專(zhuān)利名稱(chēng)：一種激光陶瓷合金涂料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料激光強(qiáng)化和吸光涂料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種激光陶瓷 合金涂料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)金屬熱處理工藝中有滲碳、滲氮、滲金屬技術(shù)，并已得到廣泛應(yīng)用。如公開(kāi)號(hào) 為CN1126123的專(zhuān)利文獻(xiàn)中提到了一種將液體鋁或鋁合金滲入由碳化硅組成的強(qiáng)化相中， 從而提高金屬表層的強(qiáng)度、硬度和耐磨性能的方法。但是，滲碳、滲氮、滲金屬技術(shù)用于局部 強(qiáng)化有極大困難，而且所得金屬的耐磨性能與淬火強(qiáng)化工藝為同一檔次。陶瓷燒結(jié)在刀具領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N98122105的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利 公開(kāi)了一種陶瓷一硬質(zhì)合金復(fù)合刀具及其工藝。但該工藝也存在脆性、高成本和無(wú)法局部 強(qiáng)化等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種激光陶瓷合金 涂料。本發(fā)明的另一目的在于提供上述激光陶瓷合金涂料的制備方法。本發(fā)明的又一目的在于提供一種由上述激光陶瓷合金涂料制備而成的激光陶瓷 合金化部件。本發(fā)明的再一目的在于提供一種上述激光陶瓷合金化部件的制備方法。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種激光陶瓷合金涂料，該激光陶瓷合金 涂料由以下按重量份數(shù)計(jì)的組分組成


納米氮化硅 硅烷偶聯(lián)劑 納米Y2O3 納米CeO2 丙酮
50 55份 8 9份 2 3份 1 2份 2500 2600 份松香樹(shù)脂DS-896 15 20份。上述的一種激光陶瓷合金涂料的制備方法，包括以下操作步驟將納米氮化硅、硅 烷偶聯(lián)劑、納米Y2O3、納米CeO2和松香樹(shù)脂DS-896放入超聲波分散儀的分散槽中，將三分之 二重量的丙酮倒入分散槽中，蓋上分散槽的槽蓋；啟動(dòng)超聲波分散儀，分散攪拌反應(yīng)40 90分鐘，得到激光陶瓷合金涂料；分散過(guò)程中使用余下三分之一重量的丙酮進(jìn)行溫度調(diào) 節(jié)，將溫度控制在80°C以下，在分散攪拌反應(yīng)結(jié)束前10 20分鐘將丙酮全部倒入分散槽 中。制備過(guò)程要求在通風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行。所述硅燒偶聯(lián)劑為HG-560、HG-550、HG-570、A-1100 或 KBM-903。所述松香樹(shù)脂DS-896來(lái)自廣州雷幅科技有限公司。
3
所述分散槽的容積為激光陶瓷合金涂料體積的2 2. 5倍；所述分散槽的槽蓋是 具有良好導(dǎo)熱性的金屬蓋，優(yōu)選為不銹鋼蓋。一種由上述的激光陶瓷合金涂料制備而成的激光陶瓷合金化部件。上述的激光陶瓷合金化部件的制備方法，包括以下操作步驟(1)將待處理的金屬部件的表面清理干凈；(2)用刷涂法或噴涂法將激光陶瓷合金涂料涂布到待處理的金屬部件的表面，涂 布厚度為0. 01 0. 03mm，要求厚薄均勻，不堆積，也不過(guò)薄而明顯見(jiàn)到基體；(3)采用激光掃描涂布有激光陶瓷合金涂料的金屬部件的表面，得到激光陶瓷合 金化部件；所述激光掃描使用積分寬帶光斑或聚焦矩形光斑；光斑要求均勻，無(wú)孔洞，無(wú)缺 口 ；所述光斑的靜態(tài)功率密度為70 80W/mm2，所述掃描的速度是以點(diǎn)加熱時(shí)間為0. 5 0.6秒進(jìn)行掃描。步驟(1)所述清理干凈是將待處理的金屬部件的表面去油污去鐵銹。步驟(3)所述激光是采用CO2激光器發(fā)出。