CN108118123B - GT35精密装配零件沉积TiN膜层工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GT35精密装配零件沉积TiN膜层工艺方法,包括以下步骤：a、对GT35材料的粗加工零件进行淬火；b、对淬火后的GT35零件粗加工件进行450±10℃，保温3～4小时的回火处理，之后进行稳定处理，充分消除零件机械加工过程中的应力；c、通过磨、研、抛对GT35零件粗加工件进行继续机械加工，之后进行稳定处理；d、对GT35零件机械精加工，使GT35零件的尺寸满足装配尺寸要求；e、为GT35零件镀TiN膜，镀膜时炉腔温度为200±10℃；f、精研TiN膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种GT35零件沉积TiN膜层工艺方法。
背景技术
航天惯性器件中核心零件半球动压马达在装配前要求其球碗零件的工作面上沉积TiN膜层，以提高其与半球零件之间的耐磨性、降低二者旋转摩擦时的摩擦系数并保证膜层结合力良好。为了确保膜层的结合力好且机械性能优良，我们是利用技术先进的真空离子镀技术制备TiN膜层。利用此方法制备性能、质量良好的TiN膜层时一般在沉积前需将基体加热至(300～500)℃为宜，其目的是确保聚集到基体表面的金属钛离子和氮离子有足够的能量成键结合，并且为各种粒子在附着面进行迁移和扩散运动提供了充足的热动力以确保其从各种非稳定状态达到稳定状态，从而在宏观上起到提高膜层性能和质量的作用。然而在半球动压马达装配时又对球碗零件在其止口位置和球面圆度的形位精度要求在1μm和0.3μm以内，这些高精度的尺寸要求不允许球碗零件在较高的温度生产。但是，从前期的膜层制备试验上来看，在80℃以上炉温下进行厚度≥0.5μm的TiN膜层沉积时，一方面其在前期装配配合完成的止口尺寸收缩＞1μm，破坏了装配的过盈配合要求；另一方面在≤100℃的低温下制备的膜层结合力较差≤30N(划痕法测试结果)经过装配前的研磨加工时发现膜层无法满足使用要求。所以在球碗镀膜过程中只是单方面的一味降低膜层沉积温度来制备质量优良的TiN膜层和保证球碗精度是无法完成的。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，提供一种既能防止紧密装配零件变形，又能提高TiN膜的结合力的工艺方法，本发明所采用的技术方案是：
GT35精密装配零件沉积TiN膜层工艺方法,包括以下步骤：
a、对GT35材料的粗加工零件进行淬火；
b、对淬火后的GT35零件粗加工件进行450±10℃，保温3～4小时的回火处理，之后进行稳定处理，充分消除零件机械加工过程中的应力；
c、通过磨、研、抛对GT35零件粗加工件进行继续机械加工，之后进行稳定处理；
d、对GT35零件机械精加工，使GT35零件的尺寸满足装配尺寸要求；
e、为GT35零件镀TiN膜，镀膜时炉腔温度为200±10℃；
f、精研TiN膜。
在步骤e中镀膜厚度在5μm以内。
在步骤f中精研精度达到0.3μm以内圆度要求。
GT35精密装配零件沉积TiN膜层工艺方法,包括以下步骤：
a、对GT35材料的粗加工零件进行淬火；
b、对淬火后的GT35零件粗加工件进行220±10℃，保温1～2小时的回火处理，之后进行稳定处理；
c、通过磨、研、抛对GT35零件粗加工件进行继续机械加工；
d、对GT35零件加工件进行温度为450±10℃，保温时间为3～4小时的真空回火处理，之后稳定处理；
e、对GT35零件机械精加工，使GT35零件的尺寸满足装配尺寸要求；
