小于40℃。
步骤四、将所述步骤三处理后的合金块进行热处理；得到本发明汽车齿轮用铁基复合材料。
上述步骤四中，所述热处理工艺依次包括：等温淬火、高频淬火和回火；所述等温淬火工艺为：加热至850～1080℃保温10～30min，然后在500～480℃等温处理3～4h，水冷；所述高频淬火工艺为：温度为900～1000℃，加热速度为300～500℃/s；加热时间3～5s，同时加热淬火，急速冷却；所述回火工艺为：在100～180℃，保温60～120min。
本实施例二制备得到的汽车用铁基复合材料性能：
表面硬度为80HRC，抗拉强度为1125Mpa，表面硬度高、强度高、韧性好、抗磨性好，旋转弯曲疲劳强度为600～65Mpa，适合于齿轮材料。
对比例一
对比例一与实施例二基本相同，其区别仅仅在于，配料中不含镀铜碳纤维。
将对比例一制备的材料和实施例二的材料进行性能对比，其耐磨性不如实施例二。表格如下：
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法，其特征在于，依次包括如下的步骤：
步骤一、称取以下重量份数的配料：5份的镀铜碳纤维，5份的氮化钽，2.2份的镍粉、2份的铜粉和200份的Fe粉；所述镍粉粉末粒度为150～200目，所述Fe粉粉末粒度为250～300目，所述铜粉粉末粒度为150～200目；再加入5重量份的润滑剂进行球磨混合，混合时间为5小时；得到混合料；
步骤二、将所述步骤一制备的混合料在1000Mpa的压力下压制；得到毛坯；
步骤三、将所述步骤二制备的毛坯进行烧结，所述烧结包括前期烧结和后期烧结：前期烧结为真空烧结，后期烧结为连续气压烧结；
其中，所述真空烧结的具体步骤是：先对炉内抽真空，保证炉体内的真空度在0.1Pa以下，然后对炉内进行加热，在温度为1200℃下保温0.5小时；
其中，所述连续气压烧结具体工艺参数是：连续气压烧结设备的运行速率为20mm/min，烧结温度850～1450℃，保温时间3小时；调节炉内气体压力为0.5Mpa，由氢气和氮气按体积比为2:1构成；通过连续气压烧结得到烧结后的合金块；
步骤四、将所述步骤三处理后的合金块进行热处理；得到本发明汽车齿轮用铁基复合材料。
2.如权利要求1所述的一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述热处理工艺依次包括：等温淬火、高频淬火和回火；
所述等温淬火工艺为：加热至850～1080℃保温10～30min，然后在500～480℃等温处理3～4h，水冷；
所述高频淬火工艺为：温度为900～1000℃，加热速度为300～500℃/s；加热时间3～5s，同时加热淬火，急速冷却；
所述回火工艺为：在100～180℃，保温60～120min。
3.如权利要求2所述的一种汽车齿轮用铁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌。
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