專利名稱：激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬表面的強化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮碳化鈦(TiCN)是一種性能優(yōu)良、用途廣泛的非氧化物材料，也是一種性能優(yōu)異的涂層材料，是碳化鈦和氮化鈦的無限固溶體，兼具有碳化鈦和氮化鈦的優(yōu)點，具有高硬度、耐磨、耐腐蝕、抗氧化等特性，并具有良好的導熱性、導電性和化學穩(wěn)定性，被廣泛用于切削刀具、粉末冶金以及金屬陶瓷制品，是目前研究和應用最為廣泛的薄膜材料之一。TiCN涂層的制備技術(shù)目前主要是化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)。CVD法沉積溫度高，超過了絕大多數(shù)鋼材的熱處理溫度，并且CVD以氯化物為原料，需要一 套提供制備含Ti鹵化物氣體的設(shè)備，工藝復雜，成本較高，與目前提倡的綠色工業(yè)相抵觸。PVD法形成溫度較低、涂層較薄，與基體的結(jié)合強度低，涂層易于從基底剝落，且繞鍍性較差。不論是CVD法還是PVD法，所獲得的TiCN涂層都較薄，厚度只有幾個微米(μ m)，并且涂層與基體是機械結(jié)合，結(jié)合面強度低，使用中涂層易發(fā)生剝落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種以Ti02、四甲基尿素、炭黑、甲烷和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法,可以使金屬表面層原位復合生成TiCN,從而對金屬表面進行強化與提高耐磨性。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
在金屬表面涂敷TiO2和四甲基尿素、炭黑的混合物，在甲烷和氮氣共存的條件下，用激光束在涂敷所述混合物的金屬表面進行掃描。通過以上工藝，本發(fā)明可以在金屬表層原位復合生成TiCN，實現(xiàn)對金屬表面的強化與提高耐磨性。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1、TiCN是在金屬表層原位復合生成，而不是在表面沉積，因此不存在涂層與基體的結(jié)合力問題；
2、原位復合有TiCN的金屬表層厚度可達500至600微米，顯微硬度可達HV2600至HV2700以上，因此即使表面在使用過程中有微磨損，仍然具有很好的硬度和耐磨性。本發(fā)明所述TiO2為工業(yè)純TiO2,所述工業(yè)純TiO2和四甲基尿素、炭黑的混合質(zhì)量比為6:5:3。本發(fā)明可以通過下述參數(shù)的選擇，對不同金屬進行強化處理，以達到更佳效果。涂敷所述混合物的厚度為1. 5 2毫米。所述甲燒的流量為9 10L/min,所述氮氣的流量為7 8L/min。激光束的掃描速度為400 600mm/min，功率為700 1200W，波長為1. 06Mm或10. 6Mm，光斑直徑為2 3毫米。
具體實施例方式一、對Q235A、20鋼、40鋼、45鋼、20G、20Mn、40Mn和60Mn碳素結(jié)構(gòu)鋼分別進行表面
處理
1、在碳素結(jié)構(gòu)鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和四甲基尿素、炭黑混合物，其質(zhì)量比為6:5:3，厚度為1. 5毫米；
2、隨激光光斑移動，通以甲烷和氮氣混合氣體，甲烷、氮氣流量分別為9L/min和7L/
min;
3、激光光束以500mm/min速度進行掃描，激光功率為900W，激光波長為1.06Mm，光斑直
徑為2毫米。4、經(jīng)檢測，經(jīng)過處理的碳素結(jié)構(gòu)鋼表層復合有可達500微米的TiCN，顯微硬度可達HV2600以上。二、對20MnV、40Cr、35CrMoV和20CrMnSi合金結(jié)構(gòu)鋼分別進行表面處理
1、在合金結(jié)構(gòu)鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和四甲基尿素、炭黑混合物，其質(zhì)量比為6:5:3，厚度為1. 5毫米；
2、隨激光光斑移動，通以甲烷和氮氣混合氣體，甲烷、氮氣流量分別為9L/min和7L/
min;
3、激光光束以400mm/min速度進行掃描，激光功率為700W，激光波長為1.06Mm，光斑直
徑為2毫米。4、經(jīng)檢測，經(jīng)過處理的合金結(jié)構(gòu)鋼表層復合有可達500微米的TiCN，顯微硬度可達HV2650以上。三、對65Mn、60Si2Mn和50CrVA彈簧鋼分別進行表面處理
1、在彈簧鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和四甲基尿素、炭黑混合物，其質(zhì)量比為6:5:3，厚度為2毫米；
2、隨激光光斑移動，通以甲烷和氮氣混合氣體，甲烷、氮氣流量分別為10L/min和8L/
min;