f、为GT35零件镀TiN膜，镀膜时炉腔温度为200±10℃；
g、精研TiN膜。
在步骤f中镀膜厚度在5μm以内。
在步骤g中精研精度达到0.3μm以内圆度要求。
采用上面提供的工艺方法制备的膜层结合力可提高至86N(划痕法测试结果)，且GT35精密装配零件的精度仍满足装配要求。
附图说明
图1为本发明实施例1中的零件的结构示意图。
具体实施方式
首先提供一种针对GT35材料制备的精密装配零件镀TiN的制备工艺，步骤如下：
g、对GT35材料的粗加工零件进行淬火；
h、对淬火后的GT35零件粗加工件进行450±10℃，保温3～4小时的回火处理，之后进行稳定处理，充分消除零件机械加工过程中的应力；
i、通过磨、研、抛对GT35零件粗加工件进行继续机械加工，之后进行稳定处理；
j、对GT35零件机械精加工，使GT35零件的尺寸满足装配尺寸要求；(解释内容：工艺技术改进之前，在TiN膜制备前是进行的淬火火的220℃的回火，未进行过高温450℃回火处理，在进行了装配尺寸的过盈配合加工后进行TiN膜的制备，结果是零件上前工序的过盈配合加工尺寸收缩，导致零件行为精度不满足装配要求)
k、为GT35零件镀TiN膜，镀膜时炉腔温度为200±10℃；
l、精研TiN膜。
其中在步骤e中镀膜厚度在5μm以内；在步骤f中精研精度达到0.3μm以内圆度要求。
在上面该工艺的基础上，提出了类似的改进方案，该改进工艺步骤如下：
h、对GT35材料的粗加工零件进行淬火；
i、对淬火后的GT35零件粗加工件进行220±10℃，保温1～2小时的回火处理，之后进行稳定处理；
j、通过磨、研、抛对GT35零件粗加工件进行继续机械加工；
k、对GT35零件加工件进行温度为450±10℃，保温时间为3～4小时的真空回火处理，之后稳定处理；
l、对GT35零件机械精加工，使GT35零件的尺寸满足装配尺寸要求；
m、为GT35零件镀TiN膜，镀膜时炉腔温度为200±10℃；
精研TiN膜。
其中在步骤f中镀膜厚度在5μm以内；在步骤g中精研精度达到0.3μm以内圆度要求。
在具体实施例中的制备方法如下：
该工艺制备的是如图1所示的GT35球碗零件镀TiN的工艺：
球碗形状尺寸机械加工后淬火；
之后进行回火处理(回火温度450±10℃，保温3～4小时)，然后稳定处理；
稳定处理后通过磨、研、抛对GT35球碗零件机械加工，之后再次进行稳定处理；
机械加工针对球碗零件止口尺寸配加工；
镀TiN膜，炉腔温度200±10℃，厚度5μm以内
精研TiN膜。
另一种补充的高温回火处理加工工艺流程：
球碗形状尺寸机械加工后淬火
回火(回火温度220℃，保温时间1～2小时)然后稳定处理；
稳定处理后通过磨、研、抛对GT35球碗零件机械加工；
再对GT35球碗零件进行一次真空高温回火处理(真空环境下450±10℃，保温时间3～4小时)，完后稳定处理；
机械加工针对球碗零件止口尺寸配加工；
镀TiN膜(炉腔温度200±10℃，厚度5μm以内)；
精研TiN膜。
GT35材料的球碗零件，进行止口尺寸过盈配加工和镀TiN膜层之前，需对球碗零件进行450±10℃/(3～4)h的高温回火过程，确保在满足基体硬度要求的同时提前消除材料组织变化引起的尺寸收缩问题和球碗加工应力引起的变形。这样球碗零件在200℃的炉温下进行TiN膜层的制备后将不会发生其止口尺寸过盈配合超出允许的收缩量1μm要求。制备的TiN膜层厚度可根据要求在5μm以内调整，球碗球面上的膜层在经过精研之后可达到0.3μm以内的圆度要求。
