CN101704522A - 碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法及其应用，在铸造碳化钨颗粒表面涂敷一层10～100μm厚的有机树脂，放入真空炉中升温至1200～1800℃，利用有机树脂在高温下分解的残碳对铸造碳化钨颗粒外层的碳化钨与碳化二钨共晶组织进行4～24h碳化，得到心部为碳化钨与碳化二钨共晶组织、外部包裹一层2～30μm厚碳化钨的包覆颗粒。制备得到的包覆颗粒具有良好的耐磨性和与基体的熔合性，广泛用于制造耐磨硬面堆焊材料、耐磨热喷涂材料或碳化钨颗粒增强复合材料。

Description

碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，可应用于制造耐磨硬面堆焊材料、热喷涂材料及其他耐磨材料。
背景技术
近年来，硬面材料发展十分迅速，采用堆焊或喷涂的方法，将其覆盖在易磨损工件表面，其抗磨损、抗腐蚀和抗氧化性能显著提高，使零件使用寿命延长。在众多的硬面材料中，其中铸造碳化钨就是一种应用极广的硬面材料，是由碳化钨和碳化二钨(WC+W2C)所组成的共晶体。
以铸造碳化钨为主要硬质相的硬面材料一般采用高温技术(如氧-乙炔火焰堆焊、超音速喷涂、等离子喷涂等)使之与基体熔合，覆盖在基体表面，高温情况下铸造碳化钨不可避免的在基体中溶解，而在冷却时析出，在铸造碳化钨颗粒周围形成脆性相，这种脆性相的出现，降低了铸造碳化钨颗粒与基体的结合力，而且在使用过程中极易受冲击而崩碎，从而加速材料的失效。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，旨在提高铸造碳化钨在耐磨材料中的耐磨性，可应用于制造管状硬面堆焊焊条、热喷涂材料及其他耐磨材料。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，特点是：首先，在铸造碳化钨颗粒表面涂敷一层10～100μm厚的有机树脂，然后，放入真空炉中升温至1200～1800℃，利用有机树脂在高温下分解的残碳对铸造碳化钨颗粒外层的碳化钨与碳化二钨共晶组织进行4～24h碳化，得到心部为碳化钨与碳化二钨共晶组织、外部包裹一层2～30μm厚碳化钨的包覆颗粒。
进一步地，上述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其中，所采用的铸造碳化钨颗粒为不规则形状铸造碳化钨颗粒或球形铸造碳化钨颗粒，其粒度为10～325目。
更进一步地，上述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其中，所述的有机树脂为酚醛树脂、丙烯酸树脂、松香树脂或聚酰胺树脂，优选酚醛树脂。
更进一步地，上述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其中，所述有机树脂直接涂敷在铸造碳化钨颗粒上，或者有机树脂先在酒精、汽油、丙酮、正己烷中一种或几种的混合物中溶解后再涂敷在铸造碳化钨颗粒上。
再进一步地，上述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其中，所述真空炉的真空度在10～1000Pa。
本发明碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的应用，该碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒用于制备耐磨硬面堆焊材料、耐磨热喷涂材料或碳化钨颗粒增强复合材料。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①在传统铸造碳化钨表面通过有机树脂高温分解残碳提供碳源的方法，经过高温碳化使其表面生成一层碳化钨层，这种包覆颗粒即保留了原有铸造碳化钨的高耐磨性，又结合了碳化钨的热稳定性和与铁族元素良好的润湿性；应用在耐磨材料上，综合利用了两者的优点，避免了采用传统铸造碳化钨颗粒在耐磨层中容易产生脆性相的缺点，从而提高了堆焊层的耐磨性；在中高应力情况下，如果采用包覆碳化钨层的球形铸造碳化钨颗粒，耐磨层中可以减少应力集中，提高了基体金属的强度，使耐磨层中硬质颗粒不易受冲击脱落，极大提高材料的耐磨性；
