專利名稱：以TiO₂ 、炭黑和甲烷為組元的激光誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiC強(qiáng)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬表面的強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳化鈦(TiC)是典型的過渡金屬碳化物，鍵型由離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵混合在同一晶體結(jié)構(gòu)中，熔點(diǎn)高達(dá)3160°C。作為表面涂層，TiC具有高硬度、高熔點(diǎn)、耐磨損、高溫抗氧化等優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的薄膜材料之一。TiC涂層的制備技術(shù)目前主要是化學(xué)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(shù)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(shè)備，工藝復(fù)雜，成本較高，與目前提倡的綠色工業(yè)相抵觸。PVD法形成溫度較低、涂層較薄，與基體的結(jié)合強(qiáng)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TiC涂層都較薄，厚度只有幾個(gè)微米(μ m)，并且涂層與基體是機(jī)械結(jié)合，結(jié)合面強(qiáng)度低，使用中涂層易發(fā)生剝落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種以TiO2、炭黑和甲烷為組元的激光誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiC強(qiáng)化方法，可以使金屬表面層原位復(fù)合生成TiC，從而對金屬表面進(jìn)行強(qiáng)化與提高耐磨性。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
在金屬表面涂敷TiO2和炭黑的混合粉末，在甲燒氣氛中，用激光束在涂敷TiO2和炭黑的混合粉末的金屬表面進(jìn)行掃描。通過以上方法可以在金屬表層原位復(fù)合生成TiC，實(shí)現(xiàn)對金屬表面的強(qiáng)化與提高耐磨性。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、TiC是在金屬表層原位復(fù)合生成，而不是在表面沉積，因此不存在涂層與基體的結(jié)合力問題；
2、原位復(fù)合有TiC的金屬表層厚度可達(dá)500微米，顯微硬度可達(dá)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；
3、反應(yīng)組元為TiO2、炭黑和甲烷，以激光為能量源，不會(huì)對環(huán)境造成任何污染，是一種環(huán)保的金屬表面強(qiáng)化與耐磨方法。另，為了適應(yīng)不同的金屬材質(zhì)，本發(fā)明所述TiO2為工業(yè)純TiO2,TiO2和炭黑的混合質(zhì)量比為7:3。在金屬表面涂敷所述TiO2和炭黑粉末的厚度為I. 5 2毫米。所述甲烷的流量為9 10L/min。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。
具體實(shí)施例方式一、對Q235A、20鋼、40鋼、45鋼、20G、20Mn、40Mn和60Mn碳素結(jié)構(gòu)鋼分別進(jìn)行表面
處理
1、在碳素結(jié)構(gòu)鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和炭黑混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為I.5毫
米;
2、隨激光光斑移動(dòng)，通以甲烷，甲烷流量為9L/min;
3、激光光束以500mm/min速度進(jìn)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(jīng)檢測結(jié)果，在碳素結(jié)構(gòu)鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)500微米的TiC層，顯微硬度可達(dá)HV2600以上。二、對20MnV、40Cr、35CrMoV和20CrMnSi合金結(jié)構(gòu)鋼分別進(jìn)行表面處理
1、在合金結(jié)構(gòu)鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和炭黑混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為I.5毫
米;
2、隨激光光斑移動(dòng)，通以甲烷，甲烷流量為9L/min;
3、激光光束以400mm/min速度進(jìn)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(jīng)檢測結(jié)果，在合金結(jié)構(gòu)鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)500微米的TiC層，顯微硬度可達(dá)HV2650以上。三、對65Mn、60Si2Mn和50CrVA彈簧鋼分別進(jìn)行表面處理
1、在彈簧鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和炭黑混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為2毫米；
2、隨激光光斑移動(dòng)，通以甲烷，甲烷流量為10L/min;
3、激光光束以600mm/min速度進(jìn)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(jīng)檢測結(jié)果，在彈簧鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)500微米的TiC層，顯微硬度可達(dá)HV2700以上。四、對T8A、T9A、T10A、TllA、9SiCr、Crl2MoV 和 3Cr2Mo 工具鋼分別進(jìn)行表面處理
1、在工具鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和炭黑混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為I.5毫米；
2、隨激光光斑移動(dòng)，通以甲烷，甲烷流量為9L/min;
3、激光光束以400mm/min速度進(jìn)行掃描，激光功率為1000W，激光波長為10.6Mm，光斑
直徑為3暈米。4、經(jīng)檢測結(jié)果，在工具鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)500微米的TiC層，顯微硬度可達(dá)HV2700以上。五、對W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V2Al高速鋼分別進(jìn)行表面處理
1、在高速鋼表面敷以工業(yè)純TiO2和炭黑混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為I.5毫米；
2、隨激光光斑移動(dòng)，通以甲烷，甲烷流量為10L/min;
3、激光光束以500mm/min速度進(jìn)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(jīng)檢測結(jié)果，在高速鋼表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)600微米的TiC層，顯微硬度可達(dá)HV2700以上。六、對YG3X、YG6X、YK15、YG20、YT15、YS25、YW1、YW2 和 YLlO 硬質(zhì)合金分別進(jìn)行表
面處理
1、在硬質(zhì)合金表面敷以工業(yè)純TiO2和炭黑混合粉末，其質(zhì)量比為7:3，厚度為2毫米；
2、隨激光光斑移動(dòng)，通以甲烷，甲烷流量為10L/min;
3、激光光束以600mm/min速度進(jìn)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(jīng)檢測結(jié)果，在硬質(zhì)合金表層原位復(fù)合生成厚度可達(dá)600微米的TiC層，顯微硬度可達(dá)HV2700以上。
權(quán)利要求
1.以TiO2、炭黑和甲烷為組元的激光誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiC強(qiáng)化方法，其特征在于在金屬表面涂敷TiO2和炭黑的混合粉末，在甲燒氣氛中，用激光束在涂敷TiO2和炭黑的混合粉末的金屬表面進(jìn)行掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述以TiO2、炭黑和甲烷為組元的激光誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiC強(qiáng)化方法，其特征在于所述TiO2為工業(yè)純TiO2, TiO2和炭黑的混合質(zhì)量比為7:3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述以TiO2、炭黑和甲烷為組元的激光誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiC強(qiáng)化方法，其特征在于在金屬表面涂敷所述TiO2和炭黑粉末的厚度為I. 5 2毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述以TiO2、炭黑和甲烷為組元的激光誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiC強(qiáng)化方法，其特征在于所述甲烷的流量為9 10L/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述以TiO2、炭黑和甲烷為組元的激光誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiC強(qiáng)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、炭黑和甲烷為組元的激光誘導(dǎo)金屬表層復(fù)合TiC強(qiáng)化方法，涉及金屬表面的強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域。在金屬表面涂敷TiO2和炭黑的混合粉末，在甲烷氣氛中，用激光束在涂敷TiO2和炭黑的混合粉末的金屬表面進(jìn)行掃描。通過以上方法可以在金屬表層原位復(fù)合生成TiC，實(shí)現(xiàn)對金屬表面的強(qiáng)化與提高耐磨性。
文檔編號C23C24/08GK102978604SQ20121056503
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者王輝, 左健民, 張榮榮, 童涵, 肖圣亮 申請人:常州大學(xué)