GT35材料在30℃炉温下沉积1.2μmTiN薄膜，其球碗零件止口收缩最大量小于1μm，其五截面圆度精度在抛研后可达到0.3μm左右，膜层结合力为30N左右，硬度28.5GPa。
涉及到GT35硬质合金材料工件在加工的后期部分关键尺寸其形位精度均在亚微米等级时，若依然要对产品进行如TiN镀膜这样的加热后加工或加工过程中会产生较高温升的情况，则为了避免温升引起的工件变形问题，可在工件精加工前合理安排高温消除应力工序内容(其温度高于后期加工的加热温度，时间覆盖其加热时间)，有效控制零件变形问题同时还必须符合产品使用及性能要求(如硬度)的加工方法。
为了选择合适的回火温度范围，我们做了大量的实验进行验证，通过在不同温度下对GT35材料的球碗零件进行TiN膜层的制备，对制备后的试样进行检测和加工试验发现，膜层沉积温度越高制备的膜层结合力越好，在后期研抛加工过程中越不容易出现膜层研脱和产生缺陷的情况，在30℃以上炉温下沉积1μm的TiN膜层后，球碗止口位置直径尺寸均有＞1μm的收缩量。
在对GT35材料进行热处理时，满足其硬度≥HRA81的最高回火温度可达450℃。在对GT35球碗零件进行450℃回火处理后，其止口位置的直径尺寸收缩量最大可达到7μm，且在(400～500)℃温度范围内进行回火处理时，回火温度越高GT35材料硬度下降越大，球碗止口直径尺寸收缩量越大。
在配止口加工前进行450℃回火处理的球碗零件，可实现一定温度范围内的镀膜加工，保证制备的膜层其满足后续的研抛加工要求，止口形位精度满足装配要求。对球碗零件合理设计掩膜工装及转车旋转方式可将之前的膜层沉积效率提高了三分之二以上，且确保制备的膜层在后续加工后满足装配使用要求。
以上是针对GT35材料制备的高精度装配零件镀TiN膜的工艺方法，而且在提供了一个具体实施例做以说明，除了上面给出的材料采用该工艺外，还可以扩展到其他材料领域，通过上面思路实现对高精度装配件镀TiN的制备工艺，均应落在该保护范围内。
Claims (4)
1.GT35精密装配零件沉积TiN膜层工艺方法,包括以下步骤：
a、对GT35材料的粗加工零件进行淬火；
b、对淬火后的GT35零件粗加工件进行450±10℃，保温3～4小时的回火处理，之后进行稳定处理，充分消除零件机械加工过程中的应力；
c、通过磨、研、抛对GT35零件粗加工件进行继续机械加工，之后进行稳定处理；
d、对GT35零件机械精加工，使GT35零件的尺寸满足装配尺寸要求；
e、为GT35零件镀TiN膜，镀膜时炉腔温度为200±10℃，镀膜厚度在5μm以内；
f、精研TiN膜。
2.根据权利要求1所述的GT35精密装配零件沉积TiN膜层工艺方法,其特征在于：在步骤f中精研精度达到0.3μm以内圆度要求。
3.GT35精密装配零件沉积TiN膜层工艺方法,包括以下步骤：
a、对GT35材料的粗加工零件进行淬火；
b、对淬火后的GT35零件粗加工件进行220±10℃，保温1～2小时的回火处理，之后进行稳定处理；
c、通过磨、研、抛对GT35零件粗加工件进行继续机械加工；
d、对GT35零件加工件进行温度为450±10℃，保温时间为3～4小时的真空回火处理，之后稳定处理；
e、对GT35零件机械精加工，使GT35零件的尺寸满足装配尺寸要求；
f、为GT35零件镀TiN膜，镀膜时炉腔温度为200±10℃，镀膜厚度在5μm以内；
g、精研TiN膜。
4.根据权利要求3所述的GT35精密装配零件沉积TiN膜层工艺方法,其特征在于：在步骤g中精研精度达到0.3μm以内圆度要求。
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