在齒輪滲碳、滲氮及碳氮共滲熱處理過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到防滲方面的問(wèn)題，如齒輪軸的花鍵、螺紋部位的防滲。對(duì)此，可采用涂覆防滲涂料等方法進(jìn)行局部防滲，使其在熱處理后直接獲得理想的硬度；另有部分齒輪采用防滲保護(hù)后直接淬火，淬火后防滲部位可直接進(jìn)行切削加工。采用良好的熱處理防滲方法，不但可以使齒輪的防滲部位（硬度）達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求，而且還可以簡(jiǎn)化工序，降低熱處理成本。目前，齒輪的防滲主要有涂覆防滲涂料防滲方法、鍍銅防滲方法及機(jī)械防滲方法等。可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求、特點(diǎn)及熱處理工藝，選擇不同的防滲方法。
一、涂覆防滲涂料防滲方法
齒輪用防滲涂料按照防滲作用主要分為防滲碳涂料、防滲氮涂料及防碳氮共滲涂料。按照JB/T 5072《熱處理保護(hù)涂料一般技術(shù)要求》及JB/T 9199《防滲涂料 技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求，防滲涂料粘度應(yīng)為25~65mm2/s；不應(yīng)有結(jié)塊，涂層應(yīng)均勻完整，附著性能好；涂層在室溫下2h內(nèi)應(yīng)能干燥，在60~100℃范圍30min內(nèi)應(yīng)能干燥；涂層應(yīng)有良好的剝落性能；防滲性能合格，對(duì)于涂覆防滲碳、防碳氮共滲涂料工件的阻硬率h≥80%，該涂料合格。對(duì)于涂覆防滲氮涂料的工件表面最高硬度Hmax≤320HV0.1或320HV10，該涂料合格。
目前齒輪的防滲多采用涂覆涂防滲涂料方法。采用自制防滲涂料方法，生產(chǎn)成本較低，但配制過(guò)程繁瑣；采用市售商品防滲涂料，防滲效果較好，使用方便，但費(fèi)用相對(duì)較高。
1.自制防滲碳涂料方法
幾種常用的防滲碳涂料配方及使用要求見(jiàn)表1。
表1 幾種常用防滲碳涂料配方及使用要求
序號(hào) | 成分組成（質(zhì)量百分比，%） | 使用要求 |
1 | 氧化銅30+滑石粉20+水玻璃50 | 刷涂?jī)蓪?/span> |
2 | 鉛丹4+氧化鋁8+滑石粉16+水玻璃余量 | 調(diào)勻使用，涂?jī)蓪樱m用于高溫滲碳 |
3 | 石英粉12~14.5+硅藻土18.5~20+氧化鉻6~7+余量水玻璃 | 用水玻璃調(diào)勻后使用，100~150℃進(jìn)行干燥，然后裝爐滲碳 |
4 | 氧化鋁30+二氧化硅22+碳化硅22+硅酸鉀7+水19 | 涂料呈白色，密度為2.25 g/cm3，適用于1000~1300℃較高溫度下滲碳使用 |
2.取代鍍銅的防滲碳涂料
（1）自制防滲碳涂料
涂料配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：硼砂76，氧化銅10，滑石粉10，膨潤(rùn)土3，碳酸鈉1。
使用方法：將上述粉狀涂料混合均勻，用溫水調(diào)和至粘稠狀，反復(fù)刷涂齒輪防滲部位，涂層厚度1.5~2.0mm，在100~120℃進(jìn)行烘干30min，然后裝爐滲碳。
（2）采用商品防碳氮共滲涂料
采用CN-1型防碳氮共滲涂料取代鍍銅方法進(jìn)行防滲，其防滲效果好，涂層易剝落，避免了廢水處理，生產(chǎn)效率提高11~20倍，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氫脆裂紋和磨削裂紋，鍍銅防滲和CN-1型防滲涂料防滲效果比較見(jiàn)表2。
表2 鍍銅防滲和CN-1型防滲涂料防滲效果比較
防滲方式 | 熱處理工藝 | 防滲表面硬度HRC |
鍍銅防滲 | 820℃×10h碳氮共滲，150℃×3.8h回火（多用爐） | 43.8 |
