CN101717911A - 一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法，按以下步骤进行：(1)将碳化钨涂层粉末平铺烘干，平铺厚度10～30mm，烘干温度为90～110℃，烘干时间至少2h；(2)将铁基或镍基锻造合金表面用有机溶剂清洗干净，然后采用吹砂方法去除氧化皮等杂质；(3)将铁基或镍基锻造合金固定，采用超音速火焰喷涂设备，将上述碳化钨涂层粉末喷涂到铁基或镍基锻造合金表面，获得耐磨涂层。本发明的高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法工艺可靠，适合批量生产，可以有效延长部件的使用寿命，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂层的制备方法，特别涉及一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法。
背景技术
航空发动机压气机的前、后机匣分别采用铁基和镍基合金制作，在使用过程中，前后机匣的对接处处于振动状态，并容易发生冲击磨损，原有的耐磨涂层由于硬度较低、韧性较差，在磨损一段时间后发生损坏，使前后机匣的寿命缩短，制备一种高耐磨性能的涂层，解决航空设备的磨损，延长航空设备的使用寿命是目前急需解决的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法，目的在于通过选择涂层粉末，采用超音速火焰喷涂方法，调节喷涂参数，在铁基、镍基锻造合金上获得具有高密度的耐磨涂层。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、将碳化钨涂层粉末平铺烘干，平铺厚度10～30mm，烘干温度为90～110℃，烘干时间至少2h。
2、将铁基或镍基锻造合金表面用有机溶剂清洗干净，然后采用吹砂方法去除氧化皮等杂质。所述的有机溶剂为乙醇或丙酮。
3、将铁基或镍基锻造合金固定，采用超音速火焰喷涂设备，将上述碳化钨涂层粉末喷涂到铁基或镍基锻造合金表面，喷涂的工艺参数为：喷涂距离360～390mm，送粉速率65～80g/min，送粉气体压力3.5～4.0bar，获得耐磨涂层。
4、清理铁基或镍基锻造合金表面。
上述的碳化钨涂层粉末成分按重量百分比为Co 15～19％，C 4.5～6％，Fe 0～2.5％，余量为W。
获得的耐磨涂层厚度为0.20～0.35mm，涂层的组织特征为，碳化物在钴基体内均匀分布，界面污染小于10％，涂层中氧化物含量≤1％，孔隙率≤0.5％，未熔颗粒占40～65％；涂层的拉伸强度至少为69MPa，R15N宏观硬度至少85，HV0.3显微硬度为950～1300；与等离子喷涂方式获得的涂层相比，耐磨性能有极大提高。
本发明的高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法工艺可靠，适合批量生产，不仅能用于航空发动机压气机前、后机匣对接磨损处耐磨涂层的涂覆，而且可以应用于各种类型的地面燃气机轮以及能源、电力、印刷等行业的易磨损部件的涂层涂覆，可以有效延长部件的使用寿命，具有广泛的应用前景。上述方法涂覆的涂层经过测试，发动机压气机的前、后机匣寿命从原来的200h提高到1000h，采用本发明的方法能够产生巨大的经济效益。
具体实施方式
本发明实施例中采用的超音速火焰喷涂设备为JP-5000型超音速火焰喷涂设备，火焰喷涂过程中粉末粒子的速率为350～400m/s，氧气流量为1720～1750SCFH(立方英尺/小时)，氧气压力为180～210psi(磅/平方英寸)，煤油流量为6.4～7.0GPH(加仑/小时)，煤油压力为150～180psi(磅/平方英寸)。
本发明实施例中采用的铁基锻造合金型号为M152。
本发明实施例中采用的镍基锻造合金型号为GH909。
本发明实施例中采用的吹砂时采用36目白刚玉，吹砂时压缩空气的压强为0.2～0.4MPa，吹砂距离90～110mm，角度为70°～80°。
本发明实施例中采用的碳化钨涂层粉末为Diamalloy 2005，成分按重量百分比为Co15～19％，C 4.5～6％，Fe 0～2.5％，余量为W。
本发明实施例中采用的乙醇和丙酮为工业用产品。
实施例1
采用的碳化钨涂层粉末成分按重量百分比为Co 19％，C 6％，Fe 2.5％，余量为W。
基体采用M152铁基锻造合金。
将碳化钨涂层粉末平铺烘干，平铺厚度30mm，烘干温度为110℃，烘干时间2h。
将铁基锻造合金表面用丙酮清洗干净，然后采用吹砂方法去除氧化皮等杂质。
