本發(fā)明涉及汽車配件的材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種汽車齒輪用鐵基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
齒輪是輪緣上有齒能連續(xù)嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械元件，齒輪是汽車的重要零部件。汽車齒輪的壽命主要由兩大指標(biāo)考核，一是汽車齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度，二是汽車齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度，而接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度主要由汽車齒輪材料的性質(zhì)決定。我國(guó)中重型載貨汽車齒輪用鋼牌號(hào)較多。現(xiàn)有的汽車齒輪磨損比較嚴(yán)重，傳動(dòng)反應(yīng)比較慢，齒輪在傳動(dòng)時(shí)的噪音比較大，縮短了齒輪的使用壽命，大大降低了齒輪工作的可靠性。
齒輪作為在高溫、高速、耐磨損條件下運(yùn)行的結(jié)構(gòu)件，金屬基復(fù)合材料更適合它們的工作需要，其性價(jià)比要高于現(xiàn)有材料。所以從經(jīng)濟(jì)成木、實(shí)際應(yīng)用效果兩方而綜合考慮，研發(fā)適合于齒輪的鐵基材料，具有比較樂觀的前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種汽車齒輪用鐵基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明方法采用特定的配方和工藝，制備得到的鐵基復(fù)合材料不僅力學(xué)性能優(yōu)良，而且具有吸音、減振的功能，特別適合于制備汽車齒輪。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種汽車齒輪用鐵基復(fù)合材料的制備方法，依次包括如下的步驟：
步驟一、稱取以下重量份數(shù)的配料：5份的鍍銅碳纖維，5份的氮化鉭，2.2份的鎳粉、2份的銅粉和200份的Fe粉；所述鎳粉粉末粒度為150～200目，所述Fe粉粉末粒度為250～300目，所述銅粉粉末粒度為150～200目；再加入5重量份的潤(rùn)滑劑進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為5小時(shí)；得到混合料；
步驟二、將所述步驟一制備的混合料在1000Mpa的壓力下壓制；得到毛坯；
步驟三、將所述步驟二制備的毛坯進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)包括前期燒結(jié)和后期燒結(jié)：前期燒結(jié)為真空燒結(jié)，后期燒結(jié)為連續(xù)氣壓燒結(jié)；
其中，所述真空燒結(jié)的具體步驟是：先對(duì)爐內(nèi)抽真空，保證爐體內(nèi)的真空度在0.1Pa以下，然后對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行加熱，在溫度為1200℃下保溫0.5小時(shí)；
其中，所述連續(xù)氣壓燒結(jié)具體工藝參數(shù)是：連續(xù)氣壓燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行速率為20mm/min，燒結(jié)溫度850～1450℃，保溫時(shí)間3小時(shí)；調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣體壓力為0.5Mpa，由氫氣和氮?dú)獍大w積比為2:1構(gòu)成；通過連續(xù)氣壓燒結(jié)得到燒結(jié)后的合金塊；
步驟四、將所述步驟三處理后的合金塊進(jìn)行熱處理；得到本發(fā)明汽車齒輪用鐵基復(fù)合材料。
在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述鍍銅碳纖維采用以下步驟對(duì)碳纖維進(jìn)行鍍銅處理制備得到，依次包括：
步驟A：碳纖維預(yù)處理
表面脫膠：在索氏提取機(jī)中沸騰的丙酮溶液中浸泡并利用攪拌瓷不斷攪拌，溫度控制在70℃，攪拌時(shí)間240min，確保丙酮脫膠完全；
