專利名稱：一種納米晶鎂合金粉末齒輪的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械產(chǎn)品加工方法，主要涉及一種基于納米晶鎂合金粉末制造齒輪的 方法。
背景技術(shù)：
齒輪為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中重要的零部件，具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比穩(wěn)定、 工作可靠、等優(yōu)點(diǎn)，使其應(yīng)用廣泛，一直是機(jī)械工業(yè)的重要基礎(chǔ)件，但齒輪在應(yīng)用過(guò)程中，常 常出現(xiàn)一些問(wèn)題，其中包括齒的磨損、齒形變形、齒的斷裂，尤其是鑄造齒輪，由于鑄造合金 的晶粒尺寸粗大、合金成分偏析，所以這類合金生產(chǎn)出來(lái)的齒輪性能差、不穩(wěn)定，不能滿足 性能特定環(huán)境下使用性能的要求，而且常規(guī)材料制造的齒輪重量大，不能滿足輕質(zhì)的要求。 對(duì)于鎂合金齒輪，由于鎂是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，常溫下鎂合金的滑移系較少，目前鎂合金零 件主要采用鑄造方法成形，較少采用鍛壓、擠壓、軋制等塑性加工方法成形，由于在鑄造過(guò) 程中鑄件不可避免地要產(chǎn)生氣孔、組織疏松等缺陷，影響產(chǎn)品性能，且有些零件采用鑄造成 形的方法已經(jīng)不能滿足使用性能要求，從而在很大程度上限制了鎂合金的應(yīng)用。而近年來(lái) 對(duì)輕質(zhì)材料的需求越來(lái)越大，鎂合金作為最輕的金屬工程材料，具有密度小、比強(qiáng)度高和比 剛度高、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好、切削加工性好、優(yōu)良的阻尼性和電磁屏蔽性、易于加工成型和回 收等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)塑性加工的鎂合金產(chǎn)品具有更高的強(qiáng)度、更好的延展性和更多樣化的機(jī)械 性能。因此，研究鎂合金的成形工藝具有重要的實(shí)際意義。近年來(lái)，隨著工業(yè)水平的不斷提高，對(duì)齒輪綜合性能的要求也越來(lái)越苛刻，尤其對(duì) 于鎂合金而言，鎂合金在室溫下的塑性極差，很難通過(guò)常規(guī)的方法來(lái)制備齒輪，由于鎂合金 重量輕在航空航天、汽車、通訊等國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要工業(yè)領(lǐng)域，具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值 與廣闊的應(yīng)用前景，因此這個(gè)問(wèn)題急需解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出一種納米晶鎂合金粉末齒輪 的制造方法，達(dá)到在滿足同等性能要求的前提下，大幅度地降低重量的目的，同時(shí)提高齒輪 的承載能力，延長(zhǎng)齒輪的服役壽命，滿足在航空航天上的使用性能要求。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的在純度為99. 99%以上的惰性氣體的保護(hù)下，在室溫環(huán)境 中，采用機(jī)械球磨設(shè)備將鎂合金直接細(xì)化成具有納米晶結(jié)構(gòu)的粉末；機(jī)械球磨時(shí)間80-100 小時(shí)，機(jī)械球磨的球料比10 1-30 1，機(jī)械球磨的轉(zhuǎn)速300-400轉(zhuǎn)/分，機(jī)械球磨過(guò)程 中惰性氣體的壓力為0. 5-lMPa，機(jī)械球磨生成物的晶粒尺寸60-150nm ；將制備得到的納 米晶純鎂粉末放入齒輪模具中，然后將模具整體移至熱等靜壓設(shè)備中去，用密封材料將整 個(gè)模具密封，將熱等靜壓設(shè)備進(jìn)行抽真空，然后向內(nèi)部注入惰性氣體，如此進(jìn)行三次，在完 成以上步驟后，將模具加熱到300-350°C，保溫10-30分鐘，使設(shè)備內(nèi)部的溫度均勻，采用 300-400MPa的壓力進(jìn)行壓制并保壓10-30分鐘，使齒輪內(nèi)部的壓力均勻達(dá)到完全的致密 化，得到納米晶鎂合金齒輪。