CN-1型防滲涂料防滲 | 44.9 |
3.防氮化涂料配方及其使用方法
齒輪非氮化部位的防滲方法如下。
（1）涂料法
采用有機(jī)和無(wú)機(jī)防滲氮涂料，防氮化涂料配方與使用方法見(jiàn)表3。一般要求工件表面粗糙度值Ra≥3.2μm，保證工件表面具有一定吸附力。
（2）銹蝕防滲氮方法
銹蝕防滲氮法是把不需要氮化的部位清洗去脂后，放在空氣中，任其表面生銹。氮化時(shí)，在生銹的表面上涂上一層油脂，便能有效防止氮原子的滲入。
表3 防氮化涂料配方及使用方法
配方 | 使用方法 |
鉛粉：1份 鉻粉：1份 錫粉：2份 | 研成細(xì)末，用氧化鋅調(diào)成糊狀 |
氧化鋅：6份 甘油：1份 | 與含有少量氯化銨的鹽酸溶液攪拌成糊狀，涂于工件表面，在200℃下烘干，復(fù)以薄鋁紙 |
鉛粉：6份 錫粉：4份 混合劑：13份 | 混合劑由植物油1份，硬脂油1份，豬油4份，松香2份，氯化鋅1份組成，將鉛粉、錫粉研細(xì)加入混合劑調(diào)勻 |
中性水玻璃： 8~9份 石墨粉：1~2份 | 工件在70~90℃預(yù)熱后用毛刷將涂料均勻刷涂2~3次，厚度0.5~1mm，然后在150~170℃爐中烘干 |
4.商品防滲涂料
（1）NFT-1型防滲碳涂料配方及其使用方法
NFT-1型防滲碳涂料是一種硅酸鹽型的防滲材料。
防滲碳涂料組成：阻滲材料（熔塊釉，熟料）、填充材料（如Al2O3、SiO2）、粘結(jié)材料（鈉水玻璃）、表面活性劑和助溶劑等。硅酸鹽防滲碳涂料配方見(jiàn)表4。
表4 硅酸鹽防滲碳涂料配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
熔塊釉 SiO2 Al2O3 粘合劑 |
60 10 30 鈉水玻璃 |
使用方法與效果：涂料經(jīng)配置和研磨后再與粘結(jié)劑混合均勻，調(diào)制成糊狀體。采用浸涂方法，然后自然晾干，涂層厚度為0.10~0.30mm。試樣材料20CrMnTi鋼，采用氣體滲碳爐進(jìn)行滲碳，滲碳溫度920~930℃，滲碳時(shí)間為6~8h。通過(guò)防滲性能檢測(cè)，阻硬率達(dá)到80%，防滲涂料合格。
（2）KT、PC、AC及AN系列防滲涂料
KT-930型防滲碳涂料：KT-930型防滲碳涂料配方為，二氧化硅48g、碳化硅20.5g、氧化銅6.8g、硅酸鉀8.2g、水16.5g，適用于900~950℃氣體滲碳，防滲碳效果好。
KT、PC、AC及AN系列防滲涂料：KT、PC和AC、AN系列防滲涂料分別見(jiàn)表5和表6。
表5 KT及PC系列防滲涂料
品名 | 用途 | 適用溫度 /℃ | 涂層特點(diǎn) |
KT-98 | 防滲碳、防碳氮共滲，防滲層深度＞2.5mm | 850~950 | 滲碳后淬火，涂層不能剝落，但快速溶于水 |
PC-3C | 深層（＞6.0mm）防滲碳 | 850~950 | 自剝 |
PC-2 | 局部防滲碳 | 850~950 | 自剝 |
KS-2 | 防滲氮 | 480~600 | 自粉化 |
表6 AC及AN系列防滲涂料
品名 | 型號(hào) | 性能特點(diǎn) |
防滲碳、防碳氮共滲涂料 | AC100 | 淬火時(shí)涂料不脫落，熱后噴砂去除 |
AC106 | 深層滲碳（滲碳層＞6mm）局部防滲 | |
AC200 | 涂層溶于水，適用于螺紋及花鍵防滲 | |
AC201 | 深層滲碳時(shí)螺紋防滲 | |
防滲氮涂料 | AN560 | 水溶性涂料，滲氮后涂層粉化，易于清除 |
AN600P | 用于離子滲氮局部防滲 |
5.齒輪上細(xì)小通孔的防滲處理方法
行星齒輪如圖1所示，材料為20CrMnTi，齒輪φ49mm內(nèi)孔及φ2mm的通孔需防滲處理，然后進(jìn)行滲碳、淬火和回火處理。
（1）防滲碳方法與效果
