CN104831218A - 高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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程敬卿
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Abstract

本发明涉及高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为WC占65.92％、TiO2占17.2％、Mo占14.8％、Al2O3占1％、微量元素占1.08％，所述微量元素为Mn、Cr、Zn、B、W，其制备方法为：采用气雾化法制得WC-TiO2-Mo的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合Mn、Cr、Zn、B、W制得纳米粉末。本发明的纳米材料形貌均匀、颗粒完整，具有较好的组织结构和较好的宏观性能，在相同的条件下，WC-TiO2-Mo抗磨损量是普通涂层的12倍左右，这表明WC-TiO2-Mo涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。

Description

高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料及其制备方法。
背景技术
热喷涂是高硬度表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目。它是利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的高硬度技术。
喷涂材料在高速气流的作用下雾化成微细熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的工件表面，形成牢固的覆盖层，从而使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电、密封、消毒、防微波辐射以及其他各种特殊物理化学性能。它可以在设备维修中修旧利废，使报废的零部件“起死回生”；也可以在新产品制造中进行强化和预保护，使其“益寿延年”。
随着技术的进步和人们研究水平的提高，以及人们对纳米技术认识的深入，传统喷涂材料难以满足人们的使用要求，越来越多的使用效果更好的热喷涂用纳米材料配方为人们所接受。
发明内容
为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料，其组分及各组分的质量百分数为WC占65.92％、TiO2占17.2％、Mo占14.8％、Al2O3占1％、微量元素占1.08％。
WC为黑色六方晶系结晶，呈灰色，为带有金属光泽的粉末，显微硬度为17800MPa。WC质硬、弹性率也大，可有效提高纳米涂层硬度。
Mo的纯金属是银白色，非常坚硬。把少量Mo加到纳米涂层之中，可使纳米涂层变硬。
所述Al2O3为添加剂，可有效提高材料的硬度。
所述微量元素为Mn、Cr、Zn、B、W。
高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得WC-TiO2-Mo的纳米球；
(2)采用活性剂保护法混合Mn、Cr、Zn、B、W制得纳米粉末。
本发明的有益效果是：本发明的纳米材料形貌有球形和颗粒状，分布均匀、颗粒完整具有较好的组织结构和较好的宏观性能，综合性能优于传统涂层材料，在相同的条件下，WC-TiO2-Mo抗磨损量是普通涂层的12倍左右，这表明等离子制备的WC-TiO2-Mo涂层具有优异的抗磨粒磨损性能，与传统合金材料相比有着很大的进步。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明在扫描电子显微镜下的组织结构及晶体形貌。
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。
高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料，其组分及各组分的质量百分数为WC占65.92％、TiO2占17.2％、Mo占14.8％、Al2O3占1％、微量元素占1.08％。
所述微量元素为Mn、Cr、Zn、B、W。
高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先采用气雾化法制得WC-TiO2-Mo的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合Mn、Cr、Zn、B、W制得纳米粉末。
结合图1，采用等离子喷涂技术在以20Cr钢为基体的棍类工件上制得WC-TiO2-Mo涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能对比实验结果见表1：
表1 WC-TiO2-Mo纳米涂层与20Cr钢基体的性能对比实验结果：
实验组编号 孔隙率(AREA％) 结合强度(MPa) 显微硬度(HV)
1 0.645 76.3 1166
2 0.698 76.0 1156
3 0.553 71.5 1264
4 0.547 74.8 1084
平均值 0.611 74.7 1168
对比组 0.796 61 895
采用等离子喷涂技术在以20Cr钢为基体的棍类工件上制得WC-TiO2-Mo涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的磨损量对比实验结果见表2：
表2 WC-TiO2-Mo纳米涂层与20Cr钢基体的磨损量对比实验结果：
实验组编号 磨损前(g) 磨损后(g) 磨损量(g)
1 62.2547 62.2537 0.0010
2 62.5784 62.5776 0.0008
3 62.5478 62.5466 0.0012
对比组 62.4578 62.4456 0.0122
由表1和表2可见，WC-TiO2-Mo纳米涂层的综合性能优异，耐磨性好。
本发明中TiO2含量较高，所以涂层结合强度、抓附力较高，涂层硬度最高可到HRC61，密度可达9.08g/cm3,喷涂厚度可达3毫米，致密度良好为0.79。本发明适用于等离子喷涂，可用喷涂钢材有：2Cr13、4Cr13、9Cr18、4Cr5W2VSi、8Cr3等，还可喷涂一些对硬度要求比较高的工件或用于工具钢表面处理，以提高工件表面硬度和耐磨性。
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.高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为WC占65.92％、TiO2占17.2％、Mo占14.8％、Al2O3占1％、微量元素占1.08％；
所述微量元素为Mn、Cr、Zn、B、W。
2.高硬度WC-TiO2-Mo纳米涂层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得WC-TiO2-Mo的纳米球；
(2)采用活性剂保护法混合Mn、Cr、Zn、B、W制得纳米粉末。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4124737A (en) * 1976-12-30 1978-11-07 Union Carbide Corporation High temperature wear resistant coating composition
CN103290402A (zh) * 2012-02-23 2013-09-11 财团法人工业技术研究院 提供防护性与导热性涂层的方法
CN104372336A (zh) * 2014-10-30 2015-02-25 程敬卿 一种WC-TiO2-Mo涂层及其制备方法

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