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齿轮作为在机械装备中重要基础部件之一,得到了广泛的应用。由于工作中受到弯曲应力、接触应力、冲击力等多种力的综合作用,齿轮极易产生失效而影响齿轮传动的稳定性、可靠性和寿命。根据统计,齿轮失效导致的各种机械故障占到60%以上,齿轮的应用环境复杂、载荷复杂,导致齿轮的失效形式也是多种多样。随着机械工业高速发展,齿轮技术向高速、重载、高可靠性方向发展,这就对齿轮性能提出更高的要求,开展齿轮材料和齿轮表面改性的研究成为重要的研究方向。课题主要对典型的中碳合金调质钢40Cr进行研究,在对40Cr基体渗氮的基础上进行物理气相沉积TiN、TiAlN涂层以及与强流脉冲电子束相结合的复合工艺,研究离子氮化40Cr表面沉积TiN、TiAlN涂层、电子束照射后表面沉积TiN、TiAlN涂层和电子束照射后表面沉积TiN、TiAlN涂层再电子束照射的组织与性能特征。经过研究可以得到以下结果:(1)离子氮化后物理气相沉积TiAlN与TiN涂层均匀致密、厚度均匀,与基体结合良好,Ti N涂层主要组成是TiN与Ti2N,TiAlN涂层则主要由Fe4N、(Ti,Al)N和TiN等相组成。TiAlN和TiN的表面硬度分别达到3000HV0.2和2700HV0.2,比氮化表面高3倍多,TiAlN与TiN涂层结合力分别为17N和15N。(2)离子氮化40Cr表面沉积TiN、TiAlN涂层工艺,TiAlN的磨损量最低,在载荷15N时为离子氮化磨损量的32%,TiN的磨损量为离子氮化磨损量的58%;在相同的加载条件下,TiAlN涂层磨痕宽度均匀,TiN磨痕边缘涂层变形与剥落更加明显,涂层磨损严重。(3)40Cr经电子束在27kV不同次数照射后,表面产生典型的“熔坑”形貌,随着次数的增加熔坑数量呈先减少再增大的趋势,经过电子束照射和未经电子束照射XRD检测物相结果表明,电子束照射后出现新的物相γ-Fe,电子束照射后镀膜的物相主要是由TiAlN、TiN、AlN组成。(4)电子束照射后表面沉积TiN、TiAl N涂层,在27kV、45次时磨损体积最大为39.475×10-3mm3,在27kV、25次最小为24.11×10-3mm3。在27kV、25次电子束照射下的残余应力为495.5MPa,27kV、25次照射后涂覆TiAlN的残余应力值为27.4MPa。电子束照射后的阳极极化曲线表明自腐蚀电流密度最小的是2号样也就是27kV、5次,说明2号样的耐蚀性能是最好的。电子束照射后镀膜的阳极极化曲线结果表明在27kV、35次参数下Icorr4=0.652μA/cm2说明试样耐蚀性能是最好。(5)电子束照射后表面沉积TiN、TiAlN涂层再电子束照射工艺40Cr表面涂覆TiN经过15kV、5次电子束照射后的截面组织膜层与未照射状态相比厚度减薄,膜层连续,经过18kV5次照射后的截面涂层不连续。(6)40Cr表面涂覆TiN和TiAlN涂层后经过电子束照射后摩擦磨损的磨损体积,40Cr表面涂覆TiN涂层在18kV、5次时磨损体积最小为10.961×10-3mm3。40Cr表面涂覆TiAlN涂层在21kV、5次时最小为10.256×10-3mm3。