CN113913587A - 一种齿轮的表面处理方法及齿轮 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及汽车零部件热处理技术领域，特别涉及一种齿轮的表面处理方法及齿轮，其包括利用热电偶测试参考齿轮的加热工艺参数；基于所述加热工艺参数对目标齿轮进行感应淬火；对淬火后的目标齿轮进行超声清洗；在超声清洗后的目标齿轮上沉积一层过渡层，并在所述过渡层上沉积一层降噪涂层。本发明提供的技术方案，利用热电偶监控下对齿轮进行感应淬火保证了感应淬火后的齿轮的表面各处硬度有显著提升，进而为后续PVD处理提供一个有力支撑。本方案还通过PVD处理在齿轮表面沉积一层DLC或是WC/C涂层可以使齿轮在实际工作中起到减磨降噪的效果。

Description

一种齿轮的表面处理方法及齿轮
技术领域
本申请涉及汽车零部件热处理技术领域，特别涉及一种齿轮的表面处理方法及齿轮。
背景技术
汽车齿轮作为汽车里面的关键零部件要求其表面具有较高的耐磨性和抗接触疲劳以及抗弯曲疲劳性能。且随着节能减排降噪的要求越来越严，汽车齿轮表面的粗糙度要求越来越高。
目前为止，汽车齿轮的表面强化工艺多采用传统渗碳热处理，后续采用磨齿提高齿轮精度和表面粗糙度。但渗碳淬火工艺存在生产周期长、能耗高、零件变形量大等缺陷，其后续必须采用磨齿工序来提高汽车齿轮的精度。因此渗碳热处理齿轮的成本比较高。且由于齿轮表面粗糙度较大造成摩擦力较大，齿轮在工作时会造成较大的噪音，对工作环境造成不利影响。而为了解决此类问题，传统技术会对齿轮进行一系列表面处理。但现有技术中齿轮的表面处理受齿轮强度和硬度影响较大，齿轮的强度和硬度较低会影响表面处理的稳定性，给齿轮工艺性和批量生产带来不利影响。
发明内容
本申请实施例提供一种齿轮的表面处理方法及齿轮，以解决相关技术中齿现有技术中齿轮的表面处理受齿轮强度和硬度影响较大，齿轮的强度和硬度较低会影响表面处理的稳定性，给齿轮工艺性和批量生产带来不利影响的问题。
第一方面，提供了一种齿轮的表面处理方法，其包括：利用热电偶测试参考齿轮的加热工艺参数；基于所述加热工艺参数对目标齿轮进行感应淬火；对淬火后的目标齿轮进行超声清洗；在超声清洗后的目标齿轮上沉积一层过渡层，并在所述过渡层上沉积一层降噪涂层。
一些实施例中，所述利用热电偶测试参考齿轮的加热工艺参数，包括：
在所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层埋设热电偶；
在所述热电偶测温监控下对所述参考齿轮进行淬火测试，得到可使所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层基本同时达到各自对应的淬火温度的感应加热工艺参数。
一些实施例中，所述在所述热电偶测温监控下对所述参考齿轮进行淬火测试，得到可使所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层基本同时达到各自对应的淬火温度的感应加热工艺参数，包括：
采用电源频率为20kHz的加热器，在100kW功率下对所述参考齿轮预热6s；
对所述参考齿轮执行5s空冷后，在所述热电偶的测温监控下控制所述加热器采用300kW功率对所述参考齿轮加热3.5s，使所述参考齿顶的表面温度达到980℃的同时，所述参考齿轮的齿根表层温度和齿根次表层处的温度分别达到880℃和860℃。