表面除油：將脫膠后的碳纖維于10％NaOH溶液中，室溫下攪拌30min，取出的碳纖維先后用乙醇和去離子水清洗，烘干待用；
表面粗化：采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的過硫酸鉀溶液為粗化液，將除油后的碳纖維浸入，不斷攪拌60min；粗化后的碳纖維用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％NaOH溶液和去離子水清洗至中性，烘干待用；
表面活化：采用敏化活化一步法，活化劑為膠體鈀溶液，主要成分為：1.5g/L PbCl2、135g/L SnCl2、5g/L NaSnO3、175g/L NaCl、200mL/L HCl(37％)和適量的H2O；將粗化后的碳纖維放入膠體鈀溶液中浸泡30min；
表面還原：將活化后的碳纖維放入10％HCl溶液中還原1min；步驟B：碳纖維化學(xué)鍍
化學(xué)鍍液的組成為：12g/L五水硫酸銅、10g/L四羥丙基乙二胺、9g/L乙二胺四乙酸二鈉、16mL/L甲醛、0.01g/L雙吡啶、0.1g/L亞鐵氰化鉀、0.8g/L PEG-100，用10％NaOH溶液調(diào)節(jié)鍍液pH為12；
化學(xué)鍍：將處理后的碳纖維浸入化學(xué)鍍液中，鍍液溫度控制在40～60℃，緩慢攪拌，鍍液產(chǎn)生大量氣泡時(shí)補(bǔ)充新鮮鍍液，勻速攪拌10min取出，用去離子水洗凈烘干。
在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述熱處理工藝依次包括：等溫淬火、高頻淬火和回火。所述等溫淬火工藝為：加熱至850～1080℃保溫10～30min，然后在500～480℃等溫處理3～4h，水冷；所述高頻淬火工藝為：溫度為900～1000℃，加熱速度為300～500℃/s；加熱時(shí)間3～5s，同時(shí)加熱淬火，急速冷卻；所述回火工藝為：在100～180℃，保溫60～120min。
在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸鋅。
在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述連續(xù)氣壓燒結(jié)中，將樣品擺放于傳動(dòng)裝置上，樣品隨傳動(dòng)裝置依次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、低溫區(qū)、高溫區(qū)、冷卻區(qū)，完成燒結(jié)過程，出爐溫度小于40℃。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明方法采用特定的配方和工藝，制備得到的鐵基復(fù)合材料不僅力學(xué)性能優(yōu)良，而且具有吸音、減振的功能，特別適合于制備汽車齒輪。
(2)本發(fā)明將真空燒結(jié)和連續(xù)氣壓燒結(jié)結(jié)合應(yīng)用，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品致密性。
(3)本發(fā)明的汽車齒輪具有較高的強(qiáng)度、剛度。并且導(dǎo)熱性好、耐高壓、耐腐蝕，有充分的散熱能力。汽車齒輪表面耐磨性能好，耐高溫、熱膨脹系數(shù)小，溫度變化時(shí)，尺寸、形狀變化小。吸振及吸音性能好，可大幅減少齒輪工作時(shí)的震動(dòng)和噪音。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步解說。
實(shí)施例一鍍銅碳纖維的制備
所述鍍銅碳纖維采用以下步驟對(duì)碳纖維進(jìn)行鍍銅處理制備得到，依次包括：
步驟A：碳纖維預(yù)處理
表面脫膠：在索氏提取機(jī)中沸騰的丙酮溶液中浸泡并利用攪拌瓷不斷攪拌，溫度控制在70℃，攪拌時(shí)間240min，確保丙酮脫膠完全；
表面除油：將脫膠后的碳纖維于10％NaOH溶液中，室溫下攪拌30min，取出的碳纖維先后用乙醇和去離子水清洗，烘干待用；
表面粗化：采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的過硫酸鉀溶液為粗化液，將除油后的碳纖維浸入，不斷攪拌60min；粗化后的碳纖維用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％NaOH溶液和去離子水清洗至中性，烘干待用；
