專利名稱：以TiO<sub>2</sub>、二甲胺、炭黑和甲烷、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：
本發明涉及金屬表面的強化技術領域。
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、二甲胺、炭黑和甲烷、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和二甲胺、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。進一步地，本發明所述1102為工業純TiO2，所述1102和二甲胺、炭黑的混合質量比為 7 : 4 : 3。對于不同的金屬材料，本發明還可通過選擇不同的參數達到最佳效果
所述混合物的涂敷厚度為1. 5 2毫米。所述甲烷的流量為9 10L/min，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 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碳素結構鋼分別進行
表面處理
1、在碳素結構鋼表面涂敷工業純TiO2和二甲胺、炭黑混合物，其質量比為7:4:3，涂敷厚度為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、經檢測結果，在碳素結構鋼表層原位復合生成厚度可達500微米的TiCN層，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TiO2和二甲胺、炭黑混合物，其質量比為7:4:3，涂敷厚度為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、經檢測結果，在合金結構鋼表層原位復合生成厚度可達500微米的TiCN層，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和二甲胺、炭黑混合物，其質量比為7:4:3，涂敷厚度為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、經檢測結果，在彈簧鋼表表層原位復合生成厚度可達600微米的TiCN層，顯微硬度可達HV2700以上。四、對了84、了9么、1'1(^、1'1認、95丨0、01210￥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和二甲胺、炭黑混合物，其質量比為7:4:3，涂敷厚度為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10.6Mm，光斑
直徑為3毫米。
4、經檢測結果，在工具鋼表層原位復合生成厚度可達500微米的TiCN層，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和二甲胺、炭黑混合物，其質量比為7:4:3，涂敷厚度為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、經檢測結果，在高速鋼表層原位復合生成厚度可達600微米的TiCN層，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TiO2和二甲胺、炭黑混合物，其質量比為7:4:3，涂敷厚度為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、經檢測結果，在硬質合金表層原位復合生成厚度可達600微米的TiCN層，顯微硬度可達HV2700以上。
權利要求
1.以TiO2、二甲胺、炭黑和甲烷、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和二甲胺、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.根據權利要求1所述以TiO2、二甲胺、炭黑和甲烷、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TiO2和二甲胺、炭黑的混合質量比為7 : 4 : 3。
3.根據權利要求1或2所述以TiO2、二甲胺、炭黑和甲烷、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1. 5 2毫米。
4.根據權利要求1所述以TiO2、二甲胺、炭黑和甲烷、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，氮氣的流量為7 8L/mirio
5.根據權利要求1所述以TiO2、二甲胺、炭黑和甲烷、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1. 06Mm或10. 6Mm,光斑直徑為2 3毫米。
全文摘要
以TiO2、二甲胺、炭黑和甲烷、氮氣為組元的激光誘導金屬表層復合TiCN強化方法，本發明涉及金屬表面的強化技術領域。在金屬表面涂敷TiO2和二甲胺、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C23C24/10GK102995008SQ201210565150
公開日2013年3月27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, 張榮榮, 童涵, 肖圣亮 申請人:常州大學