一些实施例中，所述在所述热电偶测温下对所述参考齿轮进行淬火测试，得到可使所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层基本同时达到各自对应的淬火温度的感应加热工艺参数，包括：
采用电源频率为23kHz的加热器，在90kW功率下对所述参考齿轮预热6s；
对所述参考齿轮执行4s空冷后，在所述热电偶的测温监控下控制所述加热器采用280kW功率对所述参考齿轮加热4s，使所述参考齿轮的齿顶的表面温度达到945℃的同时，所述参考齿轮的齿根表层温度和齿根次表层处的温度分别达到860℃和840℃。
一些实施例中，所述过渡层包括：
厚度在0.5-2um之间的Ti过渡层。
一些实施例中，所述降噪涂层包括：
厚度在3到7um之间的DLC薄膜。
一些实施例中，所述降噪涂层包括：
厚度在3-8um之间的WC/C涂层。
一些实施例中，所述在超声清洗后的目标齿轮上沉积一层过渡层，并在所述过渡层上沉积一层降噪涂层，包括：
采用磁控溅射法在所述过渡层上沉积一层降噪涂层。
一些实施例中，所述基于所述加热工艺参数对目标齿轮进行感应淬火，包括：
采用电源功率在20到23kHz之间的加热器对所述目标齿轮进行预热，所述加热器的预热功率在90到100kW之间；
预热持续3到4s后，对所述目标齿轮进行持续4到6s的缓冷；
以加热功率为280到300kW的加热器对所述目标齿轮进行持续3到4s的加热。
另一方面提供一种齿轮其通过权利要求1的所述齿轮的表面处理方法制造而成。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
(1)本发明提供的技术方案，通过淬火以使整个齿轮的强度和硬度有显著提升，以使后续对齿轮的PVD处理过程更加稳定。
(2)本发明的齿轮表面处理技术中通过在参考齿轮上预埋热电偶优化了表面处理技术，使得齿轮表面各处的硬度达到相当的水平，减小了齿轮在处理过程中出现裂纹，同时也使得齿轮的淬硬层连续分布且达到足够深度以保证齿轮的弯曲疲劳强度，更进一步的淬硬层表面产生足够的残余压应力以保证齿轮的疲劳性能，进而为后续PVD处理提供了一个有力支撑，保证了后续PVD齿轮的良好性能。
(3)批量生产前提前对参考齿轮进行感应淬火调试得到最优加热工艺参数后再对目标齿轮进行加工制造，提高了批量生产的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的齿轮表面处理技术的流程图；
图2为本申请实施例提供的加热感应器的侧面剖视图；
图3为本申请实施例提供的加热感应器的俯视图。
图中：1、冷却水盒子；2、电工钢板；3、有效圈；4、第一淬火水管接头；5、第二淬火水管接头。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种齿轮的表面处理方法及齿轮，其能解决齿轮因其成品后材质和表面有瑕疵导致其使用过程中因摩擦造成噪音过大的问题。
如图1所示，本申请提供的齿轮的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.利用热电偶测试参考齿轮的加热工艺参数；
值得说明的是，在测试之前可以先从取材入手，选择碳含量0.35-0.55％的中碳钢或中碳合金钢作为齿轮的原材料。
具体地，步骤S1包括：预热处理方面和淬火工艺调试。预热处理方面：齿轮预处理工艺为调质热处理，组织为回火索氏体，硬度为36-48HRC。
