具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的方位名词是相对于附图所示的位置方向。

本发明实施例中的用于金属工件的局部渗碳方法，包括以下步骤：清理金属工件的待渗碳表面；将碳粉及酒精按比例混合成渗碳剂，将渗碳剂均匀的涂覆在所述待渗碳表面；将涂覆有渗碳剂的所述金属工件放入真空炉中烘干；将烘干的所述金属工件放置在惰性气体保护环境中，采用激光束对所述金属工件的待渗碳区域进行激光融化或激光烧结。

上述的用于金属工件的局部渗碳方法所应用的设备简单、工艺简单，可适用于复杂曲面的工件的局部渗碳。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件/步骤。

图1为本发明一实施例的预控破片的制造方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S10:清理金属工件的待渗碳表面。

工件表面的清洁性，对于渗碳产品的渗层均匀性，及后续工序淬火后避免表面硬度出现软点有很重要的作用。而对于需要渗碳处理的金属工件的待加工表面，可能会存在一定的锈斑、油污、切削液等杂物，在金属工件的渗碳过程中，为了防止出现淬火软点、硬化层不均匀、组织不均匀等质量缺陷，一般需要将金属工件的待加工表面的氧化皮、锈斑、油污等杂物清理干净。对于待加工表面的油污、金属碎屑、研磨料等可通过碱液清理方法进行清理；而对于待加工表面的锈斑等可通过机械清理的方法进行清理。应当理解的是，对于金属工件表面的清理，其清理方法不做具体限制，可以是多种清理方法之间的一种，也可以是多种清理方法的结合，只要确保清理之后的工件的待加工表面清洁，无氧化皮、锈斑、油污等杂物而露出工件基体本色即可。

S20：将碳粉及酒精按比例混合成渗碳剂，将渗碳剂均匀的涂覆在工件的待渗碳表面。

渗碳剂为在给定条件下能将碳渗入工件表层的介质，其具有多种类型，如固体状、膏状、液体状等。渗碳剂具体的可为由碳粉与酒精混合而成的介质；工件的具体基材可为低碳钢或低碳合金钢。当工件为低碳钢时，具体的可将由碳粉及酒精混合而成的介质均匀的涂覆在低碳钢工件的待渗碳表面。应当理解的是，工件的材料除了为低碳钢或低碳合金钢之外，也可以是其他可进行渗碳处理的材料；另外根据具体采用的基材的特性，渗碳剂也可为包括其他类型成分的混合剂，如碳粉、酒精以及丙酮按照预定比例混合而成。

在该步骤中，渗碳剂的涂覆方法具有多种。示例性的，其可以选择将工件壳体整体浸入渗碳剂中，然后将工件取出，并沥干工件上的渗碳剂。当渗碳剂由碳粉及酒精混合而成时，此时工件即被浸入碳粉与酒精的混合溶液中。应当注意的是，渗碳剂的厚度影响渗碳后的工件的质量；例如渗碳剂的厚度太薄，就会导致渗碳层薄，此时易产生表面疲劳脱落的现象；而若渗碳剂涂覆的厚度过厚，则会导致渗碳层过厚，则会使工件承受冲击载荷的能力降低。因此优选的，可将渗碳剂的厚度控制在0.01mm～0.1mm之间。另外应当注意的是，工作中磨损轻、接触应力小的零件，其渗碳层可以薄些，也即涂覆在工件表面的渗碳剂的厚度可以采取小的数值；而对于一些含碳量较低的零件，其渗碳层可以厚些，即涂覆在工件表面的渗碳剂的厚度可以采取稍大的数值；在具体制造过程中，低碳合金钢工件被涂覆的渗碳剂的厚度可以稍小于低碳钢工件的渗碳剂的厚度。

在该步骤中，对于渗碳剂中碳粉及酒精的质量分数比优选的可为2:8。该比例不仅能保证渗碳剂的流动性，还能保证其分散度。上述的碳粉及酒精的混合比例仅是一种优选实施方式，其在具体渗碳过程中，可根据金属工件的性能要求及金属工件在加工过程中所处的气氛保护环境要求进行相应改变。并且另外，渗碳剂中的碳粉的颗粒大小直接影响后续的加工程序，优选的，渗碳剂所采用的碳粉的粒径范围可为10nm～20nm。

S30：将涂覆有渗碳剂的金属工件放入真空炉中烘干。

当将渗碳剂均匀的涂覆在工件的待加工表面之后，还需进一步的将涂覆有渗碳剂的工件进行烘干。这是因为，通过碳粉及酒精混合而成的渗碳剂呈液体状态，在后续的激光熔融或激光烧结工艺过程中，为了防止呈液态的渗碳剂由于其流动而影响工件质量，因此可先将涂覆有渗碳液的工件进行烘干。而烘干方式具有多种，可选的可采用真空炉进行烘干。

