[發明專利]一種爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201410469879.4
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104264098A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 趙立英;王剛;劉平安;吳清軍
• 申請（專利權）人: 廣東新勁剛新材料科技股份有限公司;佛山市康泰威新材料有限公司
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06;C23C4/12
• 代理公司: 深圳市康弘知識產權代理有限公司 44247
• 代理人: 胡朝陽;孫潔敏

技術領域

本發明涉及硬質合金耐磨涂層熱噴涂技術，尤其涉及了一種用于直升機旋翼系統連接件的爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法。

背景技術

磨損是材料失效的三種主要形式之一，設備的故障往往是個別零件失效造成的。直升機旋翼系統連接件對表面性能要求很高，特別是在高速、重載的條件下，表面的局部磨損會造成零件的失效和降低裝備的可靠性。碳化鎢是540℃以下硬度最高的涂層材料，采用等離子噴涂時，中心火焰接近10000℃，將碳化鎢噴涂材料加熱到熔融狀態后，隨等離子弧焰流高速撞擊并沉積到工件基材表面形成涂層。雖然等離子噴涂成本低、但涂層內部孔隙率一般高達10％，涂層的結合強度差；而噴涂過程溫度高容易引起基材退火，造成基材力學性能下降。

采用爆炸噴涂制備的碳化鎢涂層耐磨損、涂層結合強度高、致密性好，對工件基材無熱影響，可以對金屬表面復合強化，降低微動磨損造成零件的疲勞失效。噴涂過程中，由于溫度較高，部分WC(碳化鎢)可能會分解為W₂C，甚至是金屬鎢，使涂層的結合強度和致密度降低。業界用鈷將碳化鎢包覆起來制成的鈷包覆碳化鎢粉末，從噴涂材料方面減少了碳化鎢的氧化和分解。但采用爆炸噴涂制備的碳化鎢涂層，取決于爆炸噴涂的燃氣種類、燃燒氣氛、壓力和流量、噴涂距離等工藝條件。由于爆炸能量、溫度和噴涂氣氛的不可控，制備的WC-Co硬質合金耐磨涂層脫碳嚴重、氧含量高、涂層脆化和加工開裂等技術難點。

發明內容

本發明為了解決上述采用爆炸噴涂技術制備的WC-Co硬質合金耐磨涂層的技術問題，提供一種易操作、重復性好、粉末沉積率高、高強高韌以及低脫碳率和氧含量的爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法。

本發明提出的爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，對工件基材表面進行清洗和吹砂處理；

步驟2，采用爆炸噴涂方法在所述工件基材表面制備碳化鎢耐磨涂層，并控制所述工件基材的溫度為60～120℃；

步驟3、所述爆炸噴涂完成后，采用金剛石或立方氮化硼砂輪對涂層進行磨削精加工；直到工件基材涂層表面無燒傷、無裂紋；顯微硬度HV_0.3為1000～1400；涂層與工件基材的結合強度≥70MPa；孔隙率≤1.0；氧含量≤2％；

其中，所述爆炸噴涂中，采用氧氣、乙炔和丙烷或者氧氣、乙炔和丙烯的混合氣體，該混合氣體中氧氣：乙炔：丙烷(或丙烯)流量范圍為(1.2～1.5)：1.0：(0.1～0.2)m³/h，爆炸頻率為3～6次/秒，噴涂距離為100～200mm，炮口直徑為16～25mm，碳化鎢粉體的送粉量為0.3～0.9g/s，噴涂斑點重疊30～75％，涂層厚度為200～800μm。

本發明在氧氣和乙炔混合氣體中通入丙烷或丙烯，在保證爆炸能量和粒子飛行速度的前提下，可以在還原氣氛下制備低脫碳率和氧含量的WC-Co耐磨涂層。

現有技術相比，本發明有如下優點：

(1)在氧氣和乙炔混合氣體中通入丙烷或丙烯，由于丙烷和丙烯燃燒時放出的熱能較乙炔要低，可以減少WC粉末的過熱；而且丙烷和丙烯分別為單鍵和雙鍵結構，相比乙炔的三鍵結構分子鏈斷裂能較大，爆炸時粒子受熱均勻且較發散的火焰有利于粒子的均勻霧化。通過調整爆炸噴涂工藝參數，可制備硬度和結合強度高、韌性好和低孔隙率的耐微動磨損的WC-Co防護涂層。

(2)本發明解決了用于直升機旋翼系統連接件如螺栓、槳葉銷等曲率半徑很小的弧面零部件制備高性能碳化鎢耐磨防護涂層，可有效避免由于微動磨損和表面劃傷引起的零件失效，使用壽命平均提高5～8倍。

具體實施方式

實施例1:

工件基材采用35Ni4Cr2MoA高強度結構鋼，試樣尺寸為Φ42mm×200mm。噴涂前用丙酮對工件基材表面進行超聲清洗去除油脂，然后用46#金剛砂進行噴砂粗化處理，采用轉床夾持對工件基材進行噴涂，噴涂后工件基材溫度為100～120℃。其爆炸噴涂工藝參數見表1，涂層組成和性能見表2。

表1爆炸噴涂工藝參數