CN104988451A - 一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法；属于特种材料制备技术领域。本发明按设计组分配取原料粉末，原料粉末经湿法球磨后喷雾造粒；得到粒径为5-150μm的半成品；然后对半成品经脱脂处理；得到脱脂态的粉末，所述脱脂态的粉末随保护气体流进立式烧结炉后，在立式烧结炉的高温区完成瞬态烧结；冷却、分级，得到所述超细碳化钨基球形热喷涂粉末；所述瞬态烧结的温度为1000-1500℃，瞬态烧结时，单颗脱脂态粉末的平均烧结时间为1-10s。本发明制备工艺简单、所得产品性能优良，便于产业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法；属于特种材料制备技术领域。
背景技术
硬质合金自1923年问世以来，因其具有高硬度、高红硬性、高的抗压强度、高耐磨及良好的耐腐蚀性等优异性能，被誉为“工业的牙齿”，广泛应用于几乎涉及到国民经济的各个部门和现代技术的各个领域。
碳化钨基硬质合金作为一种典型的硬质合金材料，人们一直致力于提高其硬度与韧性这对矛盾性能的研究工作。有研究表明，细化碳化钨晶粒能够显著提高材料的硬度和韧性等性能，且提高的幅度随着碳化钨晶粒尺寸的进一步减小而增加。同样，对于超音速火焰喷涂碳化钨基硬质合金涂层来讲，亦适合此规律，且涂层的耐磨性等性能也随着碳化钨晶粒尺寸的减小而提高，因而，开发超细晶粒碳化钨基硬质合金涂层对进一步提高涂层材料的耐磨耐蚀性具有极高的实际应用价值。
获得超音速火焰喷涂超细晶粒碳化钨基硬质合金涂层的前提条件为制得超细碳化钨基球形热喷涂粉末，即要求喷涂粉末中的陶瓷硬质颗粒碳化钨平均粒径小于300nm。
目前，超细碳化钨基球形热喷涂粉末常用的传统制备方法主要分为两种，一种为用喷雾干燥法制得含有钨和钴的氧化物前驱体球形复合粉末(其原料粉末粒径一般为100-300nm)，随后对造粒粉末进行还原和碳化处理，破碎，分级筛分，即可得到超细碳化钨基球形热喷涂粉末；另一种为将超细碳化钨粉(其粒径一般为100-300nm)与钴粉(其粒径一般为1-3μm)或超细碳化钨粉(其粒径一般为100-300nm)、超细碳化铬粉(其粒径一般为100-300nm)与钴粉(其粒径一般为1-3μm)机械混合制备料浆，喷雾干燥制粒，对造粒粉末进行脱脂和烧结处理(脱脂的时间一般为4-12h、烧结的温度一般为1200-1500℃，烧结的时间一般为1-4h)，随后破碎，分级筛分，可获得超细碳化钨基球形热喷涂粉末。
对于上述两种传统制备方法，粉末的高温处理(或烧结)时间较长(一般至少为1h)，这是因为传统制备法常将粉末堆置于舟皿中，高温处理过程中，由于热量由外及里传递的滞后性，以及粉末冶金化过程中吸收大量的热量，置于舟皿中的粉末必须经历较长的高温处理时间，以实现喷涂粉末由机械结合完全转变为冶金结合，且具有一定的颗粒结构强度。
另外，由于超细碳化钨晶粒尺度小，比表面积大，吉布斯自由能高，长时间的高温处理易导致碳化钨晶粒长大，甚至粗化的现象，难以有效保持碳化钨的超细晶粒尺度；且粉末在长时间的高温处理过程中，碳化钨与氧气的接触概率大幅增加，易在高温下发生氧化脱碳反应，生成了降低粉末性能的脆性碳化二钨(W2C)和η相(Co3W3C)，见式(1)和式(2)。另外，传统方法烧结时间长，粉末易粘结成团，须进行破碎处理，破碎工艺延长了生产工序，耗能大，成本高。
2WC+O2↑→W2C+CO2↑ (1)
3WC+3Co+2O2↑→Co3W3C+2CO2↑ (2)
发明内容
本发明的目的是针对超细碳化钨基球形热喷涂粉末传统制粉工艺中粉末长时间高温处理所导致的碳化钨晶粒长大、氧化脱碳、产品利用率低、工艺复杂、耗能大及成本高等难题，提供一种新型的超细碳化钨基球形热喷涂粉末制备方法。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，包括下述步骤：
步骤一
按设定的组分配置碳化钨-钴粉末体系，所述碳化钨-钴粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为1％-99％，余量为钴粉；
或
按设定的组分配置碳化钨-钴-碳化铬粉末体系，所述碳化钨-钴-碳化铬粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为79％-98％，钴粉1％-20％，碳化铬粉1％-20％；
步骤二
将步骤一配取的粉末作为原料粉末，所述原料粉末加入球磨机中，经湿法球磨后喷雾造粒；得到粒径为5-150μm的半成品；
步骤三
