CN102560222B - 一种WC－NiCrMoAl超硬无磁涂层复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种WC－NiCrMoAl超硬无磁涂层复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种WC-NiCrMoAl无磁涂层复合材料及其制备方法属于激光领域，材料质量百分比如下：碳化钨：25～40wt％、Cr：11～18wt％、Mo：4～8wt％、Al：1.5～5.0wt％，余量Ni。制备方法包括以下步骤：采用水雾化、气雾化或等离子旋转电极雾化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，称量碳化钨粉末以及NiCrMoAl合金粉末；将碳化钨粉末与NiCrMoAl合金粉末在球磨机里面混合1～3小时，实现均匀化；选取机械零部件载体，利用激光熔覆等表面技术在机械零件表面上制备成涂层，实现零部件的强化或修复。涂层具有高硬度、较高的耐磨和抗腐蚀性能及优良的无磁性能，涂层裂纹倾向大大降低。

Description

一种WC-NiCrMoAl超硬无磁涂层复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍基超硬复合材料及其制备方法，更特别的是一种无磁、耐磨、耐腐蚀的WC-NiCrMoAl的涂层材料及其在金属机械零部件上制成无磁、超硬、耐磨、耐腐蚀的涂层的方法。
背景技术
在地质勘探、模具制造、石油、选矿、电子测试仪器、化工等工业中，存在很多无磁材料制造的零部件，当这些零部件在工作时会产生相对运动而产生摩擦磨损。此类零件往往价格昂贵，因此在零部件制造时需要有无磁耐磨防护层，或者在发生磨损后需要采用无磁材料进行修复或再制造。无磁零件使用时面临的问题除了磨损之外还有腐蚀问题，因此采用无磁耐磨抗腐蚀的涂层提高无磁零件的使用寿命是有效措施之一。
粉末冶金硬质合金通常由WC做为硬质相而Ni或Co做为粘结剂，但是在粉末冶金硬质合金中WC的含量都比较高，一般均在75％以上。美国专利5273571发明了一种采用粉末冶金方式制造的WC含量60％-98％的无磁硬质合金。而实践证明，用于粉末冶金的高含量WC粉末材料不适合于激光熔覆等表面技术，原因在于自熔性比较差且裂纹开裂倾向极高，基本难以应用于熔覆焊。因此开发适合于熔覆用的无磁涂层材料至关重要。相对铁基材料而言，镍基材料的磁性相对铁基较弱一些，并且镍基材料的抗腐蚀性优于铁基材料。制备WC做为强化相而镍基合金作为金属粘结剂的涂层材料有较明显的优越性，可获得高硬度、耐磨、抗腐蚀的涂层材料。美国专利2010/0009089A1发明了一种镍基无磁涂层，WC含量30％-65％，但该涂层材料含有Fe、Co等元素，将影响到无磁性能的稳定性。针对激光熔覆技术，本发明在降低WC含量的情况下，采用自熔性较好的合金元素及强化元素，涂层材料中不含有Fe、Co等元素，涂层具有高硬度、较高的耐磨和抗腐蚀性能及优良的无磁性能，涂层裂纹倾向大大降低，材料成分也显著降低。
发明内容
本发明主要为了提高材料的耐磨、抗腐蚀性能，且明显降低材料成本，提供一种WC-NiCrMoAl超硬无磁涂层复合材料及其制备方法，大大提高材料的耐磨性能、抗腐蚀性能，涂层材料无磁性能稳定。
一种WC-NiCrMoAl无磁涂层复合材料，其特征在于质量百分比如下：碳化钨：25～40wt％、Cr：11～18wt％、Mo：4～8wt％、Al：1.5～5.0wt％，余量Ni。
上述的一种WC-NiCrMoAl无磁涂层复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按上述组分的质量百分比选取原料；
(2)采用水雾化、气雾化或等离子旋转电极雾化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，称量碳化钨粉末以及NiCrMoAl合金粉末，其中碳化钨粉末质量百分比25～40％，粉末粒度均为-140～+325目；
(3)将上述碳化钨粉末与NiCrMoAl合金粉末在球磨机里面混合1～3小时，实现均匀化；
(4)选取机械零部件载体，利用激光熔覆等表面技术在机械零件表面上制备成涂层，实现零部件的强化或修复；激光熔覆功率1.5～4.5KW，圆光斑尺寸为3～6mm或矩形光斑尺寸2×8mm，光束扫描速度为180～450mm/min，激光熔覆过程采用流量为8～16L/min的氩气保护。
本发明制备而成的超硬复合材料的相对磁导率在1.003≤ur≤1.012之间，硬度达到HRC55-65，25℃盐雾腐蚀的腐蚀率小于0.38g/m2·h。
附图说明
图1是不同WC含量的熔覆层的磁滞回线
①碳化钨含量为25％无磁涂层的磁滞回线②碳化钨含量为33％无磁涂层的磁滞回线③碳化钨含量为40％无磁涂层的磁滞回线。
具体实施方式
实施例1
(1)选取典型的WC-NiCrMoAl无磁涂层复合材料配方，碳化钨：25wt％、Cr：11wt％、Mo：4wt％、Al：1.5wt％，余量Ni。
(2)采用氩气雾化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，采用精度为0.1mg的电子天平称量碳化钨粉末以及NiCrMoAl合金粉末，粉末粒度为-140～+325目。
(3)将上述碳化钨颗粒与NiCrMoAl合金粉末混合料，在球磨机里面混合1.0小时。
