以TiO2、碳酸铵和N2气体为组元的激光叠加钨极气体保护电弧诱导金属表层复合TiN强化方法，本发明专利技术涉及金属表面强化处理技术领域。在金属表面涂敷TiO2与碳酸铵的混合粉末，在N2气体氛围中，用激光叠加钨极气体保护电弧在敷TiO2与碳酸铵的混合粉末的金属表面进行扫描。通过以上方法可以在金属表层原位复合生成TiN，实现对金属表面的强化与提高耐磨性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属表面强化处理
技术介绍
氮化钛(TiN)是一种非计量化合物，同时具有金属晶体和共价晶体的特点，熔点高达2955°C。作为表面涂层，TiN具有高硬度、耐磨损、耐高温、抗热震、摩擦系数低等优良的综合力学性能，是目前研究和应用最为广泛的薄膜材料之一。TiN作为涂层成功地应用于刀具、钻头等工具上，被认为是金属切削刀具技术发展史上的一次革命。TiN涂层的制备技术目前主要是物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。PVD法形成温度较低、涂层较薄，与基体的结合强度低，涂层易于从基底剥落，且绕镀性较差。CVD法沉积温度高，但超过了绝大多数常用刀具材料的热处理温度，因而可用来进行镀层的刀具材料种类极为有限；其次，CVD以氯化物为原料，需要一套提供制备含Ti卤化物气体的设备，工艺复杂，成本较高，与目前提倡的绿色工业相抵触。不论是PVD法还是CVD法，所获得的TiN涂层都较薄，厚度只有几个微米(iim)，并且涂层与基体是机械结合，结合面强度低，使用中涂层易发生剥落。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种以TiO2、碳酸铵和N2气体为组元的，可以使碳素结构钢表面层原位复合生成TiN，从而对碳素结构钢表面进行强化与提高耐磨性。本专利技术是通过以下技术方案实现的 在金属表面涂敷TiO2与碳酸铵的混合粉末，在N2气体氛围中，用激光叠加钨极气体保护电弧在敷TiO2与碳酸铵的混合粉末的金属表面进行扫描。通过以上方法可以在金属表层原位复合生成TiN，实现对金属表面的强化与提高耐磨性。本专利技术具有以下优点 1、TiN是在金属表层原位复合生成，而不是在表面沉积，因此不存在涂层与基体的结合力问题； 2、原位复合有TiN的金属表层厚度可达500至600微米，显微硬度可达HV1700至HV1800以上，因此即使表面在使用过程中有微磨损，仍然具有很好的硬度和耐磨性； 3、反应组元为TiO2、碳酸铵和N2气体，以激光叠加钨极气体保护电弧为能量源，不会对环境造成任何污染，是一种环保的金属表面强化与耐磨方法。另，对于不同的金属， 本专利技术所述TiO2为工业纯TiO2, TiO2与碳酸铵的混合质量比为 7:3。涂敷在金属表面的所述TiO2与碳酸铵的混合粉末厚度为1. 5 2毫米。N2气体的流量为8 12L/min。在所述扫描时，激光光束垂直照射在碳素结构钢表面，钨极气体保护电弧与激光光束成30°夹角。激光叠加钨极气体保护电弧以400 600mm/min速度进行扫描，激光功率为100 200W，激光波长为1. 06Mm或10. 6Mm,光斑直径为2 3毫米。钨极气体的流量为7L/min，电弧电流为20 35A。具体实施例方式一、对Q235A、20钢、40钢、45钢、20G、20Mn、40Mn和60Mn碳素结构钢分别进行表面处理1、在碳素结构钢表面敷以工业纯TiO2与碳酸铵((NH3)2C03)混合粉末，其质量比为7:3，厚度为1. 5毫米。2、随激光叠加钨极气体保护电弧移动，通以氮气，氮气流量为8L/min。3、激光光束垂直照射在碳素结构钢表面，钨极气体保护电弧与激光光束成30°夹角。4、激光叠加钨极气体保护电弧以400mm/min速度进行扫描，激光功率为200W，激光波长为1. 06Mm,光斑直径为2晕米。 5、钨极气体保护电弧使用氮气作为保护气体，流量为7L/min，电弧电流为30A。6、经检测结果，在碳素结构钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiN层，显微硬度可达HV1700。二、对20MnV、40Cr、35CrMoV和20CrMnSi合金结构钢分别进行表面处理1、在合金结构钢表面敷以工业纯TiO2与碳酸铵((NH3)2C03)混合粉末，其质量比为7:3，厚度为1. 5毫米。2、随激光叠加钨极气体保护电弧移动，通以氮气，氮气流量为8L/min。3、激光光束垂直照射在碳素结构钢表面,鹤极气体保护电弧与激光光束成30°夹角。4、激光叠加钨极气体保护电弧以400mm/min速度进行扫描，激光功率为100W，激光波长为1. 06Mm,光斑直径为2晕米。5、钨极气体保护电弧使用氮气作为保护气体，流量为7L/min，电弧电流为20A。