本發(fā)明的原理是本發(fā)明應(yīng)用了納米技術(shù)、稀土應(yīng)用技術(shù)和不同性質(zhì)的物質(zhì)之間 的偶聯(lián)技術(shù)，采用納米陶瓷粉體作為主強(qiáng)化劑，采用偶聯(lián)劑HG-560使陶瓷相與金屬相緊密 結(jié)合，采用納米稀土作為活性劑同時(shí)提高強(qiáng)化層的致密度，采用松香防止涂料沉淀。本發(fā)明引進(jìn)了 “點(diǎn)加熱時(shí)間”的概念；所謂“點(diǎn)加熱時(shí)間”是某一個(gè)加工點(diǎn)激光照 射的時(shí)間；利用金屬的導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)好于空氣這一性質(zhì)，通過(guò)掃描速度和光斑大小來(lái)控制點(diǎn) 加熱時(shí)間，掃描速度越小，光斑越大，某一個(gè)點(diǎn)激光照射的時(shí)間就越長(zhǎng)，可得到的強(qiáng)化層就 越厚；靜態(tài)功率密度=激光輸出功率+光斑面積。激光陶瓷合金化是個(gè)擴(kuò)滲過(guò)程，他得益于納米材料的活性，稀土的活化助推，激光 加熱的瞬間高溫打開(kāi)表層通道，從而獲得陶瓷合金化層。生產(chǎn)中需根據(jù)日常配制量來(lái)選用型號(hào)規(guī)格；超聲波分散儀的分散槽的大小要和制 備量匹配，要求槽的容積是制備量的2倍左右；所選用的超聲波分散儀的槽蓋要求是導(dǎo)熱 良好的金屬蓋，且具有自收集回流到槽中的冷凝丙酮的功能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)勢(shì)本發(fā)明激光陶瓷合金化涂料，在C02激 光器激光加熱環(huán)境下，把陶瓷成分滲進(jìn)金屬中，獲得0. 10 0. 25mm陶瓷合金化層，可用于 部件的局部強(qiáng)化；經(jīng)陶瓷合金化的部件，除了獲得陶瓷合金化層外，其次表層仍為激光淬火 層；采用本涂料作為金屬材料工件激光強(qiáng)化的吸光涂料可提高工件的耐磨性能；采用本涂 料進(jìn)行金屬材料激光淬火吸光預(yù)處理，與激光淬火目前所采用的黑涂料、灰涂料和磷化吸 光預(yù)處理相比，耐磨性能可提高一倍；與未經(jīng)淬火的工件相比，耐磨性能可提高一倍；經(jīng)激 光陶瓷合金化的部件，其耐磨性能與滲碳、滲氮、激光強(qiáng)化相比可提高一倍左右，涂料成本 低于0.03元/cm2。


圖1是激光陶瓷合金化金相圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)例與附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的敘述，但本發(fā)明的實(shí)施方法 靈活，不僅僅限于此例所述的具體操作方式。實(shí)施例1將50重量份納米氮化硅、8重量份硅烷偶聯(lián)劑HG_560、2重量份納米Y203、1重量 份納米CeO2和20重量份松香樹(shù)脂DS-896 (購(gòu)于廣州雷幅科技有限公司)放入超聲波分散 儀的分散槽中(分散槽的容積為激光陶瓷合金涂料體積的2倍)，將1667重量份丙酮(工 業(yè)純)倒入分散槽中，蓋上分散槽的不銹鋼蓋；啟動(dòng)超聲波分散儀，分散攪拌反應(yīng)60分鐘， 得到淺灰色乳液狀的激光陶瓷合金涂料；分散過(guò)程中使用833重量份丙酮(工業(yè)純)進(jìn)行 溫度調(diào)節(jié)，將溫度控制在80°C以下，在分散攪拌反應(yīng)結(jié)束前10分鐘將丙酮全部倒入分散槽 中。制備過(guò)程要求在通風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行。采用上述所得激光陶瓷合金涂料制備激光陶瓷合金化部件，制備包括以下操作步驟(1)將待處理的金屬部件的表面清理干凈，去油污，去鐵銹；(2)用刷涂法或噴涂法將激光陶瓷合金涂料涂布到待處理的金屬部件的表面，涂 布厚度為0.01mm，要求厚薄均勻，不堆積，也不過(guò)薄而明顯見(jiàn)到基體；(3)采用CO2激光器發(fā)出的激光掃描涂布有激光陶瓷合金涂料的金屬部件的表面， 得到激光陶瓷合金化部件；所述激光掃描使用積分寬帶光斑；光斑要求均勻，無(wú)孔洞，無(wú)缺 口 ；所述光斑的靜態(tài)功率密度為78W/mm2，所述掃描的速度是以點(diǎn)加熱時(shí)間為0. 