[發明專利]一種低碳鋼激光表面滲碳方法

有效

• 申請號: 202210115401.6
• 申請日: 2022-02-07
• 公開（公告）號: CN114150260B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 北京煜鼎增材制造研究院有限公司
• 主分類號: C23C8/66
• 分類號: C23C8/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種低碳鋼激光表面滲碳方法，其包括以下步驟：1）制備液態石蠟與碳粉的膠體混合物，所述碳粉含量為65?70%；2）在待涂碳的表面制備石蠟與碳粉復合薄膜，所述復合薄膜的厚度為2.5?3mm；3）在氧含量為1ppm以下的氣氛環境中對低碳鋼表面進行激光掃描以進行滲碳處理。本發明利用激光表面滲碳技術對低碳鋼進行滲碳處理，能夠提高零件的表面硬度和疲勞性能。本發明采用特殊的涂碳方式，高效化預置碳粉，同時實現了碳粉、石蠟的回收利用。因此，可為低碳鋼金屬零件的表面強化提供一種簡潔、高效、綠色、環保的新型處理方法，延長金屬零件的使用壽命。

技術領域

本發明涉及低碳鋼的熱處理強化技術領域，尤其是涉及一種低碳鋼激光表面滲碳方法。

背景技術

低碳鋼由于其含碳量較低，在淬火后無法獲得高強高硬的馬氏體組織，一般需要進行滲碳處理。常規滲碳處理由于其保溫時間長，冷卻速度慢，易產生粗大的馬氏體組織和碳化物相，對零件的韌性和疲勞強度極為不利。

激光表面滲碳技術是利用能量密度的激光束快速掃描金屬零件，使其表面溫度以極快的速度上升至奧氏體相變溫度以上、熔點以下，碳元素快速擴散進入金屬零件表層，當激光束離開表面時，金屬零件基體與表面進行迅速的換熱，從而實現表面金屬奧氏體組織轉變成馬氏體。激光表面滲碳技術能大大細化馬氏體和碳化物，提高韌性和疲勞性能。

然而如果采用傳統的直接鋪粉或物理沉積方式進行預置碳粉，很容易出現碳粉與基材結合不牢，碳粉層中孔洞較多，碳粉間隙殘留氧氣、水分等，從而影響整個激光表面滲碳過程。特別是對于活性高的納米級碳粉，容易團聚和粘結，更是鋪粉困難。

發明內容

本發明的目的，即在于采用激光表面滲碳的強化方法，對低碳鋼進行表面處理，通過預置碳粉的方式進行滲碳。

本發明的技術方案具體為，一種低碳鋼激光表面滲碳方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）制備液態石蠟與碳粉的膠體混合物，所述碳粉含量為65-70%；

2）在待涂碳的表面制備石蠟與碳粉復合薄膜，所述復合薄膜的厚度為2.5-3mm；

3）在氧含量為1ppm以下的氣氛環境中對低碳鋼表面進行激光掃描以進行滲碳處理。

進一步優選的，所述制備液態石蠟與碳粉的膠體混合物具體為，將固體石蠟置于容器中，在70-90℃的水浴中加熱；待石蠟完全熔化后，少量多次地向燒瓶中加入碳粉，并不斷進行混合攪拌；待碳粉全部加入后，繼續攪拌5-15分鐘，形成完全分散的膠體混合物。

進一步優選的，所述在待涂碳的表面制備石蠟與碳粉復合薄膜具體為，首先，對待涂碳的表面進行清潔處理，所述清潔處理方法如下：利用化學除油劑除去表面油污→熱水清洗→流水清洗→無水乙醇清洗→烘干；將制備好的膠體混合物倒在待涂碳的表面，在空氣自然冷卻、凝固；利用小刀刮去多余的部分，獲得2.5-3mm厚度的石蠟與碳粉復合薄膜。

進一步優選的，所述氣氛環境為惰性氣體保護的環境，通過在滲碳處理前通入惰性保護氣體或通入甲烷與惰性保護氣體的混合氣體實現。

進一步優選的，滲碳處理時，將待處理低碳鋼置入冷卻液中。

進一步優選的，激光的單位面積有效能量E通過如下公式進行控制，

，

式中，P為激光功率，v為掃描速度，l為光斑直徑。

進一步優選的，含碳量通過如下公式進行控制，

]，

式中，w'為表面碳含量，w₀為滲碳前原始碳含量，d為滲碳層厚度，w為根據公式計算出的距離表面h處的碳含量。

進一步優選的，所述對低碳鋼表面進行激光掃描的次數為3-4次。