以TIOSUB2/SUB、乙酰胺、炭黑、乙炔和氮气为组元的激光诱导金属表层复合TICN强化方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102978603 A (43)申请公布日 2013.03.20 CN 102978603 A *CN102978603A* (21)申请号 201210565002.6 (22)申请日 2012.12.24 C23C 24/08(2006.01) (71)申请人 常州大学 地址 213164 江苏省常州市武进区滆湖路 1 号 (72)发明人 王辉 左健民 童涵 肖圣亮 张荣荣 (74)专利代理机构 扬州市锦江专利事务所 32106 代理人 江平 (54) 发明名称 以 TiO2、 乙酰胺、 炭黑、 乙炔和氮气为组元的 激光诱导金属表层复合 TiCN 强化方法 (57

2、) 摘要 以 TiO2、 乙酰胺、 炭黑、 乙炔和氮气为组元的 激光诱导金属表层复合 TiCN 强化方法， 涉及金属 的表面强化工艺技术领域。在金属表面涂敷 TiO2 和乙酰胺、 炭黑的混合物， 在乙炔和氮气共存的条 件下， 用激光束在涂敷所述混合物的金属表面进 行扫描。通过以上工艺， 可以在金属表层原位复 合生成 TiCN， 实现对金属表面的强化与提高耐磨 性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 1/1 页 2 1. 以 TiO2、 乙酰胺、 炭黑、 乙炔和氮气为组元的激

3、光诱导金属表层复合 TiCN 强化方法， 其特征在于在金属表面涂敷 TiO2和乙酰胺、 炭黑的混合物， 在乙炔和氮气共存的条件下， 用 激光束在涂敷所述混合物的金属表面进行扫描。 2. 根据权利要求 1 所述以 TiO2、 乙酰胺、 炭黑、 乙炔和氮气为组元的激光诱导金属表层 复合 TiCN 强化方法， 其特征在于所述 TiO2为工业纯 TiO2， 所述工业纯 TiO2和乙酰胺、 炭黑 的混合质量比为 10:4:3。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述以 TiO2、 乙酰胺、 炭黑、 乙炔和氮气为组元的激光诱导金属 表层复合 TiCN 强化方法， 其特征在于所述混合物的涂敷厚度为 1.5 2

4、 毫米。 4. 根据权利要求 1 所述以 TiO2、 乙酰胺、 炭黑、 乙炔和氮气为组元的激光诱导金属表层 复合TiCN强化方法， 其特征在于所述乙炔的流量为56L/min， 所述氮气的流量为78L/ min。 5. 根据权利要求 1 所述以 TiO2、 乙酰胺、 炭黑、 乙炔和氮气为组元的激光诱导金属表层 复合TiCN强化方法， 其特征在于所述激光束的扫描速度为400600mm/min， 功率为700 1200W， 波长为 1.06m 或 10.6m， 光斑直径为 2 3 毫米。 权 利 要 求 书 CN 102978603 A 2 1/3 页 3 以 TiO2、 乙酰胺、 炭黑、 乙炔和氮

5、气为组元的激光诱导金属 表层复合 TiCN 强化方法 技术领域 0001 本发明涉及金属的表面强化工艺技术领域。 背景技术 0002 氮碳化钛 （TiCN) 是一种性能优良、 用途广泛的非氧化物材料 , 也是一种性能优 异的涂层材料， 是碳化钛和氮化钛的无限固溶体， 兼具有碳化钛和氮化钛的优点 , 具有高 硬度、 耐磨、 耐腐蚀、 抗氧化等特性 , 并具有良好的导热性、 导电性和化学稳定性 , 被广泛 用于切削刀具、 粉末冶金以及金属陶瓷制品， 是目前研究和应用最为广泛的薄膜材料之一。 0003 TiCN 涂层的制备技术目前主要是化学气相沉积 (CVD) 和物理气相沉积 （PVD） 。 CVD

6、 法沉积温度高， 超过了绝大多数钢材的热处理温度， 并且 CVD 以氯化物为原料， 需要一 套提供制备含 Ti 卤化物气体的设备， 工艺复杂， 成本较高， 与目前提倡的绿色工业相抵触。 PVD 法形成温度较低、 涂层较薄， 与基体的结合强度低， 涂层易于从基底剥落， 且绕镀性较 差。 0004 不论是 CVD 法还是 PVD 法， 所获得的 TiCN 涂层都较薄， 厚度只有几个微米 （m） ， 并且涂层与基体是机械结合， 结合面强度低， 使用中涂层易发生剥落。 发明内容 0005 本发明的目的旨在提供一种以 TiO2、 乙酰胺、 炭黑、 乙炔和氮气为组元的激光诱导 金属表层复合 TiCN 强化

7、方法， 可以使金属表面层原位复合生成 TiCN， 从而对金属表面进行 强化与提高耐磨性。 0006 本发明是通过以下技术方案实现的 ： 在金属表面涂敷 TiO2和乙酰胺、 炭黑的混合物， 在乙炔和氮气共存的条件下， 用激光束 在涂敷所述混合物的金属表面进行扫描。 0007 通过以上工艺， 可以在金属表层原位复合生成 TiCN， 实现对金属表面的强化与提 高耐磨性。 0008 本发明具有以下优点 ： 1、 TiCN 是在金属表层原位复合生成， 而不是在表面沉积， 因此不存在涂层与基体的结 合力问题 ； 2、 原位复合有 TiCN 的金属表层厚度可达 500 至 600 微米， 显微硬度可达 HV

