CN103769576A - 一种用于制备低孔隙率涂层的碳化钨基耐磨涂层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备低孔隙率涂层的碳化钨基耐磨涂层材料及其制备方法，属于热喷涂材料技术领域，所述方法包括：以75～88wt％的WC、1～2.5wt％的硼镍和金属粘结相粉末为原料；在所述原料中加入预定量的去离子水和消泡剂以及占所述原料总重量2～15％的粘接剂后进行混合球磨，制得混合料浆；将所述混合料浆经过喷雾干燥后制得团聚颗粒，再将所述团聚颗粒经过烧结和破碎后制得所述碳化钨基耐磨涂层材料。采用本发明提供的方法能够提高粉末在不同工艺条件下的熔融程度，并且有效降低涂层的孔隙率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备低孔隙率涂层的碳化钨基耐磨涂层材料及其制备方法，属于热喷涂材料技术领域。
背景技术
热喷涂技术可以在工件表面迅速制备一层防护涂层，赋予工件表面耐磨、耐蚀、减摩、封严等不同性能。碳化钨基金属陶瓷具有硬度高、韧性好的特点，已被广泛应用于航空航天、冶金、石化、机械等行业。在工业应用方面，超音速火焰喷涂因其喷涂速度快、燃烧温度相对较低的特性，具有碳化物脱碳少、涂层结合强度高的优点，是目前最适合喷涂碳化钨基金属陶瓷的方法。常见的热喷涂用碳化钨基金属陶瓷包括WC-12Co、WC-17Co、WC-10Co4Cr、WC-Cr3C2-Ni、WC-Ni等，其中WC为硬质耐磨相，Co、CoCr或Ni为金属粘结相。
现有的热喷涂过程是利用高速气流将熔融或半熔融状态粒度堆积在基体表面的过程，虽然超音速火焰喷涂可制的孔隙在1％以下的致密涂层，然而在实际生产过程中由于工件形状和工装的限制，常常无法采用最佳喷涂工艺参数，粉末难以达到较好的熔融效果，这就使得涂层致密度达不到理想的要求，同时也影响了涂层的其他性能。
发明内容
本发明提出了一种用于制备低孔隙率涂层的碳化钨基耐磨涂层材料及其制备方法，以解决现有的热喷涂技术中存在的涂层孔隙率较大以及熔融程度较差的问题。为此，本发明提出了如下的技术方案：
一种用于制备低孔隙率涂层的碳化钨耐磨涂层材料，包括：75～88wt％的碳化钨，0.2～0.5wt％的硼含量，余量为金属镍或钴或镍钴合金。
一种用于制备低孔隙率涂层的碳化钨基耐磨涂层材料的制备方法，包括：
以75～88wt％的WC、1～2.5wt％的硼镍和金属粘结相粉末为原料；
在所述原料中加入预定量的去离子水和消泡剂以及占所述原料总重量2～15％的粘接剂后进行混合球磨，制得混合料浆；
将所述混合料浆经过喷雾干燥后制得团聚颗粒，再将所述团聚颗粒经过烧结和破碎后制得所述碳化钨基耐磨涂层材料。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用本发明提供的方法能够提高粉末在不同工艺条件下的熔融程度，并且有效降低涂层的孔隙率。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的具体实施方式提供了一种用于制备低孔隙率涂层的碳化钨基耐磨涂层材料及其制备方法，其原理是在碳化钨基粉末制备过程中加入少量的硼镍，喷涂过程中硼镍熔于金属粘结相中，降低了金属粘结相的熔点，使得喷涂过程中金属陶瓷粉末可在较长时间内保持熔融状态，有利于涂层孔隙率的降低。
本具体实施方式提供的用于制备低孔隙率涂层的碳化钨耐磨涂层材料包括：75～88wt％的碳化钨，0.2～0.5wt％的硼含量，余量为金属镍或钴或镍钴合金。
本具体实施方式提供的用于制备低孔隙率涂层的碳化钨基耐磨涂层材料的制备方法具体包括：
步骤1，以WC(0.8～8μm)、硼镍(其中硼占18～22％)金属粘结相粉末(钴粉、镍粉或钴粉与铬粉的混合物)为原料，其中WC占75～88％，硼镍占1～2.5％，余量为金属粘结相粉末；
步骤2，在上述原料中加入适量的去离子水为湿磨介质，加入占原料总重量2～15％的聚乙烯醇为粘结剂，加入适量消泡剂等，球磨4小时以上，制得混合料浆；
步骤3，将上述混合料浆输入离心雾化喷雾干燥设备，进口温度180～280℃，出口温度100～190℃，雾化盘转速5000～20000r／min，送料量100～400ml／min，获得团聚颗粒；
步骤4，将上述团聚颗粒置于真空脱胶炉中加热，在800℃保温1小时以上，然后在1150～1300℃烧结，保温2小时后随炉冷却至100℃下后出炉；
步骤5，将烧结后的坯料破碎筛分分级，获得使用要求粒径的粉末。
具体的，将硼铁、碳化硼或硼粉替代硼镍也可取的同样性能的粉末产品。
采用本具体实施方式提供的技术方案，能够制备出适合于低孔隙率的碳化钨基热喷涂粉末，粉末颗粒熔化效果好，涂层结合孔隙率低，喷涂工艺适应范围广。
下面通过具体的实施例对本发明提出的用于制备低孔隙率涂层的碳化钨基耐磨涂层材料的制备方法作详细说明。