6、经检测结果，在合金结构钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiN层，显微硬度可达HV1750。三、对65Mn、60Si2Mn和50CrVA弹簧钢分别进行表面处理1、在弹簧钢表面敷以工业纯TiO2与碳酸铵((NH3)2CO3)混合粉末，其质量比为7:3，厚度为2毫米。2、随激光叠加钨极气体保护电弧移动，通以氮气，氮气流量为12L/min。3、激光光束垂直照射在碳素结构钢表面，钨极气体保护电弧与激光光束成30°夹角。4、激光叠加钨极气体保护电弧以600mm/min速度进行扫描，激光功率为100W，激光波长为1. 06Mm,光斑直径为3晕米。5、钨极气体保护电弧使用氮气作为保护气体，流量为7L/min，电弧电流为30A。6、经检测结果，在弹簧钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiN层，显微硬度可达 HV1800。四、对T8A、T9A、T10A、TllA、9SiCr、Crl2MoV 和 3Cr2Mo 工具钢分别进行表面处理1、在工具钢表面敷以工业纯TiO2与碳酸铵((NH3)2CO3)混合粉末，其质量比为7:3，厚度为1. 5毫米。2、随激光叠加钨极气体保护电弧移动，通以氮气，氮气流量为8L/min。3、激光光束垂直照射在碳素结构钢表面,鹤极气体保护电弧与激光光束成30°夹角。4、激光叠加钨极气体保护电弧以400mm/min速度进行扫描，激光功率为100W，激光波长为10. 6Mm,光斑直径为3晕米。5、钨极气体保护电弧使用氮气作为保护气体，流量为7L/min，电弧电流为25A。6、经检测结果，在工具钢表层原位复合生成厚度可达500微米的TiN层，显微硬度可达 HV1800。五、对W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V2Al高速钢分别进行表面处理 1、在高速钢表面敷以工业纯TiO2与碳酸铵((NH3)2CO3)混合粉末，其质量比为7:3，厚度为1. 5毫米， 2、随激光叠加钨 极气体保护电弧移动，通以氮气，氮气流量为12L/min， 3、激光光束垂直照射在碳素结构钢表面，钨极气体保护电弧与激光光束成30°夹角。4、激光叠加钨极气体保护电弧以500mm/min速度进行扫描，激光功率为200W，激光波长为10. 6Mm,光斑直径为2晕米。5、钨极气体保护电弧使用氮气作为保护气体，流量为7L/min，电弧电流为30A。6、经检测结果，在高速钢表层原位复合生成厚度可达600微米的TiN层，显微硬度可达 HV1800。六、对YG3X、YG6X、YK15、YG20、YT15、YS25、YW1、YW2 和 YLlO 硬质合金分别进行表面处理1、在硬质合金表面敷以工业纯TiO2与碳酸铵((NH3)2CO3)混合粉末，其质量比为7:3，厚度为2毫米。2、随激光叠加钨极气体保护电弧移动，通以氮气，氮气流量为12L/min。3、激光光束垂直照射在碳素结构钢表面，钨极气体保护电弧与激光光束成30°夹角。4、激光叠加钨极气体保护电弧以600mm/min速度进行扫描，激光功率为200W，激本文档来自技高网...
【技术保护点】
以TiO2、碳酸铵和N2气体为组元的激光叠加钨极气体保护电弧诱导金属表层复合TiN强化方法，其特征在于在金属表面涂敷TiO2与碳酸铵的混合粉末，在N2气体氛围中，用激光叠加钨极气体保护电弧在敷TiO2与碳酸铵的混合粉末的金属表面进行扫描。
【技术特征摘要】
1.以TiO2、碳酸铵和N2气体为组兀的激光叠加鹤极气体保护电弧诱导金属表层复合 TiN强化方法，其特征在于在金属表面涂敷TiO2与碳酸铵的混合粉末，在N2气体氛围中，用激光叠加钨极气体保护电弧在敷TiO2与碳酸铵的混合粉末的金属表面进行扫描。2.根据权利要求1所述以TiO2、碳酸铵和N2气体为组元的激光叠加钨极气体保护电弧诱导金属表层复合TiN强化方法，其特征在于所述TiO2为工业纯TiO2, TiO2与碳酸铵的混合质量比为7:3。3.根据权利要求1或2所述以TiO2、碳酸铵和N2气体为组元的激光叠加钨极气体保护电弧诱导金属表层复合TiN强化方法，其特征在于涂敷在金属表面的所述TiO2与碳酸铵的混合粉末厚度为1. 5 2毫米。4.根据权利要求1所述以TiO2、碳酸铵和N2气体为组元的激光叠加钨极气体保护电弧诱导金属表层复合T...
【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，左健民，肖圣亮，张荣荣，童涵，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：
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