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

摘要
申请专利号：	CN201210565002.6	申请日：	2012.12.24
公开号：	CN102978603A	公开日：	2013.03.20
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|著录事项变更IPC(主分类):C23C 24/08变更事项:发明人变更前:王辉左健民童涵肖圣亮张荣荣变更后:王辉陈晓龙左健民童涵肖圣亮张荣荣\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C23C 24/08申请日:20121224\|\|\|公开
IPC分类号：	C23C24/08	主分类号：	C23C24/08
申请人：	常州大学
发明人：	王辉; 左健民; 童涵; 肖圣亮; 张荣荣
地址：	213164 江苏省常州市武进区滆湖路1号
优先权：
专利代理机构：	扬州市锦江专利事务所 32106	代理人：	江平
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内容摘要

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。

权利要求书

权利要求书以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。
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。
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毫米。
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5～6L/min，所述氮气的流量为7～8L/min。
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400～600mm/min，功率为700～1200W，波长为1.06µm或10.6µm，光斑直径为2～3毫米。

说明书

说明书以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
技术领域
本发明涉及金属的表面强化工艺技术领域。
背景技术
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。
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。
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（μm），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
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。
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。
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。
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HV2600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。
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。
所述混合物的涂敷厚度为1.5～2毫米。
所述乙炔的流量为5～6L/min，所述氮气的流量为7～8L/min。
所述激光束的扫描速度为400～600mm/min，功率为700～1100W，波长为1.06µm或10.6µm，光斑直径为2～3毫米。
具体实施方式
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1.06µm，光斑直径为2毫米。
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HV2600以上。
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1.06µm，光斑直径为2毫米。
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HV2650以上。
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1.06µm，光斑直径为3毫米。
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。
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. 6µm，光斑直径为3毫米。
4、经检测，经过处理的工具钢表层复合有可达550微米的TiCN，显微硬度可达HV2700以上。
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. 6µm，光斑直径为2毫米。
4、经检测，经过处理的高速钢表层复合有可达600微米的TiCN，显微硬度可达HV2700以上。
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. 6µm，光斑直径为3毫米。
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。

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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 。

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