[發明專利]一種高硬度碳化鎢基耐磨涂層材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410008720.2
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103725945A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 高峰;李杰;白智輝;冀國娟;孫建剛;李振鐸;謝建剛
• 申請（專利權）人: 北礦新材科技有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/04;C23C4/10;C09D5/46
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種高硬度碳化鎢基耐磨涂層材料及其制備方法，屬于熱噴涂涂層材料技術領域。

背景技術

熱噴涂技術可以在工件表面迅速的制備一層防護涂層，賦予工件表面耐磨、耐蝕、減摩、封嚴等不同性能。碳化鎢基金屬陶瓷具有硬度高、韌性好等性能，被廣泛應用于航空航天、冶金、石化、機械等行業。在工業應用方面，超音速火焰噴涂因其噴涂速度快、燃燒溫度相對較低，碳化物脫碳少，涂層結合強度高，是目前最適合噴涂碳化鎢基金屬陶瓷的方法。常見的熱噴涂用碳化鎢基金屬陶瓷包括WC-12Co、WC-17Co、WC-10Co4Cr、WC-Cr₃C₂-Ni、WC-Ni等。

熱噴涂過程是利用高速氣流將熔融或半熔融狀態粒度堆積在基體表面的過程，粉末材料的熔化程度對涂層性能影響極大。超音速火焰噴涂的溫度在2200～3000℃之間，粒子加熱時間短，部分粒子在運動過程分布在焰流高溫區以外，這些都會引起噴涂過程中出現未熔顆粒，從而造成涂層沉積率低、涂層夾生等現象，嚴重降低涂層的結合強度和耐磨性等性能。雖然可以通過改變噴涂工藝參數提高粉末整體的熔化程度，但提高程度有限。另外噴涂過程中，由于噴涂焰流溫度場的不均勻性，會使一部分粉末發生過熔，過熔的粉末中的WC會熔解在金屬粘結相鈷或鎳中，在冷卻過程中析出η相碳化鎢(Co_xW_6-xC)，這種η相碳化鎢降低了碳化鎢的硬度和金屬陶瓷的韌性，成為影響碳化鎢基涂層性能的主要因素。

發明內容

本發明提出了一種高硬度碳化鎢基耐磨涂層材料及其制備方法，以解決現有的熱噴涂過程中會降低碳化鎢的硬度和金屬陶瓷的韌性的問題。為此，本發明提出了如下的技術方案：

一種高硬度的碳化鎢基耐磨涂層材料，包括75～88wt％的WC、2～15wt％的單質金屬Ti，余量為金屬Ni或Co或NiCo合金。

一種高硬度碳化鎢基耐磨涂層材料的制備方法，包括：

以75～88wt％的WC、2～15wt％的TiH2和金屬粘結相粉末為原料；

在所述原料中加入預定量的去離子水和消泡劑以及占所述原料總重量2～15％的粘接劑后進行混合球磨，制得混合料漿；

將所述混合料漿經過噴霧干燥后制得團聚顆粒，再將所述團聚顆粒經過燒結和破碎后制得所述碳化鎢基耐磨涂層材料。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，采用本發明提供的方法制備的粉末顆粒熔化效果較好、涂層結合強度較高、耐磨性較好，制備的涂層硬度較高、韌性較好。

具體實施方式

本發明的具體實施方式提出了一種高硬度碳化鎢基耐磨涂層材料及其制備方法，其原理是利用噴涂原料中的自放熱反應可以提高噴涂粉末的熔化程度，如鎳包鋁復合粉末，利用噴涂過程中鎳和鋁之間的反應提高了粉末的熔化程度。因此本發明在碳化鎢WC基金屬陶瓷中添加適量的鈦金屬單質，利用噴涂過程中的熱量引發鈦與碳化鎢的反應，提高粉末的熔化程度；在粉末顆粒冷卻過程中，由于鈦是比鎢更強的碳化物形成元素，η相碳化鎢(Co_xW_6-xC)中的碳會優先與鈦結合，生成Ti_1-xC或Ti_xW_1-xC，減少η相碳化鎢(CoxW_6-xC)的產生，同時Ti_1-xC或Ti_xW_1-xC的硬度(約為HV2200以上)比WC(HV1800)更高，有利于提高涂層硬度，同時η相碳化鎢(Co_xW_6-xC)的減少也有利于涂層韌性的提高。

進一步地，為了保證成分的均勻性，原料粉末的粒徑一般要求在10μm以下，本具體實施方式采用的TiH2容易獲得粒徑在5μm以下的細顆粒粉末，且氧含量低，同時TiH2在真空600～800℃分解出純鈦粉。

具體的，本具體實施方式提供的高硬度的碳化鎢基耐磨涂層材料包括75～88wt％的WC、2～15wt％的單質金屬Ti，余量為金屬Ni或Co或NiCo合金。

本具體實施方式提供的高硬度碳化鎢基耐磨涂層材料的制備方法包括：