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
【專利摘要】本發明屬于涂料領域，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，其中粉煤灰的質量占涂料質量的70-75%;其制備方法是對原料粉煤灰和炭黑分別進行研磨，用篩子對研磨后的粉體進行篩分，保留粒度>600目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質量占混合粉體總質量的70-75%;使用時，將激光表面淬火吸收涂料粉體與溶劑按照質量比1:(4~6)混合，并攪拌使粉體充分溶解，在對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，干燥時間短，激光吸收率高達95%以上。
【專利說明】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
【技術領域】
[0001] 本發明屬于涂料領域，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】
[0002] 現代工業中常常采用高能量激光束對黑色金屬材料進行表面改性，如表面淬火、 表面熔覆和表面合金化等。但工業用激光器一般都采用CO 2做為發光介質，而黑色金屬材 料對CO2激光的反射率高達90%，這樣不僅造成能量的浪費也對操作人員身體造成危害。
[0003] 粉煤灰是煤炭應用的附屬物，屬于廢棄物，我國是粉煤灰資源大國，年排放量在 1. 6億噸以上，粉煤灰的大量排放會侵占土地、污染環境、危害人類健康，對人們生產和生活 造成極大危害，因此急需研發粉煤灰廢棄物利用研究應用領域。
[0004] 為了提高金屬材料對該波長的激光的吸收率，增加金屬材料表面對激光能量的吸 收，強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 本高而且不穩定的缺點，效果不是十分理想。
【發明內容】
[0005] 為了解決上述問題，本發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激光的吸收率，同時降低生產成本。
[0006] 實現本發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 粉煤灰的質量占涂料質量的70-75%。
[0007] 本發明的金屬材料激光表面淬火吸收涂料的制備方法是： 對原料粉煤灰和炭黑分別進行研磨，用篩子對研磨后的粉體進行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質量占混合粉體總質量的70-75%，得到激光表 面淬火吸收涂料粉體。
[0008] 本發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量比1 : (4~6)混合，并攪拌使粉體充 分溶解； (2) 在對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劑蟲膠組成，各組分的質量分數為：乙醇75~85%， 蟲膠15?25%。
[0010] 與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是： (1)現有技術中以石墨、氧化硅、碳化硅、三氧化二鋁等為主料研制涂料，其成本較高， 而本發明采用煤炭產業廢棄物粉煤灰作為主料，能夠大大降低涂料成本，并且工藝簡單，易 于操作； (2)本發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，干燥時 間短，激光吸收率高達95%以上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明實施例1中涂覆有激光表面淬火吸收涂料的65Mn鋼進行激光改性 后的硬化層組織形貌圖； 圖2是本發明實施例2中涂覆有激光表面淬火吸收涂料的Ni75A125進行激光燒結后 的激光燒結顯微組織圖。
【具體實施方式】
[0012] 本發明實施例對金屬材料硬度測試采用的是H-R 150-A型洛氏硬度計。
[0013] 實施例1 本實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 量占涂料質量的70%。
[0014] 其制備方法是： 對原料粉煤灰和炭黑分別進行研磨，用篩子對研磨后的粉體進行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質量占混合粉體總質量的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量比1 :4混合，并攪拌使粉體充分溶 解； (2) 在對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劑蟲膠組成，各組分的質量分 數為：乙醇85%，蟲膠15%。
[0016] 采用CO2激光器對涂覆有激光表面淬火吸收涂料的65Mn鋼進行淬火處理，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1140 μ m，如圖1所示，月牙狀為相變硬化區；通過熱電偶和計算機數據采集系統 對金屬材料進行定點溫度采集，并結合數值模擬，測得本實施例的激光表面淬火吸收涂料 對激光的吸收率至少為95%。
[0017] 對比例： 采用單獨炭黑+溶劑(成分配比按照質量分數為：溶質炭黑：85%，溶劑：乙醇和蟲膠 15%)涂料刷涂后，對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，說明本實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] 實施例2 本實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 量占涂料質量的75%。
[0019] 其制備方法是： 對原料粉煤灰和炭黑分別進行研磨，用篩子對研磨后的粉體進行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質量占混合粉體總質量的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量比1 :5混合，并攪拌使粉體充分溶 解； (2) 在對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劑蟲膠組成，各組分的質量分數為： 乙醇80%，蟲膠20%。
[0021] 采用CO2激光器對涂覆有激光吸收涂料的Ni75A125粉末壓坯表面進行燒結處理， 結果顯示Ni與Al發生了很好的反應，組織均勻細密，如圖2所示，白色為Ni 3Al相，經檢測， 其表面硬度為32HRC ;通過熱電偶和計算機數據采集系統對金屬材料進行定點溫度采集， 并結合數值模擬，測得本實施例的激光吸收涂料對激光的吸收率至少為95%。
[0022] 對比例： 采用單獨炭黑+溶劑(成分配比按照質量分數為：溶質炭黑：85%，溶劑：乙醇和蟲膠 15%)涂料刷涂后，對相同材料采用相同激光燒結工藝，燒結處理后試樣硬度僅為21. 6HRC， 說明本實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] 實施例3 本實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 量占涂料質量的72%。
[0024] 其制備方法是： 對原料粉煤灰和炭黑分別進行研磨，用篩子對研磨后的粉體進行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質量占混合粉體總質量的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量比1 :6混合，并攪拌使粉體充分溶 解； (2) 在對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劑蟲膠組成，各組分的質 量分數為：乙醇75%，蟲膠25%。
[0026] 采用CO2激光器對涂覆有激光吸收涂料的65Mn鋼進行淬火處理，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 1270 μ m ;通過熱電偶和計算機數據采集系統對金屬材料進行定點溫度采集，并結合數值模 擬，測得本實施例的激光表面淬火吸收涂料對激光的吸收率至少為95%。
[0027] 對比例： 采用單獨炭黑+溶劑(成分配比按照質量分數為：溶質炭黑：85%，溶劑：乙醇和蟲膠 15%)涂料刷涂后，對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，說明本實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 灰的質量占涂料質量的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行： 對原料粉煤灰和炭黑分別進行研磨，用篩子對研磨后的粉體進行篩分，保留粒度>600 目的粉體，將其充分混合，其中粉煤灰粉體的質量占混合粉體總質量的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行： (1) 將激光表面淬火吸收涂料粉體與溶劑按照質量比1 :(4~6)混合，并攪拌使粉體充 分溶解； (2) 在對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. 根據權利要求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劑蟲膠組成，各組分的質量分數為：乙醇75?85%，蟲膠15?25%。
【文檔編號】C21D1/09GK104212957SQ201410466730
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】安亞君, 胡文全, 李剛, 王研 申請人:遼寧工程技術大學