②制备得到的包覆颗粒具有良好的耐磨性和与基体金属的熔合性，在高温堆焊或喷涂过程中，外层碳化钨由于具有优异的热稳定性，能够阻止高温熔体对心部铸造碳化钨粒子的烧蚀，从而减少铸造碳化钨颗粒在基体中的溶解和脆性相的析出；另外，相比于铸造碳化钨共晶组织，铁对碳化钨具有更好的润湿性，因而这种颗粒与基体金属具有更高的结合强度，可提高工件的耐磨性；广泛用于制造耐磨硬面堆焊材料、耐磨热喷涂材料或碳化钨颗粒增强复合材料，市场前景应用广阔。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：经过表面碳化钨包覆处理过的球形铸造碳化钨颗粒的金相照片图；
图2：经过表面碳化钨包覆处理过的不规则破碎铸造碳化钨颗粒的金相照片图。
图中各附图标记的含义：
a-碳化钨包覆层；b-碳化钨与碳化二钨共晶组织。
具体实施方式
本发明碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备工艺是：首先，在铸造碳化钨颗粒表面涂敷一层10～100μm厚的有机树脂，铸造碳化钨颗粒为不规则形状铸造碳化钨颗粒或球形铸造碳化钨颗粒，其粒度为10～325目；有机树脂为酚醛树脂、丙烯酸树脂、松香树脂或聚酰胺树脂，优选酚醛树脂；有机树脂直接涂敷在铸造碳化钨颗粒上，或者有机树脂先在酒精、汽油、丙酮、正己烷中一种或几种的混合物中溶解后再涂敷在铸造碳化钨颗粒上；然后，放入真空炉中升温至1200～1800℃，真空炉的真空度在10～1000Pa，利用有机树脂在高温下分解的残碳对铸造碳化钨颗粒外层的碳化钨与碳化二钨(WC+W2C)共晶组织进行4～24h碳化，得到心部为碳化钨与碳化二钨(WC+W2C)共晶组织、外部包裹一层2～30μm厚碳化钨(WC)的包覆颗粒。
上述碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒具有良好的耐磨性和与基体的熔合性，在高温堆焊或喷涂过程中，外层碳化钨由于具有优异的热稳定性，能够阻止高温熔体对心部铸造碳化钨粒子的烧蚀，从而减少铸造碳化钨颗粒在基体中的溶解和脆性相的析出；另外，相比于铸造碳化钨共晶组织，铁对碳化钨具有更好的润湿性，因而这种颗粒与基体金属具有更高的结合强度，可提高工件的耐磨性。因此这种材料可用于制备耐磨硬面堆焊材料、耐磨热喷涂材料或碳化钨颗粒增强复合材料。
实施例1：
选用10～325目的球形铸造碳化钨颗粒，再按铸造碳化钨重量的1％称取丙烯酸树脂粉，两者在混料器中混合30分钟，使之混合均匀。之后，喷洒酒精使酚醛树脂润湿，将酚醛树脂在铸造碳化钨颗粒上均匀涂敷，厚度为40～80μm。待酒精挥发，酚醛树脂牢固粘附在铸造碳化钨颗粒上之后，将涂敷酚醛树脂的铸造碳化钨颗粒放入真空炉中，抽真空至100Pa，升温到1600℃，酚醛树脂在真空高温下碳化分解，利用酚醛树脂在高温下的分解残碳对颗粒表层铸造碳化钨共晶组织进行15h碳化，最终得到心部是碳化钨与碳化二钨共晶组织，其外部包裹一层5～25μm厚碳化钨的颗粒。经过包覆处理过的颗粒金相如图1所示，碳化钨包覆层a包覆在碳化钨与碳化二钨共晶组织b的外部。
用经过包覆处理过的铸造碳化钨颗粒制成的碳化钨管状硬面材料，相比于没有经过处理的，具有更好的可焊性，并且其耐磨性增加了20％以上。
实施例2：
选用10～325目的不规则破碎铸造碳化钨颗粒，再按铸造碳化钨重量的5％称取酚醛树脂粉，两者在混料器中混合60分钟，使之混合均匀。之后，喷洒酒精使树脂润湿，将树脂在铸造碳化钨颗粒上均匀涂敷，厚度为60～100μm。待酒精挥发，树脂牢固粘附在铸造碳化钨颗粒上之后，将涂敷树脂的铸造碳化钨颗粒放入真空炉中，抽真空至1000Pa，升温到1800℃，树脂在真空高温下碳化分解，利用树脂在高温下的分解残碳对颗粒表层铸造碳化钨共晶组织进行4h碳化，最终得到心部是碳化钨与碳化二钨共晶组织，其外部包裹一层10～30μm厚碳化钨的颗粒。经过包覆处理过的颗粒金相如图2所示，碳化钨包覆层a包覆在碳化钨与碳化二钨共晶组织b的外部。
用经过包覆处理过的铸造碳化钨颗粒制成的碳化钨管状硬面材料，相比于没有经过处理的材料，具有更好的可焊性，并且其耐磨性增加了25％以上。
实施例3：