进一步地，感应淬火工艺调试包括：在所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层埋设热电偶；在所述热电偶测温监控下对所述参考齿轮进行淬火测试，得到可使所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层基本同时达到各自对应的淬火温度的感应加热工艺参数。该测试步骤并不是一蹴而就的，需要从业人员在处理齿轮前多次按淬火工艺进行调试，得到每种齿轮一个最优的加热工艺参数。可以理解的是齿轮同时达到最佳温度较难以控制，故几毫秒内的误差在实际工作中可以接受，最优解为同时到达最佳温度。
值得说明的是，参考齿轮是生产中的样品齿轮专门作为测试用，而目标齿轮是指批量生产所用的齿轮。但参考齿轮与目标齿轮材质、型号以及成品工艺要求一样。所以后续可将目标齿轮和参考齿轮均称为齿轮。
值得说明的是，热电偶的预埋需要先对测试用的参考齿轮进行打孔。在齿根处，分两处埋设两根热电偶，其中一根热电偶的头距离齿根表面1.5-2mm之间以监测加热时齿根次表面的温度，另外一根热电偶的头与齿根表面平齐以监测齿根表面的温度。而齿顶热电偶的头和齿顶表面平齐以监测齿顶的温度。另外作为测试用的参考齿轮在完成测试后一般不会作为产品进行后续处理。
优选地，齿根次表面为齿根表面以下1.5到2mm。
S2.基于所述加热工艺参数对目标齿轮进行感应淬火；
可以理解的是，步骤S2的实施是建立在步骤S1中多次参考齿轮测试后得到的最优加热工艺参数上实施的。但步骤S1中用于测试的齿轮不会被作为目标齿轮用于继续进行步骤S2。
值得说明的是，在得到当前状况下的最有加热工艺参数后，可以照此参数进行感应淬火。本发明提供了加热感应参数的参考数据：按照步骤S1测试出来的最优感应加热工艺参数对一个新的齿轮进行感应淬火，如图2和图3所示感应器为整圈型一次加热感应器，其具体感应淬火工艺为：采用电源功率为20到23kHz的加热器，保持所述齿轮旋转速度在10转到20转/min之间。随后对齿轮进行预热，所述加热器在预热时其功率应保持在90到100kW之间，预热时间持续4到6s。之后将齿轮放置在空气中缓冷3到5s。紧接着对齿轮进行感应淬火，加热器在淬火加热的时候其加热功率需要保持在280到300kW之间，加热时间持续3到4s之间。最后对齿轮进行淬火冷却，冷却方法包括：使用淬火冷却液，淬火冷却液为体积浓度为7.5％的PVA淬火剂，喷水压力≥0.25MPa，冷却时间≥15s。
值得说明的是，在感应淬火处理结束后，对齿轮进行回火。回火过程包括：在温度在160到180℃之间对所述齿轮回火1-2小时。
优选地，对感应淬火后的齿轮进行磨齿，使所述齿轮的精度到达5-7级。
S3.对淬火后的目标齿轮进行超声清洗。
其主要清洗部位为目标齿轮工作时的摩擦面。
S4.在超声清洗后的目标齿轮上沉积一层过渡层，并在所述过渡层上沉积一层降噪涂层
一些实施例中，步骤S4包括在所述齿轮的摩擦面沉积一层厚度在0.5-2um之间的过渡层。
具体地，对感应淬火后的齿轮进行PVD处理，先在其表面制备出过渡层。
优选地，过渡层可选择Ti过渡层,其厚度约在0.5-2um之间。
优选地，采用磁控溅射法在所述过渡层上沉积一层降噪涂层。
值得说明的是，在过渡层上沉积的降噪层为所述齿轮的表层。其通过降低摩擦系数同时达到降噪的作用。
