一种激光渗压表面硬质化处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及C23C24/10技术领域，具体为一种激光渗压表面硬质化处理工艺，至少包括以下步骤：(1)在基材表面喷涂硬质合金粉末溶液得到待处理样品；(2)采用仪器对待处理样品进行激光扫描处理，冷却后形成表面结合有硬质合金化层的产品，有效结合激光淬火和激光表面合金化技术，利用高能激光束所具有的压应力以及金属材料所具有的压应机理实现基材机械性能优化，对很多不能采用表面淬火技术获得硬度的材料进行强化处理，使材料获得极高的耐磨性能和显著提高的硬度的同时对基材尺寸改变微小。显著提高的硬度的同时对基材尺寸改变微小。

【技术实现步骤摘要】
一种激光渗压表面硬质化处理工艺


[0001]本专利技术涉及C23C24/10
，具体为一种激光渗压表面硬质化处理工艺。

技术介绍

[0002]对金属材料表面进行硬质化处理，具体通过采用火焰喷涂、超音速喷涂、激光熔覆增材技术、激光表面淬火技术、激光表面合金化技术等来提高金属材料表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及抗疲劳性能，正在成为更好的材料表面加工方式。
[0003]激光熔覆增材技术具体采用高能束激光，对合金粉末及基材表层进行处理后，在金属基材表层熔化覆盖一层金属材料，实现基材尺寸增加，机械性能改善；激光淬火技术通过高能、高密度的激光束对基材表面进行照射，使其表层温度迅速上升，并快速移出，然后通过基材自身体积快速散热的骤热骤冷过程，使材料表层金像组织发生变化，以获取极其致密、细腻的马氏体晶体组织，提升材料表层的硬度。激光表面合金化技术通过对基材表面进行喷涂覆盖合金粉末，然后经过高能激光束的照射，使合金粉末成份与基材成分同时融化混合，形成熔融后获取新的表层合金以达到理想的机械性能。剖面显微观察，无结合痕迹，且结合强度极高。如中国专利申请(申请号为CN112536447A)公开了一种基于轴瓦合金层的3D激光熔覆增材制造工艺，具体对预处理后的基材表面预置的熔覆材料进行激光熔覆，将锡基巴氏合金粉末层层熔覆至设计厚度，但是对于含碳量较低的金属材料，无法通过上述常规的激光技术实现硬度提升的目的。