惰性氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣。鎂合金包括純鎂、AZ31鎂合金、AZ61鎂合金等本發(fā)明采用室溫機(jī)械球磨制備納米晶鎂合金，同時(shí)采用熱等靜壓來(lái)固結(jié)成型鎂合 金齒輪，其主要優(yōu)點(diǎn)為(1)設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝易實(shí)現(xiàn)；(2)靠機(jī)械力驅(qū)動(dòng)的作用，直接生成具有納米結(jié)構(gòu)的鎂合金粉末。(3)熱等靜壓在真空的條件下進(jìn)行，不污染原材料，同時(shí)熱等靜壓制備的鎂合金齒 輪不再需要進(jìn)行燒結(jié)，減少加工工序，降低生產(chǎn)成本。(4)熱等靜壓制備出來(lái)的鎂合金齒輪致密度高，重量輕，完全滿足各項(xiàng)性能的要 求，不再需要進(jìn)行二次加工。


圖1為本發(fā)明制備的納米晶鎂合金粉末的XRD圖譜。圖2為本發(fā)明制備的納米晶鎂合金粉末的TEM圖譜
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
具體實(shí)施方式
一稱純鎂粉末5克，不銹鋼球50克，其中直徑為10mm的不銹鋼球15克，直徑為 5mm的不銹鋼球35克，以球料比為10 1的比例放入球磨罐內(nèi)。往球磨罐內(nèi)沖入純度為 99. 99%的氬氣，充放氬氣的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行3遍以保證球磨罐內(nèi)完全是氫氣不含有其他氣 體雜質(zhì)，氬氣壓力為0. 5MPa。將球磨罐放到QM-ISP4行星式球磨機(jī)中，牢固固定后，以300 轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨，其中每1個(gè)小時(shí)停止球磨10分鐘，防止球磨罐內(nèi)的溫度過(guò)高影 響球磨效果。球磨80小時(shí)得到晶粒尺寸為75納米的純鎂粉末。將制備得到的納米晶純鎂 粉末放入齒輪模具中，然后將模具整體移至熱等靜壓設(shè)備中去，用密封材料將整個(gè)模具密 封。將密封后的裝置進(jìn)行抽真空，然后向內(nèi)部注入氬氣，如此進(jìn)行三次防止內(nèi)部存在易于鎂 合金粉末發(fā)生反應(yīng)的氣體存在。在完成以上步驟后，將模具加熱到300°C并保溫10分鐘，使 裝置內(nèi)部的溫度均勻。采用300Mpa的壓力進(jìn)行壓制并保壓10分鐘使齒輪內(nèi)部的壓力均勻 達(dá)到完全的致密化，最后得到的納米晶鎂合金齒輪。
具體實(shí)施方式
二稱AZ31鎂合金粉末5克，不銹鋼球50克(其中直徑為10mm的不銹鋼球15克，直 徑為5mm的不銹鋼球35克)，以球料比為10 1的比例放入球磨罐內(nèi)。往球磨罐內(nèi)沖入 純度為99. 99%的氦氣，充放氦氣的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行3遍以保證球磨罐內(nèi)完全是氫氣不含有 其他氣體雜質(zhì)，氦氣壓力為IMPa。將球磨罐放到QM-ISP4行星式球磨機(jī)中，牢固固定后，以 400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨，其中每1個(gè)小時(shí)停止球磨10分鐘，防止球磨罐內(nèi)的溫度過(guò)高 影響球磨效果。球磨100小時(shí)得到晶粒尺寸為110納米的純鎂粉末。將制備得到的納米晶 純鎂粉末放入齒輪模具中，然后將模具整體移至熱等靜壓設(shè)備中去，用密封材料將整個(gè)模 具密封。將密封后的裝置進(jìn)行抽真空，然后向內(nèi)部注入氦氣，如此進(jìn)行三次防止內(nèi)部存在易 于鎂合金粉末發(fā)生反應(yīng)的氣體存在。在完成以上步驟后，將模具加熱到350°c并保溫30分鐘，使裝置內(nèi)部的溫度均勻。采用400Mpa的壓力進(jìn)行壓制并保壓30分鐘使齒輪內(nèi)部的壓 力均勻達(dá)到完全的致密化，最后得到的納米晶鎂合金齒輪。