优选地，除噪层作为所述齿轮表层可以选择DLC涂层。感应淬火+DLC处理后的齿轮，表面硬度高达2100-2200HV,粗糙度为0.06-0.08um，相比磨齿齿轮的表面粗糙度0.8um，经过DLC处理后齿轮表面粗糙度大大降低，噪声试验结果表明经过DLC处理后的齿轮可以有效降低变速箱的噪音1.8-2分贝。
具体地，DLC涂层的制备工艺包括：
1.采用磁控溅射法制备纯DLC薄膜。在磁控溅射设备的四个磁控靶位分别安装两个Ti靶和两个石墨靶，同一种靶对位安装，其中Ti靶和石墨靶的纯度均为99.99％以上。
2.抽真空和清洗：将真空镀膜室内抽真空至1-3×10-3Pa，然后通入氩气至1-3Pa，开启偏压电源，设定偏压占空比为0.6-0.8，逐渐调节偏压为-500V到-800V，溅射20-25min，再次清洗基体表面的杂质。该过程中控制齿轮的温度为160-180℃。
3.沉积Ti过渡层：清洗完毕后，开启Ti靶和石墨靶电源，调节氩气压力为2-3×10-1Pa，在齿轮表面沉积Ti层，沉积Ti层时Ti靶的功率由80W逐步减小至0，与此同时石墨靶的功率由0W逐步增加至90W值，以此种方式制备成分梯度变化的过渡层，整个沉积时间控制为40-60分钟，Ti过渡层的厚度为0.5-1.5um。
4.DLC薄膜的制备：待Ti过渡层沉积完成后，关闭Ti靶电源，沉积DLC薄膜,该过程中齿轮的沉积偏压为-100ˉ-130V，石墨靶功率为90W，氩气流量为40-60ml/min，整个沉积时间控制为120-240分钟，DLC的厚度为3-7um。
5.取出样件：关闭石墨靶电源，关闭加热电源，继续通入氩气至真空腔内气压与外界平衡且室内温度冷却至25℃以下可开炉取出齿轮
可以理解的是，除噪层作为齿轮表层可以选择WC/C涂层。感应淬火+WC/C处理后的齿轮，表面硬度高达1900-2000HV,粗糙度为0.07-0.08um，相比磨齿齿轮的表面粗糙度0.8um，经过WC/C处理后齿轮表面粗糙度大大降低，噪声试验结果表明经过WC/C处理后的齿轮可以有效降低变速箱的噪音1.5-1.8分贝。
具体地，WC/C涂层的制备工艺包括：
1.采用磁控溅射法制备WC/C薄膜。，在磁控溅射设备的四个磁控靶位分别安装两个Ti靶和两个WC/Ni(WC:Ni＝93:7,原子分数，％)靶材，同一种靶对位安装，其中Ti靶99.99％以上。
2.抽真空和清洗(同DLC薄膜制备时一样)
将真空镀膜室内抽真空至1-3×10-3Pa，然后通入氩气至1-3Pa，开启偏压电源，设定偏压占空比为0.6-0.8，逐渐调节偏压为-500V到-800V，溅射20-25min，再次清洗基体表面的杂质。该过程中控制齿轮的温度为160-180℃。
3.沉积纯Ti层
清洗完毕后，开启Ti靶，调节氩气压力为2-3×10-1Pa，在齿轮表面沉积Ti层，沉积Ti层时Ti靶的功率为80-100W，整个沉积时间控制为40-80分钟，纯Ti层的厚度为1-2um。
4.沉积WC/C涂层。
待过Ti层沉积完成后，关闭Ti靶，打开WC/Ni靶材，沉积WC/C薄膜。此时齿轮表面的沉积偏压为-80ˉ-100V，WC/Ni靶功率为90-110W，氩气流量为60-70ml/min，C2H2流量为40-60ml/min，整个沉积时间控制为100-260分钟，WC/C涂层的厚度为3-8um。
5.冷却、取出工件。
关闭WC/Ni靶电源，关闭加热电源，继续通入氩气至真空腔内气压与外界平衡且室内温度冷却至25℃以下可开炉取出齿轮
本发明技术方案还提供了三个具体实施例，其中：
实施例1：
