一種金屬材料激光表面淬火吸收涂料及其制備和使用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，具體涉及一種金屬材料激光表面淬火吸收涂料及其制備和使用方法。本發(fā)明的金屬材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑組成，其中粉煤灰的質(zhì)量占涂料質(zhì)量的70-75%;其制備方法是對(duì)原料粉煤灰和炭黑分別進(jìn)行研磨，用篩子對(duì)研磨后的粉體進(jìn)行篩分，保留粒度>600目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質(zhì)量占混合粉體總質(zhì)量的70-75%;使用時(shí)，將激光表面淬火吸收涂料粉體與溶劑按照質(zhì)量比1:(4~6)混合，并攪拌使粉體充分溶解，在對(duì)金屬材料激光表面改性前，將溶解在溶劑中的涂料涂敷在金屬材料表面并干燥。本發(fā)明的激光吸收涂料成本低，能夠較好的在金屬工件上成膜，附著力強(qiáng)，干燥時(shí)間短，激光吸收率高達(dá)95%以上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種金屬材料激光表面淬火吸收涂料及其制備和使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，具體涉及一種金屬材料激光表面淬火吸收涂料及其制備和 使用方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代工業(yè)中常常采用高能量激光束對(duì)黑色金屬材料進(jìn)行表面改性，如表面淬火、 表面熔覆和表面合金化等。但工業(yè)用激光器一般都采用CO 2做為發(fā)光介質(zhì)，而黑色金屬材 料對(duì)CO2激光的反射率高達(dá)90%，這樣不僅造成能量的浪費(fèi)也對(duì)操作人員身體造成危害。
[0003] 粉煤灰是煤炭應(yīng)用的附屬物，屬于廢棄物，我國(guó)是粉煤灰資源大國(guó)，年排放量在 1. 6億噸以上，粉煤灰的大量排放會(huì)侵占土地、污染環(huán)境、危害人類(lèi)健康，對(duì)人們生產(chǎn)和生活 造成極大危害，因此急需研發(fā)粉煤灰廢棄物利用研究應(yīng)用領(lǐng)域。
[0004] 為了提高金屬材料對(duì)該波長(zhǎng)的激光的吸收率，增加金屬材料表面對(duì)激光能量的吸 收，強(qiáng)化激光表面淬火效果，需要研制一種新型的金屬表面增吸收涂料。目前已研制出的吸 收涂料的主要成分為碳粉、石墨、碳黑、蟲(chóng)膠，還有碳化硅和三氧化鋁，雖能一定程度地增加 激光的吸收率，先要制備碳化物氧化物粉末，包括制粉，研磨等步驟，制粉成本較高，存在成 本高而且不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，效果不是十分理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬材料激光表面淬火吸收涂料及其制備和 使用方法，目的是提高金屬表面對(duì)激光的吸收率，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的金屬材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑組成，其中 粉煤灰的質(zhì)量占涂料質(zhì)量的70-75%。
[0007] 本發(fā)明的金屬材料激光表面淬火吸收涂料的制備方法是： 對(duì)原料粉煤灰和炭黑分別進(jìn)行研磨，用篩子對(duì)研磨后的粉體進(jìn)行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質(zhì)量占混合粉體總質(zhì)量的70-75%，得到激光表 面淬火吸收涂料粉體。
[0008] 本發(fā)明的金屬材料激光表面淬火吸收涂料的使用方法是： (1) 將激光表面淬火吸收涂料粉體與溶劑按照質(zhì)量比1 : (4~6)混合，并攪拌使粉體充 分溶解； (2) 在對(duì)金屬材料激光表面改性前，將溶解在溶劑中的涂料涂敷在金屬材料表面并干 燥。
