一种耐磨齿轮及其生产工艺的制作方法

1.本技术涉及齿轮表面处理的技术领域，更具体地说，它涉及一种耐磨齿轮及其生产工艺。


背景技术：

2.齿轮是指轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。齿轮及其齿轮产品是机械装备的重要基础件，绝大部分机械成套设备的主要传动部件都是齿轮传动。
3.但是齿轮在实际实用时，其齿部容易在工作中被磨损，因而在齿轮在成产时，还会在齿轮表面涂覆耐磨剂形成耐磨涂层，对齿轮表面进行保护，提高齿轮的使用寿命。
4.但是相关技术中的耐磨齿轮的耐磨涂层虽然具有较好的耐磨性能，但是其韧性差，耐磨齿轮在北方寒冷环境工作中，其耐磨涂层容易出现开裂现象，导致齿轮在低温下的使用寿命降低。


技术实现要素：

5.为了提高耐磨齿轮的低温韧性，本技术提供一种耐磨齿轮及其生产工艺。
6.本技术提供的一种耐磨齿轮及其生产工艺，采用如下的技术方案：第一方面，本技术提供一种耐磨齿轮，采用如下的技术方案一种耐磨齿轮，包括齿轮本体和耐磨涂层，所述耐磨涂层包含以下重量份的组分：磷酸铝底料34
‑
46份；所述磷酸铝底料由质量比为(10
‑
15):13:（2
‑
3):（20
‑
30）的磷酸、氢氧化铝、硫酸和水制备得到；陶瓷粉末56
‑
73份；氧化锆粉末5
‑
10份；氧化锌粉末3
‑
7份；马来松香乙二醇丙烯酸酯5
‑
10份；其他助剂4
‑
6份。
7.通过采用上述技术方案，耐磨涂层对齿轮本体进行保护，提高齿轮的耐磨性。
8.磷酸铝底料由磷酸的水溶液和氢氧化铝反应后，通过硫酸调节ph制备得到，磷酸铝底料作为粘合剂，使耐磨涂层具有较好的粘结强度、耐高温性能。陶瓷粉末、氧化锆粉末和氧化锌粉末作为耐磨填料，使得耐磨涂层具有耐高温、耐磨和耐腐蚀性能。
9.马来松香乙二醇丙烯酸酯具有三环菲骨架结构，分子骨架大，分子热稳定性好，高温不易分解的特点。通过马来松香乙二醇丙烯酸酯的添加，使能在保证耐磨涂层的耐磨性和耐高温性能的情况下，提高耐磨涂层的韧性以及低温韧性，从而使耐磨涂层在低温下不易开裂，提高耐磨齿轮在低温下的使用寿命。
10.可选的，所述耐磨涂层还包括重量份为3
‑
5份的纳米氧化铥。
11.通过采用上述技术方案，3
‑
5份的纳米氧化铥的添加能提高涂料的耐磨性能和韧性。其原因可能是，在形成耐磨涂层后，氧化锆粉末和氧化锌粉末形成具有一定韧性的zr
‑
zn供晶相，因而耐磨涂层具有一定的韧性。通过添加纳米氧化铥后，纳米氧化铥具有较好的热稳定性作用，一方面纳米氧化铥通过影响耐磨涂层的形成结构，使得纳米氧化铥起到对耐磨涂层的韧性的强化作用。纳米氧化铥的添加促进zr
‑
zn供晶的形成，使得耐磨涂层的韧性提高，同时纳米氧化铥纳米粒子填充在氧化锌粉末、氧化锆粉末和陶瓷粉末之间的空隙中，提高耐磨涂层密实度，进一步提高耐磨性能。
12.可选的，所述耐磨涂层还包括重量份为8
‑
13份的巯基羧酸酯。
13.通过采用上述技术方案，巯基羧酸酯与氧化锌反应生成得到二(巯基羧酸酯)锌，通过二(巯基羧酸酯)锌与氧化锆形成zr
‑
zn供晶相，使得zr
‑
zn供晶相的韧性进一步提高，从而提高耐磨涂层的韧性。
14.可选的，所述耐磨涂层还包括重量份为6
‑
12份的棕刚玉粉末。
15.通过采用上述技术方案，棕刚玉粉末韧性高、耐磨性能好，使得耐磨齿轮的耐磨性和韧性进一步提高。
16.可选的，所述其他助剂为质量比为7:(3
‑
5):(7
‑
10):(4
‑
6)亚磷酸酯、羟甲基纤维素、木质素磺酸钠和石蜡的组合物。
17.通过采用上述技术方案，亚磷酸酯、羟甲基纤维素、木质素磺酸钠和石蜡的组合物进一步提高涂料的粘附力同时还能提高涂料的韧性。
18.可选的，所述磷酸铝底料通过如下方法制备得到：s1，原料准备，按所需质量比称取磷酸、氢氧化铝、硫酸备和水备用；s2，反应：将s1步骤的到的磷酸和和水搅拌混合，再加入氢氧化铝，搅拌条件下加热至100
