一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108441625A(43)申请公布日2018.08.24(21)申请号201810123908.X(22)申请日2018.02.07(71)申请人常州大学地址213164江苏省常州市武进区滆湖路1号(72)发明人胡静唐磊贾蔚菊(51)Int.Cl.C21D10/00(2006.01)C23C8/02(2006.01)C23C8/38(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺(57)摘要本发明涉及一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，包括以下步骤：将原始态钢加工切割成试样；将试样进行调质处理，打磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗、烘干；将试样装夹到激光冲击强化试验平台上对表面进行激光冲击处理；将试样置于离子氮化炉中进行离子渗氮处理，随炉冷却至室温。本发明的有益效果是：激光冲击处理使材料表层产生塑性变形，形成高密度位错，晶粒细化甚至产生纳米晶，为氮原子扩散提供扩散通道，并降低扩散激活能，从而显著提高渗氮效率，具有高效、节能的优势。CN108441625ACN108441625A权利要求书1/1页1.一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，其特征是：包括以下步骤：(1)将原始态钢加工切割成试样；(2)将试样进行调质处理，打磨处理后在有机溶剂中进行超声清洗、烘干；(3)将试样装夹到激光冲击强化试验平台上对表面进行激光冲击处理；(4)将试样置于离子氮化炉中进行离子渗氮处理，处理完成后冷却至室温。2.根据权利要求1所述的一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(1)中原始态钢为合金调质钢的一种，优选42CrMo钢，试样尺寸为10mm×10mm×5mm。3.根据权利要求1所述的一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(2)中调质处理为先升温至860℃保温12min，油冷至室温，再升温至600℃保温30min，空冷至室温。4.根据权利要求1所述的一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(2)中打磨处理为将试样分别用500#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面，在有机溶剂中进行超声清洗为将试样浸泡于20ml的丙酮中进行超声波清洗15min去除油污。5.根据权利要求1所述的一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(3)中激光冲击处理为采用高功率密度、短脉冲的激光通过透明约束层作用于试样表面涂覆的吸收保护涂层上，保护涂层吸收激光能量，诱导产生高强度的等离子体运动波，作用于试样表面。6.根据权利要求1所述的一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(3)中激光冲击处理所述激光波长为1064nm，脉冲宽度为10～30ns，激光能量为3～10J，光斑形状圆形，直径为3mm；等离子体冲击波按照一定路径作用待处理区域，光斑搭接率为50％。7.根据权利要求1所述的一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(3)中激光冲击处理的保护涂层为厚度100μm的黑胶带，作用是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收；约束层为厚度2mm的均匀流水层，约束等离子体的膨胀从而提高冲击波的峰值压力，并反射冲击波从而延长其作用时间。8.根据权利要求1所述的一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(4)中离子渗氮处理具体操作为：抽真空至10Pa以下，通入氢气溅射30min，氢气流量为500ml/min，炉内压力保持300Pa；关闭氢气，通入氮气和氢气混合气体，氮气、氢气的流量分别为200ml/min和600ml/min，压力保持为400Pa，温度为500℃，时间为4h。9.根据权利要求1所述的一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(4)中冷却方式为随炉冷却，冷却后采用DMI-3000M型光学金相显微镜观察截面显微组织，并测量化合物层厚度。2CN108441625A说明书1/3页一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺技术领域[0001]本发明涉及一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺。背景技术[0002]在工程应用中，离子渗氮是一种应用较为广泛的表面热处理技术，通过气体辉光放电现象产生活性氮原子，在工件表面富集并不断向基体内部扩散，形成渗氮层。离子渗氮能显著提高金属零部件耐磨性和服役寿命，具有渗氮温度较低、渗层均匀、绿色环保等诸多优点，但渗速低和工艺周期长是制约该技术发展的难题，需要探索和改进渗氮工艺来提高离子渗氮效率。[0003]近年来，将喷丸(喷砂)与离子渗氮进行复合处理的技术得到了迅猛发展。工件经过喷丸(喷砂)处理后，表层产生的残余压应力增加了位错密度，再进行离子渗氮，能够有效提高渗层厚度。激光冲击强化(又称激光喷丸)通过强激光诱