CN102978610A - 以TiO2、甲酰胺、炭黑、甲烷和氮气为组元的激光诱导金属表层复合TiCN强化方法 - Google Patents

以TiO2、甲酰胺、炭黑、甲烷和氮气为组元的激光诱导金属表层复合TiCN强化方法 Download PDF

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Abstract

以TiO2、甲酰胺、炭黑、甲烷和氮气为组元的激光诱导金属表层复合TiCN强化方法，涉及一种金属表面强化处理技术领域。在金属表面涂敷TiO2和甲酰胺、炭黑的混合物，在甲烷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。

Description

以TiO2、甲酰胺、炭黑、甲烷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
本发明涉及一种金属表面强化处理技术领域。
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、甲酰胺、炭黑、甲烷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和甲酰胺、炭黑的混合物，在甲烷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。
另，本发明所述TiO2为工业纯TiO2，所述工业纯TiO2和甲酰胺、炭黑的混合物质量比为5:5:4。
涂敷的所述混合物的厚度为1.5～2毫米。
所述甲烷的流量为9～10L/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700～1200W，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和甲酰胺、炭黑混合物，其质量比为5:5:4，厚度为1.5毫米；
2、随激光光斑移动，通以甲烷和氮气混合气体，甲烷、氮气流量分别为9L/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、经检测结果，在碳素结构钢表层复合有可达500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和甲酰胺、炭黑混合物，其质量比为5:5:4，厚度为1.5毫米；
2、随激光光斑移动，通以甲烷和氮气混合气体，甲烷、氮气流量分别为9L/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、经检测结果，在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和甲酰胺、炭黑混合物，其质量比为5:5:4，厚度为2毫米；
2、随激光光斑移动，通以甲烷和氮气混合气体，甲烷、氮气流量分别为10L/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、经检测结果，在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和甲酰胺、炭黑混合物，其质量比为5:5:4，厚度为1.5毫米；
2、随激光光斑移动，通以甲烷和氮气混合气体，甲烷、氮气流量分别为9L/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、经检测结果，经过处理的工具钢表层复合有可达500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和甲酰胺、炭黑混合物，其质量比为5:5:4，厚度为1.5毫米；
2、随激光光斑移动，通以甲烷和氮气混合气体，甲烷、氮气流量分别为10L/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、经检测结果，经过处理的高速钢表层复合有可达500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和甲酰胺、炭黑混合物，其质量比为5:5:4，厚度为2毫米；
2、随激光光斑移动，通以甲烷和氮气混合气体，甲烷、氮气流量分别为10L/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、经检测结果，经过处理的硬质合金表层复合有可达600微米的TiCN，显微硬度可达HV2700以上。

Claims (5)

1.以TiO2、甲酰胺、炭黑、甲烷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和甲酰胺、炭黑的混合物，在甲烷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、甲酰胺、炭黑、甲烷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和甲酰胺、炭黑的混合物质量比为5:5:4。
3.根据权利要求1或2所述以TiO2、甲酰胺、炭黑、甲烷和氮气为组元的激光诱导金属表层复合TiCN强化方法，其特征在于涂敷的所述混合物的厚度为1.5～2毫米。
4.根据权利要求1所述以TiO2、甲酰胺、炭黑、甲烷和氮气为组元的激光诱导金属表层复合TiCN强化方法，其特征在于所述甲烷的流量为9～10L/min，所述氮气的流量为7～8L/min。
5.根据权利要求1所述以TiO2、甲酰胺、炭黑、甲烷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。
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