5秒進(jìn)行掃 描。實(shí)施例2將55重量份納米氮化硅、8. 7重量份硅烷偶聯(lián)劑HG-550、2. 5重量份納米Y2O3U. 8 重量份納米CeO2和15重量份松香樹(shù)脂DS-896 (購(gòu)于廣州雷幅科技有限公司)放入超聲波 分散儀的分散槽中(分散槽的容積為激光陶瓷合金涂料體積的2. 5倍)，將1733重量份丙 酮(工業(yè)純)倒入分散槽中，蓋上分散槽的不銹鋼蓋；啟動(dòng)超聲波分散儀，分散攪拌反應(yīng)50 分鐘，得到淺灰色乳液狀的激光陶瓷合金涂料；分散過(guò)程中使用867重量份丙酮(工業(yè)純) 進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，將溫度控制在80°C以下，在分散攪拌反應(yīng)結(jié)束前20分鐘將丙酮全部倒入分 散槽中。制備過(guò)程要求在通風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行。采用上述所得激光陶瓷合金涂料制備激光陶瓷合金化部件，制備包括以下操作步 驟(1)將待處理的金屬部件的表面清理干凈，去油污，去鐵銹；(2)用刷涂法或噴涂法將激光陶瓷合金涂料涂布到待處理的金屬部件的表面，涂 布厚度為0. 02mm，要求厚薄均勻，不堆積，也不過(guò)薄而明顯見(jiàn)到基體；(3)采用CO2激光器發(fā)出的激光掃描涂布有激光陶瓷合金涂料的金屬部件的表面， 得到激光陶瓷合金化部件；所述激光掃描使用聚焦矩形光斑；光斑要求均勻，無(wú)孔洞，無(wú)缺 口 ；所述光斑的靜態(tài)功率密度為75W/mm2，所述掃描的速度是以點(diǎn)加熱時(shí)間為0. 6秒進(jìn)行掃 描。實(shí)施例3將52重量份納米氮化硅、8. 5重量份硅烷偶聯(lián)劑HG_570、3重量份納米Y2O3U. 5重 量份納米CeO2和18重量份松香樹(shù)脂DS-896 (購(gòu)于廣州雷幅科技有限公司)放入超聲波分散儀的分散槽中(分散槽的容積為激光陶瓷合金涂料體積的2. 2倍)，將1700重量份丙酮 (工業(yè)純)倒入分散槽中，蓋上分散槽的不銹鋼蓋；啟動(dòng)超聲波分散儀，分散攪拌反應(yīng)40分 鐘，得到淺灰色乳液狀的激光陶瓷合金涂料；分散過(guò)程中使用850重量份丙酮(工業(yè)純)進(jìn) 行溫度調(diào)節(jié)，將溫度控制在80°C以下，在分散攪拌反應(yīng)結(jié)束前15分鐘將丙酮全部倒入分散 槽中。制備過(guò)程要求在通風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行。采用上述所得激光陶瓷合金涂料制備激光陶瓷合金化部件，制備包括以下操作步 驟(1)將待處理的金屬部件的表面清理干凈，去油污，去鐵銹；(2)用刷涂法或噴涂法將激光陶瓷合金涂料涂布到待處理的金屬部件的表面，涂 布厚度為0. 02mm，要求厚薄均勻，不堆積，也不過(guò)薄而明顯見(jiàn)到基體；(3)采用CO2激光器發(fā)出的激光掃描涂布有激光陶瓷合金涂料的金屬部件的表面， 得到激光陶瓷合金化部件；所述激光掃描使用積分寬帶光斑；光斑要求均勻，無(wú)孔洞，無(wú)缺 口 ；所述光斑的靜態(tài)功率密度為70W/mm2，所述掃描的速度是以點(diǎn)加熱時(shí)間為0. 55秒進(jìn)行 掃描。實(shí)施例4將54重量份納米氮化硅、9重量份硅烷偶聯(lián)劑A-1100 (購(gòu)于美國(guó)聯(lián)合碳化物公 司)、2重量份納米Y203、2重量份納米CeO2和16重量份松香樹(shù)脂DS-896 (購(gòu)于廣州雷幅科 技有限公司)放入超聲波分散儀的分散槽中(分散槽的容積為激光陶瓷合金涂料體積的2 倍)，將1667重量份丙酮(工業(yè)純)倒入分散槽中，蓋上分散槽的不銹鋼蓋；啟動(dòng)超聲波分 散儀，分散攪拌反應(yīng)70分鐘，得到淺灰色乳液狀的激光陶瓷合金涂料；分散過(guò)程中使用833 重量份丙酮(工業(yè)純)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，將溫度控制在80°C以下，在分散攪拌反應(yīng)結(jié)束前18 分鐘將丙酮全部倒入分散槽中。制備過(guò)程要求在通風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行。采用上述所得激光陶瓷合金涂料制備激光陶瓷合金化部件，制備包括以下操作步 驟(1)將待處理的金屬部件(外圓直徑為40mm、厚度為IOmm的45#鋼圓環(huán))的表面