[0009] 其中，所述的溶劑由乙醇和粘結(jié)劑蟲(chóng)膠組成，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：乙醇75~85%， 蟲(chóng)膠15?25%。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是： (1)現(xiàn)有技術(shù)中以石墨、氧化硅、碳化硅、三氧化二鋁等為主料研制涂料，其成本較高， 而本發(fā)明采用煤炭產(chǎn)業(yè)廢棄物粉煤灰作為主料，能夠大大降低涂料成本，并且工藝簡(jiǎn)單，易 于操作； (2)本發(fā)明的激光表面淬火吸收涂料能夠較好的在金屬工件上成膜，附著力強(qiáng)，干燥時(shí) 間短，激光吸收率高達(dá)95%以上。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中涂覆有激光表面淬火吸收涂料的65Mn鋼進(jìn)行激光改性 后的硬化層組織形貌圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中涂覆有激光表面淬火吸收涂料的Ni75A125進(jìn)行激光燒結(jié)后 的激光燒結(jié)顯微組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明實(shí)施例對(duì)金屬材料硬度測(cè)試采用的是H-R 150-A型洛氏硬度計(jì)。
[0013] 實(shí)施例1 本實(shí)施例的金屬材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑組成，其中粉煤灰的質(zhì) 量占涂料質(zhì)量的70%。
[0014] 其制備方法是： 對(duì)原料粉煤灰和炭黑分別進(jìn)行研磨，用篩子對(duì)研磨后的粉體進(jìn)行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質(zhì)量占混合粉體總質(zhì)量的70%，得到激光表面 淬火吸收涂料粉體。
[0015] 其使用方法是： (1) 將激光表面淬火吸收涂料粉體與溶劑按照質(zhì)量比1 :4混合，并攪拌使粉體充分溶 解； (2) 在對(duì)65Mn鋼（圓柱式樣15X30mm)激光表面改性前，將溶解在溶劑中的涂料涂敷在 其表面并干燥，涂覆厚度為60 μ m，所述的溶劑由乙醇和粘結(jié)劑蟲(chóng)膠組成，各組分的質(zhì)量分 數(shù)為：乙醇85%，蟲(chóng)膠15%。
[0016] 采用CO2激光器對(duì)涂覆有激光表面淬火吸收涂料的65Mn鋼進(jìn)行淬火處理，控制激 光功率為2000W，掃描速度為3. 5mm / s，光斑直徑4mm，淬火處理后試樣硬度62. 9HRC，硬化 層深度達(dá)1140 μ m，如圖1所示，月牙狀為相變硬化區(qū)；通過(guò)熱電偶和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 對(duì)金屬材料進(jìn)行定點(diǎn)溫度采集，并結(jié)合數(shù)值模擬，測(cè)得本實(shí)施例的激光表面淬火吸收涂料 對(duì)激光的吸收率至少為95%。
[0017] 對(duì)比例： 采用單獨(dú)炭黑+溶劑(成分配比按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：溶質(zhì)炭黑：85%，溶劑：乙醇和蟲(chóng)膠 15%)涂料刷涂后，對(duì)相同材料采用相同激光工藝，淬火處理后試樣硬度僅為51. 2HRC，硬化 層深度為840 μ m，說(shuō)明本實(shí)施例的激光表面淬火吸收涂料具有更好的附著力和激光吸收效 果。
[0018] 實(shí)施例2 本實(shí)施例的金屬材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑組成，其中粉煤灰的質(zhì) 量占涂料質(zhì)量的75%。
[0019] 其制備方法是： 對(duì)原料粉煤灰和炭黑分別進(jìn)行研磨，用篩子對(duì)研磨后的粉體進(jìn)行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質(zhì)量占混合粉體總質(zhì)量的75%，得到激光吸收 涂料粉體。
[0020] 其使用方法是： (1) 將激光表面淬火吸收涂料粉體與溶劑按照質(zhì)量比1 :5混合，并攪拌使粉體充分溶 解； (2) 在對(duì)Ni75A125粉末壓坯表面激光表面改性前，將溶解在溶劑中的涂料涂敷在其表 面并干燥，涂覆厚度為70 μ m，所述的溶劑由乙醇和粘結(jié)劑蟲(chóng)膠組成，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 乙醇80%，蟲(chóng)膠20%。
[0021] 采用CO2激光器對(duì)涂覆有激光吸收涂料的Ni75A125粉末壓坯表面進(jìn)行燒結(jié)處理， 結(jié)果顯示Ni與Al發(fā)生了很好的反應(yīng)，組織均勻細(xì)密，如圖2所示，白色為Ni 3Al相，經(jīng)檢測(cè)， 其表面硬度為32HRC ;通過(guò)熱電偶和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)金屬材料進(jìn)行定點(diǎn)溫度采集， 并結(jié)合數(shù)值模擬，測(cè)得本實(shí)施例的激光吸收涂料對(duì)激光的吸收率至少為95%。
