CN104451515A - 一种WC-Al2O3纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

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程敬卿
薛卫昌
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Abstract

本发明涉及一种WC-Al2O3纳米涂层及其制备方法，包括以下组分：WC、Al2O3、助剂和微量元素，各组分所占的质量百分数如下：WC为60％～70％，Al2O3为25％～35％，助剂为1％～3％和微量元素1％～2％。微量元素包括Go、Si、B、Si。制备方法的步骤为：先对WC、Al2O3材料采用干式粉碎法制得纳米球，接着采用活性剂保护法混合了微量元素和助剂制得纳米粉末，最后利用超音速火焰喷涂在基体表面形成纳米涂层。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，从而整体提高材料表面的耐磨性能，并可实现延长零部件使用寿命的目的。

Description

一种WC-Al2O3纳米涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及喷涂涂层加工技术领域，具体是一种WC-Al2O3纳米涂层及其制备方法。
背景技术
机械磨损对于运动传递中的机械零部件来说，都是不可避免的问题，而且磨损的程度会随着使用的次数的增加而加剧，一旦超过磨损极限，不仅影响到运动的正常传递，还会引发断裂等现象，带来安全隐患。目前常用的方式是在零部件磨损的表面喷涂特定材料以形成涂层，这样可以增加对应产品的耐磨性、耐腐蚀性，从而达到延长零部件使用寿命的目的。然而，由于传统的涂层材料搭配不合理，零部件的耐磨性、耐腐蚀性虽有一定程度的提高，但是效果不够显著，短期内使用后磨损量也相对较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种材料搭配合理、方便生产制造的，能够提高零部件耐磨性能和韧性的WC-Al2O3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-Al2O3纳米涂层，包括以下组分：WC、Al2O3、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为60％～70％，Al2O3为25％～35％，助剂为1％～3％和微量元素1％～2％。
所述微量元素包括Go、Si、B。
所述助剂为CBN，由于材料硬度不高，所以添加了助剂CBN来提高硬度。
一种WC-Al2O3纳米涂层的制备方法，所述步骤为：先对WC、Al2O3材料采用干式粉碎法制得纳米球，接着采用活性剂保护法混合了微量元素和助剂制得纳米粉末，最后利用超音速火焰喷涂在基体表面形成纳米涂层。
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，并可实现延长零部件使用寿命的目的。
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-Al2O3纳米涂层，包括以下组分：WC、Al2O3、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为68％，Al2O3为30％，助剂为2％和微量元素1％。
所述微量元素包括Go、Si、B。
所述助剂为CBN，由于材料硬度不高，所以添加了助剂CBN来提高硬度。
一种WC-Al2O3纳米涂层的制备方法，所述步骤为：先对WC、Al2O3材料采用干式粉碎法制得纳米球，接着采用活性剂保护法混合了微量元素和助剂制得纳米粉末，最后利用超音速火焰喷涂在基体表面形成纳米涂层。
实施例二：
一种WC-Al2O3纳米涂层，包括以下组分：WC、Al2O3、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为60％，Al2O3为35％，助剂为3％和微量元素2％。
所述微量元素包括Go、Si、B。
所述助剂为CBN，由于材料硬度不高，所以添加了助剂CBN来提高硬度。
一种WC-Al2O3纳米涂层的制备方法与实施例一相同。
实施例三：
一种WC-Al2O3纳米涂层，包括以下组分：WC、Al2O3、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为70％，Al2O3为28％，助剂为1％和微量元素1％。
所述微量元素包括Go、Si、B。
所述助剂为CBN，由于材料硬度不高，所以添加了助剂CBN来提高硬度。
一种WC-Al2O3纳米涂层的制备方法与实施例一相同。
实施例四：
一种WC-Al2O3纳米涂层，包括以下组分：WC、Al2O3、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为70％，Al2O3为25％，助剂为3％和微量元素2％。
所述微量元素包括Go、Si、B。
所述助剂为CBN，由于材料硬度不高，所以添加了助剂CBN来提高硬度。
一种WC-Al2O3纳米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，特采用超音速火焰喷涂工艺在20Cr模具钢基体上制备了WC-Al2O3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 0.589 78.5 1256
实施例二 0.568 69.3 1365
实施例三 0.578 71.3 1259
实施例四 0.687 72.4 1089
平均值 0.543 71.2 1245
对比组 0.796 61 895
其中，对比组为没有涂层的20Cr基体。
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 66.2548 66.2539 9
实验2 66.5487 66.5478 9
实验3 66.2458 66.2447 11
对比组 66.5478 66.5361 117
有以上实验数据可以看出，经过不同比例的配比可以使WC-Al2O3涂层的硬度达到HRC63，涂层厚度可达3毫米。经过多次试验得出WC-Al2O3涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度在8.96g/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，节省成本，又达到硬化材料的目的。本发明设计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。在相同的条件下20Cr的磨损量是WC-Al2O3涂层的12倍，这表明超音速火焰喷涂工艺制备的WC-Al2O3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-Al2O3纳米涂层，其特征在于：包括以下组分：WC、Al2O3、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为60％～70％，Al2O3为25％～35％，助剂为1％～3％和微量元素1％～2％。
2.根据权利要求1所述的一种WC-Al2O3纳米涂层，其特征在于：所述微量元素包括Go、Si、B。
3.根据权利要求1所述的一种WC-Al2O3纳米涂层，其特征在于：所述助剂为CBN。
4.一种WC-Al2O3纳米涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤为：先对WC、Al2O3材料采用干式粉碎法制得纳米球，接着采用活性剂保护法混合了微量元素和助剂制得纳米粉末，最后利用超音速火焰喷涂在基体表面形成纳米涂层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104846312A (zh) * 2015-05-09 2015-08-19 芜湖鼎瀚再制造技术有限公司 一种Cu-Co3O4-Al2O3材料及其制备方法
CN109440053A (zh) * 2018-12-12 2019-03-08 中国人民解放军空军工程大学 一种雷达吸波涂层材料及其制备方法

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