CN102242331B - 一种具有优良韧性的喷涂粉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有优良韧性的热喷涂粉，原料包含铸造碳化钨、单晶碳化钨以及粘结金属。其中包括重量比为0-20％铸造碳化钨，重量比为3-96％单晶碳化钨，重量比为4-30％的粘结金属，其余为普通碳化钨。本发明的优异效果在于：铸造碳化钨具有较高的硬度，使得本发明的喷涂粉具有较高的硬度；单晶碳化钨因为是单一晶体，使得喷涂粉具有较好的韧性。两种原料的配比，使得该喷涂粉在硬度提升的同时，韧性还有大幅提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷涂粉，具体涉及硬度和耐磨性能优异且有较好韧性的碳化钨基喷涂粉。
背景技术
目前，由于普通碳化钨(分子式为WC)平均粒径小且硬度高而具有较高的硬度和熔点，通常使用普通碳化钨(多晶体)作为主原料制造喷涂粉，从而用于航天、发电厂、机械、交通、石油和冶金行业。材料的硬度(耐磨性)和韧性(抗断裂性能)往往是一对矛盾。如果增加了韧性，强度和耐磨性能将会下降，反之若增加材料涂层的强度，韧性又会下降。常规的喷涂粉和硬质合金就存在此问题，目前一般通过改变粘结金属的含量来调节制品的硬度和韧性，从而满足喷涂粉和硬质合金在某种场合的使用。但这种调节的功效以及范围是非常微小的，且粘结金属含量的增加虽然提升了产品的韧性但其耐磨性降低。反之粘结金属含量的降低虽然提高了产品的耐磨性能但韧性随之降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬度和耐磨性能优异且有较好韧性的碳化钨基喷涂粉。
该喷涂粉的特征在于原料包括铸造碳化钨、单晶碳化钨组成的硬质相和粘结金属，其组分按重量百分比包含：0-20％的铸造碳化钨，3-96％的单晶碳化钨，4-30％的粘结金属，其余为普通碳化钨。
其中，铸造碳化钨和单晶碳化钨的平均粒径在5μm以下。
其中，所述粘结金属含量为5-17％。
其中，所述粘结金属为包括选自Co、Ni、Cr、Fe和Cu中的一种或者几种。
根据本发明，使用铸造碳化钨粉和单晶碳化钨粉代替传统的普通碳化钨(多晶)来生产喷涂粉，由于铸造碳化钨为共晶结构(分子式为WC-W2C)，具有更高的硬度和耐磨性能；而单晶碳化钨不存在晶界、结构缺陷少，其韧性非常好。两种粉末混合作为喷涂粉的原料，使得该发明的喷涂粉相比普通碳化钨喷涂粉具有更好的硬度和耐磨性能，且其韧性还有了大幅度的提高。
具体来说，本发明采用的技术方案是：将普通的铸造碳化钨和单晶碳化钨破碎到5μm以下，铸造碳化钨和单晶碳化钨粉根据涂层功能的不同进行不同配比，然后混合Co，Ni，Cr或其他金属后在粘结剂中制成浆料，通过喷雾造粒再经烧结制备成喷涂粉。
具体实施方式
下面将进一步详细说明本发明的实施方式。
本发明提供了一种喷涂粉，该喷涂粉特征在于原料包含铸造碳化钨、单晶碳化钨组成的硬质相和粘结金属，其组分和含量按重量百分比为：0-20％的铸造碳化钨，3-96％的单晶碳化钨，4-30％的粘结金属，其余为普通碳化钨。粘结金属含量优选5-17％的粘结金属。
粘结金属的种类没有特别限制，只要具有粘结性能并提高铸造碳化钨粉之间的结合能力即可。但考虑到与铸造碳化钨之间的性能平衡，优选包括选自Co、Ni、Cr、Fe和Cu中的至少一种。
本发明中细颗粒的铸造碳化钨和单晶碳化钨是分别是提高硬度和韧性的原料。具有共晶结构的铸造碳化钨比普通的碳化钨硬度要高的多，而单晶碳化钨非但硬度高于普通碳化钨，同时其韧性又非常好。铸造碳化钨含量的增加有利于硬度的提高，而单晶碳化钨含量的增加有利于韧性的提升。材料的使用工况是复杂多变的，磨损失效和断裂失效同时存在。但不同的工况，对耐磨性和抗断裂性的要求不同，根据工况的不同，通过铸造碳化钨和单晶碳化钨不同含量以达到工况对硬度和韧性要求的最佳比例。