[0022] 對(duì)比例： 采用單獨(dú)炭黑+溶劑(成分配比按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：溶質(zhì)炭黑：85%，溶劑：乙醇和蟲(chóng)膠 15%)涂料刷涂后，對(duì)相同材料采用相同激光燒結(jié)工藝，燒結(jié)處理后試樣硬度僅為21. 6HRC， 說(shuō)明本實(shí)施例的激光吸收涂料具有更好的附著力和激光吸收效果。
[0023] 實(shí)施例3 本實(shí)施例的金屬材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑組成，其中粉煤灰的質(zhì) 量占涂料質(zhì)量的72%。
[0024] 其制備方法是： 對(duì)原料粉煤灰和炭黑分別進(jìn)行研磨，用篩子對(duì)研磨后的粉體進(jìn)行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質(zhì)量占混合粉體總質(zhì)量的72%，得到激光表面 淬火吸收涂料粉體。
[0025] 其使用方法是： (1) 將激光表面淬火吸收涂料粉體與溶劑按照質(zhì)量比1 :6混合，并攪拌使粉體充分溶 解； (2) 在對(duì)GCrl5鋼（圓柱式樣15X30mm)鋼激光表面改性前，將溶解在溶劑中的涂料涂 敷在其表面并干燥，涂覆厚度為60 μ m，所述的溶劑由乙醇和粘結(jié)劑蟲(chóng)膠組成，各組分的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為：乙醇75%，蟲(chóng)膠25%。
[0026] 采用CO2激光器對(duì)涂覆有激光吸收涂料的65Mn鋼進(jìn)行淬火處理，控制激光功率為 2000W，掃描速度為3. 5mm / s，光斑直徑4mm，淬火處理后試樣硬度65. 1HRC，硬化層深度達(dá) 1270 μ m ;通過(guò)熱電偶和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)金屬材料進(jìn)行定點(diǎn)溫度采集，并結(jié)合數(shù)值模 擬，測(cè)得本實(shí)施例的激光表面淬火吸收涂料對(duì)激光的吸收率至少為95%。
[0027] 對(duì)比例： 采用單獨(dú)炭黑+溶劑(成分配比按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：溶質(zhì)炭黑：85%，溶劑：乙醇和蟲(chóng)膠 15%)涂料刷涂后，對(duì)相同材料采用相同激光工藝，淬火處理后試樣硬度僅為52. 9HRC，硬化 層深度為896 μ m，說(shuō)明本實(shí)施例的激光表面淬火吸收涂料具有更好的附著力和激光吸收效 果。
【權(quán)利要求】
1. 一種金屬材料激光表面淬火吸收涂料，其特征在于由粉煤灰和炭黑組成，其中粉煤 灰的質(zhì)量占涂料質(zhì)量的70-75%。
2. -種金屬材料激光表面淬火吸收涂料的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行： 對(duì)原料粉煤灰和炭黑分別進(jìn)行研磨，用篩子對(duì)研磨后的粉體進(jìn)行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質(zhì)量占混合粉體總質(zhì)量的70-75%，得到激光表 面淬火吸收涂料粉體。
3. -種金屬材料激光表面淬火吸收涂料的使用方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行： (1) 將激光表面淬火吸收涂料粉體與溶劑按照質(zhì)量比1 :(4~6)混合，并攪拌使粉體充 分溶解； (2) 在對(duì)金屬材料激光表面改性前，將溶解在溶劑中的涂料涂敷在金屬材料表面并干 燥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬材料激光表面淬火吸收涂料的使用方法，其特征在于所 述的溶劑由乙醇和粘結(jié)劑蟲(chóng)膠組成，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：乙醇75?85%，蟲(chóng)膠15?25%。
【文檔編號(hào)】C21D1/09GK104212957SQ201410466730
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】安亞君, 胡文全, 李剛, 王研 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)