表面活化：采用敏化活化一步法，活化劑為膠體鈀溶液，主要成分為：1.5g/L PbCl2、135g/L SnCl2、5g/L NaSnO3、175g/L NaCl、200mL/L HCl(37％)和適量的H2O；將粗化后的碳纖維放入膠體鈀溶液中浸泡30min；
表面還原：將活化后的碳纖維放入10％HCl溶液中還原1min；步驟B：碳纖維化學(xué)鍍
化學(xué)鍍液的組成為：12g/L五水硫酸銅、10g/L四羥丙基乙二胺、9g/L乙二胺四乙酸二鈉、16mL/L甲醛、0.01g/L雙吡啶、0.1g/L亞鐵氰化鉀、0.8g/L PEG-100，用10％NaOH溶液調(diào)節(jié)鍍液pH為12；
化學(xué)鍍：將處理后的碳纖維浸入化學(xué)鍍液中，鍍液溫度控制在40～60℃，緩慢攪拌，鍍液產(chǎn)生大量氣泡時(shí)補(bǔ)充新鮮鍍液，勻速攪拌10min取出，用去離子水洗凈烘干。
實(shí)施例二一種汽車齒輪用鐵基復(fù)合材料的制備方法
本實(shí)施例一種汽車齒輪用鐵基復(fù)合材料的制備方法，依次包括如下的步驟：
步驟一、稱取以下重量份數(shù)的配料：5份的實(shí)施例一制備的鍍銅碳纖維，5份的氮化鉭，2.2份的鎳粉、2份的銅粉和200份的Fe粉；所述鎳粉粉末粒度為150～200目，所述Fe粉粉末粒度為250～300目，所述銅粉粉末粒度為150～200目；再加入5重量份的硬脂酸鋅進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為5小時(shí)；得到混合料；
步驟二、將所述步驟一制備的混合料在1000Mpa的壓力下壓制；得到毛坯；
步驟三、將所述步驟二制備的毛坯進(jìn)行燒結(jié)，所述燒結(jié)包括前期燒結(jié)和后期燒結(jié)：前期燒結(jié)為真空燒結(jié)，后期燒結(jié)為連續(xù)氣壓燒結(jié)；
其中，所述真空燒結(jié)的具體步驟是：先對(duì)爐內(nèi)抽真空，保證爐體內(nèi)的真空度在0.1Pa以下，然后對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行加熱，在溫度為1200℃下保溫0.5小時(shí)；
其中，所述連續(xù)氣壓燒結(jié)具體工藝參數(shù)是：連續(xù)氣壓燒結(jié)設(shè)備的運(yùn)行速率為20mm/min，燒結(jié)溫度850～1450℃，保溫時(shí)間3小時(shí)；調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣體壓力為0.5Mpa，由氫氣和氮?dú)獍大w積比為2:1構(gòu)成；通過連續(xù)氣壓燒結(jié)得到燒結(jié)后的合金塊；所述連續(xù)氣壓燒結(jié)中，將樣品擺放于傳動(dòng)裝置上，樣品隨傳動(dòng)裝置依次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、低溫區(qū)、高溫區(qū)、冷卻區(qū)，完成燒結(jié)過程，出爐溫度小于40℃。
步驟四、將所述步驟三處理后的合金塊進(jìn)行熱處理；得到本發(fā)明汽車齒輪用鐵基復(fù)合材料。
上述步驟四中，所述熱處理工藝依次包括：等溫淬火、高頻淬火和回火；所述等溫淬火工藝為：加熱至850～1080℃保溫10～30min，然后在500～480℃等溫處理3～4h，水冷；所述高頻淬火工藝為：溫度為900～1000℃，加熱速度為300～500℃/s；加熱時(shí)間3～5s，同時(shí)加熱淬火，急速冷卻；所述回火工藝為：在100～180℃，保溫60～120min。
本實(shí)施例二制備得到的汽車用鐵基復(fù)合材料性能：
表面硬度為80HRC，抗拉強(qiáng)度為1125Mpa，表面硬度高、強(qiáng)度高、韌性好、抗磨性好，旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強(qiáng)度為600～65Mpa，適合于齒輪材料。
對(duì)比例一
對(duì)比例一與實(shí)施例二基本相同，其區(qū)別僅僅在于，配料中不含鍍銅碳纖維。
將對(duì)比例一制備的材料和實(shí)施例二的材料進(jìn)行性能對(duì)比，其耐磨性不如實(shí)施例二。表格如下：
本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。