CN104451516A - 一种WC-SiC纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种WC-SiC纳米涂层及其制备方法，包括以下质量百分数的组分：WC为21％～35％，SiC为59％～74％，助剂为1％～3％和微量元素1％～2％。制备方法的步骤为：先对WC、SiC材料采用溶胶-凝胶法再加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素和助剂制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备喷涂在基体上形成涂层。本发明解决了传统涂层耐磨性较差、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、韧性，同时也对提高改善性的综合力学性能有显著的作用。

Description

一种WC-SiC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-SiC纳米涂层及其制备方法。
背景技术
机械零部件往往在机械传动、接触时发生磨损，发生磨损后的零部件性能急剧下降，使用寿命大大缩短，有的零部件磨损较为严重则只能够报废，有的还可以采取一定修复措施进行回收利用，喷涂涂层的修复方式较为常见，喷涂后的零部件的性能得到了进一步的改善，实现了再利用，从而避免了浪费，节省了成本。但是，传统的涂层由于材料搭配不合理，存在着耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，再次使用时的寿命较短。
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的WC-SiC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-SiC纳米涂层，包括以下组分：WC、SiC、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为21％～35％，SiC为59％～74％，助剂为1％～3％和微量元素1％～2％。
所述微量元素包括C、Cr、Si、B、Fe。
所述助剂为CaF2，由于其它材料韧性比较高、硬度稍差，所以添加了助剂1％～3％CaF2来提高硬度，使硬度可提高56％以上，同时韧性也有很大的增强。
一种WC-SiC纳米涂层的制备方法，所述步骤为：先对WC、SiC材料采用溶胶-凝胶法再加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素和助剂制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备喷涂在基体上形成涂层。
本发明的有益效果是：本发明解决了传统涂层耐磨性较差、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56％以上，韧性提高100％以上，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、韧性，同时也对提高改善性的综合力学性能有显著的作用。
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-SiC纳米涂层，包括以下组分：WC、SiC、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为21％，SiC为74％，助剂为3％和微量元素2％。
所述微量元素包括C、Cr、Si、B、Fe。
所述助剂为CaF2。
一种WC-SiC纳米涂层的制备方法，所述步骤为：先采用溶胶-凝胶法再加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素和助剂制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备喷涂在基体上形成涂层。
实施例二：
一种WC-SiC纳米涂层，包括以下组分：WC、SiC、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％，SiC为63％，助剂为1％和微量元素1％。
所述微量元素包括C、Cr、Si、B、Fe。
所述助剂为CaF2。
一种WC-SiC纳米涂层的制备方法与实施例一相同。
实施例三：
一种WC-SiC纳米涂层，包括以下组分：WC、SiC、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为28％，SiC为69％，助剂为2％和微量元素1％。
所述微量元素包括C、Cr、Si、B、Fe。
所述助剂为CaF2。
一种WC-SiC纳米涂层的制备方法与实施例一相同。
实施例四：
一种WC-SiC纳米涂层，包括以下组分：WC、SiC、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％，SiC为61％，助剂为3％和微量元素1％。
所述微量元素包括C、Cr、Si、B、Fe。
所述助剂为CaF2。
一种WC-SiC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，特采用等离子喷涂工艺在8Cr3模具钢基体上制备了WC-SiC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 0.612 77.2 1345
实施例二 0.568 69.3 1273
实施例三 0.684 75.4 1159
实施例四 0.549 68.9 1237
平均值 0.603 72.7 1253
对比组 0.825 63 956
其中，对比组为没有涂层的8Cr3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 53.5698 53.5689 9
实验2 53.4523 53.4513 10
实验3 53.6235 53.6224 11
对比组 53.2144 53.2026 118
由以上实验数据可以看出，8Cr3基体的磨损量是WC-SiC涂层的11倍，证实了WC-SiC涂层具有良好的耐磨性。经过不同比例的配比可以使WC-SiC涂层的硬度达到HRC69，涂层厚度可达3毫米，涂层韧性、结合度高，提升了涂层的堆积厚度。经过多次试验得出WC-SiC涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度在6.77g/cm3。本涂层材料适合多种钢材比如：5Cr4W5Mo2V、6Cr4Mo3Ni2W、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等。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、结合强度高、耐高温、耐腐蚀。这表明等离子喷涂制备的WC-SiC涂层具有优异的抗磨粒磨损性能、硬度和韧性，具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性，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-SiC纳米涂层，其特征在于：包括以下组分：WC、SiC、助剂和微量元素，所述各组分所占的质量百分数如下：
WC为21％～35％，SiC为59％～74％，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-SiC纳米涂层，其特征在于：所述微量元素包括C、Cr、Si、B、Fe。
3.根据权利要求1所述的一种WC-SiC纳米涂层，其特征在于：所述助剂为CaF2。
4.一种WC-SiC纳米涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤为：先对WC、SiC材料采用溶胶-凝胶法再加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素和助剂制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备喷涂在基体上形成涂层。
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