‑
140℃，冷凝回流反应1
‑
2h，再加入硫酸，制备得到磷酸铝底料。
19.通过采用上述技术方案，采用水作为液相，将磷酸和氢氧化铝中和反应制备得到磷酸铝，再通过硫酸调节ph制备得到磷酸铝底料，磷酸铝底料能与金属表面发生置换形成化学键，因而其具有较高的粘结强度，能将陶瓷粉末、氧化锆粉末和氧化锌粉末均匀粘附在齿轮表面。
20.可选的，所述马来松香乙二醇丙烯酸酯通过如下方法制备得到：按重量份计，称取马来松香10
‑
20份，加热至120
‑
135℃，加入乙二醇8
‑
12份和1
‑
2份对甲苯磺酸恒温反应2
‑
4h，得到初反应物：s2，按重量份计，在初反应物中加入丙烯酸7
‑
10份和0.5
‑
1份对甲苯磺酸，120
‑
150℃反应条件下反应2
‑
4h，得到终产物；s3，冷却，采用水冲洗，得到马来松香乙二醇丙烯酸酯。
21.通过采用上述技术方案，本方案中通过马来松香经过乙二醇酯化后，再通过丙烯酸酯化后的得到，反应简单方便。苯甲磺酸为有机酸，为酯化反应提供酸性的反应条件。
22.第二方面，本技术提供一种耐磨齿轮的生产工艺，采用如下的技术方案：一种耐磨齿轮的生产工艺，包括以下步骤：s1，制备磷酸铝底料，制备得到的磷酸铝底料保持温度在100
‑
140℃；s2，按所需重量份计，称取磷酸铝底料、陶瓷粉末、氧化锆粉末、二氧化铈、棕刚玉粉末在100
‑
140℃条件下搅拌混合均匀，得到拌料；s3，按所需重量份计，将氧化锌粉末和巯基羧酸酯在80
‑
100℃条件下搅拌混合均匀，在超声波诱导的条件下反应1
‑
2h得到混合料，将混合料加入s2步骤得到的拌料中，加热
至100
‑
120℃，再加入其它助剂，恒温反应2
‑
4h，得到预混物；s4，按所需重量份计，将马来松香乙二醇丙烯酸酯溶解在乙醇中，再将其加入s3步骤得到的预混物中，100
‑
120℃条件下搅拌反应1
‑
2h，制备得到耐磨涂料；s5，将s4得到的耐磨涂料在100
‑
120℃条件下对齿轮本体进行涂覆，再在100
‑
120℃条件下熟化0.5
‑
2h，再冷却得到耐磨齿轮。
23.通过采用上述技术方案，采用超声波诱导催化氧化锌粉末和巯基羧酸酯反应制备得到二(巯基羧酸酯)锌，将其加入拌料中，再加入其它助剂、马来松香乙二醇丙烯酸酯即可制备得到耐磨涂料，将耐磨涂料涂覆在齿轮本体上形成耐磨涂层，从而给制得耐磨齿轮，制备方式简单方便。
24.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、通过添加马来松香乙二醇丙烯酸酯，使耐磨涂层在低温下不易开裂，提高耐磨齿轮的低温耐磨性。
25.2、添加纳米氧化铥，提高耐磨齿轮的韧性和耐磨性能。
26.3、通过添加巯基羧酸酯，提高耐磨齿轮的韧性。
具体实施方式
27.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。原料名称种类或来源陶瓷粉末400
‑
600目氧化锆粉末45
‑
105um氧化锌粉末325目马来松香吉田化工牌，型号aj12纳米氧化铥50nm巯基羧酸酯巯基乙酸异辛酯或巯基丙酸异辛酯棕刚玉粉末500目亚磷酸酯亚磷酸三苯酯或亚磷酸一苯二异辛酯石蜡日本可乐丽牌，石蜡粉末7125
28.制备例制备例1磷酸铝底料的制备：s1，原料准备，称取磷酸10kg、氢氧化铝13kg、硫酸2kg备和水20kg备用；s2，反应：将s1步骤的到的磷酸和和水搅拌混合，再加入氢氧化铝，搅拌条件下加热至100℃，冷凝回流反应2h，再加入硫酸，制备得到ph为5.4的磷酸铝底料。
29.制备例2磷酸铝底料的制备：s1，原料准备，称取磷酸15kg、氢氧化铝13kg、硫酸3kg备和水30kg备用；s2，反应：将s1步骤的到的磷酸和和水搅拌混合，再加入氢氧化铝，搅拌条件下加热至140℃，冷凝回流反应1h，再加入硫酸，制备得到ph为5.4的磷酸铝底料。