将步骤二所得半成品经脱脂处理后；得到脱脂态的粉末，所述脱脂态的粉末随保护气体流进立式烧结炉，然后在立式烧结炉的高温区完成瞬态烧结；冷却、分级，得到所述超细碳化钨基球形热喷涂粉末；所述瞬态烧结的温度为1000-1500℃，瞬态烧结时，单颗脱脂态的粉末的平均烧结时间为1-10s。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，步骤一中碳化钨粉的平均粒径小于等于300nm、钴粉的平均粒径小于等于2μm、碳化铬粉平均粒径小于等于300nm。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，步骤二中，湿法球磨是：以无水乙醇做为球磨介质；以Ф16mm和Ф6mm两种尺度的YG6硬质合金球按质量比1-3:1-3组成的混合磨球为磨球；控制球料质量比为2-4:1-1；以20-50r/min的转速球磨8-12h，得到浆料。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，步骤二中；
Ф16mm和Ф6mm两种尺度的YG6硬质合金球的质量比为1:1；
原料粉末与无水乙醇的质量比为；原料粉末:无水乙醇＝3-4:1-1。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，步骤二中，所述湿法球磨后的喷雾造粒是：
在保护气氛下，将湿法球磨所得浆料送入闭式离心喷雾干燥塔进行喷雾造粒；喷雾造粒时，控制闭式离心喷雾干燥塔进口温度为200-240℃、出口温度为90-120℃、雾化器转速为10000-18000r/min、塔压为1-2Kpa。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，喷雾造粒时所用保护气氛为氮气。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法；步骤三中，所述脱脂是：
在保护气氛下，将步骤二所得半成品，置于温度为300-800℃的加热区间，保温6-12h。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法；步骤三中，所述脱脂态的粉末的粒度为5-150μm。
为了节约成本，步骤三中所用保护气体一般采用氮气。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，包括下述步骤：
步骤A
按设定的组分配置碳化钨-钴粉末体系，所述碳化钨-钴粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为1％-99％，，余量为钴粉；
或
按设定的组分配置碳化钨-钴-碳化铬粉末体系，所述碳化钨-钴-碳化铬粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为79％-98％，钴粉1％-20％，碳化铬粉1％-20％；
所述碳化钨粉的平均粒径小于等于300nm，优选为100-300nm，进一步优选为200-300nm，所述钴粉的平均粒径小于等于2μm、优选为1-2μm；碳化铬粉平均粒径小于等于300nm，优选为100-300nm，进一步优选为200-300nm，；
步骤B
将步骤A配取的粉末作为原料粉末，所述原料粉末加入球磨机中，经湿法球磨后喷雾造粒；得到得到粒径为5-150μm的半成品；
所述湿法球磨是：以无水乙醇做为球磨介质，按质量比，原料粉末:无水乙醇＝3-4:1-1配取无水乙醇；以Ф16mm和Ф6mm两种尺度的YG6硬质合金球按质量比1:1组成的混合球作为磨球，并控制磨球与原料粉末的质量比为2-4:1-1；以20-50r/min的转速球磨8-12h；得到浆料；
所述湿法球磨后的喷雾造粒是：
在氮气气氛下，将湿法球磨所得浆料送入闭式离心喷雾干燥塔进行喷雾造粒；喷雾造粒时，控制闭式离心喷雾干燥塔进口温度为200-240℃、出口温度为90-120℃、雾化器转速为10000-18000r/min、塔压为1-2Kpa；
步骤C
将步骤B所得半成品经脱脂处理后；得到粒径为5-150μm的脱脂态的粉末，所述脱脂态的粉末随保护气体流进立式烧结炉，然后在立式烧结炉的高温区完成瞬态烧结；冷却、分级，得到所述超细碳化钨基球形热喷涂粉末；所述烧结的温度为1000-1500℃，优选为1100-1400℃，进一步优选为1200-1300℃，瞬态烧结时，单颗脱脂态的粉末的平均烧结时间为1-10s，优选为1-5s，进一步优选为2-4s，载气的流速为20-150ml/min，优选为50-120ml/min，进一步优选为70-100ml/min。
所述脱脂是：
在保护气氛下，将步骤B所得半成品，置于温度为300～800℃的加热区间，保温6～12h。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，步骤C中，脱脂态的粉末受氮气载气作用加速且连续均匀竖直流过立式烧结炉中的高温区。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，步骤C所得产物中，碳化钨的晶粒尺寸为100-300nm，优选为200-300nm。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，步骤C所得产物中碳化铬的晶粒尺寸为100-300nm，优选为200-300nm。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，步骤C所得产物的粒度为5-120μm，优选为10-65μm，进一步优选为15-45μm。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，所述瞬态烧结所用保护气体和送粉气体均为氮气，操作时，通过控制氮气流量，已达到精确控制粉末的烧结时间、调整粉末微观结构状态的目的。
