CN102995006A - 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 - Google Patents
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Abstract
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，涉及金属表面的强化技术领域。在金属表面涂敷TiO2和炭黑的混合粉末，在乙炔的氛围中，用激光束在敷TiO2和炭黑的混合粉末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TiC，实现对金属表面的强化与提高耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面的强化技术领域。
背景技术
碳化钛（TiC)是典型的过渡金属碳化物，键型由离子键、共价键和金属键混合在同一晶体结构中，熔点高达3160℃。作为表面涂层，TiC具有高硬度、高熔点、耐磨损、高温抗氧化等优良的综合力学性能，是目前研究和应用最为广泛的薄膜材料之一。
TiC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TiC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、炭黑和乙炔为组元的激光诱导金属表层复合TiC强化方法，可以使金属表面层原位复合生成TiC，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和炭黑的混合粉末，在乙炔的氛围中，用激光束在敷TiO2和炭黑的混合粉末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TiC，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、TiC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TiC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；
3、反应组元为TiO2、炭黑和乙炔，以激光为能量源，不会对环境造成任何污染，是一种环保的金属表面强化与耐磨方法。
进一步地，本发明所述TiO2为工业纯TiO2，TiO2和炭黑的混合质量比为7:3。
在金属表面涂敷的所述TiO2和炭黑的混合粉末厚度为1.5～2毫米。
所述乙炔的流量为6～7L/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和炭黑混合粉末，其质量比为7:3，厚度为1.5毫米；
2、随激光光斑移动，通以乙炔，乙炔流量为6L/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，在碳素结构钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiC层，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和炭黑混合粉末，其质量比为7:3，厚度为1.5毫米；
2、随激光光斑移动，通以乙炔，乙炔流量为6L/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，在合金结构钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiC层，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和炭黑混合粉末，其质量比为7:3，厚度为2毫米；
2、随激光光斑移动，通以乙炔，乙炔流量为7L/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，在弹簧钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiC层，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和炭黑混合粉末，其质量比为7:3，厚度为1.5毫米；
2、随激光光斑移动，通以乙炔，乙炔流量为6L/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，在工具钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiC层，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和炭黑混合粉末，其质量比为7:3，厚度为1.5毫米；
2、随激光光斑移动，通以乙炔，乙炔流量为7L/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，在高速钢表层原位复合生成厚度可达600微米的TiC层，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和炭黑混合粉末，其质量比为7:3，厚度为2毫米；
2、随激光光斑移动，通以乙炔，乙炔流量为7L/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，在硬质合金表层原位复合生成厚度可达500微米的TiC层，显微硬度可达HV2700以上。
Claims (5)
1.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，其特征在于在金属表面涂敷TiO2和炭黑的混合粉末，在乙炔的氛围中，用激光束在敷TiO2和炭黑的混合粉末的金属表面进行扫描。
2.根据权利要求1所述以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，其特征在于所述TiO2为工业纯TiO2，TiO2和炭黑的混合质量比为7:3。
3.根据权利要求1或2所述以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，其特征在于在金属表面涂敷的所述TiO2和炭黑的混合粉末厚度为1.5～2毫米。
4.根据权利要求1所述以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，其特征在于所述乙炔的流量为6～7L/min。
5.根据权利要求1所述以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，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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