30.制备例3
磷酸铝底料的制备：s1，原料准备，称取磷酸13.4kg、氢氧化铝13kg、硫酸2.4kg备和水27.6kg备用；s2，反应：将s1步骤的到的磷酸和和水搅拌混合，再加入氢氧化铝，搅拌条件下加热至120℃，冷凝回流反应1.5h，再加入硫酸，制备得到ph为5.4的磷酸铝底料。
31.制备例4马来松香乙二醇丙烯酸酯的制备：s1，称取马来松香10kg，加热至120℃，加入乙二醇8kg和1kg对甲苯磺酸恒温反应4h，得到初反应物：s2，在初反应物中加入丙烯酸7kg和0.5kg对甲苯磺酸，120℃反应条件下反应4h，得到终产物；s3，冷却，采用水冲洗，得到马来松香乙二醇丙烯酸酯。
32.制备例5马来松香乙二醇丙烯酸酯的制备：s1，称取马来松香20kg，加热至135℃，加入乙二醇12kg和2kg对甲苯磺酸恒温反应2h，得到初反应物：s2，在初反应物中加入丙烯酸10kg，和1kg对甲苯磺酸，150℃反应条件下反应2h，得到终产物；s3，冷却，采用水冲洗，得到马来松香乙二醇丙烯酸酯。
33.制备例6马来松香乙二醇丙烯酸酯的制备：s1，称取马来松香14.3kg，加热至129℃，加入乙二醇10.6kg和1.4kg对甲苯磺酸，恒温反应3h，得到初反应物：s2，在初反应物中加入丙烯酸8.2kg，和0.7kg对甲苯磺酸，127℃反应条件下反应3h，得到终产物；s3，冷却，采用水冲洗，得到马来松香乙二醇丙烯酸酯。
34.制备例7其他助剂的制备：称取亚磷酸三苯酯7kg、羟甲基纤维素3kg、木质素磺酸钠7kg和石蜡粉末4kg。
35.制备例8其他助剂的制备：称取亚磷酸一苯二异辛酯7kg、羟甲基纤维素5kg、木质素磺酸钠10kg和石蜡粉末6kg。
36.制备例9其他助剂的制备：称取亚磷酸三苯酯7kg、羟甲基纤维素3.9kg、木质素磺酸钠8.2kg和石蜡粉末5.3kg。
37.制备例10与制备例9的区别在于，不添加磷酸三苯酯。
实施例
38.实施例1一种耐磨齿轮，包括耐磨涂层和齿轮本体，耐磨涂层包含以下质量的组分：由制备例1得到的磷酸铝底料34kg；陶瓷粉末56kg；氧化锆粉末5kg；氧化锌粉末3kg；由制备例4得到的马来松香乙二醇丙烯酸酯5kg；由制备例7得到的其他助剂4kg。
39.按上述质量的耐磨涂层的原料进行耐磨齿轮的制备：s1，磷酸铝底料保持温度100℃；s2，将磷酸铝底料、陶瓷粉末、氧化锆粉末在100℃条件下搅拌混合均匀，搅拌时间1h，得到拌料；s3，s2步骤得到的拌料中加入氧化锌粉末，再加入其它助剂，恒温反应4h，得到预混物；s4，将马来松香乙二醇丙烯酸酯溶解在10kg的乙醇中，再将，其加入s3步骤得到的预混物中，100℃条件下搅拌反应2h，制备得到耐磨涂料；s5，将s4得到的耐磨涂料在100℃条件下对齿轮本体进行涂覆，再在100℃条件下熟化2h，再冷却得到耐磨齿轮。
40.实施例2与实施例1的区别在于，一种耐磨齿轮，包括耐磨涂层和齿轮本体，耐磨涂层包含以下质量的组分：由制备例2得到的磷酸铝底料46kg；陶瓷粉末73kg；氧化锆粉末10kg；氧化锌粉末7kg；由制备例5得到的马来松香乙二醇丙烯酸酯10kg；由制备例8得到的其他助剂6kg。
41.实施例3与实施例1的区别在于，一种耐磨齿轮，包括耐磨涂层和齿轮本体，耐磨涂层包含以下质量的组分：由制备例3得到的磷酸铝底料41.3kg；陶瓷粉末62.7kg；氧化锆粉末7.8kg；氧化锌粉末4.9kg；由制备例6得到的马来松香乙二醇丙烯酸酯6.1kg；由制备例9得到的其他助剂4.8kg。
42.实施例4与实施例3的区别在于，耐磨齿轮通过如下方法制备得到：
