CN102995010B - 以TiO2、二甲胺、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 - Google Patents
以TiO2、二甲胺、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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102995010B CN102995010B CN201210565231.8A CN201210565231A CN102995010B CN 102995010 B CN102995010 B CN 102995010B CN 201210565231 A CN201210565231 A CN 201210565231A CN 102995010 B CN102995010 B CN 102995010B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- acetylene
- dimethylamine
- nitrogen
- carbon black
- ticn
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N Dimethylamine Chemical compound CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 7
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 title abstract description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 6
- 238000013329 compounding Methods 0.000 title abstract 3
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims abstract description 17
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 2
- 229910000746 Structural steel Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101001087029 Chironomus tentans 60S ribosomal protein L15 Proteins 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 101001097774 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) 40S ribosomal protein S21-A Proteins 0.000 description 1
- 101001097805 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) 40S ribosomal protein S21-B Proteins 0.000 description 1
- 101000724270 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) 60S ribosomal protein L15-A Proteins 0.000 description 1
- 101000724281 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) 60S ribosomal protein L15-B Proteins 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 235000006708 antioxidants Nutrition 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 102200133015 rs2234916 Human genes 0.000 description 1
- 102220041874 rs587780791 Human genes 0.000 description 1
- 102200082901 rs713040 Human genes 0.000 description 1
- 102220060547 rs786203080 Human genes 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
以TiO2、二甲胺、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，本发明涉及金属材料的表面强化技术领域。在金属表面涂敷TiO2和二甲胺、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，实现对碳素结构钢表面的强化与提高耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料的表面强化技术领域。
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、二甲胺、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和二甲胺、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，实现对碳素结构钢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。
进一步地，本发明所述TiO2为工业纯TiO2，所述工业纯TiO2和二甲胺、炭黑的合物质量比为7:4:3。
涂敷所述混合物的厚度为1.5～2。
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700～900W，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和二甲胺、炭黑混合物，其质量比为7:4:3，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和二甲胺、炭黑混合物，其质量比为7:4:3，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和二甲胺、炭黑混合物，其质量比为7:4:3，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和二甲胺、炭黑混合物，其质量比为7:4:3，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和二甲胺、炭黑混合物，其质量比为7:4:3，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和二甲胺、炭黑混合物，其质量比为7:4:3，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550微米的TiCN，显微硬度可达HV2700以上。
Claims (2)
1.以TiO2、二甲胺、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和二甲胺、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；所述TiO2为工业纯TiO2，所述工业纯TiO2和二甲胺、炭黑的合物质量比为7:4:3；涂敷所述混合物的厚度为1.5～2毫米；所述激光束的扫描速度为400～600mm/min，功率为700～900W，波长为1.06μm或10.6μm，光斑直径为2～3毫米。
2.根据权利要求1所述以TiO2、二甲胺、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210565231.8A CN102995010B (zh) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 以TiO2、二甲胺、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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210565231.8A CN102995010B (zh) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 以TiO2、二甲胺、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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102995010A CN102995010A (zh) | 2013-03-27 |
