一種雷射誘導金屬表層複合TiCN強化方法
2023-07-09 07:47:21 1
專利名稱：一種雷射誘導金屬表層複合TiCN強化方法
技術領域：
本發明涉及金屬表面強化技術領域。
背景技術：
氮碳化鈦(TiCN)是一種性能優良、用途廣泛的非氧化物材料，也是一種性能優異的塗層材料，是碳化鈦和氮化鈦的無限固溶體，兼具有碳化鈦和氮化鈦的優點，具有高硬度、耐磨、耐腐蝕、抗氧化等特性，並具有良好的導熱性、導電性和化學穩定性，被廣泛用於切削刀具、粉末冶金以及金屬陶瓷製品，是目前研究和應用最為廣泛的薄膜材料之一。TiCN塗層的製備技術目前主要是化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)。CVD法沉積溫度高，超過了絕大多數鋼材的熱處理溫度，並且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。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。不論是CVD法還是PVD法，所獲得的TiCN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、四甲基尿素、炭黑、乙炔和氮氣為組元的雷射誘導金屬表層複合TiCN強化方法,可以使金屬表面層原位複合生成TiCN,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和四甲基尿素、炭黑的混合物，在乙炔和氮氣共存的條件下，用雷射束在塗敷所述混合物的金屬表面進行掃描。通過本發明方法可以在金屬表層原位複合生成TiCN，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.TiCN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TiCN的金屬表層厚度可達500微米，顯微硬度可達HV2600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。本發明所述TiO2為工業純TiO2,所述工業純TiO2和四甲基尿素、炭黑的混合質量比為6:5:3。所述混合物的塗敷厚度為1. 5 2毫米。所述乙炔的流量為5 6L/min,所述氮氣的流量為7 8L/min。所述雷射束的掃描速度為400 600mm/min，功率為700 1200W，波長為1. 06Mm或10. 6Mm，光斑直徑為2 3毫米。
具體實施例方式一、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和四甲基尿素、炭黑混合物，其質量比為6:5:3，厚度為1. 5毫米；
2、隨雷射光斑移動，通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為5L/min和7L/
min;
3、雷射光束以500mm/min速度進行掃描，雷射功率為900W，雷射波長為1.06Mm，光斑直
徑為2毫米。4、經檢測，經過處理的碳素結構鋼表層複合有可達500微米的TiCN，顯微硬度可達HV2600以上。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和四甲基尿素、炭黑混合物，其質量比為6:5:3，厚度為1. 5毫米；
2、隨雷射光斑移動，通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為5L/min和7L/
min;
3、雷射光束以400mm/ min速度進行掃描，雷射功率為700W，雷射波長為1.06Mm，光斑直
徑為2毫米。4、經檢測，經過處理的合金結構鋼表層複合有可達500微米的TiCN，顯微硬度可達HV2650以上。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和四甲基尿素、炭黑混合物，其質量比為6:5:3，厚度為2毫米；
2、隨雷射光斑移動，通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為6L/min和8L/
min;
3、雷射光束以600mm/min速度進行掃描，雷射功率為800W，雷射波長為1.06Mm，光斑直
徑為3毫米。4、經檢測，經過處理的彈簧鋼表層複合有可達500微米的TiCN，顯微硬度可達HV2700 以上。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和四甲基尿素、炭黑混合物，其質量比為6:5:3，厚度為1. 5毫米；
2、隨雷射光斑移動，通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為5L/min和7L/
min;
3、雷射光束以400mm/min速度進行掃描，雷射功率為1000W，雷射波長為10.6Mm，光斑
直徑為3暈米。4、經檢測，經過處理的工具鋼表層複合有可達500微米的TiCN，顯微硬度可達HV2700 以上。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和四甲基尿素、炭黑混合物，其質量比為6:5:3，厚度為1. 5毫米；
2、隨雷射光斑移動，通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為6L/min和8L/
min;
3、雷射光束以500mm/min速度進行掃描，雷射功率為1100W，雷射波長為10.6Mm，光斑
直徑為2毫米。4、經檢測，經過處理的高速鋼表層複合有可達600微米的TiCN，顯微硬度可達HV2700 以上。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和四甲基尿素、炭黑混合物，其質量比為6:5:3，厚度為2毫米；
2、隨雷射光斑移動,通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為6L/min和8L/
min;
3、雷射光束以600mm/min速度進行掃描，雷射功率為1200W，雷射波長為10.6Mm，光斑
直徑為3暈米。4、經檢測，經過處理的硬質合金表層複合有可達600微米的TiCN，顯微硬度可達HV2700 以上。
權利要求
1.以Ti02、四甲基尿素、炭黑、乙炔和氮氣為組元的雷射誘導金屬表層複合TiCN強化方法，其特徵在於在金屬表面塗敷TiO2和四甲基尿素、炭黑的混合物，在乙炔和氮氣共存的條件下，用雷射束在塗敷所述混合物的金屬表面進行掃描。
2.根據權利要求1所述以TiO2、四甲基尿素、炭黑、乙炔和氮氣為組元的雷射誘導金屬表層複合TiCN強化方法，其特徵在於所述TiO2為工業純TiO2，所述工業純TiO2和四甲基尿素、炭黑的混合質量比為6:5:3。
3.根據權利要求1或2所述以TiO2、四甲基尿素、炭黑、乙炔和氮氣為組元的雷射誘導金屬表層複合TiCN強化方法，其特徵在於所述混合物的塗敷厚度為1. 5 2毫米。
4.根據權利要求1所述以Ti02、四甲基尿素、炭黑、乙炔和氮氣為組元的雷射誘導金屬表層複合TiCN強化方法，其特徵在於所述乙炔的流量為5 6L/min，所述氮氣的流量為 7 8L/min。
5.根據權利要求1所述以TiO2、四甲基尿素、炭黑、乙炔和氮氣為組元的雷射誘導金屬表層複合TiCN強化方法，其特徵在於所述雷射束的掃描速度為400 600mm/min，功率為 700 1200W，波長為1. 06Mm或10. 6Mm，光斑直徑為2 3毫米。
全文摘要
以TiO2、四甲基尿素、炭黑、乙炔和氮氣為組元的雷射誘導金屬表層複合TiCN強化方法，涉及金屬表面強化技術領域。在金屬表面塗敷TiO2和四甲基尿素、炭黑的混合物，在乙炔和氮氣共存的條件下，用雷射束在塗敷所述混合物的金屬表面進行掃描。通過本發明方法可以在金屬表層原位複合生成TiCN，實現對金屬表面的強化與提高耐磨性。
文檔編號C23C20/08GK103046043SQ20121056534
公開日2013年4月17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, 童涵, 肖聖亮, 張榮榮 申請人:常州大學