s1，磷酸铝底料保持温度140℃；s2，将磷酸铝底料、陶瓷粉末、氧化锆粉末在140℃条件下搅拌混合均匀，搅拌时间0.5h，得到拌料；s3，s2步骤得到的拌料中加入氧化锌粉末，再加入其它助剂，恒温反应2h，得到预混物；s4，将马来松香乙二醇丙烯酸酯溶解在10kg的乙醇中，再将，其加入s3步骤得到的预混物中，120℃条件下搅拌反应1h，制备得到耐磨涂料；s5，将s4得到的耐磨涂料在120℃条件下对齿轮本体进行涂覆，再在120℃条件下熟化0.5h，再冷却得到耐磨齿轮。
43.实施例5与实施例3的区别在于，耐磨齿轮通过如下方法制备得到：s1，磷酸铝底料保持温度120℃；s2，将磷酸铝底料、陶瓷粉末、氧化锆粉末在120℃条件下搅拌混合均匀，搅拌时间0.8h，得到拌料；s3，s2步骤得到的拌料中加入氧化锌粉末，再加入其它助剂，恒温反应3h，得到预混物；s4，将马来松香乙二醇丙烯酸酯溶解在10kg的乙醇中，再将，其加入s3步骤得到的预混物中，110℃条件下搅拌反应1.5h，制备得到耐磨涂料；s5，将s4得到的耐磨涂料在110℃条件下对齿轮本体进行涂覆，再在110℃条件下熟化1h，再冷却得到耐磨齿轮。
44.实施例6与实施例5的区别在于，其它助剂由制备例10得到。
45.实施例7与实施例5的区别在于，耐磨齿轮的制备的s1步骤中，还添加有3kg的纳米氧化铥。
46.实施例8与实施例5的区别在于，耐磨齿轮的制备的s1步骤中，还添加有5kg的纳米氧化铥。
47.实施例9与实施例5的区别在于，耐磨齿轮的制备的s2步骤中，还添加有4.5kg的纳米氧化铥。
48.实施例10与实施例9的区别在于，市售的50nm的纳米氧化铈等量替换纳米氧化铥。
49.实施例11与实施例9的区别在于，市售的50nm的纳米氧化镧等量替换纳米氧化铥。
50.实施例12与实施例11的区别在于，耐磨齿轮的制备的s3步骤中，添加有8kg的巯基乙酸异辛酯，s3步骤中进行如下修改：s3，将氧化锌粉末和巯基乙酸异辛酯在80℃条件下搅拌混合均匀，在超声波诱导的条件下反应2h得到混合料，将混合料加入s2步骤得到的拌料中，加热至110℃，再加入其它助剂，恒温反应3h，得到预混物。
51.实施例13与实施例12的区别在于，耐磨齿轮的制备的s3步骤中，添加有13kg的巯基乙酸异辛酯，s3步骤中进行如下修改：s3，将氧化锌粉末和巯基乙酸异辛酯在100℃条件下搅拌混合均匀，在超声波诱导的条件下反应1h得到混合料，将混合料加入s2步骤得到的拌料中，加热至110℃，再加入其它助剂，恒温反应3h，得到预混物。
52.实施例14与实施例12的区别在于，耐磨齿轮的制备的s3步骤中，添加有10.9kg的巯基乙酸异辛酯，s3步骤中进行如下修改：s3，将氧化锌粉末和巯基乙酸异辛酯在90℃条件下搅拌混合均匀，在超声波诱导的条件下反应1.5h得到混合料，将混合料加入s2步骤得到的拌料中，加热至110℃，再加入其它助剂，恒温反应3h，得到预混物。
53.实施例15与实施例14的区别在于，巯基丙酸异辛酯等量替换巯基乙酸异辛酯。
54.实施例16与实施例14的区别在于，s3步骤中不提供在超声波诱导的条件。
55.实施例17与实施例14的区别在于，耐磨齿轮的制备的s2步骤中添加有6kg的棕刚玉粉末。
56.实施例18与实施例14的区别在于，耐磨齿轮的制备的s2步骤中添加有12kg的棕刚玉粉末。
57.实施例19与实施例14的区别在于，耐磨齿轮的制备的s2步骤中添加有9.2kg的棕刚玉粉末。
58.实施例20与实施例19的区别在于，白刚玉粉末等量替换棕刚玉粉末。
59.对比例对比例1与实施例3的区别在于，不添加马来松香乙二醇丙烯酸酯。
60.对比例2与实施例3的区别在于，马来松香乙二醇丙烯酸酯的添加量为3kg。
61.对比例3与实施例3的区别在于，马来松香乙二醇丙烯酸酯的添加量为15kg。
62.对比例4与实施例3的区别在于，马来松香等量替代马来松香乙二醇丙烯酸酯。
