CN101302364A - 碳化钨/钴系涂层材料 - Google Patents
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Abstract
碳化钨/钴系涂层材料，它涉及一种涂层材料。它解决了现有碳化钨/钴金属陶瓷涂层耐磨性较差及耐腐蚀性较低的问题。碳化钨/钴系涂层材料由碳化钨/钴系粉末和稀土元素或纳米稀土氧化物制成。本发明得到的碳化钨/钴系涂层材料具有良好的耐磨性、强的耐腐蚀性；本发明中掺加稀土元素或纳米稀土氧化物，改善了涂层材料的微观组织及力学性能，更好的提高涂层材料的耐磨耐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂层材料。
背景技术
现有应用于石油开采业、化工制造业、制药业、造纸业、印染业、冶金业、建材建造业、海洋开发、环护等领域的机械设备，因受到各种化学介质、腐蚀性气体或海水等的作用的腐蚀，使腐蚀后机械设备表面出现的颗粒状磨粒的腐蚀产物，将会与空气中的灰尘结合而后使金属表面产生“犁皱”或“划伤”，这样一来，“犁皱”或“划伤”处裸露的新生表面又加速了金属表面的腐蚀速度，腐蚀产物又成为新磨粒加速磨损。使得出现恶性循环，加快了这类机械设备零部件的过早失效，甚至会导致重大事故的发生。
制造机械设备所采用的金属材料为耐蚀性一般的不锈钢和钛合金，此类材料的耐磨性也不好；而工业上广泛采用的对金属表面镀硬铬的方法存在着工艺复杂、沉积速率低、难于沉积厚涂层、在温度达到260℃以上时镀铬层会发生软化，导致耐磨性显著下降并镀硬铬会造成环境污染等问题。
采用碳化钨/钴金属陶瓷的涂层可以有效的保护金属基体，但现有的碳化钨/钴金属陶瓷涂层的耐磨性较差、耐腐蚀性较低，仍然无法满足机械设备中零部件对耐磨程度及耐腐蚀性的要求。
发明内容
本发明目的是为了解决现有碳化钨/钴金属陶瓷涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，而提供的碳化钨/钴系涂层材料。
碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由97.0％～99.9％的碳化钨/钴系粉末和0.1％～3.0％的稀土元素或纳米稀土氧化物制成。
本发明通过掺加稀土对涂层材料进行处理，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，使碳化钨/钴系涂层材料显微硬度提高了42％，弹性模量提高了6.2％～14.9％，从而整体提高材料表面的耐磨性能，同时也对提高改性层的综合力学性能有显著的作用。
本发明的碳化钨/钴系涂层材料是将原材料的碳化钨/钴系粉末和稀土元素或纳米稀土氧化物的混合物采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术、氧-乙炔堆焊技术、熔化极氩弧焊(MIG)堆焊技术、埋弧堆焊技术、亚音速喷涂技术、爆炸喷涂技术或等离子熔-喷等技术喷涂到金属机体(碳钢材料、不锈钢材料、合金钢材料、有色金属材料、钛及钛合金、铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金或镍及镍合金)上得到的，此设备占地面积小、工艺操作简单。
附图说明
图1是碳化钨/钴系涂层的显微硬度测量值图，图1中的“W1”为具体实施方式九所得到的碳化钨/钴系涂层的显微硬度测量值，“W0”为不掺加稀土涂层的显微硬度测量值，“W2”为掺加2％的纳米稀土氧化物CeO2涂层的显微硬度测量值；图2是碳化钨/钴系涂层的弹性模量测量值图，图2中“H1”为具体实施方式九所得到的碳化钨/钴系涂层弹性模量测量值，“H0”为不掺加稀土涂层的弹性模量测量值，“H2”为掺加2％的纳米稀土氧化物CeO2涂层的弹性模量测量值；图3是碳化钨/钴系涂层的结合强度测量值图，图3中“T1”为具体实施方式九所得到的碳化钨/钴系涂层的结合强度测量值，“T0”为不掺加稀土涂层的结合强度测量值，“T2”为掺加2％的纳米稀土氧化物CeO2涂层的结合强度测量值；图4为具体实施方式九所得到的碳化钨/钴系涂层的磨痕照片；图5为不掺加稀土涂层的磨痕照片；图6为掺加2％的纳米稀土氧化物CeO2涂层的磨痕照片。
具体实施方式
本发明技术方案不仅限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合及可直接准确推测出的技术内容。
具体实施方式一：本实施方式碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由97.0％～99.9％的碳化钨/钴系粉末和0.1％～3.0％的稀土元素或纳米稀土氧化物制成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由97.5％～99.5％的碳化钨/钴系粉末和0.5％～2.5％的稀土元素或纳米稀土氧化物制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由98.0％～99.0％的碳化钨/钴系粉末和1.0％～2.0％的稀土元素或纳米稀土氧化物制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三的不同点是：碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由98.5％的碳化钨/钴系粉末和1.5％的稀土元素或纳米稀土氧化物制成。