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专利号: 2023116439681
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种无级变速器用钢带组件中金属钢环,其特征在于,所述的金属钢环由带状且双面具有激光织构化图案的通用18Ni系列马氏体时效钢焊接成圆环状,再通过磁控溅射在圆环的内壁和外壁上沉积(CoCrFeNiAlXTa)Y NZ高熵合金薄膜制成;

磁控溅射的温度为500℃;

(CoCrFeNiAlXTaY)NZ中,X、Y、Z代表原子比,X=0.3‑0.9、Y=0.4‑0.8、Z=0.3‑0.5,Co、Cr、Fe、Ni为等原子比1。

2.如权利要求1所述的无级变速器用钢带组件中金属钢环,其特征在于,通用18Ni系列马氏体时效钢的成分质量百分比如下:镍16‑19%,钴10‑13%,钼4‑6%,钛1‑2%,铝<0.2%,碳<0.02%,硅<0.01%,硫<0.001%,磷<0.001%,余量为铁。

3.如权利要求1所述的无级变速器用钢带组件中金属钢环,其特征在于,激光织构化图案为:沟槽形、圆形或菱形。

4.如权利要求1所述的无级变速器用钢带组件中金属钢环,其特征在于,

(CoCrFeNiAlXTa)Y NZ高熵合金薄膜的厚度为4‑6μm。

5.如权利要求1所述的无级变速器用钢带组件中金属钢环的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

(1)利用激光在带状通用18Ni系列马氏体时效钢的两个表面制备织构化图案;

(2)将经过步骤(1)处理的带状通用18Ni系列马氏体时效钢焊接成金属钢环;

(3)通过磁控溅射在步骤(2)所得金属钢环的内壁和外壁上沉积(CoCrFeNiAlXTaY)NZ高熵合金薄膜。

6.如权利要求5所述的无级变速器用钢带组件中金属钢环的制备方法,其特征在于,步骤(1)的操作方法如下:

使用碳化硅砂纸,依次按320#、600#、1000#、1500#和2000#的顺序,对带状通用

18Ni系列马氏体时效钢的表面进行打磨,打磨结束后置于丙酮中超声震荡15min,洗去表面的杂质,再置于无水乙醇中超声震荡15min,洗去残留的丙酮溶液,最后取出干燥;把经过前处理的带状通用18Ni系列马氏体时效钢固定在激光加工工作平台上,打开激光器开关,输入激光器工艺参数:激光功率60‑80W、扫描速度5‑20mm/s、光斑直径10‑30μm、脉冲宽度0.2‑

0.6ms、脉冲频率15‑30Hz、扫描次数2‑4次;在钢材的两个表面加工出织构化图案,织构尺寸为宽度10‑40μm、深度5‑20μm、织构间间距100‑300μm,织构占比面积20‑40%,加工结束后,取出钢材,关闭激光器开关。

7.如权利要求5所述的无级变速器用钢带组件中金属钢环的制备方法,其特征在于,步骤(2)中焊接采用激光焊接或氩弧焊。

8.如权利要求5所述的无级变速器用钢带组件中金属钢环的制备方法,其特征在于,步骤(3)中磁控溅射的设备包括:腔体、机架、基片加热自转台、磁控靶、真空抽气系统、冷却水机组及计算机控制平台;其中,腔体安装在机架上并与位于机架内的真空抽气系统相连,在腔体内壁上均布有多个磁控靶和磁控靶挡板,在腔体外壁上分布有多个气体通道;基片加热自转台安装在腔体内部,该自转台分为样品台和自转盘上下两部分;样品台包括滚轮、旋转电机、转动轴、可调节连接杆及样品台底座,连接杆底端与自转盘相连,顶端与样品台底座相连,且可以通过调节连接杆的弧度来调节样品台位置方向和角度;样品台底座上布有两个圆形孔,用于连接转动轴,转动轴上连接旋转电机和滚轮,旋转电机外设有隔热盒,滚轮内部设有加热装置,样品置于两个滚轮上,通过旋转电机驱动滚轮旋转带动样品做旋转运动;自转盘上环形阵列布置有多个用于安装样品台连接杆的安装位;真空抽气系统包括机械泵及分子泵;冷却水机组上布有分子泵冷却水进水口、分子泵冷却水出水口、磁控靶冷却水进水口及磁控靶冷却水出水口,用于给磁控靶及分子泵起降温作用;计算机控制平台控制基片加热自转台中的加热装置及自转盘自转。

9.如权利要求8所述的无级变速器用钢带组件中金属钢环的制备方法,其特征在于,在金属钢环的内壁和外壁上沉积(CoCrFeNiAlXTa)Y NZ高熵合金薄膜的方法如下:将具有织构形貌的金属钢环放入无水乙醇中超声清洗15min,洗去表面残留的杂质,用吹风机吹干;将CoCrFeNi高熵合金靶、Ta靶、Al靶置于磁控靶上,将清洗后的金属钢环装于样品台的两个滚轮上,调整连接杆角度并固定,确保金属钢环垂直于磁控靶,使靶材中溅射出的原子能沉积至金属钢环内外表面;装样结束后,关闭腔体室门,关闭放气阀;打开机械泵及抽气阀,抽真空至8.0Pa以下,关闭抽气阀;打开冷却水机组开关,打开分子泵及闸板‑3阀,抽真空至3.0×10 Pa以下;利用闸板阀将气压调至0.8‑1Pa之间;打开计算机控制平台上的加热开关,自转开关及旋转开关,基底温度为500℃,自转盘转速为10‑20r/min,滚轮转速为5‑10r/min;打开氩气阀开关,氩气流量为10‑30sccm;打开偏压开关,偏压为80‑120V;

依次进行CoCrFeNi合金靶、Al靶及Ta靶的起辉,起辉成功后,将CoCrFeNi合金靶沉积功率调至150 W,Al靶沉积功率调至30‑90W之间,Ta靶沉积功率调至40‑80 W之间,对靶材进行预溅射,溅射时长为10min,除去靶材表面污染物;打开氮气阀开关,氮气流量为10‑20sccm;打开磁控靶挡板,对金属钢环进行(CoCrFeNiAlXTaY)NZ高熵合金薄膜溅射,溅射时长为140‑

220min;薄膜沉积结束后,依次关闭磁控靶功率,磁控靶挡板,氮气阀,氩气阀,加热和自转开关,闸板阀,分子泵,机械泵,冷却水机组;在真空环境下冷却至25℃,打开放气阀使腔体放气至大气压,打开腔体室门,取出内外表面沉积了(CoCrFeNiAlXTaY)NZ高熵合金薄膜的金属钢环。