選用水溶性防滲涂料，對(duì)φ49mm內(nèi)孔采用軟毛刷刷涂防滲涂料，防滲效果很好。而φ2mm的通孔的防滲方法是，首先把防滲涂料裝在注射器針管內(nèi)，然后用大號(hào)針頭從φ49mm內(nèi)孔將防滲涂料注射到φ2mm的通孔內(nèi)，既能保證通孔的防滲效果，又不能把防滲涂料涂到齒面上。此種防滲方法防滲效果好，效率高。
6.外螺紋涂覆防滲涂料方法
（1）外螺紋防滲方法
在涂覆防滲涂料前，齒輪應(yīng)經(jīng)清洗機(jī)清洗，然后將防滲涂料攪拌均勻后，涂覆在螺紋及過(guò)渡區(qū)上，要求先后兩次均勻涂覆，涂層厚度達(dá)到1~1.5mm。自然干燥后，經(jīng)脫脂爐加熱烘干，滲碳爐滲碳、淬火、清洗、回火和螺紋部清理后，對(duì)尾部螺紋進(jìn)行檢驗(yàn)。金相檢驗(yàn)螺紋部無(wú)滲碳層；檢驗(yàn)尾部螺紋硬度為37~38HRC，防滲效果合格（如載重汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)圓錐齒輪技術(shù)要求30~38HRC）。
（2）涂覆防滲碳涂料的厚度
通過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)一些材料齒輪若涂覆防滲碳涂料偏薄（如0.3~0.5mm）時(shí)，金相檢驗(yàn)雖然合格（即無(wú)滲碳層），但尾部螺紋硬度偏高，達(dá)到41~45HRC，不合格。這是由于（載重汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋）主動(dòng)圓錐齒輪采用22CrMoH等材料時(shí)，因其淬透性能較高造成的。當(dāng)螺紋部涂覆的防滲碳涂料較厚（如1.0~1.5mm）時(shí)，可降低材料的冷卻速度，尾部螺紋硬度可以保證（37~38HRC）；反之，硬度超標(biāo)。
7.涂覆防滲涂料操作方法及要求
（1）首先要對(duì)防滲的齒輪表面進(jìn)行清洗處理（溶液溫度70~80℃），除掉防滲及其他部位的油漬和污物，利用自身余熱蒸發(fā)掉水分。其次，調(diào)整好防滲涂料的配比和粘稠度，將涂料攪拌均勻，保證防滲涂料在使用過(guò)程中的粘著性和厚度，最終保證其防滲效果。
（2）根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求及其特點(diǎn)，對(duì)重要部位（如主動(dòng)齒輪外螺紋，經(jīng)滲碳或碳氮共滲、淬火及回火后，螺紋硬度要求≤38HRC）可分兩次用人工方式進(jìn)行涂覆，總厚度控制在1.0~1.5mm，然后在室溫下干燥≥2h，或者在60~100℃烘干≥0.5h，即可裝爐；對(duì)一些防滲部位硬度值要求45~50HRC齒輪，可對(duì)防滲部位涂覆一遍防滲涂料，其厚度可以薄一些（如0.20~0.30mm），有一定的漏滲效果。總之，涂層的厚度應(yīng)根據(jù)涂料的質(zhì)量及化學(xué)熱處理工藝等而定。同時(shí)，干燥后的涂層，必須均勻、完整、致密、無(wú)剝落、無(wú)裂紋。
（3）根據(jù)防滲齒輪的尺寸、形狀和面積大小，可以選擇刷涂、浸涂及噴涂等方法。
刷涂法：采用軟毛刷刷涂，第一次刷涂防滲涂料厚度1.0~1.5mm，在室溫下放置60min后刷涂第二次，總厚度達(dá)到1.5~2.0mm。兩次刷涂后，保證防滲部位不漏出（齒輪）金屬，涂層均勻，齒部表面不粘上防滲涂料。此方法適合于大型齒輪的局部防滲保護(hù)。
浸涂法：將齒輪需要防滲部分緩慢放入涂料槽內(nèi)，停留10~20s后，再緩慢取出，輕輕甩掉或從齒輪下端刮去多余的涂料。第一浸涂后，在室溫下放置60min后可進(jìn)行第二次浸涂，涂層達(dá)到要求厚度后，放置2~3h，待其完全干燥后即可進(jìn)行化學(xué)熱處理。應(yīng)注意涂層厚度的均勻性，一般以涂覆2次為宜。涂層總厚度以0.8~1.5mm為宜。此方法適合于形狀簡(jiǎn)單的小齒輪整體或端頭局部防滲保護(hù)。
