CN104726861B

CN104726861B - 一种高耐磨性的WC‑Mo‑Co复合涂层

Info

Publication number: CN104726861B
Application number: CN201510164499.4A
Authority: CN
Inventors: 张晖
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2017-07-14
Anticipated expiration: 2035-04-08
Also published as: CN104726861A

Abstract

本发明公开了一种高耐磨性的WC‑Mo‑Co复合涂层，属于材料表面强化技术领域。该复合涂层成分设计为：在Co基粉末中添加质量分数10～20％的WC颗粒，同时联合添加5～10％的Mo。Mo的添加可促使WC/Co基涂层凝固时析出更多高硬度一次碳化物和共晶碳化物，与未添加Mo的WC/Co基涂层相比，可显著提高耐磨性能。本发明的激光熔覆WC‑Mo‑Co复合涂层可广泛应用于对表面耐磨性有较高要求的零部件绿色制造及再制造修复。

Description

一种高耐磨性的WC-Mo-Co复合涂层

技术领域

本发明属于材料表面强化技术领域，具体涉及一种高耐磨性的WC-Mo-Co复合涂层。

背景技术

激光熔覆WC颗粒增强Co基复合涂层已被广泛应用于对表面耐磨性有较高要求的零部件绿色制造及再制造修复。其中，WC相具有高硬度和优良的抗磨损性能，而Co基体赋予了陶瓷/金属复合涂层较好的强度和韧性。但是，WC在激光高温熔池熔凝过程中极易部分熔化，降低了WC的颗粒增强效果。而添加过多的WC颗粒，由于WC陶瓷与Co金属热物理性质的较大差异，易导致WC与Co基体界面处裂纹源增多，硬度升高的同时脆性迅速增加，耐磨性能反而下降，使涂层失去使用价值。为此，国内外已尝试采用多种方法进一步优化激光熔覆WC/Co基复合涂层的韧脆性和耐磨性，例如中国专利公开号CN101148747和大量的国内外公开期刊论文研究了WC添加含量对复合涂层脆性和耐磨性的影响，通过优化WC添加含量，以获得最佳的强韧性和耐磨性成分。中国专利申请号CN103215585A提出了一种定量计算激光熔覆WC/Co复合涂层过程中WC烧损率的方法，以实现快速合理地选择成分配比与激光工艺优化。但上述方法在提高涂层韧性的同时，往往以牺牲涂层硬度和耐磨性为代价。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种在激光熔覆WC/Co基复合涂层中添加Mo元素的WC-Mo-Co复合涂层，该复合涂层在提高韧性的同时具有优异的硬度和耐磨性。

本发明一种高耐磨性的WC-Mo-Co复合涂层，该复合涂层成分设计为：在Co粉中添加质量分数10～20％的WC粉末颗粒，同时联合添加质量分数5～10％的Mo粉。该涂层可应用于对表面硬度和摩擦磨损性能有较高要求的零部件表面。

进一步的，该复合涂层成分设计为：在Co粉中添加质量分数10％的WC粉末颗粒，同时联合添加质量分数5％的Mo粉，即Co-10％WC-5％Mo。该涂层可进一步应用于对表面冲击性能、断裂性能和耐磨性能均有较高要求的零部件表面。

上述复合涂层对所添加的粉末要求为：Co粉、Mo粉、WC粉纯度大于99％，WC粉末颗粒粒径范围为30～300μm。

本发明的科学原理及效果：

钼具有与钨相近的性质，可以和碳形成同样类型的M₆C、M₂₃C₆等碳化物硬质相。因此，本专利技术在WC/Co基复合涂层中引入金属元素Mo，研究发现当WC/Co基涂层中添加的WC颗粒部分烧损熔解后，熔解的C、W元素与添加的Mo元素在涂层凝固时可析出更多高硬度一次碳化物或共晶碳化物，从而显著提高涂层硬度和耐磨性。同时，本专利研究还特别发现在激光熔覆Co-10％WC-5Mo复合涂层中，Mo元素的添加使涂层中析出大量短棒状一次碳化物硬质相，与层片状生长的共晶碳化物相比，这种碳化物短棒状生长形态对涂层的割裂作用和脆性影响较小，因而该成分涂层对避免脆性增加，提高抗冲击条件下的耐磨性能更为有利。

