一種雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法

2023-07-09 06:48:16

專利名稱：一種雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法
技術領域：
本發明涉及金屬表面強化處理技術領域。
背景技術：
氮化鈦(TiN)是一種非計量化合物，同時具有金屬晶體和共價晶體的特點，熔點高達2955°C。作為表面塗層，TiN具有高硬度、耐磨損、耐高溫、抗熱震、摩擦係數低等優良的綜合力學性能，是目前研究和應用最為廣泛的薄膜材料之一。TiN作為塗層成功地應用於刀具、鑽頭等工具上，被認為是金屬切削刀具技術發展史上的一次革命。TiN塗層的製備技術目前主要是物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)。PVD 法形成溫度較低、塗層較薄，與基體的結合強度低，塗層易於從基底剝落，且繞鍍性較差。CVD法沉積溫度高，但超過了絕大多數常用刀具材料的熱處理溫度，因而可用來進行鍍層的刀具材料種類極為有限；其次，CVD以氯化物為原料，需要一套提供製備含Ti滷化物氣體的設備，工藝複雜，成本較高，與目前提倡的綠色工業相牴觸。不論是PVD法還是CVD法，所獲得的TiN塗層都較薄，厚度只有幾個微米(μ m)，並且塗層與基體是機械結合，結合面強度低，使用中塗層易發生剝落。