噴涂法：采用噴漆槍均勻噴涂防滲涂料，風(fēng)壓為0.2~0.4MPa，一次噴涂厚度0.3~0.5mm，對(duì)于大型齒輪噴涂厚度可以厚一些。此方法適合于形狀復(fù)雜和大、中型齒輪的整體或局部防滲保護(hù)。
二、鍍銅防滲方法
1.非滲碳（或碳氮共滲）部位的電解鍍銅防滲方法
利用碳等元素在銅中擴(kuò)散困難的原理，在防滲部位鍍上厚度在0.1mm以上的鍍銅層，使其在滲碳過(guò)程中碳原子不能滲入，其特點(diǎn)是不改變需要防滲工件的化學(xué)成分。采用此種防滲方法防滲效果好，但成本高，效率低，污染嚴(yán)重。
2.非氮化部位的電鍍金屬防滲方法
（1）局部鍍銅層0.012~0.015mm。要求形成無(wú)孔隙銅膜。
（2）局部鍍錫層0.012~0.015mm。當(dāng)錫膜厚度＞0.01mm時(shí)，為了防止流錫，可進(jìn)行350℃左右加熱1~2h的均錫處理。
（3）局部鍍鎳層0.025~0.1mm。
（4）用熱鍍法鍍上一薄層錫0.004~0.008mm，鍍錫的防滲效果遠(yuǎn)大于鍍銅。采用氯化銨作催滲劑進(jìn)行氮化處理時(shí)，不得用鍍錫法而應(yīng)用鍍鎳法。
三、機(jī)械防滲方法
1.堵塞和遮掩方法
對(duì)不需滲碳的孔用耐火土與水玻璃混合后將其塞住，也可將非滲碳面用石棉繩捆扎或用鋼套等掩蓋。此方法適合于防滲效果要求不太嚴(yán)格的齒輪。
2.防離子滲氮方法
采用以下機(jī)械防滲方法均可達(dá)到防離子滲氮要求。
（1）采用頂絲、銷釘、螺釘?shù)葘?duì)齒輪上孔和螺紋孔進(jìn)行防滲保護(hù)。
（2）采用螺母對(duì)齒輪外螺紋進(jìn)行保護(hù)。
（3）采用帶內(nèi)螺紋孔或套保護(hù)齒輪外螺紋或齒輪外圓。
（4）采用心軸或壓蓋屏蔽齒輪內(nèi)孔。
3.內(nèi)螺紋防滲碳方法
例如，從動(dòng)齒輪安裝用螺紋孔的防滲，可采用防滲螺釘（材料A3等），通過(guò)手動(dòng)（或電動(dòng)、氣動(dòng)）方式擰入防滲螺釘達(dá)到防滲碳的目的。此種方法的特點(diǎn)是，防滲效果較好，防滲螺釘可以反復(fù)使用，可取代原采用的涂覆防滲涂料方法。圖2為從動(dòng)齒輪螺紋采用防滲螺釘防滲示意圖。
4.戴防滲螺母防滲方法
對(duì)熱處理前主動(dòng)齒輪尾部螺紋采用戴不銹鋼（或耐熱鋼）做的防滲碳螺母（見(jiàn)圖3）方法進(jìn)行防滲，螺母與齒輪花鍵端面應(yīng)緊密貼合，使其在滲碳過(guò)程中碳原子不能滲入或少量滲入，以使螺紋淬火后獲得韌性好的低碳（或中碳組織）和低于40HRC的硬度，保證螺紋的使用。采用防滲螺母防滲特點(diǎn)是，防滲螺母可反復(fù)使用，但成本較高。
5.從動(dòng)齒輪內(nèi)孔的防滲方法
終端傳動(dòng)從動(dòng)齒輪尺寸為φ419mm（外圓直徑）×φ260mm（內(nèi)孔直徑）×35mm（寬度），質(zhì)量約為40kg，材料20Cr。
（1）機(jī)械防滲工藝
為簡(jiǎn)化工序，實(shí)現(xiàn)滲碳后直接淬火，可采用機(jī)械防滲方法。從動(dòng)齒輪滲碳時(shí)采用下面帶圓盤(pán)的三角架吊具成串裝夾，工件（由于自重）相互接觸十分緊密，滲碳?xì)夥蘸茈y從工件滲入內(nèi)孔。同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)防滲帽（見(jiàn)圖4），以解決吊具最上層的密封問(wèn)題。要求防滲帽與工件端面接觸面車(chē)削平整（保證其平面度≤0.10mm）。裝爐時(shí)，先將吊具連同齒輪裝入爐內(nèi)（齒輪上下應(yīng)整齊擺放），然后在最上層蓋上防滲帽，靠其自重壓緊接觸面。滲碳后出爐時(shí)，先吊出防滲帽，再將齒輪吊出直接淬火。
（2）檢驗(yàn)與效果
檢測(cè)防滲碳的端面硬度為241~269HBW，個(gè)別達(dá)到285HBW，淬火組織為索氏體+鐵素體，適合于機(jī)械加工。
四、防滲效果檢驗(yàn)方法