(4)选取无磁钢316L作为熔覆基体材料，利用CO2激光熔覆在基材表面上制备熔覆层，设置CO2激光输出功率4.5KW，矩形光斑尺寸2×8mm，光束扫描速度为450mm/min，激光熔覆过程采用流量为8L/min的氩气保护。
下面对本实施例得到的WC-NiCrMoAl无磁涂层复合材料进行各种性能测试。
1、腐蚀实验
将无磁涂层材料在YW/R-150盐雾实验箱内进行腐蚀试验，NaCl的质量浓度为(5±0.1)％，pH值为6.5～7.2，得到涂层材料的腐蚀率为0.28g/m2·h(测试条件：25℃×168h)，具有优良的耐腐蚀性能。
2、显微硬度
用HR-150A型显微洛氏进行硬度测试，对激光熔覆层表面进行进行多点测试并计算平均值，其硬度为HRC55。
3、磁性能检测
在Lake Shore7410型振动样品磁强计进行WC-NiCrMoAl材料磁性能测试，得到材料的相对磁导率为1.003，见图1。
以上数据均说明激光熔覆制备的WC-NiCrMoAl涂层为无磁超硬复合材料，且性能优异。
实施例2
(1)选取典型的WC-NiCrMoAl无磁涂层复合材料配方，碳化钨：33.0wt％、Cr：14.0wt％、Mo：6.0wt％、Al：3.0wt％，余量Ni。
(2)采用水雾化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，采用精度为0.1mg的电子天平称量碳化钨粉末以及NiCrMoAl合金粉末，粉末粒度为-140～+325目。
(3)将上述碳化钨颗粒与NiCrMoAl合金粉末混合料，在球磨机里面混合1.5小时。
(4)选取无磁钢N1310作为熔覆基体材料，利用半导体激光熔覆在基材表面上制备熔覆层，设置半导体激光输出功率1.5KW，圆光斑尺寸3mm，光束扫描速度为180mm/min，激光熔覆过程采用流量为12L/min的氩气保护。
下面对本实施例得到的WC-NiCrMoAl无磁涂层复合材料进行各种性能测试。
1、腐蚀实验
将无磁涂层材料在YW/R-150盐雾实验箱内进行腐蚀试验，NaCl的质量浓度为(5±0.1)％，pH值为6.5～7.2，得到涂层材料的腐蚀率为0.33g/m2·h(测试条件：25℃×168h)，具有优良的耐腐蚀性能。
2、显微硬度
用HR-150A型显微洛氏进行硬度测试，对激光熔覆层表面进行进行多点测试并计算平均值，其硬度为HRC60。
3、磁性能检测
在Lake Shore7410型振动样品磁强计进行WC-NiCrMoAl材料磁性能测试，得到材料的相对磁导率为1.006，见图1。
以上数据均说明激光熔覆制备的WC-NiCrMoAl涂层为无磁超硬复合材料，且性能优异。
实施例3
(1)选取典型的WC-NiCrMoAl无磁涂层复合材料配方，碳化钨：40.0wt％、Cr：18.0wt％、Mo：8.0wt％、Al：5.0wt％，余量Ni。
(2)采用水雾化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，采用精度为0.1mg的电子天平称量碳化钨粉末以及NiCrMoAl合金粉末，粉末粒度为-140～+325目。
(3)将上述碳化钨颗粒与NiCrMoAl合金粉末混合料，在球磨机里面混合3.0小时。
(4)选取304不锈钢作为熔覆基体材料，利用光纤激光熔覆法基材表面上制备熔覆层，设置光纤激光输出功率3.0KW，圆光斑尺寸为6mm，光束扫描速度为300mm/min，激光熔覆过程采用流量为16L/min的氩气保护。
下面对本实施例得到的WC-NiCrMoAl无磁涂层复合材料进行各种性能测试。
1、腐蚀实验
将无磁涂层材料在YW/R-150盐雾实验箱内进行腐蚀试验，NaCl的质量浓度为(5±0.1)％，pH值为6.5～7.2，得到涂层材料的腐蚀率为0.38g/m2·h(测试条件：25℃×168h)，具有优良的耐腐蚀性能。
2、显微硬度
用HR-150A型显微洛氏进行硬度测试，对激光熔覆层表面进行进行多点测试并计算平均值，其硬度为HRC65。
3、磁性能检测
在Lake Shore7410型振动样品磁强计进行WC-NiCrMoAl材料磁性能测试，得到材料的相对磁导率为1.012，见图1。
以上数据均说明激光熔覆制备的WC-NiCrMoAl涂层为无磁超硬复合材料，且性能优异。

Claims (1)

1.一种WC－NiCrMoAl无磁涂层复合材料，其特征在于质量百分比如下：碳化钨：25～40wt%、Cr：11～14wt%、Mo：6～8wt%、Al：1.5～3wt%，余量Ni，所述的WC－NiCrMoAl无磁涂层复合材料通过下述方法制备，包括以下步骤：
（1）按上述组分的质量百分比选取原料；
（2）采用水雾化、气雾化或等离子旋转电极雾化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，称量碳化钨粉末以及NiCrMoAl合金粉末，其中碳化钨粉末质量百分比25～40%，粉末粒度均为-140～+325目；
（3）将上述碳化钨粉末与NiCrMoAl合金粉末在球磨机里面混合1～3小时，实现均匀化；
（4）选取机械零部件载体，利用激光熔覆表面技术在机械零件表面上制备成涂层，实现零部件的强化或修复；激光熔覆功率1.5～4.5KW，圆光斑尺寸为3～6mm或矩形光斑尺寸2×8mm，光束扫描速度为180～450mm/min，激光熔覆过程采用流量为8～16L/min的氩气保护。
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