其它与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同点是：碳化钨/钴系为WC/Co系、WC/Co/Cr系或WC/Co/Ni/Cr系。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一或五的不同点是：WC/Co系中Co的含量占WC/Co系总质量的8％～22％。其它与具体实施方式一或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：稀土元素为La、Ce或Y。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：纳米稀土氧化物为CeO2、La2O3、Y2O3或复合稀土RE2O3。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由98.5％的WC/12Co系粉末和1.5％的CeO2制成。
本实施方式中WC/12Co系粉末中Co的含量占WC/Co系总质量的12％；WC/12Co系粉末的粒径为5～75μm。
采用本实施所得到的碳化钨/钴系涂层材料的显微硬度测量是通过HV-5型小负荷维氏硬度计在压头为四棱锥形金刚石压头，载荷为500g的条件下，保压10s测量得到的，测量结果如图1中的W1所示，图1中的W0为不掺加稀土元素涂层的显微硬度测量值，图1中的W2为掺加2％的纳米稀土氧化物CeO2涂层的显微硬度测量值，对比W0、W1和W2可以明确的看出，掺加稀土涂层的显微硬度明显的得到了提高，最高显微硬度提高可达42％。
本实施所得的碳化钨/钴系涂层材料弹性模量测量值采用TRIBOINDENTER型纳米压痕仪在载荷为8mN，加载时间与卸载时间均为10s的条件下测量得到的，测量结果如图2中的H1所示，图2中的H0为不掺加稀土元素涂层的弹性模量测量值，图2中的H2为掺加2％的纳米稀土氧化物CeO2涂层的弹性模量测量值，对比H0、H1和H2可以明确的看出，掺加稀土涂层的弹性模量提高很明显，提高了6.2％～14.9％。这是由于本实施所得到的碳化钨/钴系涂层添加纳米稀土使材料的组织结构得到细化，气孔率随之降低并加速硬质相颗粒的溶解。另外，纳米稀土还具有净化晶界的作用，它可与材料中的杂质相互作用，生成稳定的化合物分布在晶界上，从而降低杂质含量，提高涂层的硬度和弹性模量。
本实施方式得到的碳化钨/钴系涂层与基体的结合强度测量是采用Instron1195电子拉伸实验机按照GB8642-88涂层结合强度测量标准测量得到的，测量结果如图3中的T1所示，图3中的T0为不掺加稀土涂层的结合强度测量值，图3中的T2为掺加2％的纳米稀土氧化物CeO2涂层的结合强度测量值，对比T0、T1和T2可以明确的看出，掺加稀土涂层的结合强度比不掺稀土涂层要有所提高。这主要是因为CeO2优先分布在晶界上，阻碍晶粒长大和净化晶界。
本实施方式得到的碳化钨/钴系涂层材料的摩擦磨损面是在以直径为3.969mmSi3N4磨球、通过载荷重量为600g、旋转速度为800r/min、相对摩擦30min得到的材料表面磨出直径为5mm的圆环，如图4的所示；不掺加稀土涂层的磨痕照片，如图5的所示；掺加2％的纳米稀土氧化物CeO2涂层的磨痕照片，如图6的所示。对比图4、图5与图6可以说明掺加稀土的涂层的磨痕面积要明显比不掺稀土涂层的磨痕面积要小的多并且磨损颗粒也要更加的细腻。
Claims (8)
1、碳化钨/钴系涂层材料，其特征在于碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由97.0％～99.9％的碳化钨/钴系粉末和0.1％～3.0％的稀土元素或纳米稀土氧化物制成。
2、根据权利要求1所述的碳化钨/钴系涂层材料，其特征在于碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由97.5％～99.5％的碳化钨/钴系粉末和0.5％～2.5％的稀土元素或纳米稀土氧化物制成。
3、根据权利要求1所述的碳化钨/钴系涂层材料，其特征在于碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由98.5％的碳化钨/钴系粉末和1.5％的稀土元素或纳米稀土氧化物制成。
4、根据权利要求1、2或3所述的碳化钨/钴系涂层材料，其特征在于碳化钨/钴系为WC/Co系、WC/Co/Cr系或WC/Co/Ni/Cr系。
5、根据权利要求4所述的碳化钨/钴系涂层材料，其特征在于WC/Co系中Co的含量占WC/Co系总质量的8％～22％。
6、根据权利要求1所述的碳化钨/钴系涂层材料，其特征在于稀土元素为La、Ce或Y。
7、根据权利要求1所述的碳化钨/钴系涂层材料，其特征在于纳米稀土氧化物为CeO2、La2O3、Y2O3或复合稀土RE2O3。
8、根据权利要求1所述的碳化钨/钴系涂层材料，其特征在于碳化钨/钴系涂层材料按质量百分比由98.5％的WC/12Co系粉末和1.5％的CeO2制成。
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