汽车齿轮原材料取材：齿轮的模数选用3.6mm，材料为42CrMo，预处理为调质热处理，调质硬度为36HRC，感应淬火技术要求：齿轮表面硬度59到61HRC之间，齿根淬硬层1.5到2mm之间，有效硬化层深界限为400HV，淬硬层组织4到6级马氏体。
如图2和图3所示，实施例1中采用的感应器如图所示。
第一步：参考齿轮感应淬火工艺调试：在齿轮的齿顶表面、齿根表面、齿根表层以下1.5mm处埋设热电偶，之后将装有热电偶的齿轮放在环形感应器中进行加热，通过所述感应器进行温度显示，当采用以下感应加热参数：加热器电源频率20kHz，先采用100kW功率进行预热6s，随后对齿轮进行空冷5s。之后采用加热器采用300kW功率对齿轮加热3.5s，直到所述齿轮的齿顶表面温度为980℃、所述齿轮的齿根表层温度为880℃、所述齿轮的齿根表层以下1.5mm处温度为860℃。
第二步：目标齿轮的感应淬火阶段：按照感应淬火工艺调试得到的感应加热参数，对新的齿轮进行感应淬火。保持所述齿轮旋转，转速约为15转/min。淬火液体积浓度为7.5％的PVA淬火剂，喷水压力0.3MPa，冷却时间为15s。
第三步：冷却后将齿轮放置于160℃回火2h。
第四步：对回火后的齿轮进行磨齿。
第五步：对前面步骤处理后的齿轮进行PVD处理。对感应淬火后的齿轮进行PVD处理，使其表面制备出一层减磨降噪涂层，涂层制备前先把齿轮放在在酒精和丙酮中进行超声波清洗，然后进行烘干以去除齿轮表面的油污和杂质,涂层包括以下几个部分：Ti过渡层，厚度为0.5-0.8um，表层选择DLC涂层，其厚度为3-5um，PVD处理过程中温度控制为160℃。最终得到齿轮。
对得到的目标齿轮的成品后进行性能检测：对以上齿轮进行检测，性能如下：所述齿轮表面硬度为2200HV，感应淬火层深为1.5-1.8mm,淬硬层组织为5级马氏体组织,齿轮表面Ti层的厚度为0.5-0.8um，DLC涂层的厚度为3-5um。齿轮表面的粗糙度为0.06-0.07um，噪声试验结果表明经过DLC处理后的齿轮相比没有经过PVD处理的齿轮可以有效降低变速箱的噪音2分贝。
(1)实施例1中PVD处理具体步骤为：
步骤1：抽真空和清洗。
将真空镀膜室内抽真空至1×10-3Pa，然后通入氩气至1Pa，开启偏压电源，逐渐调节偏压为-500V到-600V，溅射20min，再次清洗基体表面的杂质。该过程中控制齿轮的温度为160℃。
步骤2：沉积Ti过渡层。
清洗完毕后，开启Ti靶和石墨靶电源，调节氩气压力为2×10-1Pa，在齿轮表面沉积Ti层，沉积Ti层时Ti靶的功率由80W逐步减小至0，与此同时石墨靶的功率由0W逐步增加至90W值，以此种方式制备成分梯度变化的过渡层，整个沉积时间控制为40分钟，Ti过渡层的厚度为0.5-0.8um。
步骤3：DLC薄膜的制备。
待Ti过渡层沉积完成后，关闭Ti靶电源，沉积DLC薄膜,该过程中齿轮的沉积偏压为-100到130V之间，石墨靶功率为90W，氩气流量为40ml/min，整个沉积时间控制为120分钟，DLC的厚度应在3-5um之间。
步骤4：取出样件。
关闭石墨靶电源，关闭加热电源，继续通入氩气至真空腔内气压与外界平衡且室内温度冷却至25℃以下可开炉取出齿轮。
(2)实施例2：
汽车齿轮原材料取材：齿轮模数选择模数4.2mm，材料为45钢，预处理为调质处理，调质硬度40HRC，感应淬火技术要求：齿轮表面硬度59到61HRc，齿根淬硬层1.5到2mm之间，淬硬层组织4到6级别马氏体。
