[發明專利]一種具有納米結構的熱噴涂喂料的制備方法

有效

• 申請號: 201210520161.4
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103014588A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 宋曉艷;王海濱;劉雪梅;高楊;劉興偉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06;B22F9/08;B22F1/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種具有納米結構的熱噴涂喂料的制備方法，屬于金屬陶瓷涂層技術領域。

背景技術

納米結構的WC-Co硬質合金涂層比普通微米結構的涂層具有更高的致密性、硬度和耐磨性，并且具有良好的韌性。在航空航天、機械制造、石油化工等領域對涂層性能有更高要求的工況擁有廣闊的應用前景。高性能的熱噴涂涂層制備的關鍵在于首先制備獲得具有高致密度和優良流動性的熱噴涂喂料。現有的微米結構WC-Co熱噴涂喂料的制備工藝是：首先將WC粉和Co粉的混合料進行噴霧干燥造粒，然后將造粒粉末堆積在舟皿中進行3-5小時的高溫（>1200?℃）燒結，冷卻至室溫后再進行破碎和分級處理。在這種傳統工藝中，包含升溫和降溫時間在內，粉末總的加熱時間長達10小時，極易導致粉末中WC晶粒顯著長大粗化，尤其是對于初始粒徑為納米尺度的WC-Co粉末，其晶粒長大更迅速。另一方面，納米粉末比微米粉末具有明顯增大的比表面積，經噴霧造粒后形成的團聚體中存在更多的微小的孔隙，這些孔隙在較低的燒結溫度下很難去除，而保留在制備的熱噴涂喂料中，由此會大幅度降低熱噴涂涂層的性能。因此，現有的微米結構WC-Co熱噴涂喂料的制備方法非常不適合制備納米結構的熱噴涂喂料。

為了突破現有技術的局限，建立針對納米粉末特性的熱噴涂喂料的制備方法，本發明基于申請人已有的專利技術（“一種簡單快速的超細WC-Co復合粉的制備方法”，授權專利號ZL200610165554.2）制備的平均粒徑在100?nm以下的納米WC-Co復合粉，提供一種內部具有納米組織結構的熱噴涂喂料的制備方法。

發明內容

本發明提供的制備方法的工藝流程和原理是：采用納米WC-Co復合粉為原料，首先進行噴霧干燥造粒，然后在低溫進行短時間的熱處理，使得造粒后的粉末顆粒內部達到較高的結合強度，再在高溫進行快速熱處理，使得造粒粉末中出現瞬時的共晶成分的液相，液相流動填充造粒粉末顆粒中的微孔隙，然后進行快速冷卻處理，從而在提高納米結構熱噴涂喂料的致密性和流動性的同時抑制納米晶粒組織的粗化。由于加熱和冷卻時間均大大縮短，且不需要后續的破碎處理等工序，本方法相對于傳統工藝，生產效率明顯提高。

本發明提供的一種具有納米結構的熱噴涂喂料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）以申請人已有專利技術（ZL200610165554.2）制備的平均粒徑在100?nm以下的納米WC-Co復合粉與聚乙烯醇、聚乙二醇和去離子水混合配制成料漿，對此料漿進行離心噴霧干燥，獲得球形顆粒；

（2）采用氬氣保護的燒結爐對步驟（1）獲得的球形顆粒進行初次熱處理，熱處理溫度為650-750℃，保溫時間為30-60?min，對熱處理后的粉末顆粒進行氣流分級，獲得粒徑分布分別為10-20?μm，20-32?μm和32-45μm的三種粉末顆粒；

（3）對步驟（2）獲得的三種粒徑級別的粉末顆粒分別進行二次熱處理，采用氬氣作為保護氣體，首先通過送粉器將粉末輸送至熱處理爐的加熱區頂部，然后自然下落通過加熱區，在熱處理爐冷卻區進行快速冷卻，在爐子底部出口處進行粉末收集；

上述工藝步驟中的具體參數為：10-20μm粉末顆粒的送粉速率為90-100kg/h，載氣流量為23-25L/min，載氣壓力為1.0-1.2MPa，加熱區溫度為1300-1320℃，加熱時間為0.10-0.20s，冷卻區的冷卻速率為10⁶-10⁷℃/s；20-32μm粉末顆粒的送粉速率為80-90kg/h，載氣流量為19-22L/min，載氣壓力為0.7-0.9MPa，加熱區溫度為1340-1360℃，加熱時間為0.25-0.35s，冷卻區的冷卻速率為10⁶-10⁷℃/s；32-45μm粉末顆粒的送粉速率為70-80kg/h，載氣流量為15-18L/min，載氣壓力為0.4-0.6MPa，加熱區溫度為1380-1400℃，加熱時間為0.40-0.50s，冷卻區的冷卻速率為10⁶-10⁷℃/s。

將經過二次熱處理的三種不同粒徑級別的粉末進行混合，即獲得具有納米結構的WC-Co熱噴涂喂料。?