一种金属材料激光表面淬火吸收涂料及其制备和使用方法
【专利摘要】本发明属于涂料领域，具体涉及一种金属材料激光表面淬火吸收涂料及其制备和使用方法。本发明的金属材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑组成，其中粉煤灰的质量占涂料质量的70-75%;其制备方法是对原料粉煤灰和炭黑分别进行研磨，用筛子对研磨后的粉体进行筛分，保留粒度>600目的粉体，将其充分混合，其中粉煤灰粉体的质量占混合粉体总质量的70-75%;使用时，将激光表面淬火吸收涂料粉体与溶剂按照质量比1:(4~6)混合，并搅拌使粉体充分溶解，在对金属材料激光表面改性前，将溶解在溶剂中的涂料涂敷在金属材料表面并干燥。本发明的激光吸收涂料成本低，能够较好的在金属工件上成膜，附着力强，干燥时间短，激光吸收率高达95%以上。
【专利说明】一种金属材料激光表面淬火吸收涂料及其制备和使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于涂料领域，具体涉及一种金属材料激光表面淬火吸收涂料及其制备和 使用方法。
【背景技术】
[0002] 现代工业中常常采用高能量激光束对黑色金属材料进行表面改性，如表面淬火、 表面熔覆和表面合金化等。但工业用激光器一般都采用CO 2做为发光介质，而黑色金属材 料对CO2激光的反射率高达90%，这样不仅造成能量的浪费也对操作人员身体造成危害。
[0003] 粉煤灰是煤炭应用的附属物，属于废弃物，我国是粉煤灰资源大国，年排放量在 1. 6亿吨以上，粉煤灰的大量排放会侵占土地、污染环境、危害人类健康，对人们生产和生活 造成极大危害，因此急需研发粉煤灰废弃物利用研究应用领域。
[0004] 为了提高金属材料对该波长的激光的吸收率，增加金属材料表面对激光能量的吸 收，强化激光表面淬火效果，需要研制一种新型的金属表面增吸收涂料。目前已研制出的吸 收涂料的主要成分为碳粉、石墨、碳黑、虫胶，还有碳化硅和三氧化铝，虽能一定程度地增加 激光的吸收率，先要制备碳化物氧化物粉末，包括制粉，研磨等步骤，制粉成本较高，存在成 本高而且不稳定的缺点，效果不是十分理想。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供一种金属材料激光表面淬火吸收涂料及其制备和 使用方法，目的是提高金属表面对激光的吸收率，同时降低生产成本。
[0006] 实现本发明目的的金属材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑组成，其中 粉煤灰的质量占涂料质量的70-75%。
[0007] 本发明的金属材料激光表面淬火吸收涂料的制备方法是： 对原料粉煤灰和炭黑分别进行研磨，用筛子对研磨后的粉体进行筛分，保留粒度>600 目的粉体，将其充分混合，其中粉煤灰粉体的质量占混合粉体总质量的70-75%，得到激光表 面淬火吸收涂料粉体。
[0008] 本发明的金属材料激光表面淬火吸收涂料的使用方法是： (1) 将激光表面淬火吸收涂料粉体与溶剂按照质量比1 : (4~6)混合，并搅拌使粉体充 分溶解； (2) 在对金属材料激光表面改性前，将溶解在溶剂中的涂料涂敷在金属材料表面并干 燥。
[0009] 其中，所述的溶剂由乙醇和粘结剂虫胶组成，各组分的质量分数为：乙醇75~85%， 虫胶15?25%。
[0010] 与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是： (1)现有技术中以石墨、氧化硅、碳化硅、三氧化二铝等为主料研制涂料，其成本较高， 而本发明采用煤炭产业废弃物粉煤灰作为主料，能够大大降低涂料成本，并且工艺简单，易 于操作； (2)本发明的激光表面淬火吸收涂料能够较好的在金属工件上成膜，附着力强，干燥时 间短，激光吸收率高达95%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明实施例1中涂覆有激光表面淬火吸收涂料的65Mn钢进行激光改性 后的硬化层组织形貌图； 图2是本发明实施例2中涂覆有激光表面淬火吸收涂料的Ni75A125进行激光烧结后 的激光烧结显微组织图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明实施例对金属材料硬度测试采用的是H-R 150-A型洛氏硬度计。
[0013] 实施例1 本实施例的金属材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑组成，其中粉煤灰的质 量占涂料质量的70%。
[0014] 其制备方法是： 对原料粉煤灰和炭黑分别进行研磨，用筛子对研磨后的粉体进行筛分，保留粒度>600 目的粉体，将其充分混合，其中粉煤灰粉体的质量占混合粉体总质量的70%，得到激光表面 淬火吸收涂料粉体。
[0015] 其使用方法是： (1) 将激光表面淬火吸收涂料粉体与溶剂按照质量比1 :4混合，并搅拌使粉体充分溶 解； (2) 在对65Mn钢（圆柱式样15X30mm)激光表面改性前，将溶解在溶剂中的涂料涂敷在 其表面并干燥，涂覆厚度为60 μ m，所述的溶剂由乙醇和粘结剂虫胶组成，各组分的质量分 数为：乙醇85%，虫胶15%。
