專利名稱：以TiO<sub>2</sub>、乙酰胺、炭黑、乙炔和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法
技術領域：
本發明涉及金屬的表面強化工藝技術領域。
背景技術：
氮碳化鈦(TiCN)是一種性能優良、用途廣泛的非氧化物材料，也是一種性能優異的涂層材料，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鹵化物氣體的設備，工藝復雜，成本較高，與目前提倡的綠色工業相抵觸。 PVD法形成溫度較低、涂層較薄，與基體的結合強度低，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合，結合面強度低，使用中涂層易發生剝落。發明內容
本發明的目的旨在提供一種以TiO2、乙酰胺、炭黑、乙炔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。
本發明是通過以下技術方案實現的在金屬表面涂敷TiO2和乙酰胺、炭黑的混合物，在乙炔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，可以在金屬表層原位復合生成TiCN，實現對金屬表面的強化與提高耐磨性。
本發明具有以下優點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。
另，本發明所述1102為工業純TiO2，所述工業純1102和乙酰胺、炭黑的混合質量比為 10:4:3。
所述混合物的涂敷厚度為I. 5 2毫米。
所述乙炔的流量為5 6L/min,所述氮氣的流量為7 8L/min。
所述激光束的掃描速度為400 600mm/min，功率為700 1100W，波長為I. 06Mm或10. 6Mm，光斑直徑為2 3毫米。
具體實施方式
一、對Q235A、20鋼、40鋼、45鋼、20G、20Mn、40Mn和60Mn碳素結構鋼分別進行表面處理1、在碳素結構鋼表面敷以工業純打02和乙酰胺、炭黑混合物，其質量比為10:4:3，厚度為I. 5毫米；2、隨激光光斑移動,通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為5L/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I.06Mm，光斑直徑為2毫米。
4、經檢測，經過處理的碳素結構鋼表層復合有可達550微米的TiCN，顯微硬度可達HV2600以上。
二、對20MnV、40Cr、35CrMoV和20CrMnSi合金結構鋼分別進行表面處理1、在合金結構鋼表面敷以工業純打02和乙酰胺、炭黑混合物，其質量比為10:4:3，厚度為I. 5毫米；2、隨激光光斑移動,通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為5L/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I.06Mm，光斑直徑為2毫米。
4、經檢測，經過處理的合金結構鋼表層復合有可達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純TiO2和乙酰胺、炭黑混合物，其質量比為10:4:3，厚度為2 毫米；2、隨激光光斑移動，通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為6L/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I.06Mm，光斑直徑為3毫米。
4、經檢測，經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純TiO2和乙酰胺、炭黑混合物，其質量比為10:4:3，厚度為I.5毫米；2、隨激光光斑移動,通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為5L/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10.6Mm，光斑直徑為3毫米。
4、經檢測，經過處理的工具鋼表層復合有可達550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純TiO2和乙酰胺、炭黑混合物，其質量比為10:4:3，厚度為I.5毫米；2、隨激光光斑移動,通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為6L/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、經檢測，經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 硬質合金分別進行表
面處理1、在硬質合金表面敷以工業純打02和乙酰胺、炭黑混合物，其質量比為10:4:3，厚度為 2毫米；2、隨激光光斑移動,通以乙炔和氮氣混合氣體，乙炔、氮氣流量分別為6L/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、經檢測，經過處理的硬質合金表層復合有可達500微米的TiCN，顯微硬度可達 HV2700 以上。
權利要求
1.以TiO2、乙酰胺、炭黑、乙炔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和乙酰胺、炭黑的混合物，在乙炔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.根據權利要求I所述以TiO2、乙酰胺、炭黑、乙炔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為工業純TiO2，所述工業純TiO2和乙酰胺、炭黑的混合質量比為10:4:3。
3.根據權利要求I或2所述以TiO2、乙酰胺、炭黑、乙炔和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，其特征在于所述混合物的涂敷厚度為I. 5 2毫米。
4.根據權利要求I所述以TiO2、乙酰胺、炭黑、乙炔和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，其特征在于所述乙炔的流量為5 6L/min，所述氮氣的流量為7 8L/min。
5.根據權利要求I所述以TiO2、乙酰胺、炭黑、乙炔和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，其特征在于所述激光束的掃描速度為400 600mm/min，功率為700 1200W,波長為I. 06Mm或10. 6Mm,光斑直徑為2 3毫米。
全文摘要
以TiO2、乙酰胺、炭黑、乙炔和氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，涉及金屬的表面強化工藝技術領域。在金屬表面涂敷TiO2和乙酰胺、炭黑的混合物，在乙炔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，可以在金屬表層原位復合生成TiCN，實現對金屬表面的強化與提高耐磨性。
文檔編號C23C24/08GK102978603SQ20121056500
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者王輝, 左健民, 童涵, 肖圣亮, 張榮榮 申請人:常州大學