8、2600 至 HV2700 以上， 因此即使表面在使用过程中有微磨损， 仍然具有很好的硬度和耐磨性。 0009 另， 本发明所述TiO2为工业纯TiO2， 所述工业纯TiO2和乙酰胺、 炭黑的混合质量比 为 10:4:3。 0010 所述混合物的涂敷厚度为 1.5 2 毫米。 0011 所述乙炔的流量为 5 6L/min， 所述氮气的流量为 7 8L/min。 0012 所述激光束的扫描速度为 400 600mm/min， 功率为 700 1100W， 波长为 1.06m 说 明 书 CN 102978603 A 3 2/3 页 4 或 10.6m， 光斑直径为 2 3 毫米。 具体实施方式

9、0013 一、 对Q235A、 20钢、 40钢、 45钢、 20G、 20Mn、 40Mn和60Mn碳素结构钢分别进行 表面处理 ： 1、 在碳素结构钢表面敷以工业纯TiO2和乙酰胺、 炭黑混合物， 其质量比为10:4:3， 厚度 为 1.5 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔和氮气混合气体， 乙炔、 氮气流量分别为 5L/min 和 7L/ min; 3、 激光光束以500mm/min速度进行扫描， 激光功率为900W， 激光波长为1.06m， 光斑直 径为 2 毫米。 0014 4、 经检测， 经过处理的碳素结构钢表层复合有可达 550 微米的 TiCN， 显微硬度可 达 HV2

10、600 以上。 0015 二、 对 20MnV、 40Cr、 35CrMoV 和 20CrMnSi 合金结构钢分别进行表面处理 ： 1、 在合金结构钢表面敷以工业纯TiO2和乙酰胺、 炭黑混合物， 其质量比为10:4:3， 厚度 为 1.5 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔和氮气混合气体， 乙炔、 氮气流量分别为 5L/min 和 7L/ min; 3、 激光光束以400mm/min速度进行扫描， 激光功率为700W， 激光波长为1.06m， 光斑直 径为 2 毫米。 0016 4、 经检测， 经过处理的合金结构钢表层复合有可达 500 微米的 TiCN， 显微硬度可 达 HV265

11、0 以上。 0017 三、 对 65Mn、 60Si2Mn 和 50CrVA 弹簧钢分别进行表面处理 ： 1、 在弹簧钢表面敷以工业纯 TiO2和乙酰胺、 炭黑混合物， 其质量比为 10:4:3， 厚度为 2 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔和氮气混合气体， 乙炔、 氮气流量分别为 6L/min 和 8L/ min; 3、 激光光束以600mm/min速度进行扫描， 激光功率为800W， 激光波长为1.06m， 光斑直 径为 3 毫米。 0018 4、 经检测， 经过处理的弹簧钢表层复合有可达 500 微米的 TiCN， 显微硬度可达 HV2700 以上。 0019 四、 对 T8A

12、、 T9A 、 T10A、 T11A、 9SiCr、 Cr12MoV 和 3Cr2Mo 工具钢分别进行表面处 理 ： 1、 在工具钢表面敷以工业纯 TiO2和乙酰胺、 炭黑混合物， 其质量比为 10:4:3， 厚度为 1.5 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔和氮气混合气体， 乙炔、 氮气流量分别为 5L/min 和 7L/ min; 3、 激光光束以400mm/min速度进行扫描， 激光功率为1000W， 激光波长为10. 6m， 光斑 直径为 3 毫米。 说 明 书 CN 102978603 A 4 3/3 页 5 0020 4、 经检测， 经过处理的工具钢表层复合有可达 550

13、微米的 TiCN， 显微硬度可达 HV2700 以上。 0021 五、 对 W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2 和 W6Mo5Cr4V2Al 高速钢分别进行表面处理 ： 1、 在高速钢表面敷以工业纯 TiO2和乙酰胺、 炭黑混合物， 其质量比为 10:4:3， 厚度为 1.5 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔和氮气混合气体， 乙炔、 氮气流量分别为 6L/min 和 8L/ min; 3、 激光光束以500mm/min速度进行扫描， 激光功率为1100W， 激光波长为10. 6m， 光斑 直径为 2 毫米。 0022 4、 经检测， 经过处理的高速钢表层复合有可达 600 微米的

14、 TiCN， 显微硬度可达 HV2700 以上。 0023 六、 对 YG3X、 YG6X、 YK15、 YG20、 YT15、 YS25、 YW1、 YW2 和 YL10 硬质合金分别进行表 面处理 ： 1、 在硬质合金表面敷以工业纯TiO2和乙酰胺、 炭黑混合物， 其质量比为10:4:3， 厚度为 2 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔和氮气混合气体， 乙炔、 氮气流量分别为 6L/min 和 8L/ min; 3、 激光光束以600mm/min速度进行扫描， 激光功率为1200W， 激光波长为10. 6m， 光斑 直径为 3 毫米。 0024 4、 经检测， 经过处理的硬质合金表层复合有可达 500 微米的 TiCN， 显微硬度可达 HV2700 以上。 说 明 书 CN 102978603 A 5