[0016] 采用CO2激光器对涂覆有激光表面淬火吸收涂料的65Mn钢进行淬火处理，控制激 光功率为2000W，扫描速度为3. 5mm / s，光斑直径4mm，淬火处理后试样硬度62. 9HRC，硬化 层深度达1140 μ m，如图1所示，月牙状为相变硬化区；通过热电偶和计算机数据采集系统 对金属材料进行定点温度采集，并结合数值模拟，测得本实施例的激光表面淬火吸收涂料 对激光的吸收率至少为95%。
[0017] 对比例： 采用单独炭黑+溶剂(成分配比按照质量分数为：溶质炭黑：85%，溶剂：乙醇和虫胶 15%)涂料刷涂后，对相同材料采用相同激光工艺，淬火处理后试样硬度仅为51. 2HRC，硬化 层深度为840 μ m，说明本实施例的激光表面淬火吸收涂料具有更好的附着力和激光吸收效 果。
[0018] 实施例2 本实施例的金属材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑组成，其中粉煤灰的质 量占涂料质量的75%。
[0019] 其制备方法是： 对原料粉煤灰和炭黑分别进行研磨，用筛子对研磨后的粉体进行筛分，保留粒度>600 目的粉体，将其充分混合，其中粉煤灰粉体的质量占混合粉体总质量的75%，得到激光吸收 涂料粉体。
[0020] 其使用方法是： (1) 将激光表面淬火吸收涂料粉体与溶剂按照质量比1 :5混合，并搅拌使粉体充分溶 解； (2) 在对Ni75A125粉末压坯表面激光表面改性前，将溶解在溶剂中的涂料涂敷在其表 面并干燥，涂覆厚度为70 μ m，所述的溶剂由乙醇和粘结剂虫胶组成，各组分的质量分数为： 乙醇80%，虫胶20%。
[0021] 采用CO2激光器对涂覆有激光吸收涂料的Ni75A125粉末压坯表面进行烧结处理， 结果显示Ni与Al发生了很好的反应，组织均匀细密，如图2所示，白色为Ni 3Al相，经检测， 其表面硬度为32HRC ;通过热电偶和计算机数据采集系统对金属材料进行定点温度采集， 并结合数值模拟，测得本实施例的激光吸收涂料对激光的吸收率至少为95%。
[0022] 对比例： 采用单独炭黑+溶剂(成分配比按照质量分数为：溶质炭黑：85%，溶剂：乙醇和虫胶 15%)涂料刷涂后，对相同材料采用相同激光烧结工艺，烧结处理后试样硬度仅为21. 6HRC， 说明本实施例的激光吸收涂料具有更好的附着力和激光吸收效果。
[0023] 实施例3 本实施例的金属材料激光表面淬火吸收涂料，由粉煤灰和炭黑组成，其中粉煤灰的质 量占涂料质量的72%。
[0024] 其制备方法是： 对原料粉煤灰和炭黑分别进行研磨，用筛子对研磨后的粉体进行筛分，保留粒度>600 目的粉体，将其充分混合，其中粉煤灰粉体的质量占混合粉体总质量的72%，得到激光表面 淬火吸收涂料粉体。
[0025] 其使用方法是： (1) 将激光表面淬火吸收涂料粉体与溶剂按照质量比1 :6混合，并搅拌使粉体充分溶 解； (2) 在对GCrl5钢（圆柱式样15X30mm)钢激光表面改性前，将溶解在溶剂中的涂料涂 敷在其表面并干燥，涂覆厚度为60 μ m，所述的溶剂由乙醇和粘结剂虫胶组成，各组分的质 量分数为：乙醇75%，虫胶25%。
[0026] 采用CO2激光器对涂覆有激光吸收涂料的65Mn钢进行淬火处理，控制激光功率为 2000W，扫描速度为3. 5mm / s，光斑直径4mm，淬火处理后试样硬度65. 1HRC，硬化层深度达 1270 μ m ;通过热电偶和计算机数据采集系统对金属材料进行定点温度采集，并结合数值模 拟，测得本实施例的激光表面淬火吸收涂料对激光的吸收率至少为95%。
[0027] 对比例： 采用单独炭黑+溶剂(成分配比按照质量分数为：溶质炭黑：85%，溶剂：乙醇和虫胶 15%)涂料刷涂后，对相同材料采用相同激光工艺，淬火处理后试样硬度仅为52. 9HRC，硬化 层深度为896 μ m，说明本实施例的激光表面淬火吸收涂料具有更好的附着力和激光吸收效 果。
【权利要求】
1. 一种金属材料激光表面淬火吸收涂料，其特征在于由粉煤灰和炭黑组成，其中粉煤 灰的质量占涂料质量的70-75%。
2. -种金属材料激光表面淬火吸收涂料的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行： 对原料粉煤灰和炭黑分别进行研磨，用筛子对研磨后的粉体进行筛分，保留粒度>600 目的粉体，将其充分混合，其中粉煤灰粉体的质量占混合粉体总质量的70-75%，得到激光表 面淬火吸收涂料粉体。
3. -种金属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骤进行： (1) 将激光表面淬火吸收涂料粉体与溶剂按照质量比1 :(4~6)混合，并搅拌使粉体充 分溶解； (2) 在对金属材料激光表面改性前，将溶解在溶剂中的涂料涂敷在金属材料表面并干 燥。
4. 根据权利要求3所述的金属材料激光表面淬火吸收涂料的使用方法，其特征在于所 述的溶剂由乙醇和粘结剂虫胶组成，各组分的质量分数为：乙醇75?85%，虫胶15?25%。
【文档编号】C21D1/09GK104212957SQ201410466730
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】安亚君, 胡文全, 李刚, 王研 申请人:辽宁工程技术大学