[發明專利]以TiO2、甲酰胺、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

有效

• 申請號: 201210565028.0
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN102978610A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 王輝;左健民;張榮榮;童涵;肖圣亮
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及一種金屬表面強化處理技術領域。

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（μm），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、甲酰胺、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。

本發明是通過以下技術方案實現的：

在金屬表面涂敷TiO₂和甲酰胺、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微米，顯微硬度可達HV2600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TiO₂為工業純TiO₂，所述工業純TiO₂和甲酰胺、炭黑的混合物質量比為5:5:4。

涂敷的所述混合物的厚度為1.5～2毫米。

所述甲烷的流量為9～10L/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700～1200W，波長為1.06μm或10.6μm，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TiO₂和甲酰胺、炭黑混合物，其質量比為5:5:4，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1.06μm，光斑直徑為2毫米。

4、經檢測結果，在碳素結構鋼表層復合有可達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和甲酰胺、炭黑混合物，其質量比為5:5:4，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1.06μm，光斑直徑為2毫米。

4、經檢測結果，在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和甲酰胺、炭黑混合物，其質量比為5:5:4，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1.06μm，光斑直徑為3毫米。