将铁基锻造合金用夹具固定，采用超音速火焰喷涂设备，将上述碳化钨涂层粉末喷涂到铁基锻造合金表面，喷涂的工艺参数为：喷涂距离360mm，送粉速率65g/min，送粉气体压力3.5bar，氧气流量为1720SCFH，煤油流量为6.4GPH。
拆除夹具，采用压缩空气去除铁基锻造合金表面的浮灰。
涂层厚度为0.26mm，涂层外观为银灰色。采用Leica DMI5000M光学显微镜观察涂层的组织特征为：碳化物相在钴基体内均匀分布，界面污染3.4％，涂层中氧化物含量0.45％、孔隙率0.26％、未熔颗粒为52％；涂层的拉伸强度为78MPa，R15N宏观硬度94，HV0.3显微硬度为980。
实施例2
采用的碳化钨涂层粉末成分按重量百分比为Co 15％，C 4.5％，Fe 1.2％，余量为W。
基体采用GH909镍基锻造合金。
将碳化钨涂层粉末平铺烘干，平铺厚度20mm，烘干温度为100℃，烘干时间3h。
将镍基锻造合金表面用乙醇清洗干净，然后采用吹砂方法去除氧化皮等杂质。
将镍基锻造合金用胶布固定，采用超音速火焰喷涂设备，将上述碳化钨涂层粉末喷涂到镍基锻造合金表面，喷涂的工艺参数为：喷涂距离370mm，送粉速率80g/min，送粉气体压力4.0bar，氧气流量为1730SCFH，煤油流量为6.6GPH。
拆除胶布，采用压缩空气去除镍基锻造合金表面的浮灰。
涂层厚度为0.35mm，涂层外观为银灰色。采用Leica DMI5000M光学显微镜观察涂层的组织特征为：碳化物在钴基体内均匀分布，界面污染4.3％，涂层中氧化物含量0.6％、孔隙率0.42％、未熔颗粒占48％：涂层的拉伸强度为71MPa，R15N宏观硬度94，HV0.3显微硬度为976。
实施例3
采用的碳化钨涂层粉末成分按重量百分比为Co 17％，C 5.2％，余量为W。
基体采用的锻造合金同实施例1。
将碳化钨涂层粉末平铺烘干，平铺厚度10mm，烘干温度为90℃，烘干时间4h。
将铁基锻造合金表面用丙酮清洗干净，然后采用吹砂方法去除氧化皮等杂质。
将铁基锻造合金用夹具固定，采用超音速火焰喷涂设备，将上述碳化钨涂层粉末喷涂到铁基锻造合金表面，喷涂的工艺参数为：喷涂距离380mm，送粉速率70g/min，送粉气体压力3.5bar，氧气流量为1740SCFH，煤油流量为6.8GPH。
拆除夹具，采用压缩空气去除铁基锻造合金表面的浮灰。
涂层厚度为0.33mm，涂层外观为银灰色。采用Leica DMI5000M光学显微镜观察涂层的组织特征为：碳化物在钴基体内均匀分布，界面污染2.8％，涂层中氧化物含量0.68％、孔隙率0.33％、未熔颗粒占42％：涂层的拉伸强度为83MPa，R15N宏观硬度98，HV0.3显微硬度为1027。
实施例4
采用的碳化钨涂层粉末成分按重量百分比为Co 16.4％，C 5.5％，Fe 0.9％，余量为W。
基体采用的锻造合金同实施例2。
将碳化钨涂层粉末平铺烘干，平铺厚度15mm，烘干温度为100℃，烘干时间2h。
将镍基锻造合金表面用乙醇清洗干净，然后采用吹砂方法去除氧化皮等杂质。
将镍基锻造合金用夹具固定，采用超音速火焰喷涂设备，将上述碳化钨涂层粉末喷涂到镍基锻造合金表面，喷涂的工艺参数为：喷涂距离390mm，送粉速率80g/min，送粉气体压力4.0bar，氧气流量为1750SCFH，煤油流量为7.0GPH。
拆除夹具，采用压缩空气去除镍基锻造合金表面的浮灰。
Claims (4)
1.一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将碳化钨涂层粉末平铺烘干，平铺厚度10～30mm，烘干温度为90～110℃，烘干时间至少2h；(2)将铁基或镍基锻造合金表面用有机溶剂清洗干净，然后采用吹砂方法去除氧化皮等杂质；(3)将铁基或镍基锻造合金固定，采用超音速火焰喷涂设备，将上述碳化钨涂层粉末喷涂到铁基或镍基锻造合金表面，喷涂的工艺参数为：喷涂距离360～390mm，送粉速率65～80g/min，送粉气体压力3.5～4.0bar，获得耐磨涂层。
2.根据权利要求1所述的一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂为乙醇或丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述的碳化钨涂层粉末成分按重量百分比为Co 15～19％，C 4.5～6％，Fe 0～2.5％，余量为W。
4.根据权利要求1所述的一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述的耐磨涂层的拉伸强度至少为69MPa，R15N宏观硬度至少85，HV0.3显微硬度为950～1300。
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