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1、(10)申请公布号 CN 102995006 A (43)申请公布日 2013.03.27 CN 102995006 A *CN102995006A* (21)申请号 201210565118.X (22)申请日 2012.12.24 C23C 24/10(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 张荣荣 童涵 肖圣亮 (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、 炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属 表层复合 TiC 强化方法 (57) 摘要 以 TiO。
2、2、 炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属 表层复合 TiC 强化方法， 涉及金属表面的强化技 术领域。 在金属表面涂敷TiO2和炭黑的混合粉末， 在乙炔的氛围中， 用激光束在敷 TiO2和炭黑的混 合粉末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 TiC， 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、 炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属表层复合 TiC 强化方法， 其特征在于在 金属表面涂敷 TiO2。
3、和炭黑的混合粉末， 在乙炔的氛围中， 用激光束在敷 TiO2和炭黑的混合 粉末的金属表面进行扫描。 2. 根据权利要求 1 所述以 TiO2、 炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属表层复合 TiC 强化 方法， 其特征在于所述 TiO2为工业纯 TiO2， TiO2和炭黑的混合质量比为 7:3。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述以 TiO2、 炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属表层复合 TiC 强化方法， 其特征在于在金属表面涂敷的所述TiO2和炭黑的混合粉末厚度为1.52毫米。 4. 根据权利要求 1 所述以 TiO2、 炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属表层复合 TiC 强化 方法， 其特征在于所述。
4、乙炔的流量为 6 7L/min。 5. 根据权利要求 1 所述以 TiO2、 炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属表层复合 TiC 强化 方法， 其特征在于所述激光束的扫描速度为 400 600mm/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 102995006 A 2 1/3 页 3 以 TiO2、 炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属表层复合 TiC 强化方法 技术领域 0001 本发明涉及金属表面的强化技术领域。 背景技术 0002 碳化钛 （TiC) 是典型的过渡金属碳化物， 键型由离子键、 共价键和金属键混。
5、合在 同一晶体结构中， 熔点高达 3160。作为表面涂层， TiC 具有高硬度、 高熔点、 耐磨损、 高温 抗氧化等优良的综合力学性能， 是目前研究和应用最为广泛的薄膜材料之一。 0003 TiC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 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。
6、， 所获得的TiC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、 炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属表层复合 TiC 强化方法， 可以使金属表面层原位复合生成 TiC， 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和炭黑的混合粉末， 在乙炔的氛围中， 用激光束在敷 TiO2和炭黑 的混合粉末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 TiC， 实现对金属表面的强化与提高 耐磨性。 。
7、0008 本发明具有以下优点 ： 1、 TiC 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 TiC 的金属表层厚度可达 500 微米， 显微硬度可达 HV2600 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 ； 3、 反应组元为 TiO2、 炭黑和乙炔， 以激光为能量源， 不会对环境造成任何污染， 是一种 环保的金属表面强化与耐磨方法。 0009 进一步地， 本发明所述 TiO2为工业纯 TiO2， TiO2和炭黑的混合质量比为 7:3。 0010 在金属表面涂敷的所述 TiO2和炭黑的混合粉末厚度为 。
8、1.5 2 毫米。 0011 所述乙炔的流量为 6 7L/min。 0012 所述激光束的扫描速度为 400 600mm/min， 功率为 700 1200W， 波长为 1.06m 或 10. 6m， 光斑直径为 2 3 毫米。 说 明 书 CN 102995006 A 3 2/3 页 4 具体实施方式 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和炭黑混合粉末， 其质量比为7:3， 厚度为1.5毫 米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔， 乙炔流量为 6L/m。
9、in; 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、 经检测结果， 在碳素结构钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiC层， 显微 硬度可达 HV2600 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和炭黑混合粉末， 其质量比为7:3， 厚度为1.5毫 米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔， 乙炔流量为 6L/min; 3、 激光光束以400mm/min速度进行扫描， 激光功率为。
10、700W， 激光波长为1.06m， 光斑直 径为 2 毫米。 0016 4、 经检测结果， 在合金结构钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiC层， 显微 硬度可达 HV2650 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和炭黑混合粉末， 其质量比为 7:3， 厚度为 2 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔， 乙炔流量为 7L/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、 经检测结果， 。
11、在弹簧钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiC层， 显微硬度 可达 HV2700 以上。 0019 四、 对 T8A、 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和炭黑混合粉末， 其质量比为 7:3， 厚度为 1.5 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔， 乙炔流量为 6L/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。 0020 4、 经检测结果， 在工具钢表层原位复合生成厚度可达50。
12、0微米的TiC层， 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和炭黑混合粉末， 其质量比为 7:3， 厚度为 1.5 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔， 乙炔流量为 7L/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、 经检测结果， 在高速钢表层原位复合生成厚度可达600微米的TiC层， 显微硬度 说 明 书 CN 10299。
13、5006 A 4 3/3 页 5 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和炭黑混合粉末， 其质量比为 7:3， 厚度为 2 毫米 ； 2、 随激光光斑移动， 通以乙炔， 乙炔流量为 7L/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、 经检测结果， 在硬质合金表层原位复合生成厚度可达500微米的TiC层， 显微硬 度可达 HV2700 以上。 说 明 书 CN 102995006 A 5 。