清理干凈，去油污，去鐵銹；(2)用刷涂法或噴涂法將激光陶瓷合金涂料涂布到待處理的金屬部件的表面，涂 布厚度為0.01mm，要求厚薄均勻，不堆積，也不過(guò)薄而明顯見(jiàn)到基體；(3)采用CO2激光器發(fā)出的激光掃描涂布有激光陶瓷合金涂料的金屬部件的表面， 得到激光陶瓷合金化部件Tl ；所述激光掃描使用聚焦矩形光斑；光斑要求均勻，無(wú)孔洞，無(wú) 缺口 ；所述光斑的靜態(tài)功率密度為80W/mm2，所述掃描的速度是以點(diǎn)加熱時(shí)間為0. 58秒進(jìn) 行掃描。而后在光學(xué)顯微鏡上觀察，結(jié)果如圖1所示。實(shí)施例5將51重量份納米氮化硅、8重量份硅烷偶聯(lián)劑KBM-903 (購(gòu)于日本信越化學(xué)工業(yè)株 式會(huì)社)、3重量份納米Y203、1重量份納米CeO2和19重量份松香樹(shù)脂DS-896 (購(gòu)于廣州雷 幅科技有限公司)放入超聲波分散儀的分散槽中(分散槽的容積為激光陶瓷合金涂料體積 的2.5倍)，將1667重量份丙酮(工業(yè)純)倒入分散槽中，蓋上分散槽的不銹鋼蓋；啟動(dòng)超 聲波分散儀，分散攪拌反應(yīng)90分鐘，得到淺灰色乳液狀的激光陶瓷合金涂料；分散過(guò)程中使用833重量份丙酮(工業(yè)純)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，將溫度控制在80°C以下，在分散攪拌反應(yīng)結(jié) 束前12分鐘將丙酮全部倒入分散槽中。制備過(guò)程要求在通風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行。采用上述所得激光陶瓷合金涂料制備激光陶瓷合金化部件，制備包括以下操作步 驟(1)將待處理的金屬部件(外圓直徑為40mm、厚度為IOmm的45#鋼圓環(huán))的表面
清理干凈，去油污，去鐵銹；(2)用刷涂法或噴涂法將激光陶瓷合金涂料涂布到待處理的金屬部件的表面，涂 布厚度為0. 03mm，要求厚薄均勻，不堆積，也不過(guò)薄而明顯見(jiàn)到基體；(3)采用CO2激光器發(fā)出的激光掃描涂布有激光陶瓷合金涂料的金屬部件的表面， 得到激光陶瓷合金化部件T2 ；所述激光掃描使用積分寬帶光斑；光斑要求均勻，無(wú)孔洞，無(wú) 缺口 ；所述光斑的靜態(tài)功率密度為80W/mm2，所述掃描的速度是以點(diǎn)加熱時(shí)間為0. 52秒進(jìn) 行掃描。實(shí)施例6 磨損試驗(yàn)將兩個(gè)外圓直徑為40mm、厚度為IOmm的45#鋼圓環(huán)分別進(jìn)行激光表面淬火，得到 激光淬火試樣，分別編號(hào)為Cl和C2 ；以實(shí)施例4所得Tl和實(shí)施例5所得T2為激光陶瓷合
金化試樣。試驗(yàn)條件磨損試驗(yàn)在M-200型磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用兩輪對(duì)滾，滾動(dòng)加滑動(dòng)的試驗(yàn)。試驗(yàn)方法下輪轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分，上輪轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分鐘，相對(duì)滑動(dòng)速度為5 米/分鐘，正壓力為15Kgf(147N)，干磨，磨損時(shí)間均為10小時(shí)。試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1所示。表1磨損試驗(yàn)結(jié)果 磨損試驗(yàn)結(jié)果分析從磨損試驗(yàn)結(jié)果可看出，在同等的磨損條件下，45鋼經(jīng)過(guò)陶 瓷表面合金化處理的試樣耐磨性能明顯優(yōu)于只經(jīng)過(guò)激光表面淬火的試樣。