本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，为了进一步提升产品的质量，经瞬态烧结的产物可以采用分级筛分或其它的筛选方式进行筛选分级，得到粒径分布较窄的优质粉末。
原理和优势
本发明由于限定了待烧结粉末的粒度以及采用了立式烧结炉进行瞬时烧结，在各参数的协同作用下，取得了意想不到的效果。
与现有技术相比，本发明具备以下优势：
本发明烧结时间极短，从微观角度考虑，强烈抑制了碳化钨和碳化铬超细晶粒的长大，良好地保有了二者原始晶粒尺度，强烈制约了碳化钨氧化脱碳行为，可获得高性能超细晶粒碳化钨基球形热喷涂粉末；另外，宏观角度上，极短的烧结时间避免了烧结粉末间粘结成团，取消了常规工艺中机械破碎这一后续工序，缩短了生产流程，提高了生产效率及产品利用率，且降低了烧结时间，减少制备成本。以本发明所制高性能粉末，用超音速火焰喷涂技术可制备高性能超细晶粒碳化钨基涂层，可广泛应用于航空航天、石油化工、印刷纺织等领域。
附图说明
图1为本发明的工艺流程；
图2为实施例1制备的超细球形WC-17Co热喷涂粉末的扫描电镜图；其中图2(a)为超细球形WC-17Co热喷涂粉末表面放大2500倍的扫描电镜图，图2(b)为超细球形WC-17Co热喷涂粉末剖面放大10000倍的扫描电镜图，图2(c)WC-17Co热喷涂粉末表面放大5000倍的扫描电镜图；
图3为对比例1A所得成品的扫描电镜图；
图4为对比例1B所得成品的扫描电镜图；
图5为实施例2制备的超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末的扫描电镜图；其中图5(a)为超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末表面放大2500倍的扫描电镜图，图5(b)为超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末剖面放大5000倍的扫描电镜图，图5(c)超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末表面放大5000倍的扫描电镜图；
图6为对比例2A所得成品的扫描电镜图；
图7为对比例2B所得成品的扫描电镜图；
图8为实施例3制备的超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末的扫描电镜图；其中图8(a)为超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末表面放大2500倍的扫描电镜图，图8(b)为超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末剖面放大10000倍的扫描电镜图，图8(c)超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末表面放大5000倍的扫描电镜图；
图9为对比例3A所得成品的扫描电镜图；
图10为对比例3B所得成品的扫描电镜图；
图11为实施例1所得成品经热喷涂后所得涂层的形貌；
图12为实施例2所得成品经热喷涂后所得涂层的形貌；
图13为实施例3所得成品经热喷涂后所得涂层的形貌。
从图1中可以看出本发明的工艺流程。
从图2中可以看出实施例1制备的超细球形WC-17Co热喷涂粉末表面以及剖面的形貌。从图2(a)中可以看出实施例1所得成品的球形度好，球形颗粒外围几乎没有分散的细小颗粒物存在；结合图2(a)、图2(b)、图2(c)可以看出实施例所制备的成品已经实现了冶金结合。
从图3中可以看出对比例1A制备成品松散，甚至破碎，也就是说对比例1A制备成品发生冶金结合的概率极低。
从图4中可以看出对比例1B制备成品结成团，需破碎，且粉末颗粒烧结成实心，这类产品很难直接用于热喷涂工艺。
从图5中可以看出实施例2制备的超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末表面以及剖面的形貌。从图5(a)中可以看出实施例2所得成品的球形度好，球形颗粒外围几乎没有分散的细小颗粒物存在；结合图5(a)、图5(b)、图5(c)可以看出实施例所制备的成品已经实现了冶金结合。
从图6中可以看出对比例2A制备成品松散，甚至破碎，也就是说对比例1A制备成品发生冶金结合的概率极低。