3、激光光束以600mm/min速度進行掃描，激光功率為800W，激光波長為1.06Mm，光斑直
徑為3毫米。4、經(jīng)檢測，經(jīng)過處理的彈簧鋼表層復合有可達500微米的TiCN，顯微硬度可達HV2700 以上。四、對T8A、T9A、T10A、TllA、9SiCr、Crl2MoV 和 3Cr2Mo 工具鋼分別進行表面處理
1、在工具鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和四甲基尿素、炭黑混合物，其質(zhì)量比為6:5:3，厚度為1. 5毫米；
2、隨激光光斑移動，通以甲烷和氮氣混合氣體，甲烷、氮氣流量分別為9L/min和7L/
min;
3、激光光束以400mm/min速度進行掃描，激光功率為1000W，激光波長為10.6Wn，光斑
直徑為3暈米。4、經(jīng)檢測，經(jīng)過處理的工具鋼表層復合有可達500微米的TiCN，顯微硬度可達HV2700 以上。五、對W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V2Al高速鋼分別進行表面處理
1、在高速鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和四甲基尿素、炭黑混合物，其質(zhì)量比為6:5:3，厚度為1. 5毫米；
2、隨激光光斑移動，通以甲烷和氮氣混合氣體，甲烷、氮氣流量分別為10L/min和8L/
min;
3、激光光束以500mm/min速度進行掃描，激光功率為1100W，激光波長為10.6Mm，光斑
直徑為2毫米。
4、經(jīng)檢測，經(jīng)過處理的高速鋼表層復合有可達600微米的TiCN，顯微硬度可達HV2700 以上。六、對YG3X、YG6X、YK15、YG20、YT15、YS25、YW1、YW2 和 YLlO 硬質(zhì)合金分別進行表
面處理
1、在硬質(zhì)合金表面敷以工業(yè)純TiO2和四甲基尿素、炭黑混合物，其質(zhì)量比為6:5:3，厚度為2毫米；
2、隨激光光斑移動，通以甲烷和氮氣混合氣體，甲烷、氮氣流量分別為10L/min和8L/
min;
3、激光光束以600mm/min速度進行掃描，激光功率為1200W，激光波長為10.6Mm，光斑
直徑為3暈米。4、經(jīng)檢測，經(jīng)過處理的硬質(zhì)合金表層復合有可達600微米的TiCN，顯微硬度可達HV2700 以上。
權(quán)利要求
1.以Ti02、四甲基尿素、炭黑、甲烷和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，其特征在于在金屬表面涂敷TiO2和四甲基尿素、炭黑的混合物，在甲烷和氮氣共存的條件下，用激光束在涂敷所述混合物的金屬表面進行掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述以Ti02、四甲基尿素、炭黑、甲烷和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，其特征在于所述TiO2為工業(yè)純TiO2，所述工業(yè)純TiO2和四甲基尿素、炭黑的混合質(zhì)量比為6:5:3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述以Ti02、四甲基尿素、炭黑、甲烷和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，其特征在于涂敷所述混合物的厚度為1. 5 2毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述以Ti02、四甲基尿素、炭黑、甲烷和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，其特征在于所述甲烷的流量為9 10L/min，所述氮氣的流量為7 8L/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述以Ti02、四甲基尿素、炭黑、甲烷和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，其特征在于激光束的掃描速度為400 600mm/min，功率為700 1200W,波長為1. 06Mm或10. 6Mm,光斑直徑為2 3毫米。
全文摘要
以TiO2、四甲基尿素、炭黑、甲烷和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，涉及金屬表面的強化技術(shù)領(lǐng)域。在金屬表面涂敷TiO2和四甲基尿素、炭黑的混合物，在甲烷和氮氣共存的條件下，用激光束在涂敷所述混合物的金屬表面進行掃描。本發(fā)明可以在金屬表層原位復合生成TiCN，實現(xiàn)對金屬表面的強化與提高耐磨性。
文檔編號C23C24/10GK103014698SQ201210565248
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者王輝, 左健民, 童涵, 肖圣亮, 張榮榮 申請人:常州大學