第一步：参考齿轮感应淬火工艺调试：同样感应器依旧采用如图2和图3中的感应器。在齿轮的齿顶表面、齿根表面、齿根表层以下1.5mm处埋设热电偶，之后将装有热电偶的齿轮放在环形感应器中进行加热，温度显示，当采用以下感应加热参数：加热器的采用电源频率为23kHz，90kW预热6s，空冷4s，之后采用280kW功率加热4s时，齿顶表面温度为945℃、齿根表层温度为860℃、齿根表层以下1.5mm处温度为840℃。
第二步：目标齿轮感应淬火阶段：按照感应淬火工艺调试得到的感应加热参数，对新的齿轮进行感应淬火。保持所述齿轮旋转，齿轮旋转速度为20转/min，淬火液体积浓度为7.5％的PVA淬火剂，喷水压力0.25MPa，冷却时间为20s。
第三步：冷却后将齿轮放置于180℃回火2h。
第四步：对回火后的齿轮进行磨齿，使齿轮精度到达6级。
第五步：对前面步骤处理后的齿轮进行PVD处理。对感应淬火后的齿轮进行PVD处理，使其表面制备出一层减磨降噪涂层，涂层制备前先把齿轮放在在酒精和丙酮中进行超声波清洗，然后进行烘干以去除齿轮表面的油污和杂质,涂层包括以下几个部分：涂层包括以下几个部分：打底层Ti,厚度为0.8-1.5um，表层DLC涂层，厚度5-7um，PVD处理过程中温度控制为为180℃。
对以上齿轮进行性能检测，性能如下：所述齿轮表面硬度为2100HV，其感应淬火层深为1.5-2mm,淬硬层组织为5级马氏体组织,齿轮表面Ti层的厚度为0.8-1.5um，DLC涂层的厚度为5-7um,齿轮表面的粗糙度为0.07-0.08um,噪声试验结果表明经过DLC处理后的齿轮相比没有经过PVD处理的齿轮可以有效降低变速箱的噪音1.8分贝。
实施例2中PVD处理的具体步骤为：
步骤1：抽真空和清洗
将真空镀膜室内抽真空至3×10-3Pa，然后通入氩气至3Pa，开启偏压电源，逐渐调节偏压为-600V到-800V，溅射25min，再次清洗基体表面的杂质。该过程中控制齿轮的温度为180℃。
步骤2：沉积Ti过渡层。
清洗完毕后，开启Ti靶和石墨靶电源，调节氩气压力为3×10-1Pa，在齿轮表面沉积Ti层，沉积Ti层时Ti靶的功率由80W逐步减小至0，与此同时石墨靶的功率由0W逐步增加至90W值，以此种方式制备成分梯度变化的过渡层，整个沉积时间控制为60分钟，Ti过渡层的厚度为0.8-1.5um。
步骤3：DLC薄膜的制备。
待Ti过渡层沉积完成后，关闭Ti靶电源，沉积DLC薄膜,该过程中齿轮的沉积偏压为-100ˉ到130V之间，石墨靶功率为90W，氩气流量为60ml/min，整个沉积时间控制为240分钟，DLC的厚度为5-7um
(3)实施例3：汽车齿轮原材料取材：齿轮选用模数为4.5mm，材料为40Cr钢，预处理为调质处理，调质硬度48HRC，技术要求：齿轮表面硬度61到63HRC之间，齿根淬硬层在1.5到2.mm之间，淬硬层组织4到6级别马氏体。
第一步：参考参考齿轮感应淬火工艺调试：同样感应器依旧采用如图2和图3中的感应器。在参考齿轮的齿顶表面、齿根表面、齿根表层以下2mm处埋设热电偶，之后将装有热电偶的齿轮放在环形感应器中进行加热，温度显示，当采用以下感应加热参数：之后将装有热电偶的齿轮放在环形感应器中进行加热，温度显示，当采用以下感应加热参数：电源频率22kHz，95kW预热5s，空冷3s，之后采用290kW功率加热4s时，齿顶表面温度为950℃、齿根表层温度为870℃、齿根表层以下2mm处温度为860℃.