以下，通过具体实施例进一步说明本发明。
[实施例]
超细铸造碳化钨粉以及单晶碳化钨粉的制备
将原料为63-160um铸造碳化钨放入型号为ZJM-65的Attritor超细搅拌球磨机(球磨筒容积70L，球磨筒内径65cm，电动机功率11KW)，采用搅拌研磨方式进行2h研磨，在搅拌臂的高速运转下，借助粉末和磨球之间的剪切力和压力，使铸造碳化钨粉反复发生断裂，从而得到平均粒径在5um以下的铸造碳化钨粉。
单晶碳化钨粉的制备同铸造碳化钨。
实施例1
将20wt％的制备的铸造碳化钨，58wt％的制备的单晶碳化钨，10％普通碳化钨和12wt％的Co粉混合，然后将制得的混合物制成浆料并进行喷雾干燥，然后用泰勒筛筛分出15-45um的喷涂粉。
采用T1-13200CY型号的HVOF设备进行喷涂，基体为常用的Q235钢。喷涂设备采用航空燃油座位燃料，氧气作为助燃气，送粉载气采用氮气。煤油流量为20L/H，氧气流量为61m3/H，氧气压力1.23M/Pa，送粉率为6Kg/h，喷涂距离为330mm。
对以上喷涂涂层进行显微硬度测试：试样大小为10mm*14mm*5mm，采用71型显微硬度计进行实验，实验载荷为300g，压力保持时间为15s。
对涂层进行磨粒磨损实验。磨粒磨损试验用根据ASTM-G6-91标准试制的干式橡胶轮磨损试验机进行。试验尺寸为25mm*40mm*3mm。试验载荷为13N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为50r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失重量表示。
采用压痕法测试涂层的断裂强度，其中试验载荷为10kg，加载时间为15s。光学显微镜观察裂纹长度和Vickers对角线。断裂强度KIC通过Palmqvist几何公式进行计算。
实施例2
将90wt％的制备的单晶碳化钨和10wt％的Co粉混合，然后将制得的混合物制成浆料并进行喷雾干燥，然后用泰勒筛筛分出15-45um的喷涂粉。
同实施例1的方式进行喷涂并进行硬度、耐磨性等的测试。
对比例1
用与实施例1相同的方法制备普通碳化钨的喷涂粉，区别在于用普通碳化钨粉代替制备的超细铸造碳化钨粉。然后同实施例的方式进行喷涂并进行硬度、耐磨性等的测试。
表一是实施例1、2和对比例1的测试数据：
| HV0.3 | 磨粒磨损失重 | KIC | |
| 实施例1 | 1570Mpa | 15.9mg | 5.7Mpa·ml/2 |
| 实施例2 | 1480Mpa | 16.8mg | 7.1Mpa·ml/2 |
| 对比例1 | 1230Mpa | 19.6mg | 4.5Mpa·ml/2 |
表一
由上表可以看到，本发明的喷涂粉硬度和断裂韧性比普通碳化钨喷涂粉硬度和断裂韧性均有大幅提高。对于本发明的喷涂粉，在保持粘结金属量不变的情况下，随着混合粉末中铸造碳化钨的增加，硬度和耐磨性能增大。反之，随着混合粉末中单晶碳化钨的增加，断裂韧性增大。这样在实际的工况中，可以根据工况对硬度和断裂韧性的要求，合理的配比出适合工况的喷涂粉，使材料的寿命最大化的提高。
Claims (3)
1.一种热喷涂粉，其特征在于原料包含平均粒度在5μm以下的铸造碳化钨，平均粒度在5μm以下的单晶碳化钨，粘结金属按照一定配比组成的混合粉末颗粒，组分和含量按重量百分比为：
铸造碳化钨重量比为0-20％；
单晶碳化钨重量比为3-96％；
粘结金属重量比为4-30％；
其余为普通碳化钨。
2.根据权利要求1所述的热喷涂粉，其特征在于粘结金属含量为5-17％。
3.根据权利要求1所述的热喷涂粉，其特征在于所述粘结金属包括选自Co、Ni、Cr、Fe和Cu中的一种或者几种。
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