当选用真空炉进行烘干时，其炉内的真空度可在0.5Pa以下。此时炉内的烘干温度可为70℃，且在烘干60分钟之后，工件进一步的被随炉冷却至室温取出。

S40：将烘干的金属工件放置在惰性气体保护环境中，采用激光束对金属工件的待渗碳区域进行激光融化或激光烧结。

当涂覆有渗碳剂的工件被烘干之后，进一步被放置在惰性气体保护环境中，以便于后续工序加工。接着，处于惰性气体保护环境中的工件通过激光束对待渗碳区域进行激光熔化或激光烧结。待渗碳区域为根据实际工作需要预先设定的工件的需要进行渗碳处理的局部区域，例如当工件为齿轮时，待渗碳区域或局部的渗碳区域是指齿轮的工作面，即齿面。另外，当工件外形较复杂时，例如对于高斯曲面的壳体，其渗碳区域可能会呈不规则分布，此时通过选择性激光熔融或选择性激光烧结工艺，在预先根据工件的渗碳区域的分布设定好激光束的扫描路径或建模之后，可实现复杂零件的局部渗碳处理。由此可知，该局部渗碳方式可实现复杂曲面工件的局部渗碳处理，且工艺简单，成本低。

示例性的，实现选择性激光熔融工艺的装备所应用的激光加工设备具体可为光纤激光器、CO2激光器及Nd-YAG激光器等。光纤激光器的波长为1090nm，Nd-YAG激光器的波长1064nm，而CO2激光器的波长为10640nm。但应当注意的是，金属粉末对于1064nm等较短波长激光器的吸收率比较高，而对于10640nm等波长较长激光器的吸收率较低。因此优选的，在该步骤中所采用的的激光加工设备的波长范围可为1060nm～1070nm。

另外，在制造工程中，激光加工设备的激光功率及熔融速度影响工件的机械性能。当激光功率较小时，工件基体的温度偏低，熔化单位面积的功率密度不够，表面不平整；当激光功率较大时，功率密度较大，熔池搅拌严重，基体元素与渗碳剂元素相互扩散严重，工件过烧，可能工件表面会出现褶皱的现象；另外随着激光功率的升高以及熔融速度的降低也会降低零件的孔隙率，因此为了确保工件具有较优的机械性能，所选用的激光器的功率范围可为2000W～4000W，熔融速度范围为500mm/min～2000mm/min。

除上述参数之外，在工件表面上的光斑尺寸也会影响零件的机械性能。例如，光斑尺寸不宜过大，因为在同样的能量密度下，随着光斑直径的变大会使得能量集中在工件的上表面，且位于上表面下方的粉末不能良好的受到激光熔池的影响而有效融化，直接影响零件质量；因此，为了进一步的确保工件的质量，其所选用的激光器的光斑直径范围可为2mm～3mm。

在本发明一实施例中，在待加工表面涂覆有渗碳液的工件进行激光熔融或激光烧结工艺过程中，工件一直处于惰性气体保护环境中，也即工件的加工环境为惰性气体保护环境。也可以理解为工件在气氛保护环境下进行激光熔融或激光烧结。惰性气体又称为稀有气体，其在高温时不分解，且不易于金属产生化学作用，也不溶解于液态金属的单原子气体；惰性气体具体的为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气及氡气。由此可知，将工件放置在惰性气体环境下进行选择性激光熔融或激光烧结，有效的防止了保护气体与物质发生化学反应，因此进一步的确保了工件保持良好的机械性能。处于惰性气体环境中的工件对气氛保护室的刚性及密封性要求不高，且可以减少气体保护环境准备时间，提高惰性气体利用率，降低成本。并且进一步的，惰性气体的氧含量不高于1000ppm。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种金属工件，该金属工件采用上述实施例中的局部渗碳方法。

从上述内容可以看出，本发明所公开的局部渗碳方法采用碳粉及酒精混合而成的渗碳剂，并且通过激光束对金属工件的待渗碳区域进行激光熔化或激光烧结，以完成金属工件的局部渗碳处理；相比于目前普遍采用的真空渗碳、气体渗碳和等离子渗碳等渗碳方式，方法简单、操作方便；可有效降低经济成本及时间成本；有效的提高了工件的耐磨性及疲劳强度。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

上述所列实施例，显示和描述了本发明的基本原理与主要特征，但本发明不受上述实施例的限制，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对本发明做出的修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。