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随着航空业的发展,航空用齿轮经常需要在高载荷与高转速的极端环境下工作,工作温度已经达到350℃甚至更高,这要求齿轮具有更高的表面性能。尽管传统化学热处理仍是齿轮表面强化的主要方法,但是使用现代表面技术可以在齿轮上制备更高性能的表面改性层,具有巨大的应用前景。为了提高16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢的表面硬度与耐磨性,本文采用双层辉光等离子表面冶金技术在齿轮钢表面制备W-Mo涂层,并且在齿轮钢表面采用固体渗C法制备渗C强化层作为对比。通过研究各工艺参数对涂层厚度及性能的影响,得到W-Mo共渗的最佳工艺参数为:源极电压950~1000V,阴极电压550~600V,温度850~870℃,气压36Pa,保温时间3.5h,极间距20mm。在最佳工艺参数下,制得的W-Mo涂层均匀致密,与基体结合良好,总厚度约为12μm,主要由高硬度的W与Mo相构成。显微硬度测试显示,W-Mo涂层的硬度约为1073.42HV0.05,约是基体试样的2.95倍,固体渗C试样的1.68倍。使用旋转式高温磨损试验机研究了温度的变化对W-Mo共渗试样表面耐磨性的影响。结果显示,在各温度下,W-Mo共渗试样的磨损体积均最小。在350℃高温下,基体试样与渗C试样表面均会发生大量氧化而造成较严重的磨损,但是W-Mo共渗试样表面会形成W与Mo的氧化膜,减缓涂层的磨损;另外,在500℃时,基体试样与渗C试样还会发生软化,造成磨损大大加剧。使用往复式磨损实验机研究常温下载荷、滑动速度与摩擦副的变化对W-Mo共渗试样表面耐磨性的影响。结果显示,在各条件下,W-Mo共渗试样均展现了最好的耐磨性。其中在最高载荷620g的情况下,W-Mo共渗试样的磨损体积约为渗C试样的42.4%,仅为基体试样的15.4%;在最大滑动速度6m/min的情况下,W-Mo共渗试样的磨损体积约为渗C试样的40.5%,仅为基体试样的16.6%。摩擦副为Si3N4时,三种试样的磨损体积均比摩擦副为GCr15时的大,但是W-Mo涂层的磨损体积仍最低。