以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合TiN強化方法技術

以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合TiN強化方法，涉及金屬表面強化工藝技術領域。在金屬表面敷以TiO2與碳酸銨的混合粉末，在N2氣體氛圍中，用激光束在敷TiO2與碳酸銨的混合粉末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TiN，實現對金屬表面的強化與提高耐磨性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及金屬表面強化工藝

技術介紹
氮化鈦(TiN)是一種非計量化合物，同時具有金屬晶體和共價晶體的特點，熔點高達2955°C。作為表面涂層，TiN具有高硬度、耐磨損、耐高溫、抗熱震、摩擦系數低等優良的綜合力學性能，是目前研究和應用最為廣泛的薄膜材料之一。TiN作為涂層成功地應用于刀具、鉆頭等工具上，被認為是金屬切削刀具技術發展史上的一次革命。TiN涂層的制備技術目前主要是物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)。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。 CVD法沉積溫度高，但超過了絕大多數常用刀具材料的熱處理溫度，因而可用來進行鍍層的刀具材料種類極為有限；其次，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。不論是PVD法還是CVD法，所獲得的TiN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。
技術實現思路
本專利技術的目的旨在提供一種以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合TiN強化方法，可以使金屬表面層原位復合生成TiN，從而對金屬表面進行強化與提高耐磨性。本專利技術是通過以下技術方案實現的在金屬表面涂敷TiO2與碳酸銨的混合粉末，在N2氣體氛圍中，用激光束在涂敷TiO2與碳酸銨的混合粉末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TiN，實現對金屬表面的強化與提高耐磨性。本專利技術具有以下優點1、TiN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TiN的金屬表層厚度可達500至600微米，顯微硬度可達HV1700至 HV1800,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、反應組元為TiO2、碳酸銨和N2氣體，以激光為能量源，不會對環境造成任何污染，是一種環保的金屬表面強化與耐磨方法。所述TiO2為工業純TiO2，所述工業純TiO2與碳酸銨的混合質量比為7:3。還可根據不同的金屬材質選擇以下不同的參數，以達到最佳效果。所述TiO2與碳酸銨的混合粉末涂敷厚度為1. 5 2毫米。N2 流量為 8 10L/min。所述激光束的掃描速度為400 600mm/min，激光功率為700 1200W，激光波長為1. 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強化處理1、將工業純TiO2粉末與碳酸銨以7:3的質量比混合，在碳素結構鋼表面敷以厚度為1. 5毫米工業純TiO2與碳酸銨的混合粉末；2、隨激光光斑移動,通以氮氣,氮氣流量為8L/min；3、激光光束以400mm/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、檢測在碳素結構鋼表層原位復合生成厚度可達500微米的TiN層，顯微硬度可達HV1700。二、對20MnV、40Cr、35CrMoV和20CrMnSi 合金結構鋼分別進行表面強化處理1、將工業純TiO2粉末與碳酸銨以7:3的質量比混合，在合金結構鋼表面敷以厚度為1. 5毫米工業純TiO2與碳酸銨的混合粉末；2、隨激光光斑移動,通以氮氣,氮氣流量為8L/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、檢測在合金結構鋼表層原位復合生成厚度可達500微米的TiN層，顯微硬度可達HV1750。三、對65Mn、60Si2Mn和50CrVA彈簧鋼分別進行表面強化處理1、將工業純TiO2粉末與碳酸銨以7:3的質量比混合，在彈簧鋼表面敷以厚度為2毫米工業純TiO2與碳酸銨的混合粉末；2、隨激光光斑移動，通以氮氣，氮氣流量為10L/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、檢測在彈簧鋼表層原位復合生成厚度可達500微米的TiN層，顯微硬度可達HV1800。四、對T8A、T9A、T10A、TllA、9SiCr、Crl2MoV 和 3Cr2Mo 工具鋼分別進行表面強化處理1、將工業純TiO2粉末與碳酸銨以7:3的質量比混合，在工具鋼表面敷以厚度為1.5毫米工業純TiO2與碳酸銨的混合粉末；2、隨激光光斑移動,通以氮氣,氮氣流量為8L/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、檢測在工具鋼表層原位復合生成厚度可達500微米的TiN層，顯微硬度可達HV1800。五、對W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V2Al高速鋼分別進行表面強化處理1、將工業純TiO2粉末與碳酸銨以7:3的質量比混合，在高速鋼表面敷以厚度為1.5毫米工業純TiO2與碳酸銨的混合粉末；2、隨激光光斑移動，通以氮氣，氮氣流量為10L/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、檢測在高速鋼表層原位復合生成厚度可達600微米的TiN層，顯微硬度可達HV1800。六、對YG3X、YG6X、YK15、YG20、YT15、YS25、YW1、YW2 和 YLlO 硬質合金分別進行 表面強化處理1、在硬質合金表面敷以工業純TiO2與碳酸銨((NH3)2CO3)混合粉末，其質量比為7:3， 厚度為2毫米；2、隨激光光斑移動，通以氮氣，氮氣流量為10L/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毫米。4、檢測在硬質合金表層原位復合生成厚度可達600微米的TiN層，顯微硬度可達HV1800。權利要求1.以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合TiN強化方法，其特征在于在金屬表面涂敷TiO2與碳酸銨的混合粉末，在N2氣體氛圍中，用激光束在涂敷TiO2與碳酸銨的混合粉末的金屬表面進行掃描。2.根據權利要求1所述以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合TiN 強化方法，其特征在于所述TiO2為工業純TiO2，所述工業純TiO2與碳酸銨的混合質量比為 7:3。3.根據權利要求1或2所述以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合 TiN強化方法，其特征在于所述TiO2與碳酸銨的混合粉末涂敷厚度為1. 5 2毫米。4.根據權利要求1所述以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合TiN 強化方法，其特征在于N2流量為8 10L/min。5.根據權利要求1所述以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合 TiN強化方法，其特征在于所述激光束的掃描速度為400 600mm/min，激光功率為700 1200W，激光波長為1. 06Mm或10. 6Mm，光斑直徑為2 3毫米。全文摘要以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合TiN強化方法，涉及金屬表面強化工藝
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【技術保護點】
以TiO2、碳酸銨和N2氣體為組元的激光誘導金屬表層復合TiN強化方法，其特征在于在金屬表面涂敷TiO2與碳酸銨的混合粉末，在N2氣體氛圍中，用激光束在涂敷TiO2與碳酸銨的混合粉末的金屬表面進行掃描。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王輝，左健民，肖圣亮，張榮榮，童涵，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：