[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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CO₂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。

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。

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

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。

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%。

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。

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。

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%。

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。

附图说明

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Ni75Al25进行激光烧结后的激光烧结显微组织图。

具体实施方式

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。

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%。

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。

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15×30mm）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60μm，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%。

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1140μm，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%。

对比例：