CN104831219A - 硬质WC-ZrO2-Si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

本发明涉及硬质WC-ZrO2-Si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68.87％、ZrO2占16.3％、Si占13.7％、微量元素占1.13％，所述微量元素包括Cr、Mn、C，其制备方法为：采用气雾化法制得WC-ZrO2-Si的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合Cr、Mn、C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，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很大的进步。

Description

硬质WC-ZrO2-Si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，具体说是硬质WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法。
背景技术
热喷涂是利用喷涂设备将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的技术。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”。
我们把特殊的工作表面叫“涂层”，把制造涂层的工作方法叫“热喷涂”，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。
传统材料耐腐性不高，耐磨性不好，仍然需要较频繁更换，不能满足现代生产的高效要求。
发明内容
为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供硬质WC-ZrO2-Si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：
硬质WC-ZrO2-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量百分数为WC占68.87％、ZrO2占16.3％、Si占13.7％、微量元素占1.13％。
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。
ZrO2硬度次于金刚石，能有效提高涂层的硬度和耐磨性。
Si熔点高，能提高纳米涂层的耐高温性。
所述微量元素包括Cr、Mn、C。Cr可提高工件耐腐性。
硬质WC-ZrO2-Si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-ZrO2-Si的纳米球；
(2)采用活性剂保护法混合Cr、Mn、C制得纳米粉末。
本发明的有益效果是：本发明优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，与传统合金材料相比有着很大的进步，在相同的条件下，WC-ZrO2-Si纳米涂层的抗磨损量是普通涂层的12倍左右，这表明等离子制备的WC-ZrO2-Si纳米涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。
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。
硬质WC-ZrO2-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量百分数为WC占68.87％、ZrO2占16.3％、Si占13.7％、微量元素占1.13％。
所述微量元素包括Cr、Mn和C。
硬质WC-ZrO2-Si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-ZrO2-Si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Cr、Mn、C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-ZrO2-Si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1WC-ZrO2-Si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 0.643 76.4 1147
2 0.667 76.8 1035
3 0.523 71.0 1163
4 0.567 74.5 1079
平均值 0.600 74.7 1106
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-ZrO2-Si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2WC-ZrO2-Si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-ZrO2-Si纳米涂层的综合性能优异，耐磨性好。
本发明结合强度、抓附力较高，硬度最高可到HRC60，WC-ZrO2-Si纳米涂层密度可达8.33g/cm3左右，喷涂厚度可达4毫米，致密度良好为0.82，适用于等离子喷涂，可用喷涂钢材有：2Cr13、4Cr13、9Cr18、4Cr5W2VSi、8Cr3等等，还可喷涂一些对硬度要求比较高的工件或工具钢表面处理，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.硬质WC-ZrO2-Si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68.87％、ZrO2占16.3％、Si占13.7％、微量元素占1.13％；
所述微量元素包括Cr、Mn、C。
2.硬质WC-ZrO2-Si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-ZrO2-Si的纳米球；
(2)采用活性剂保护法混合Cr、Mn、C制得纳米粉末。
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