| CN102995010B true CN102995010B (zh) | 2015-07-01 |
Family
ID=47924103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210565231.8A Active CN102995010B (zh) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 以TiO2、二甲胺、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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102995010B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1489101A (en) * | 1974-02-07 | 1977-10-19 | Ciba Geigy Ag | Process for producing diffusion layers of carbides nitrides and/or carbonitrides |
| CN101812684A (zh) * | 2010-04-19 | 2010-08-25 | 姚建华 | 一种金属表面激光强化涂层的制备方法 |
-
2012
- 2012-12-24 CN CN201210565231.8A patent/CN102995010B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1489101A (en) * | 1974-02-07 | 1977-10-19 | Ciba Geigy Ag | Process for producing diffusion layers of carbides nitrides and/or carbonitrides |
| CN101812684A (zh) * | 2010-04-19 | 2010-08-25 | 姚建华 | 一种金属表面激光强化涂层的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 潘复生,汤爱涛,李奎.碳氮化钛及其复合材料的反应合成.《碳氮化钛及其复合材料的反应合成》.2005,18,25-26. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102995010A (zh) | 2013-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107022730B (zh) | 一种低压等离子喷涂TiN涂层的方法 | |
| CN102995011B (zh) | 以TiO2、尿素和N2气体为组元的激光诱导金属表层复合TiN强化方法 | |
| CN107177843B (zh) | 一种激光熔覆复合粉及应用 | |
| CN103046043B (zh) | 一种激光诱导金属表层复合TiCN强化方法 | |
| CN102978606B (zh) | 以TiO2、甲酰胺、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 | |
| CN102978615B (zh) | 以TiO2和N2气体为组元的离子弧诱导金属表层复合TiN强化方法 | |
| CN103014698B (zh) | 激光诱导金属表层复合TiCN强化方法 | |
| CN102995010B (zh) | 以TiO2、二甲胺、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 | |
| CN102978610B (zh) | 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 | |
| CN102978604B (zh) | 以TiO2 、炭黑和甲烷为组元的激光诱导金属表层复合TiC强化方法 | |
| CN102995004B (zh) | 以TiO2和甲烷为组元的激光诱导金属表层复合TiC强化方法 | |
| CN102978603B (zh) | 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 | |
| CN102995007B (zh) | 以TiO2、异丙胺、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 | |
| CN102995008B (zh) | 以TiO2、二甲胺、炭黑和甲烷、氮气为组元的激光诱导金属表层复合TiCN强化方法 | |
| CN102978611B (zh) | 以TiO2、乙酰胺、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 | |
| CN102995005B (zh) | 以TiO2 、异丙胺、炭黑和甲烷、氮气为组元的激光诱导金属表层复合TiCN强化方法 | |
| CN102978612B (zh) | 以TiO2和N2气体为组元的激光诱导金属表层复合TiN强化方法 | |
| CN102995009B (zh) | 一种激光叠加钨极气体保护电弧诱导金属表层复合TiN强化方法 | |
| CN103014702B (zh) | 激光叠加钨极气体保护电弧诱导金属表层复合TiN强化方法 | |
| CN101906631B (zh) | 一种快速制备Ti3Al/TiN复合涂层的方法 | |
| CN102995012B (zh) | 以TiO2、碳酸铵和N2气体为组元的激光诱导金属表层复合TiN强化方法 | |
| CN102978613B (zh) | 以TiO2和乙炔为组元的激光诱导金属表层复合TiC强化方法 | |
| CN102995006B (zh) | 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 | |
| CN103046047B (zh) | 激光叠加钨极气体保护电弧诱导金属表层复合TiN强化方法 | |
| CN102978605B (zh) | 以TiO2 、尿素和N2 气体为组元的离子弧诱导金属表层复合TiN强化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Hui Inventor after: Tong Han Inventor after: Zuo Jianmin Inventor after: Xiao Shengliang Inventor after: Zhang Rongrong Inventor before: Wang Hui Inventor before: Zuo Jianmin Inventor before: Tong Han Inventor before: Xiao Shengliang Inventor before: Zhang Rongrong |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WANG HUI ZUO JIANMIN TONG HAN XIAO SHENGLIANG ZHANG RONGRONG TO: WANG HUI TONG HAN ZUO JIANMIN XIAO SHENGLIANG ZHANG RONGRONG |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201113 Address after: 226600 No. 8, Xiao Xing Avenue, Chengdong Town, Haian City, Nantong, Jiangsu. Patentee after: HAIAN CHANGZHOU University HIGH TECH RESEARCH & DEVELOPMENT CENTER Address before: Gehu Lake Road Wujin District 213164 Jiangsu city of Changzhou province No. 1 Patentee before: CHANGZHOU University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201224 Address after: 226600 no.196, Lifa Avenue, Hai'an Economic and Technological Development Zone, Nantong City, Jiangsu Province Patentee after: Haian Huacheng new material Co.,Ltd. Address before: 226600 No. 8, Xiao Xing Avenue, Chengdong Town, Haian City, Nantong, Jiangsu. Patentee before: HAIAN CHANGZHOU University HIGH TECH RESEARCH & DEVELOPMENT CENTER |