CN104372336A - 一种WC-TiO2-Mo涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种WC-TiO2-Mo涂层及其制备方法，包括以下质量百分数的组分：WC为31％～45％，TiO2为45％～59％，Mo为7％～19％，助剂为2％，微量元素为1％。所述微量元素包括Go、Si、W、Ni。制备方法的步骤为：先采用干式粉碎法将WC、TiO2、Mo制成纳米球，接着采用活性剂保护法混合微量元素材料并添加助剂制得纳米粉末，最后将纳米粉末通过激光熔覆喷涂在基体上。本发明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％，从而整体提高材料表面的耐磨性能。

Description

一种WC-TiO2-Mo涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及再制造工程技术领域，具体是一种WC-TiO2-Mo涂层及其制备方法。 
背景技术
激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术，可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本，节约贵重稀有金属材料，因此，世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视。 
而现有的涂层存在着耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，使用寿命较短，影响到基体的正常使用，且频繁的更换基体费时费力，劳动强度较高，维修、维护的成本较高。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种WC-TiO2-Mo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-TiO2-Mo涂层，包括以下组分：WC、TiO2、Mo、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下： 
WC为31％～45％，TiO2为45％～59％，Mo为7％～19％，助剂为2％，微量元素为1％。 
所述微量元素包括Go、Si、W、Ni。 
所述助剂为CBN。由于材料硬度不高，所以添加了助剂2％CBN来提高硬度。 
一种WC-TiO2-Mo涂层的制备方法，所述步骤为：先采用干式粉碎法将WC、TiO2、Mo制成纳米球，接着采用活性剂保护法混合微量元素材料并添加助剂制得 纳米粉末，最后将纳米粉末通过激光熔覆喷涂在基体上。 
激光熔覆具有以下特点： 
(1)冷却速度快，高达106K/s，属于快速凝固过程，容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相，如非稳相、非晶态等； 
(2)涂层稀释率低，一般小于5％，与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整，可以获得低稀释率的良好涂层，并且涂层成分和稀释度可控； 
(3)热输入和畸变较小，尤其是采用高功率密度快速熔覆时，变形可降低到零件的装配公差内； 
(4)粉末选择几乎没有任何限制，特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金； 
(5)熔覆层的厚度范围大，单道送粉一次涂覆厚度在0.2～2.0mm； 
(6)能进行选区熔敷，材料消耗少，具有卓越的性能价格比； 
(7)光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷； 
(8)工艺过程易于实现自动化。 
本发明的有益效果是：本发明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％，从而整体提高材料表面的耐磨性能。 
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。 
实施例一： 
一种WC-TiO2-Mo涂层，包括以下组分：WC、TiO2、Mo、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下： 
WC为45％，TiO2为45％，Mo为7％，助剂为2％，微量元素为1％。 
所述微量元素包括Go、Si、W、Ni。 
所述助剂为CBN。 
一种WC-TiO2-Mo涂层的制备方法，所述步骤为：先采用干式粉碎法将WC、 TiO2、Mo制成纳米球，接着采用活性剂保护法混合微量元素材料并添加助剂制得纳米粉末，最后将纳米粉末通过激光熔覆喷涂在基体上。 
实施例二： 
一种WC-TiO2-Mo涂层，包括以下组分：WC、TiO2、Mo、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下： 
WC为35％，TiO2为47％，Mo为15％，助剂为2％，微量元素为1％。 
所述微量元素包括Go、Si、W、Ni。 
所述助剂为CBN。 
一种WC-TiO2-Mo涂层的制备方法与实施例一相同。 
实施例三： 
一种WC-TiO2-Mo涂层，包括以下组分：WC、TiO2、Mo、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下： 
WC为31％，TiO2为47％，Mo为19％，助剂为2％，微量元素为1％。 
所述微量元素包括Go、Si、W、Ni。 
所述助剂为CBN。 
一种WC-TiO2-Mo涂层的制备方法与实施例一相同。 
实施例四： 
一种WC-TiO2-Mo涂层，包括以下组分：WC、TiO2、Mo、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下： 
WC为31％，TiO2为59％，Mo为7％，助剂为2％，微量元素为1％。 
所述微量元素包括Go、Si、W、Ni。 
所述助剂为CBN。 
一种WC-TiO2-Mo涂层的制备方法与实施例一相同。 
为了论证本发明的实际效果，特采用激光熔覆喷涂工艺在4Cr13模具钢基体上制备了WC-TiO2-Mo涂层。 
将实施例一至实施例四实施后，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。 
实验结果如下： 
编号 孔隙率(AREA％) 结合强度MPa 显微硬度(HV)
实施例一 0.512 77.6 1194
实施例二 0.523 75.3 1139
实施例三 0.478 72.8 1156
实施例四 0.508 73.6 1097
平均值 0.505 74.8 1101
对比组 0.861 61 779
其中，对比组为20Cr基体。 
本发明涉及的合金耐磨性、耐压性和韧性较好，易于加工，用于耐磨件和轴泵面、汽轮箱体密封面等部位。由于含有硼、硅等元素，具有自熔性，可直接喷涂，也可进行重熔处理，可以用于激光熔覆。经过不同比例的配比可以使WC-TiO2-Mo涂层的硬度达到HRC62，涂层厚度可达2毫米。经过多次试验得出WC-TiO2-Mo涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度在10.14g/cm3。本发明涉及的涂层材料适合多种钢材，适合一些材料表面需要硬化，但要求又不高，价格低廉，又达到硬化材料的目的。 
另外，本发明进行了三组磨损量测试实验，每组实验中均测试了实施例一至实施例四中的磨损量，将平均数据进行统计，并与对比组进行对比，相关数据如下： 
编号 磨损前平均值(g) 磨损后平均值(g) 磨损量平均值(mg)
实验1 65.3256 65.3247 9
实验2 65.4785 65.4777 8
实验3 65.2569 65.2558 11
对比组 65.5698 65.5513 185
[0054] 本发明涉及的纳米材料优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，与传统合金材料相比有着较大的进步。由上述统计表可以得出，在相同的条件下20Cr的磨损量是WC-TiO2-Mo涂层的20倍，这表明激光熔覆制备的WC-TiO2-Mo涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。这些材料具有耐磨、耐蚀、抗高温氧化等性能，是现代机械制造和磨损件修复再用的重要材料。 
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，本发明不受步骤实施例的限制，步骤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 (4)

1.一种WC-TiO2-Mo涂层，其特征在于：包括以下组分：WC、TiO2、Mo、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为31％～45％，TiO2为45％～59％，Mo为7％～19％，助剂为2％，微量元素为1％。
2.根据权利要求1所述的一种WC-TiO2-Mo涂层，其特征在于：所述微量元素包括Go、Si、W、Ni。
3.根据权利要求1所述的一种WC-TiO2-Mo涂层，其特征在于：所述的助剂为CBN。
4.一种WC-TiO2-Mo涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤为：先采用干式粉碎法将WC、TiO2、Mo制成纳米球，接着采用活性剂保护法混合微量元素并添加助剂制得纳米粉末，最后将纳米粉末通过激光熔覆喷涂在基体上。
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