技术实现思路

[0004]为了解决常规激光技术无法实现对含碳量很低的样品的硬度提升问题，本专利技术提供了一种激光渗压表面硬质化处理工艺，有效结合激光淬火和激光表面合金化技术，利用高能激光束所具有的压应力以及金属材料所具有的压应机理实现基材机械性能优化，对很多不能采用表面淬火技术获得硬度的材料进行强化处理，使材料获得极高的耐磨性能和显著提高的硬度的同时对基材尺寸改变微小。
[0005]本专利技术提供了一种激光渗压表面硬质化处理工艺，至少包括以下步骤：
[0006](1)在基材表面喷涂硬质合金粉末溶液得到待处理样品；
[0007](2)采用仪器对待处理样品进行激光扫描处理，冷却后形成表面结合有硬质合金化层的产品。
[0008]作为一种优选的技术方案，所述基材为金属材料，所述金属材料选自不锈钢。
[0009]作为一种优选的技术方案，所述硬质合金粉末溶液中硬质合金粉末和溶剂的质量比为1：(2
‑
4)。所述硬质合金粉末溶液的制备方法为：将硬质合金粉末混合后按质量比与溶剂混合即得。
[0010]优选的，所述溶剂为乙醇。
[0011]优选的，所述硬质合金粉末至少包括碳化物、氮化物；
[0012]优选的，所述碳化物选自碳化钛、碳化硼、碳化钼、碳化铌、碳化锆、碳化铬、碳化
钒、碳化铈、石墨烯中的至少一种；
[0013]优选的，所述氮化物选自氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化锆、氮化铬中的至少一种；
[0014]优选的，按质量百分比计，所述硬质合金粉末包括碳化钛20
‑
40％，碳化硼40
‑
60％，氮化钛1
‑
5％、氮化硼1
‑
5％，石墨烯5
‑
10％。
[0015]优选的，所述碳化钛、碳化硼、石墨烯的粒径为50
‑
100nm。
[0016]优选的，所述氮化钛、氮化硼的粒径为50
‑
100nm。
[0017]专利技术人在探究过程中发现，尤其是采用特定配比的碳化钛、碳化硼、碳化铈、氮化钛、氮化硼、石墨烯共同作为硬质合金粉末，显著提升基材的硬度、耐磨性能的同时赋予基材极高的抗氧化性能、抗红热性能和抗冲击性能。进一步通过控制硬质合金粉末中各原料的粒径，使碳化钛、碳化硼、碳化铈、氮化钛、氮化硼、石墨烯与基材实现冶金结合，剖面显微观察，硬质合金层及应变强化层清晰，硬质合金层的厚度为0.03
‑
0.05mm，应变强化层的深度为0.40
‑
0.45mm。
[0018]优选的，所述喷涂的量为覆盖基材表层，厚度0.3
‑
0.5mm。
[0019]作为一种优选的技术方案，所述仪器为光纤激光成套定制组装设备，所述光纤激光成套定制组装设备包括激光发射器和机器人臂。
[0020]优选的，所述激光发射器的激光输出功率为1000
‑
2000W。
[0021]优选的，所述机器人臂的扫描光斑为(1
‑
3)*(10
‑
30)mm。
[0022]优选的，所述机器人臂的扫描速度为400
‑
800mm/min。
[0023]优选的，所述机器人臂的激光焦距为20
‑
28cm。
[0024]优选的，所述硬质合金化层的厚度为0.03
‑
0.05mm。
[0025]优选的，所述应变强化层的深度为0.40
‑
0.45mm。
[0026]优选的，所述冷却为自然冷却或水冷却，所述冷却时间为2
‑
5min。
[0027]本专利技术提供的激光渗压表面硬质化处理工艺，通过控制激光发射器的激光输出功率为1000
‑
2000W，使喷涂于基材表面的硬质合金粉末在高能激光束的照射下融化，通过激光束的压应力冲击以及金属材料的压应收缩应力同时对融化后的硬质合金粉末进行高温高压的挤压，使颗粒状的粉末进行相互融化、渗透、晶格填充、结晶，并对微熔状态下的基体表层渗透，冷却后形成基材表面的硬质合金化层。并进一步通过调节机器人臂的扫描光斑大小、扫描速度和激光焦距，对很多不能采用表面淬火技术获得硬度的材料进行硬质合金粉末强化处理，使材料获得极高的耐磨性能和极强的韧性，硬质合金层硬度可达HRC70以上。而对可以采用表面淬火技术获得硬度的材料进行处理，在获得一定深度的淬火层外，还可得到0.03
‑
0.05mm硬质合金层，极大提升耐磨性能。
[0028]此外，采用本专利技术提供的激光渗压表面硬质化处理工艺对基材进行处理，使基材具有极高的抗高温性能，经检测，在表面温度100
‑
200℃状态下检测硬度值为HRC60左右；在表面温度260℃状态下检测硬度值为HRC50以上。在表面温度300℃状态下检测硬度值为HRC40以上。
[0029]本专利技术另一方面提供了一种激光渗压表面硬质化处理工艺的应用，应用于金属基材的表面硬质化处理。
[0030]有益效果
[0031]1、本专利技术提供了一种激光渗压表面硬质化处理工艺，有效结合激光淬火和激光表
面合金化技术，利用高能激光束所具有的压应力以及金属材料所具有的压应机理实现基材机械性能优化，对很多不能采用表面淬火技术获得硬度的材料进行强化处理，使材料获得极高的耐磨性能和显著提高的硬度的同时，基材尺寸改变微小可以忽略。
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光渗压表面硬质化处理工艺，其特征在于，至少包括以下步骤：(1)在基材表面喷涂硬质合金粉末溶液得到待处理样品；(2)采用仪器对待处理样品进行激光扫描处理，冷却后形成表面结合有硬质合金化层的产品。2.根据权利要求1所述的一种激光渗压表面硬质化处理工艺，其特征在于，所述基材为金属材料。3.根据权利要求1或2所述的一种激光渗压表面硬质化处理工艺，其特征在于，所述硬质合金粉末溶液中硬质合金粉末和溶剂的质量比为1：(2
‑
4)。4.根据权利要求3所述的一种激光渗压表面硬质化处理工艺，其特征在于，所述硬质合金粉末至少包括碳化物、氮化物。5.根据权利要求4所述的一种激光渗压表面硬质化处理工艺，其特征在于，所述碳化物选自碳化钛、碳化硼、碳化钼、碳化铌、碳化锆、碳化铬、碳化钒、碳化铈、石墨烯中的至少一种。6.根据权利要求4所述的一种激光渗压表面硬质化处理工艺，其特征在于，所述氮化物选自氮化铝、氮化钛、氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝晓峰，蒋胜林，
申请(专利权)人：武汉沃顿激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：