实施例1：
以WC(0.8～2μm)、硼镍、钴粉为原料，其中WC占88％，硼镍占1％，Co粉占11％；将WC、硼镍、Co混合球磨，加入适量的去离子水为湿磨介质，加入占混合粉末总重10％的聚乙烯醇为粘结剂，加入适量消泡剂等，球磨8小时；将混合料浆输入离心雾化喷雾干燥设备，进口温度270℃，出口温度180℃，雾化盘转速18000r/min，送料量300ml／min，在出口处获得团聚颗粒；将团聚后的颗粒置于真空脱胶炉中，抽真空，真空度小于3Pa时开始加热，加热至800℃时保温1小时，然后升温至1280℃烧结，保温2小时后随炉冷却至100℃下后出炉；将烧结后的坯料破碎筛分分级，选取15～45μm的粉末作为成品。检测可知粉末中含有WC约占89％，B占0.2％，镍占0.75％，钴为余量。该粉末经超音速火焰喷涂后制备的涂层孔隙率小于0.3％，适应喷涂工艺参数范围广。
实施例2：
以WC(5～8μm)、硼镍、钴粉为原料，其中WC占85％，硼镍占2.5％，Co粉占12.5％；将WC、硼镍、Co混合球磨，加入适量的去离子水为湿磨介质，加入占混合粉末总重15％的聚乙烯醇为粘结剂，加入适量消泡剂等，球磨8小时；将混合料浆输入离心雾化喷雾干燥设备，进口温度220℃，出口温度130℃，雾化盘转速12000r／min，送料量200ml／min，在出口处获得团聚颗粒；将团聚后的颗粒置于真空脱胶炉中，抽真空，真空度小于3Pa时开始加热，加热至800℃时保温1小时，然后升温至1180℃烧结，保温3小时后随炉冷却至100℃下后出炉；将烧结后的坯料破碎筛分分级，选取10～45μm的粉末作为成品。检测可知粉末中含有WC约占84％，硼占0.8％，镍占1.5％，钴为余量。该粉末经超音速火焰喷涂后制备的涂层孔隙率小于0.2％，适应喷涂工艺参数范围广。
实施例3：
以WC(2～5μm)、硼镍、钴粉、铬粉为原料，其中WC占84.5％，硼镍占1.5％，Co粉占10％，Cr粉占4％；将WC、硼镍、Co、Cr混合球磨，加入适量的去离子水为湿磨介质，加入占混合粉末总重15％的聚乙烯醇为粘结剂，加入适量消泡剂等，球磨8小时；将混合料浆输入离心雾化喷雾干燥设备，进口温度220℃，出口温度130℃，雾化盘转速12000r／min，送料量200ml／min，在出口处获得团聚颗粒；将团聚后的颗粒置于真空脱胶炉中，抽真空，真空度小于3Pa时开始加热，加热至800℃时保温1小时，然后升温至1230℃烧结，保温3小时后随炉冷却至100℃下后出炉；将烧结后的坯料破碎筛分分级，选取10～45μm的粉末作为成品。检测可知粉末中含有WC约占84％，硼占0.3％，钴为10％，余量为铬。该粉末经超音速火焰喷涂后制备的涂层孔隙率小于0.4％，适应喷涂工艺参数范围广。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于制备低孔隙率涂层的碳化钨耐磨涂层材料，其特征在于，包括：75～88wt％的碳化钨，0.2～0.5wt％的硼含量，余量为金属镍或钴或镍钴合金。
2.一种用于制备低孔隙率涂层的碳化钨基耐磨涂层材料的制备方法，其特征在于，包括：
以75～88wt％的WC、1～2.5wt％的硼镍和金属粘结相粉末为原料；
在所述原料中加入预定量的去离子水和消泡剂以及占所述原料总重量2～15％的粘接剂后进行混合球磨，制得混合料浆；
将所述混合料浆经过喷雾干燥后制得团聚颗粒，再将所述团聚颗粒经过烧结和破碎后制得所述碳化钨基耐磨涂层材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述硼镍中，硼元素占18～22wt％。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属粘结相粉末为钴粉、镍粉或钴粉与铬粉的混合物。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粘接剂为聚乙烯醇。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述球磨的时间为至少4小时。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述喷雾干燥采用离心雾化喷雾干燥设备，在喷雾干燥过程中，所述离心雾化喷雾干燥设备的尽快温度为180～280℃，出口温度为100～190℃，雾化盘转速为5000～20000r／min，送料量为100～400ml／min。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述烧结包括在800℃条件下保温至少1小时，然后在1150～1300℃条件下烧结，保温2小时后随炉冷却至100℃下后出炉。
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