發明內容
本發明的目的旨在提供一種以TiO2、尿素和N2氣體為組元的雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法，可以使金屬表面層原位複合生成TiN，從而對金屬表面進行強化與提高耐磨性。本發明是通過以下技術方案實現的
在金屬表面塗敷TiO2與尿素的混合粉末，在N2氣體的氛圍中，用雷射疊加鎢極氣體保護電弧在塗敷TiO2與尿素的混合粉末的金屬表面進行掃描。通過以上方法可以在金屬表層原位複合生成TiN，實現對金屬表面的強化與提高耐磨性。本發明具有以下優點
1、TiN是在金屬表層原位複合生成，而不是在表面沉積，因此不存在塗層與基體的結合力問題；
2、原位複合有TiN的金屬表層厚度可達500至600微米，顯微硬度可達HV1750至HV1800以上，因此即使表面在使用過程中有微磨損，仍然具有很好的硬度和耐磨性；
3、反應組元為TiO2、尿素和N2氣體，以雷射疊加鎢極氣體保護電弧為能量源，不會對環境造成任何汙染，是一種環保的金屬表面強化與耐磨方法。另，對於不同的金屬，本發明所述TiO2為工業純TiO2, TiO2與尿素的混合質量比為6:4。在金屬表面塗敷的所述TiO2與尿素的混合粉末厚度為1. 5 2毫米。
所述N2氣體的流量為7 llL/min。在所述掃描時，雷射光束垂直照射在金屬表面，鎢極氣體保護電弧與雷射光束成30°夾角。雷射疊加鎢極氣體保護電弧以400 600mm/min的速度進行掃描，雷射功率為100 200W，雷射波長為1. 06Mm或10. 6Mm,光斑直徑為2 3毫米。所述鎢極氣體的流量為7L/min，電弧電流為20 30A。
具體實施方式
·一、對Q235A、20鋼、40鋼、45鋼、20G、20Mn、40Mn和60Mn碳素結構鋼分別進行表面
處理1、在碳素結構鋼表面敷以工業純TiO2與尿素((NH2)2CO)混合粉末，其質量比為6:4，厚度為1. 5毫米。2、隨雷射疊加鎢極氣體保護電弧移動，通以氮氣，氮氣流量為7L/min。3、雷射光束垂直照射在碳素結構鋼表面，鎢極氣體保護電弧與雷射光束成30°夾角。4、雷射疊加鎢極氣體保護電弧以400mm/min速度進行掃描，雷射功率為200W，雷射波長為1. 06Mm,光斑直徑為2暈米。5、鎢極氣體保護電弧使用氮氣作為保護氣體，流量為7L/min，電弧電流為30A。6、經檢測結果，在合金結構鋼表層原位複合生成厚度可達500微米的TiN層，顯微硬度可達HV1750。二、對20MnV、40Cr、35CrMoV和20CrMnSi合金結構鋼分別進行表面處理1、在合金結構鋼表面敷以工業純TiO2與尿素((NH2)2CO)混合粉末，其質量比為6:4，厚度為1. 5毫米。2、隨雷射疊加鎢極氣體保護電弧移動，通以氮氣，氮氣流量為7L/min。3、雷射光束垂直照射在碳素結構鋼表面,鶴極氣體保護電弧與雷射光束成30°夾角。4、雷射疊加鎢極氣體保護電弧以400mm/min速度進行掃描，雷射功率為100W，雷射波長為1. 06Mm,光斑直徑為2暈米。5、鎢極氣體保護電弧使用氮氣作為保護氣體，流量為7L/min，電弧電流為20A。6、經檢測結果，在合金結構鋼表層原位複合生成厚度可達500微米的TiN層，顯微硬度可達HV1750。三、對65Mn、60Si2Mn和50CrVA彈簧鋼分別進行表面處理1、在彈簧鋼表面敷以工業純TiO2與尿素((NH2)2CO)混合粉末，其質量比為6:4，厚度為2毫米。2、隨雷射疊加鎢極氣體保護電弧移動，通以氮氣，氮氣流量為llL/min。3、雷射光束垂直照射在碳素結構鋼表面，鎢極氣體保護電弧與雷射光束成30°夾角。4、雷射疊加鎢極氣體保護電弧以600mm/min速度進行掃描，雷射功率為100W，雷射波長為1. 06Mm,光斑直徑為3暈米。
5、鎢極氣體保護電弧使用氮氣作為保護氣體，流量為7L/min，電弧電流為30A。6、經檢測結果，在彈簧鋼表層原位複合生成厚度可達500微米的TiN層，顯微硬度可達 HV1800。四、對T8A、T9A、T10A、TllA、9SiCr、Crl2MoV 和 3Cr2Mo 工具鋼分別進行表面處理1、在工具鋼表面敷以工業純TiO2與尿素((NH2)2CO)混合粉末，其質量比為6:4，厚度為1.5暈米。2、隨雷射疊加鎢極氣體保護電弧移動，通以氮氣，氮氣流量為7L/min。3、雷射光束垂直照射在碳 素結構鋼表面,鶴極氣體保護電弧與雷射光束成30°夾角。4、雷射疊加鎢極氣體保護電弧以400mm/min速度進行掃描，雷射功率為100W，雷射波長為10. 6Mm,光斑直徑為3暈米。5、鎢極氣體保護電弧使用氮氣作為保護氣體，流量為7L/min，電弧電流為25A。6、經檢測結果，在工具鋼表層原位複合生成厚度可達500微米的TiN層，顯微硬度可達 HV1800。五、對W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V2Al高速鋼分別進行表面處理1、在高速鋼表面敷以工業純TiO2與尿素((NH2)2CO)混合粉末，其質量比為6:4，厚度為1.5暈米。2、隨雷射疊加鎢極氣體保護電弧移動，通以氮氣，氮氣流量為llL/min。3、雷射光束垂直照射在碳素結構鋼表面，鎢極氣體保護電弧與雷射光束成30°夾角。4、雷射疊加鎢極氣體保護電弧以500mm/min速度進行掃描，雷射功率為200W，雷射波長為10. 6Mm,光斑直徑為2暈米。5、鎢極氣體保護電弧使用氮氣作為保護氣體，流量為7L/min，電弧電流為30A。6、經檢測結果，在高速鋼表層原位複合生成厚度可達600微米的TiN層，顯微硬度可達 HV1800。六、對YG3X、YG6X、YK15、YG20、YT15、YS25、YW1、YW2 和 YLlO 硬質合金分別進行表
面處理1、在硬質合金表面敷以工業純TiO2與尿素((NH2)2CO)混合粉末，其質量比為6:4，厚度為2毫米。2、隨雷射疊加鎢極氣體保護電弧移動，通以氮氣，氮氣流量為llL/min。3、雷射光束垂直照射在碳素結構鋼表面，鎢極氣體保護電弧與雷射光束成30°夾角。4、雷射疊加鎢極氣體保護電弧以600mm/min速度進行掃描，雷射功率為200W，雷射波長為10. 6Mm,光斑直徑為3暈米。5、鎢極氣體保護電弧使用氮氣作為保護氣體，流量為7L/min，電弧電流為35A。6、經檢測結果，在硬質合金表層原位複合生成厚度可達600微米的TiN層，顯微硬度可達HV1800。
權利要求
1.以TiO2、尿素和N2氣體為組元的雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN 強化方法，其特徵在於在金屬表面塗敷TiO2與尿素的混合粉末，在N2氣體的氛圍中，用雷射疊加鎢極氣體保護電弧在塗敷TiO2與尿素的混合粉末的金屬表面進行掃描。
2.根據權利要求1所述以TiO2、尿素和N2氣體為組元的雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法，其特徵在於所述TiO2為工業純TiO2, TiO2與尿素的混合質量比為6:4。
3.根據權利要求1或2所述以TiO2、尿素和N2氣體為組元的雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法，其特徵在於在金屬表面塗敷的所述TiO2與尿素的混合粉末厚度為1. 5 2毫米。
4.根據權利要求1所述以TiO2、尿素和N2氣體為組元的雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法，其特徵在於所述N2氣體的流量為7 llL/min。
5.根據權利要求1所述以TiO2、尿素和N2氣體為組元的雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法,其特徵在於在所述掃描時,雷射光束垂直照射在金屬表面， 鎢極氣體保護電弧與雷射光束成30°夾角。
6.根據權利要求5所述以TiO2、尿素和N2氣體為組元的雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法,其特徵在於雷射疊加鶴極氣體保護電弧以400 600mm/min 的速度進行掃描，雷射功率為100 200W，雷射波長為1. 06Mm或10. 6Mm,光斑直徑為2 3毫米。
7.根據權利要求6所述以TiO2、尿素和N2氣體為組元的雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法，其特徵在於所述鎢極氣體的流量為7L/min，電弧電流為 20 30A。
全文摘要
以TiO2、尿素和N2氣體為組元的雷射疊加鎢極氣體保護電弧誘導金屬表層複合TiN強化方法，本發明涉及金屬表面強化處理技術領域。在金屬表面塗敷TiO2與尿素的混合粉末，在N2氣體的氛圍中，用雷射疊加鎢極氣體保護電弧在塗敷TiO2與尿素的混合粉末的金屬表面進行掃描。通過以上方法可以在金屬表層原位複合生成TiN，實現對金屬表面的強化與提高耐磨性。
文檔編號C23C24/10GK102995009SQ20121056515
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者王輝, 左健民, 張榮榮, 童涵, 肖聖亮 申請人:常州大學