63.对比例5与实施例3的区别在于，松香等量替代马来松香乙二醇丙烯酸酯。
64.性能检测试验耐磨涂料涂覆时在110℃条件下进行涂覆，再在110℃条件下熟化1h，再冷却形成耐磨涂层。通过以下方式对实施例1
‑
20和对比例1
‑
5得到的耐磨涂料进行测试。
65.耐磨试验：mmu
‑
10g高温端面摩擦磨损试验机进行滑动磨损试验，试验机转速
200r/min，载荷200n，磨损时间90min。采用分析天平称重，以试件在滑动磨损条件下的失重量表征耐磨损性能，失重量越大，耐磨损性能越差。分别进行20℃下常温磨损和100℃下高温磨损，并通过下列算式计算磨损差值，测试结果如下表1所示。
66.磨损差值=100℃磨损量
‑
20℃磨损量韧性试验：参照gb
‑
t 1732
‑
1993《漆膜耐冲击测定法》测试耐磨涂层的抗冲击性，检测20℃测常温耐冲击强度和
‑
20℃低温耐冲击强度，测试结果详见表1。
67.表1 20℃磨损量mg100℃磨损量mg磨损差值mg20℃耐冲击强度cm
‑
20℃耐冲击强度cm实施例15.78.42.76040实施例25.88.32.56040实施例35.68.22.66040实施例45.78.32.66040实施例55.88.42.66040实施例65.98.82.75030实施例75.17.72.66050实施例85.27.92.76050实施例95.07.62.66050实施例106.59.42.95020实施例116.29.23.05020实施例125.18.13.07060实施例135.38.22.97060实施例145.17.92.87060实施例155.17.92.87060实施例165.28.43.27050实施例174.77.32.67070实施例184.77.42.77070实施例194.67.22.67070实施例204.16.72.65040对比例15.47.82.54010对比例25.58.02.55010对比例35.88.72.87050对比例47.213.46.25010对比例57.512.85.35020
结合实施例3和对比例1
‑
3并结合表1可以看出，马来松香乙二醇丙烯酸酯的添加能在使耐磨涂层的常温耐磨性能和高温耐磨性能变化较小的条件下，显著提高耐磨涂层的低温韧性。马来松香乙二醇丙烯酸酯的添加量较少，使耐磨涂层的韧性提高较少；马来松香乙二醇丙烯酸酯添加量过多，导致耐磨涂层的100℃磨损量明显增加。
68.结合实施例3和对比例4
‑
5并结合表1可以看出，通过采用马来松香和松香替换马来松香乙二醇丙烯酸酯，导致耐磨涂层的耐磨性能显著降低。
69.结合实施例5和实施例6并结合表1可以看出，亚磷酸酯的添加能进一步提高耐磨涂层的常温韧性和低温韧性。
70.结合实施例5和实施例7
‑
9并结合表1可以看出，纳米氧化铥粉末的添加能明显提
高耐磨涂层的低温韧性，使得常温韧性变化不大的情况下，低温韧性明显提高。同时纳米氧化铥粉末的添加能进一步提高耐磨涂层的耐磨性。
71.结合实施例9和实施例10
‑
11并结合表1可以看出，采用氧化铈和氧化镧等量替换氧化铥，导致耐磨涂层的耐磨性和低温韧性均降低。
72.结合实施例9和实施例12
‑
14并结合表1可以看出，通过巯基羧酸酯能明显提高耐磨涂层常温韧性，从而使耐磨涂层低温下韧性较好。
73.结合实施例14和实施例16并结合表1可以看出，不提供在超声波诱导的条件，导致耐磨涂层的高温耐磨性降低、低温韧性降低。
74.结合实施例14和实施例17
‑
19并结合表1可以看出，棕刚玉粉使得耐磨涂层的耐磨性提高、低温韧性提高。
75.结合实施例19和实施例20并结合表1可以看出，白刚玉粉末虽然能提高耐磨涂层的耐磨性，但是明显降低耐磨涂层的韧性。
76.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。