[发明专利]基于激光束热处理的金属部件表面涂层强化方法

说明书

本发明涉及金属加工技术领域，涉及基于激光束热处理的金属部件表面涂层强化方法。本发明提供的方法通过环带激光束对磨砂环带区由内而外依次进行激光热处理，磨砂程度低的高区金属表面组织在吸热后顺势向磨砂程度高的低区金属表面组织呈发散方式流动，即方便内侧金属表面组织快速扩散，提高了热处理效率；金属表面组由内侧向外侧扩散将打磨处理后凹凸部分强化形成光滑表面，既提高了金属表面强化的均匀度，还提高了金属表面的光滑程度；在金属表面涂抹纳米涂液，使得金属表面组织吸热过程中纳米涂液中的纳米成分能够逆势嵌入金属表面组织，从而提高了金属表面强化的硬化程度；平衡在发散方式流动过程中金属表面外侧组织稀疏、内侧组织稠密的问题。

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，特别涉及基于激光束热处理的金属部件表面涂层强化方法。

背景技术

激光热处理技术是利用高功率密度的激光束对金属进行表面处理的方法，它可以对金属实现相变硬化(或称作表面淬火、表面非晶化、表面重熔粹火)、表面合金化等表面改性处理，产生用其大表面淬火达不到的表面成分、组织、性能的改变。经激光处理后，铸铁表面硬度可以达到HRC60度以上，中碳及高碳的碳钢，表面硬度可达HRC70度以上,从而提高抗磨性、抗疲劳、耐腐蚀、抗氧化等性能,延长其使用寿命。

然而，现有激光热处理基本上采用以点形成线或面的形式进行金属表面强化，金属表面吸热强化过程中由于吸收热量分布不均，容易导致金属表面组织流动重组强化时存在各个金属表面局部强化程度分布不均匀；此外，仅依靠激光热处理进行金属表面强化的效果有待进一步提升。

因此，研究设计一种基于激光束热处理的金属部件表面涂层强化方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有激光热处理进行金属表面强化存在金属表面局部强化程度分布不均匀、强化效果较差的问题，本发明的目的是提供一种基于激光束热处理的金属部件表面涂层强化方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

基于激光束热处理的金属部件表面涂层强化方法，具体包括以下步骤。

步骤1、将金属部件表面通过砂纸打磨形成多个同心分布的磨砂环带区，相邻磨砂环带区之间无间隙分布。

步骤2、将打磨后的金属部件置入清洗液中，通过超声波清洗机清洗金属部件表面的碎屑与污质。

步骤3、将纳米涂液涂抹在金属部件的磨砂环带区，并通过激振器初步振动金属部件以使纳米涂液在磨砂环带区的同直径区域均匀分布。

步骤4、采用激光器装置输出与不同磨砂环带区对应的环带激光束，通过环带激光束由内而外依次对磨砂环带区进行激光热处理，同时通过激振器二次振动金属部件；以使金属部件表面吸热后从高区向低区扩散时，纳米涂液逆向流动嵌入金属部件表面形成强化表面层。

进一步地，同一所述磨砂环带区沿远离圆心方向的磨砂程度逐渐加大，内侧磨砂环带区中低程度区的磨砂程度小于外侧磨砂环带区中高程度区的磨砂程度。

进一步地，所述磨砂环带区中高程度区至低程度区的磨砂程度变化呈正弦波中增长趋势减缓的四分之一波长状。

进一步地，所述磨砂环带区沿直径方向的宽度相同，宽度范围为3-5mm。

进一步地，所述激振器初步振动频率为8-16HZ。

进一步地，所述激振器二次振动频率为200-250HZ。

进一步地，所述激光器装置输出的激光脉冲宽度为30-60ps，激光功率密度为300-400MW/cm²。

进一步地，所述激光器装置为环形激光器。