附图说明

图1是激光熔覆WC/Co基复合涂层中WC颗粒相部分溶解的扫描电镜形貌。

图2是激光熔覆Co-10％WC基复合涂层枝晶生长扫描电镜形貌。

图3是激光熔覆Co-20％WC基复合涂层共晶组织扫描电镜形貌。

图4是激光熔覆Co-10％WC-5％Mo基复合涂层枝晶生长扫描电镜形貌。

图5是激光熔覆Co-20％WC-5％Mo基复合涂层共晶组织扫描电镜形貌。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步说明。

首先，采用从市场购买纯Co金属粉末、纯Mo金属粉末和WC粉末，纯度均大于99％，其中WC颗粒粒度范围为30～300μm。按重量百分比分别配置以下五种成分：Co-10％WC、Co-20％WC、Co-10％WC-5％Mo、Co-10％WC-10％Mo和Co-20％WC-5％Mo涂层粉末，将配置好的合金粉末分别置于球磨机内均匀混合2小时后烘干。

随后，将待激光熔覆的45钢基底材料表面去污、除锈并与400℃保温2小时预热。而后，利用CO₂横流激光器以同步式送粉方式将纯Co粉末和已预制好的五种合金复合粉末分别激光熔覆到45钢基底金属表面，熔覆后涂层厚度1mm，激光工艺参数为：激光功率2.5kW，扫描速度300mm/min。

激光熔覆后的涂层采用扫描电镜显微组织形貌观察涂层中添加的WC硬质相和凝固析出的碳化物形态。图1所示为Co-10％WC涂层凝固后残存的WC显微组织形态，可见WC颗粒周围共晶组织尺寸明显高于基体组织。这主要是因为WC在激光高温熔池中会发生部分溶解，由于W扩散浓度梯度的影响，WC周围分布的C和W元素含量较高，导致其周围共晶组织生长形态较粗大。

表1分别为不同成分涂层的耐磨性和硬度测试结果，维氏硬度测试的实验力为10Kg，磨损实验在相同试样尺寸和载荷条件下进行。可以看出随着WC添加量增加，Co-20％WC涂层硬度明显高于Co-10％WC涂层，且磨损失重量更少，这主要是由于Co-20％WC涂层添加的高硬度WC颗粒相较多，同时导致凝固后形成的高硬度共晶碳化物也增多，如图2和图3中Co-10％WC和Co-20％WC涂层基体组织扫描电镜照片所示。此外，从表1中可以看出添加Mo元素显著提高了WC/Co基复合涂层硬度和耐磨性，特别是与Co-20％WC涂层相比，Co-10％WC-5％Mo涂层中WC添加含量虽然较少，硬度略低，但磨损失重量更少，耐磨性能反而较高。图4所示Co-10％WC-5％Mo涂层组织中析出了大量弥散分布的杆状一次碳化物硬质相，这种形态的碳化物在其它成分涂层中均没有发现，与添加的WC硬质相和凝固析出的层片状共晶碳化物相比，这种短棒状析出相对Co基体的割裂作用和脆性影响较小，因此，该涂层硬度提高的同时避免了脆性的迅速升高，其最终耐磨性能甚至高于Co-20％WC复合涂层。图5是Co-20％WC-5％Mo涂层组织照片，组织中虽然未发现短棒状碳化物析出相，但与图3所示Co-20％WC涂层相比，由于钼与钨相近的性质促使涂层中形成了更多高硬度共晶碳化物，硬度和耐磨性能增加更明显。

表1激光熔覆Mo-WC/Co基合金涂层硬度和磨损失重实验结果

涂层成分	硬度(HV)	磨损失重(mg)
			Co	398	39
Co-10％WC	515	26
			Co-10％WC-5％Mo	601	15
Co-10％WC-10％Mo	652	14
			Co-20％WC	627	17
Co-20％WC-5％Mo	704	10

Claims

1.一种高耐磨性的WC-Mo-Co复合涂层，其特征在于，所述复合涂层成分设计为：在Co粉中添加质量分数10～20％的WC粉末颗粒，同时联合添加质量分数5～10％的Mo粉。

2.如权利要求1所述的一种高耐磨性的WC-Mo-Co复合涂层，其特征在于，所述复合涂层成分设计为：在Co粉中添加质量分数10％的WC粉末颗粒，同时联合添加质量分数5％的Mo粉。

3.如权利要求1或2所述的一种高耐磨性的WC-Mo-Co复合涂层，其特征在于，所述Co粉、Mo粉、WC粉纯度大于99％，WC粉末颗粒粒径范围为30～300μm。