[發明專利]一種具有液相燒結組織特征的WC-Co熱噴涂粉末的制備方法

有效

• 申請號: 201810207906.9
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108237221B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 王海濱;宋曉艷;仇慶凡;劉雪梅;侯超
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C23C4/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種具有液相燒結組織特征的WC?Co熱噴涂粉末的制備方法，屬于硬質合金材料制備技術領域。以15?45微米的WC?Co球形粉末、75?150微米的棕剛玉粉末及粒徑小于0.5微米的炭黑粉末為原料，首先通過機械攪拌獲得各相均勻分散的初始混合料，然后將混合料置于真空爐內進行分壓燒結處理，冷卻后過篩即獲得具有液相燒結組織特征的WC?Co熱噴涂粉末。本方法制備的WC?Co熱噴涂粉末具有高致密性、高流動性和液相燒結硬質合金的組織特征，且工藝流程短、產率高、易于實現產業化。

技術領域

本發明屬于硬質合金材料制備技術領域，具體涉及一種具有液相燒結組織特征的WC-Co熱噴涂粉末的制備方法。

背景技術

熱噴涂WC-Co類硬質合金涂層因其高硬度和強耐磨耐蝕性，廣泛用作工程零部件的表面防護材料，可有效延長各類構件的使用壽命。然而，現代科學技術的發展對涂層的耐磨性能提出了更高的要求，以應對日益嚴苛的服役環境。為了提高硬質合金涂層的硬度、斷裂韌性和耐磨性，現有方法主要包括：(1)在初始WC基粉末中添加金屬或陶瓷顆粒；(2)降低WC晶粒尺寸或進行不同尺度WC的優化匹配；(3)提高噴涂喂料粉末的致密性和流動性；(4)采用新的高速低溫熱噴涂技術或優化噴涂參數；(5)對涂層進行后續熱處理或深冷處理等。這些方法的主要效果是抑制涂層中WC的分解脫碳、減少微裂紋的產生、提高涂層的致密性和結合強度、獲得一定的壓應力狀態等。

基于上述方法已可制備得到近全致密、幾乎無脫碳的WC-Co涂層，然而該涂層的力學性能仍顯著低于同成分、相同晶粒尺寸范圍的液相燒結WC-Co硬質合金塊材。如采用超音速火焰噴涂制備的納米結構WC-12Co涂層的顯微硬度比燒結制備的納米晶塊材低30％以上，而斷裂韌性低40％-60％。由此可見，相對于燒結硬質合金塊材，熱噴涂WC-Co涂層的力學性能仍具有較大的提升空間。傳統WC-Co熱噴涂粉末一般是在低于1230℃的溫度下熱處理(溫度過高時顆粒間會發生嚴重粘連，降低流動性)，而噴涂時顆粒僅部分熔化，因此噴涂粉末顆粒的組織特征部分遺傳到了涂層中，這與液相燒結(燒結溫度>1320℃)塊材的組織結構顯著不同。

為了突破現有技術的局限，本發明從改善熱噴涂粉末的組織結構入手，本發明提供了一種具有類似液相燒結硬質合金塊材組織特征的WC-Co熱噴涂粉末的制備方法，即WC-Co熱噴涂粉末內部結構致密，無孔洞，并且本發明制備的WC-Co熱噴涂粉末，粉末顆粒之間無粘連。

發明內容

本發明提供的制備方法的工藝流程和原理是：以15-45微米的WC-Co球形粉末、75-150微米的棕剛玉(化學成分為Al₂O₃)粉末及粒徑小于0.5微米的炭黑粉末為原料，首先通過機械攪拌獲得各相均勻分散的初始混合料，然后將混合料置于真空爐內進行分壓燒結處理，冷卻后過篩即獲得具有液相燒結組織特征的WC-Co熱噴涂粉末。由于WC-Co硬質合金的共晶點(約1320℃)遠低于棕剛玉熔點(2054℃)，且混合料中棕剛玉粉末有效分隔了WC-Co粉末，因此在WC-Co共晶點以上溫度對其進行熱處理時，有效避免了WC-Co球形粉末的粘連，同時利用WC-Co粉末和棕剛玉粉末粒徑的差異，通過過篩即可對二者進行快速篩選。混合料中加入少量炭黑是為了創造正碳熱處理氣氛，避免WC-Co粉末在液相燒結時缺碳。本方法制備的WC-Co熱噴涂粉末具有高致密性、高流動性和液相燒結硬質合金的組織特征，且工藝流程短、產率高、易于實現產業化。

本發明提供的一種具有液相燒結組織特征的WC-Co熱噴涂粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將15-45微米的WC-Co球形粉末、75-150微米的棕剛玉粉末及粒徑小于0.5微米的炭黑粉末按一定比例進行機械攪拌混合，其中棕剛玉粉末與WC-Co球形粉末的質量比為(3-5)：1，炭黑粉末質量為WC-Co球形粉末質量的1％-2％；