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種激光陶瓷合金涂料，其特征在于該激光陶瓷合金涂料由以下按重量份數(shù)計(jì)的組分組成納米氮化硅50～55份硅烷偶聯(lián)劑8～9份納米Y2O3 2～3份納米CeO2 1～2份丙酮 2500～2600份松香樹(shù)脂DS-89615～20份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光陶瓷合金涂料，其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑為 HG-560、HG-550、HG-570、A-1100 或 KBM-903。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光陶瓷合金涂料的制備方法，其特征在于包括以下操 作步驟將納米氮化硅、硅烷偶聯(lián)劑、納米Y203、納米Ce02和松香樹(shù)脂DS-896放入超聲波分 散儀的分散槽中，將三分之二重量的丙酮倒入分散槽中，蓋上分散槽的槽蓋；啟動(dòng)超聲波分 散儀，分散攪拌反應(yīng)40 90分鐘，得到激光陶瓷合金涂料；分散過(guò)程中使用余下三分之一 重量的丙酮進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，將溫度控制在80°C以下，在分散攪拌反應(yīng)結(jié)束前10 20分鐘， 將丙酮全部倒入分散槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述分散槽的容積為激光陶瓷合金 涂料體積的2 2. 5倍；所述分散槽的槽蓋是具有良好導(dǎo)熱性的金屬蓋。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述分散槽的槽蓋是不銹鋼蓋。
6.一種由權(quán)利要求1所述的激光陶瓷合金涂料制備而成的激光陶瓷合金化部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光陶瓷合金化部件的制備方法，其特征在于包括以下操作 步驟(1)將待處理的金屬部件的表面清理干凈；(2)用刷涂法或噴涂法將激光陶瓷合金涂料涂布到待處理的金屬部件的表面，涂布厚 度為 0. 01 0. 03mm ；(3)采用激光掃描涂布有激光陶瓷合金涂料的金屬部件的表面，得到激光陶瓷合金化 部件；所述激光掃描使用積分寬帶光斑或聚焦矩形光斑，所述光斑的靜態(tài)功率密度為70 80W/mm2，所述掃描的速度是以點(diǎn)加熱時(shí)間為0. 5 0. 6秒進(jìn)行掃描。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光陶瓷合金化部件的制備方法，其特征在于步驟(1)所 述清理干凈是將待處理的金屬部件的表面去油污去鐵銹。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光陶瓷合金化部件的制備方法，其特征在于步驟(3)所 述激光是采用C02激光器發(fā)出。納米氮化硅 硅烷偶聯(lián)劑 納米y20350 55份 8 9份 2 3份 1 2份納米Ce02 丙酮 2500 2600 份
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光陶瓷合金涂料及其制備方法和應(yīng)用。該激光陶瓷合金涂料由以下按重量份數(shù)計(jì)的組分組成納米氮化硅50～55份、硅烷偶聯(lián)劑8～9份、納米Y2O32～3份、納米CeO21～2份、丙酮2500～2600份和松香樹(shù)脂DS-896 15～20份。該激光陶瓷合金涂料可應(yīng)用于制備激光陶瓷合金化部件。采用本涂料作為金屬材料工件激光強(qiáng)化的吸光涂料可提高工件的耐磨性能；采用本涂料進(jìn)行金屬材料激光淬火吸光預(yù)處理，與激光淬火目前所采用的黑涂料、灰涂料和磷化吸光預(yù)處理相比，耐磨性能可提高一倍；與未經(jīng)淬火的工件相比，耐磨性能可提高一倍，涂料成本低于0.03元/cm2。
文檔編號(hào)C23C24/08GK101880483SQ201010187680
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者馮榮元 申請(qǐng)人:廣州富通光科技術(shù)有限公司;廣州市富通激光有限公司