选用55～295目的不规则铸造碳化钨颗粒，再按铸造碳化钨重量的0.1％称取松香树脂粉，两者在混料器中混合10分钟，使之混合均匀。之后，喷洒汽油使树脂润湿，将树脂在铸造碳化钨颗粒上均匀涂敷，厚度为10～30μm。待汽油挥发，树脂牢固粘附在铸造碳化钨颗粒上之后，将涂敷树脂的铸造碳化钨颗粒放入真空炉中，抽真空至10Pa，升温到1200℃，树脂在真空高温下碳化分解，利用树脂在高温下的分解残碳对颗粒表层铸造碳化钨共晶组织进行24h碳化，最终得到心部是碳化钨与碳化二钨共晶组织，其外部包裹一层2～10μm厚碳化钨的颗粒。
用经过包覆处理过的铸造碳化钨颗粒制成的耐磨热喷涂材料，相比于没有经过处理的材料，其耐磨性增加了20％以上。
实施例4：
选用15～280目的铸造碳化钨颗粒，再按铸造碳化钨重量的2％称取聚酰胺树脂粉，两者在混料器中混合40分钟，使之混合均匀。之后，喷洒丙酮使树脂润湿，将树脂在铸造碳化钨颗粒上均匀涂敷，厚度为20～60μm。待丙酮挥发，聚酰亚胺树脂树脂牢固粘附在铸造碳化钨颗粒上之后，将涂敷树脂的铸造碳化钨颗粒放入真空炉中，抽真空至200Pa，升温到1600℃，树脂在真空高温下碳化分解，利用树脂在高温下的分解残碳对颗粒表层铸造碳化钨共晶组织进行15h碳化，最终得到心部是碳化钨与碳化二钨共晶组织，其外部包裹一层15～30μm厚碳化钨的颗粒。
用经过包覆处理过的铸造碳化钨颗粒制成的碳化钨颗粒增强铁基复合材料，相比于没有经过处理的材料，其耐冲蚀磨损性增加了25％以上。
本发明在传统铸造碳化钨表面通过酚醛树脂高温分解残碳提供碳源的方法，经过高温碳化使其表面生成一层碳化钨层，这种包覆颗粒即保留了原有铸造碳化钨的高耐磨性，又结合了碳化钨的热稳定性和与铁族元素良好的润湿性。应用在耐磨材料上，综合利用了两者的优点，避免了采用传统铸造碳化钨颗粒在耐磨层中容易产生脆性相的缺点，从而提高了材料的耐磨性。在中高应力情况下，如果采用包覆碳化钨层的球形铸造碳化钨颗粒，耐磨层中可以减少应力集中，提高了基体金属的强度，使耐磨层中硬质颗粒不易受冲击脱落，极大提高材料的耐磨性。
综上所述，该材料综合了铸造碳化钨的高耐磨性和碳化钨的热稳定性，用其制备的耐磨材料，具有更好的耐磨性，与基体的结合强度更佳，从而延长了材料的使用寿命，值得在业内广泛推广应用。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其特征在于：首先，在铸造碳化钨颗粒表面涂敷一层10～100μm厚的有机树脂，然后，放入真空炉中升温至1200～1800℃，利用有机树脂在高温下分解的残碳对铸造碳化钨颗粒外层的碳化钨与碳化二钨共晶组织进行4～24h碳化，得到心部为碳化钨与碳化二钨共晶组织、外部包裹一层2～30μm厚碳化钨的包覆颗粒。
2.根据权利要求1所述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其特征在于：所采用的铸造碳化钨颗粒为不规则形状铸造碳化钨颗粒或球形铸造碳化钨颗粒，其粒度为10～325目。
3.根据权利要求1所述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其特征在于：所述的有机树脂为丙烯酸树脂、酚醛树脂、松香树脂或聚酰胺树脂。
4.根据权利要求3所述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其特征在于：所述的有机树脂为酚醛树脂。
5.根据权利要求1或3所述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其特征在于：所述有机树脂直接涂敷在铸造碳化钨颗粒上，或者有机树脂先在酒精、汽油、丙酮、正己烷中一种或几种的混合物中溶解后再涂敷在铸造碳化钨颗粒上。
6.根据权利要求1所述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的制备方法，其特征在于：所述真空炉的真空度在10～1000Pa。
7.权利要求1所述的碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒的应用，其特征在于：所述碳化钨包覆铸造碳化钨颗粒用于制备耐磨硬面堆焊材料、耐磨热喷涂材料或碳化钨颗粒增强复合材料。
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