第二步：目标感应淬火阶段：按照感应淬火工艺调试得到的感应加热参数，对新的齿轮进行感应淬火。保持所述齿轮旋转，齿轮旋转速度为15转/min。冷却淬火液体积浓度为7.5％的PVA淬火剂，喷水压力0.25MPa，冷却时间为20s。
第三步：对淬火后的齿轮在180℃回火2h。
第四步：对感应淬火后的齿轮进行磨齿，使齿轮精度到达7级。
第五步：对感应淬火后的齿轮进行PVD处理，使其表面制备出一层WC/C涂层。涂层制备前先把齿轮放在在酒精和丙酮中进行超声波清洗，然后进行烘干以去除齿轮表面的油污和杂质。第五步包括：采用磁控溅射法制备WC/C薄膜。在磁控溅射设备的四个磁控靶位分别安装两个Ti靶和两个WC/Ni(WC:Ni＝93:7,原子分数，％)靶材，同一种靶对位安装，其中Ti靶99.99％以上。
最后对实施例3的中感应淬火+PVD处理后的齿轮进行切样分析，检测结果如下：齿轮表面硬度1950HV，齿根淬硬层1.5-1.9mm，淬硬层组织5级马氏体。齿轮表面Ti层的厚度为1-1.5um，WC/C涂层的厚度为5-8um,齿轮表面的粗糙度为0.07-0.75um，噪声试验结果表明经过WC/C处理后的齿轮相比没有经过PVD处理的齿轮可以有效降低变速箱的噪音1.7分贝。
实施例3的PVD具体实施步骤为：
步骤1：抽真空和清洗
将真空镀膜室内抽真空至2×10-3Pa，然后通入氩气至2Pa，开启偏压电源,逐渐调节偏压为-600V到-700V，溅射22min，再次清洗基体表面的杂质。该过程中控制齿轮的温度为170℃。
步骤2：沉积纯Ti层
清洗完毕后，开启Ti靶，调节氩气压力为2.5×10-1Pa，在齿轮表面沉积Ti层，沉积Ti层时Ti靶的功率为90W，整个沉积时间控制为60分钟，纯Ti层的厚度为1-1.5um。
步骤3：沉积WC/C涂层。
待过Ti层沉积完成后，关闭Ti靶，打开WC/Ni靶材，沉积WC/C薄膜。此时齿轮表面的沉积偏压为-100V，WC/Ni靶功率为100W，氩气流量为65ml/min，C2H2流量为50ml/min，整个沉积时间控制为160分钟，WC/C涂层的厚度为5-8um。
步骤4：冷却、取出工件。
关闭WC/Ni靶电源，关闭加热电源，继续通入氩气至真空腔内气压与外界平衡且室内温度冷却至25℃以下可开炉取出齿轮。
第二方面，本发明提供一种齿轮感应器，如图1所示的感应器剖视图，用于感应齿轮包括温度在内的状态。其包括：冷却水盒子1、电工钢板2、有效圈3、第一淬火水管接头4和第二淬火水管接头5。有效圈3为加热装置，有效圈3围成的空间用于放置齿轮，因此齿轮放置在有效圈3中心。感应器本发明提及的感应淬火工艺的实施装置。感应器为整圈型一次加热感应器。第一淬火水管接头4和第二淬火水管接头5在使用时通过冷却水管与冷却水盒子连通，并在齿轮处理过程中对齿轮进行冷却。
第三方面，提供一种齿轮，该齿轮包括：
经过感应淬火后的齿轮；沉积在所述齿轮的摩擦面上的过渡层，所述过渡层的厚度在0.5-2um之间；沉积在所述过渡层上的降噪涂层。
优选地，上述降噪涂层包括厚度为3-7um的DLC涂层。感应淬火+DLC处理后的齿轮，表面硬度高达2100-2200HV,粗糙度为0.06-0.08um，相比磨齿齿轮的表面粗糙度0.8um，经过DLC处理后齿轮表面粗糙度大大降低，噪声试验结果表明经过DLC处理后的齿轮可以有效降低变速箱的噪音1.8-2分贝。
一些实施例中，上述降噪涂层包括厚度为3-8um的WC/C涂层。感应淬火+WC/C处理后的齿轮，表面硬度高达1900-2000HV,粗糙度为0.07-0.08um，相比磨齿齿轮的表面粗糙度0.8um，经过WC/C处理后齿轮表面粗糙度大大降低，噪声试验结果表明经过WC/C处理后的齿轮可以有效降低变速箱的噪音1.5-1.8分贝。
可以理解的是，上述齿轮选择碳含量0.35-0.55％的中碳钢或中碳合金钢作为齿轮的原材料。
一些实施例中，上述过渡层选用Ti过渡层。其为金属涂层其与齿轮基体附着性较好，不易脱落，有效提升齿轮表面处理技术的生效寿命。