涂覆涂層的防滲面經(jīng)化學(xué)熱處理后，應(yīng)具有良好的防滲性能，即防滲面能進(jìn)行車(chē)、銑、刨等機(jī)械加工。在采用以上防滲方法進(jìn)行防滲處理時(shí)，如果操作不當(dāng)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏滲情況。齒輪防滲效果不良，將直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)此，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求及其特點(diǎn)選擇以下一項(xiàng)或幾項(xiàng)進(jìn)行防滲效果檢驗(yàn)。
（1）硬度檢驗(yàn)方法
檢測(cè)齒輪防滲部位（代表性或關(guān)鍵性）的上、中、下3個(gè)位置的硬度，如果硬度值低于產(chǎn)品技術(shù)要求，則判為合格。
（2）化學(xué)分析方法
化學(xué)熱處理后的試樣可采用化學(xué)等方法進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果應(yīng)無(wú)元素（碳、氮等）滲入。
（3）金相檢驗(yàn)方法
通過(guò)解剖試樣或工件，檢驗(yàn)其防滲部位表層有無(wú)滲碳（或滲氮、碳氮共滲）層，若發(fā)現(xiàn)有滲碳層（或滲氮層、碳氮共滲層），則表明防滲效果不合格。
（4）主動(dòng)齒輪螺紋防滲效果的檢測(cè)方法
可以先擰緊（載重汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋）主動(dòng)錐齒輪尾部螺紋上的螺母，然后在扭力機(jī)上進(jìn)行扭力臺(tái)架試驗(yàn)，擰緊力矩1000N.m，然后再放置48h，如果螺紋沒(méi)有滑扣（滑扣即螺紋牙齒斷裂）情況，證明防滲效果合格。
五、防滲涂料的清理方法
齒輪經(jīng)化學(xué)熱處理后，防滲部位上殘留的防滲涂料應(yīng)進(jìn)行清理。目前清理方法有水洗或自粉化、機(jī)械清理（如噴砂清理、鋼絲輪清理）及化學(xué)清理（如堿溶液清洗）等。介紹幾種有效的清理方法。
1.噴砂清理
采用手動(dòng)壓縮空氣（0.5~0.6MPa）噴槍（嘴），經(jīng)過(guò)壓縮空氣帶動(dòng)（細(xì)）石英砂向螺紋部表面噴射清理。噴砂清理時(shí)注意，應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，不得過(guò)度清理某處，以防其尺寸減小。噴砂采用的壓縮空氣應(yīng)經(jīng)過(guò)濾，保證無(wú)油、無(wú)水。此方法特點(diǎn)是清理效率較高，但現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大，應(yīng)安裝除塵裝置。圖5為齒輪吹砂清理示意圖。
2.鋼絲輪清理
利用自制電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鋼絲輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)并制成合理的主動(dòng)齒輪卡位機(jī)構(gòu)，以利于對(duì)主動(dòng)齒輪尾部螺紋等進(jìn)行均勻、徹底、安全的清理。此方法特點(diǎn)是清理干凈、效率高。主動(dòng)齒輪螺紋清理機(jī)示意圖見(jiàn)圖6。
3.化學(xué)清理
將涂覆涂料部位浸泡在熱（60~80℃）的NaOH溶液（10%~15%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）中2~3h，可使其殘留的防滲涂層溶解。
作者：金榮植
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