具體實(shí)施方式
三稱AZ61鎂合金粉末5克，不銹鋼球50克(其中直徑為10mm的不銹鋼球15克，直 徑為5mm的不銹鋼球35克)，以球料比為10 1的比例放入球磨罐內(nèi)。往球磨罐內(nèi)沖入 純度為99. 99%的氬氣，充放氬氣的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行3遍以保證球磨罐內(nèi)完全是氫氣不含有 其他氣體雜質(zhì)，氬氣壓力為IMPa。將球磨罐放到QM-ISP4行星式球磨機(jī)中，牢固固定后，以 375轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨，其中每1個(gè)小時(shí)停止球磨10分鐘，防止球磨罐內(nèi)的溫度過(guò) 高影響球磨效果。球磨90小時(shí)得到晶粒尺寸為93納米的純鎂粉末。將制備得到的納米晶 純鎂粉末放入齒輪模具中，然后將模具整體移至熱等靜壓設(shè)備中去，用密封材料將整個(gè)模 具密封。將密封后的裝置進(jìn)行抽真空，然后向內(nèi)部注入氖氣，如此進(jìn)行三次防止內(nèi)部存在易 于鎂合金粉末發(fā)生反應(yīng)的氣體存在。在完成以上步驟后，將模具加熱到320°C并保溫20分 鐘，使裝置內(nèi)部的溫度均勻。采用350Mpa的壓力進(jìn)行壓制并保壓20分鐘使齒輪內(nèi)部的壓 力均勻達(dá)到完全的致密化，最后得到的納米晶鎂合金齒輪。
權(quán)利要求
一種納米晶鎂合金粉末齒輪的制造方法，其特征在于①在純度為99.99％以上的惰性氣體的保護(hù)下，在室溫環(huán)境中，采用機(jī)械球磨設(shè)備將鎂合金直接細(xì)化成具有納米晶結(jié)構(gòu)的粉末；機(jī)械球磨時(shí)間80-100小時(shí)，機(jī)械球磨的球料比10∶1-30∶1，機(jī)械球磨的轉(zhuǎn)速300-400轉(zhuǎn)/分，機(jī)械球磨過(guò)程中惰性氣體的壓力為0.5-1MPa，機(jī)械球磨生成物的晶粒尺寸60-150nm；②將制備得到的納米晶純鎂粉末放入齒輪模具中，然后將模具整體移至熱等靜壓設(shè)備中去，用密封材料將整個(gè)模具密封，將熱等靜壓設(shè)備進(jìn)行抽真空，然后向內(nèi)部注入惰性氣體，如此進(jìn)行三次，在完成以上步驟后，將模具加熱到300-350℃，保溫10-30分鐘，使設(shè)備內(nèi)部的溫度均勻，采用300-400MPa的壓力進(jìn)行壓制并保壓10-30分鐘，使齒輪內(nèi)部的壓力均勻達(dá)到完全的致密化，得到納米晶鎂合金齒輪。
全文摘要
一種納米晶鎂合金粉末齒輪的制造方法屬于機(jī)械產(chǎn)品加工方法；在惰性氣體的保護(hù)下，在室溫環(huán)境中，采用機(jī)械球磨設(shè)備將鎂合金直接細(xì)化成具有納米晶結(jié)構(gòu)的粉末；機(jī)械球磨時(shí)間80-100小時(shí)、球料比10∶1-30∶1、轉(zhuǎn)速300-400轉(zhuǎn)/分、惰性氣體的壓力為0.5-1MPa、生成物的晶粒尺寸60-150nm；將得到的鎂合金粉末生成物置于齒輪模具中，采用熱等靜壓技術(shù)壓制成鎂合金納米晶粉末齒輪，其中熱等靜壓壓力為300-400MPa，保壓時(shí)間10-30分鐘，模具加熱溫度300-350℃，保溫10-30分鐘；鎂合金作為最輕的金屬工程材料，在航空航天、汽車等領(lǐng)域，具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值與廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B22F5/08GK101856722SQ201010205678
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者劉凱, 張銀鈴, 王珩, 王辛, 郭宇 申請(qǐng)人:黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院