综上所述，本发明提供的技术方案，通过感应淬火的保证了整个齿轮的硬度有显著提升，可以为后续PVD处理提供良好的支撑。PVD处理后的齿轮表面摩擦系数较低，能够起到减磨降噪的效果。本发明的齿轮表面处理技术中通过在齿轮上预埋热电偶优化了表面处理技术不再需要繁琐复杂的切片试验就可以得到加热工艺参数，使得齿轮表面各处的硬度达到相当的水平，减小了齿轮在处理过程中出现裂纹，同时也使得齿轮得淬硬层连续分布且达到足够深度以保证齿轮的弯曲疲劳强度，更进一步的淬硬层表面产生足够的残余压应力以保证齿轮的疲劳性能。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种齿轮的表面处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：
利用热电偶测试参考齿轮的加热工艺参数；
基于所述加热工艺参数对目标齿轮进行感应淬火；
对淬火后的目标齿轮进行超声清洗；
在超声清洗后的目标齿轮上沉积一层过渡层，并在所述过渡层上沉积一层降噪涂层。
2.如权利要求1所述的齿轮的表面处理方法，其特征在于，所述利用热电偶测试参考齿轮的加热工艺参数，包括：
在所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层埋设热电偶；
在所述热电偶测温监控下对所述参考齿轮进行淬火测试，得到可使所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层基本同时达到各自对应的淬火温度的感应加热工艺参数。
3.如权利要求2所述的齿轮的表面处理方法，其特征在于，所述在所述热电偶测温监控下对所述参考齿轮进行淬火测试，得到可使所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层基本同时达到各自对应的淬火温度的感应加热工艺参数，包括：
采用电源频率为20kHz的加热器，在100kW功率下对所述参考齿轮预热6s；
对所述参考齿轮执行5s空冷后，在所述热电偶的测温监控下控制所述加热器采用300kW功率对所述参考齿轮加热3.5s，使所述参考齿顶的表面温度达到980℃的同时，所述参考齿轮的齿根表层温度和齿根次表层处的温度分别达到880℃和860℃。
4.如权利要求2所述的齿轮的表面处理方法，其特征在于，所述在所述热电偶测温下对所述参考齿轮进行淬火测试，得到可使所述参考齿轮的齿顶表层、齿根表层和齿根的次表层基本同时达到各自对应的淬火温度的感应加热工艺参数，包括：
采用电源频率为23kHz的加热器，在90kW功率下对所述参考齿轮预热6s；
对所述参考齿轮执行4s的空冷后，在所述热电偶的测温监控下控制所述加热器采用280kW功率对所述参考齿轮加热4s，使所述参考齿轮的齿顶的表面温度达到945℃的同时，所述参考齿轮的齿根表层温度和齿根次表层处的温度分别达到860℃和840℃。
5.如权利要求1所述的齿轮的表面处理方法，其特征在于，所述过渡层包括：
厚度在0.5-2um之间的Ti过渡层。
6.如权利要求1所述的齿轮的表面处理方法，其特征在于，所述降噪涂层包括：
厚度在3到7um之间的DLC薄膜。
7.如权利要求1所述的齿轮的表面处理方法，其特征在于，所述降噪涂层包括：
厚度在3-8um之间的WC/C涂层。
8.如权利要求1所述的齿轮的表面处理方法，其特征在于，所述在超声清洗后的目标齿轮上沉积一层过渡层，并在所述过渡层上沉积一层降噪涂层，包括：
采用磁控溅射法在所述过渡层上沉积一层降噪涂层。
9.如权利要求1所述的齿轮的表面处理方法，其特征在于，所述基于所述加热工艺参数对目标齿轮进行感应淬火，包括：
采用电源功率在20到23kHz之间的加热器对所述目标齿轮进行预热，所述加热器的预热功率在90到100kW之间；
预热持续3到4s后，对所述目标齿轮进行持续4到6s的缓冷；
以加热功率在280到300kW之间的加热器对所述目标齿轮进行持续3到4s的加热。
10.一种齿轮，其特征在于：
通过权利要求1的所述齿轮的表面处理方法制造而成。
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