CN104357790A - 一种WC-ZrO2纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

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薛卫昌
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material

Abstract

本发明涉及一种WC-ZrO2纳米涂层及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为WC占26.25％-35.32％、ZrO2占63.23％-72.3％、微量元素占1.45％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo，其制备方法为：先采用干式粉碎法制得WC和ZrO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在12CrNi3A渗碳模具钢基体上制备WC-ZrO2纳米涂层。本发明ZrO2含量较高，所以涂层结合强度、抓附力较高，优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，解决了现有涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构。

Description

一种WC-ZrO2纳米涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种WC-ZrO2纳米涂层及其制备方法。
背景技术
等离子喷涂是基于等离子体的一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。其主要特点是1、喷涂过程对基体的热影响小,零件无变形，不改变基体金属的热处理性质。2、可供等离子喷涂用的材料非常广泛，可以得到多种性能的喷涂层。3、工艺稳定，涂层质量高。4、涂层平整光滑,可精确控制厚度。
为了满足等离子喷涂技术在工件修复领域的广泛应用，适应多种多样的工件的不同使用要求，人们需要不同种类的喷涂材料。针对现有涂层普遍存在耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，人们需要一种能配合再制造技术，用于改善材料表面涂层的微观组织、结构，提高涂层硬度的新型材料。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种WC-ZrO2纳米涂层及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种WC-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为WC占26.25％-35.32％、ZrO2占63.23％-72.3％、微量元素占1.45％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo，WC是仅次于金刚石的第二硬材料，具有良好的物理、化学性能，弹性模量与金刚石接近，热稳定性比金刚石高，ZrO2可提高提高材料的强度和韧性近50％，所添加的一些稀土元素可提高涂层的结合度、抓附力。
一种WC-ZrO2纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用化学气象沉积法制得WC和ZrO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在12CrNi3A渗碳模具钢基体上制备WC-ZrO2纳米涂层。
本发明的有益效果是：本发明的ZrO2含量较高，所以涂层结合强度、抓附力较高，优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，解决了现有涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，使涂层硬度提高了50％，弹性模量提高了8.5％-14.4％，从而整体提高了材料表面的耐磨性能，同时也对提高改善性的综合力学性能有显著的作用，适用于等离子喷涂，可用喷涂钢材有：2Cr13、4Cr13、9Cr18、4Cr5W2VSi、8Cr3等。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
一种WC-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为WC占26.25％、ZrO2占72.3％、微量元素占1.45％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种WC-ZrO2纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用化学气象沉积法制得WC和ZrO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在12CrNi3A渗碳模具钢基体上制备WC-ZrO2纳米涂层。
所述WC-ZrO2纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述WC-ZrO2纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr圆钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。
实施例二：
一种WC-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为WC占32.4％、ZrO2占66.15％、微量元素占1.45％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种WC-ZrO2纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述WC-ZrO2纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述WC-ZrO2纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr圆钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。
实施例三：
一种WC-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为WC占35.32％、ZrO2占63.23％、微量元素占1.45％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种WC-ZrO2纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述WC-ZrO2纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述WC-ZrO2纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr圆钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。
所述纳米涂层可采用等离子喷涂工艺在12CrNi3A渗碳模具钢基体上制备WC-ZrO2纳米涂层。
测试了涂层的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能，并利用XRD对喷涂粉末济涂层进行了相结构分析，用扫描电子显微镜对喷涂粉末、磨粒磨损前后的涂层表面形貌进行了观察，主要实验结果及结论如下：
表1WC-ZrO2纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果：
由实验数据可得，WC-ZrO2纳米涂层能有效降低工件表面的孔隙率，提高工件表面的结合强度，能明显提高工件表面的显微硬度。
表2各实施例中的WC-ZrO2纳米涂层的摩擦磨损性能实验结果：
组别 测试前(g) 测试后(g) 损失(mg)
实施例一 49.6246 49.6237 0.9
实施例二 49.8356 49.8346 1.0
实施例三 49.8545 49.8533 1.2
对照组 49.4578 49.4456 12.2
由表2可见，WC-ZrO2纳米涂层具有优良的耐磨性。
结果表明：所述WC-ZrO2纳米涂层的相对密度可达95.4％，弥散立方氮化硼颗粒与超细硬质合金基体之间没有明显的间隙，WC-ZrO2纳米涂层的抗弯强度为790MPa，硬度最高可到HRC68，密度可达3.13g/cm3,喷涂厚度可达5毫米，致密度良好为0.82，在相同的条件下，12CrNi3A的磨损量是WC-ZrO2涂层的10倍左右，这表明等离子制备的WC-ZrO2涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种WC-ZrO2纳米涂层，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为WC占26.25％-35.32％、ZrO2占63.23％-72.3％、微量元素占1.45％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
2.一种WC-ZrO2纳米涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先采用化学气象沉积法制得WC和ZrO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在渗碳模具钢基体上制备WC-ZrO2纳米涂层。
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