[發(fā)明專利]一種核主泵零部件用WC-Ni硬質(zhì)合金涂層制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210439556.1
• 申請(qǐng)日: 2012-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN102965612A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷明凱;朱小鵬;張鋒剛;李昱鵬;郭浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C4/18
• 分類號(hào): C23C4/18;C23C24/10
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所 21208
• 代理人: 花向陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種核主泵零部件用WC-Ni硬質(zhì)合金涂層制備方法，屬于材料表面工程技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

核主泵中關(guān)鍵零部件，如水潤(rùn)滑軸承、機(jī)械密封部件以及軸與其它部件的裝配配合副等，工作在高溫、高壓、高速、核輻射等極其苛刻的環(huán)境下，要求零部件表面滿足耐磨損、抗腐蝕、耐熱沖擊性及抗輻射等性能要求，保證關(guān)鍵零部件使役壽命及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以達(dá)到長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。熱噴涂技術(shù)是通過熱源將噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并加速（或霧化后加速）形成高速熔滴，撞擊基體經(jīng)扁平化、快速冷卻凝固沉積在基體表面形成覆層的一種材料成形方法，可使工件滿足耐高溫、抗氧化、抗腐蝕、耐磨損及抗沖擊等性能要求，從而幾倍甚至幾十倍地提高工件的使用壽命，已廣泛的應(yīng)用于軍事、航空、航天、機(jī)械、電力以及生物工程等領(lǐng)域。熱噴涂技術(shù)可以噴涂各種金屬及合金、陶瓷、塑料及非金屬等大多數(shù)固態(tài)工程材料，能制備具有各種性能的功能涂層，并且施工靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，不受成形件尺寸及形狀的限制；WC-Ni硬質(zhì)合金涂層是一種耐磨抗蝕性能優(yōu)良的硬質(zhì)涂層，同時(shí)具有良好的抗氧化性、耐熱沖擊性以及在中子輻射下不產(chǎn)生放射性。采用熱噴涂技術(shù)在核主泵關(guān)鍵零部件表面制備WC-Ni硬質(zhì)合金涂層，可滿足核主泵中關(guān)鍵零部件耐磨抗蝕配合副的制造需求，完全適于核主泵高壓、高溫、腐蝕介質(zhì)及放射性環(huán)境下的關(guān)鍵零部件的表面強(qiáng)化與防護(hù)。但熱噴涂WC-Ni硬質(zhì)合金涂層存在涂層孔隙率較高、致密度低和結(jié)合強(qiáng)度差等問題，解決熱噴涂涂層的致密性和結(jié)合強(qiáng)度問題成為該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

熱等靜壓技術(shù)是一種有效的材料致密化方法，其實(shí)質(zhì)是一種使用高溫高壓壓制材料的方法，把通常裝在包套內(nèi)的工件置于高壓釜中，在熱和壓力的雙重作用下，使材料內(nèi)部的孔洞等缺陷減少或消失，從而有效的提高材料的致密性及抗磨損性能。熱等靜壓處理作為硬質(zhì)合金生產(chǎn)過程的最后處理工序，已成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金的主要手段。熱等靜壓處理可以降低燒結(jié)態(tài)硬質(zhì)合金的孔隙，獲得幾乎完全致密的合金，同時(shí)減少了形成合金斷裂源的缺陷尺寸，顯著提高了合金的強(qiáng)度性能，大幅度延長(zhǎng)了合金的使用壽命。熱等靜壓處理可以閉合精鑄件中的鑄造疏松，消除與改善合金元素偏析，使材料力學(xué)性能分散度大大減小，充分發(fā)揮材料性能的潛力，國(guó)外已普遍作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件制作的必要工序。2000年，鋼鐵研究總院侯豁然等把熱等靜壓與熱噴涂結(jié)合起來，通過熱等靜壓的作用，減少涂層的孔隙，顯著提高其致密度，同時(shí)涂層與基體發(fā)生元素?cái)U(kuò)散，形成擴(kuò)散連接，提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度，熱等靜壓處理大幅改善了涂層的力學(xué)性能，耐磨性提高了近7倍，但熱等靜壓處理通常需要制備包套（或模型），要求包套在熱等靜壓工藝溫度必須是柔軟的且是氣密的，而且包套的形狀一般比較復(fù)雜，難以機(jī)加工制造，熱等靜壓包套的設(shè)計(jì)與制造一直是限制熱等靜壓技術(shù)發(fā)展的一大難題。2012年，中南大學(xué)熊翔等采用二步熱等靜壓法來處理等離子體噴涂鎢異型件，首先利用低壓熱等靜壓大幅度降低噴涂層表面開孔率，起到了與包套處理類似的作用，然后利用高壓熱等靜壓使涂層微觀縫隙及空隙愈合。二步熱等靜壓處理后，鎢構(gòu)件致密度由熱噴涂85.6%提高至95.6%，顯微硬度和拉伸強(qiáng)度分別由HV_0.25N341.7、55.04MPa增加至HV_0.25N?547.8、245.25MPa，優(yōu)于單一的低壓熱等靜壓或高壓熱等靜壓處理。盡管該方法可省去常規(guī)包套的工序，避免包套材料擴(kuò)散而影響工件的成形質(zhì)量，但這種方法并未實(shí)際形成熱等靜壓包套結(jié)構(gòu)，其減少涂層孔隙，提高其致密度的作用仍然有限。