从图7中可以看出对比例2B制备的WC-10Co-4Cr3C2粉末粘结成团，需破碎，且部分粉末颗粒烧结成实心，这类产品很难直接用于热喷涂工艺。
从图8中可以看出实施例3制备的超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末表面以及剖面的形貌。从图8(a)中可以看出实施例3所得成品的球形度好，球形颗粒外围几乎没有分散的细小颗粒物存在；结合图8(a)、图8(b)、图8(c)可以看出实施例所制备的成品已经实现了冶金结合。
从图9中可以看出对比例3A制备的WC-10Co-4Cr3C2粉末未发生冶金结合而松散，甚至破碎，也就是说对比例3A制备成品发生冶金结合的概率极低。
从图10中可以看出对比例3B制备的WC-10Co-4Cr3C2粉末粘结成团，需破碎，且部分粉末颗粒烧结成实心。这类产品很难直接用于热喷涂工艺。
图11中亮白色的细小颗粒为碳化钨颗粒，粒径小于300nm；从图11可以看出碳化钨颗粒分布均匀，所得涂层表面质量优良，在放大10000倍的情况下，无明显缺陷。
图12中亮白色的细小颗粒为碳化钨或碳化铬颗粒，粒径小于300nm；从图12可以看出碳化钨或碳化铬颗粒分布均匀，所得涂层表面质量优良，在放大10000倍的情况下，涂层无明显贯穿缺陷。
图13中亮白色的细小颗粒为碳化钨或碳化铬颗粒，粒径小于300nm；从图13可以看出碳化钨或碳化铬颗粒分布均匀，所得涂层表面质量优良，在放大10000倍的情况下，无明显缺陷。
具体实施方式：
实施例1：超细WC-17Co热喷涂粉末
首先将83wt％的碳化钨粉(粒径100-300nm)和17wt％的钴粉(粒径1-2μm)加入球磨机内，同时加入无水乙醇，磨球选用Ф16mm和Ф6mm两种尺度YG6硬质合金磨球，球料比4:1，球磨转速50r/min，球磨时间12h；湿磨后，加入占混合粉末质量分数2％的聚乙二醇，搅拌2h后，于闭式喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末，进口温度控制在240℃，出口温度控制在120℃，雾化器转速为18000r/min，干燥及保护气氛为氮气，塔压为2KPa；将造粒粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度800℃，时间12h；将脱脂处理后的粉末于立式烧结炉中瞬态烧结，粉末在氮气载气(载气流速为150ml/min)的作用下加速且连续均匀竖直流过立式烧结炉中的加热区，且于加热区中完成烧结，得到烧结粉末，进料方式为氮气送入，保护气氛为氮气，烧结温度1500℃，烧结时间10s，冷却方式为空冷；将烧结粉末采用空气气流分级机分选出粒度分布在15-45μm间的粉末，观察图2，发现球形粉末表面的碳化钨粒径小于300nm，说明用实例1制的了超细球形WC-17Co热喷涂粉末。
对比例1A
首先将83wt％的碳化钨粉(粒径100-300nm)和17wt％的钴粉(粒径1-2μm)加入球磨机内，同时加入无水乙醇，磨球选用Ф16mm和Ф6mm两种尺度YG6硬质合金磨球，球料比4:1，球磨转速50r/min，球磨时间12h；湿磨后，加入占混合粉末质量分数2％的聚乙二醇，搅拌2h后，于闭式喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末，进口温度控制在240℃，出口温度控制在120℃，雾化器转速为18000r/min，干燥及保护气氛为氮气，塔压为2KPa；将造粒粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度800℃，时间12h；然后提升温度至1500℃，烧结10s；冷却后观察成品粉末，发现内部粉末未合金化，未发生冶金结合，图3显示了由于粉末未发生冶金结合而松散，甚至破碎。
对比例1B
首先将83wt％的碳化钨粉(粒径100-300nm)和17wt％的钴粉(粒径1-2μm)加入球磨机内，同时加入无水乙醇，磨球选用Ф16mm和Ф6mm两种尺度YG6硬质合金磨球，球料比4:1，球磨转速50r/min，球磨时间12h；湿磨后，加入占混合粉末质量分数2％的聚乙二醇，搅拌2h后，于闭式喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末，进口温度控制在240℃，出口温度控制在120℃，雾化器转速为18000r/min，干燥及保护气氛为氮气，塔压为2KPa；将造粒粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度800℃，时间12h；然后提升温度至1500℃，烧结1h；冷却后观察成品粉末粘结成团，需破碎，且粉末颗粒烧结成实心，不满足热喷涂要求，见图4。
从实施例1、对比例1A、对比例1B中可以看出，只有采用实施例1可以获得合格的超细碳化钨基球形热喷涂粉末。
实施例2：超细WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末
首先将86wt％的碳化钨粉(粒径100-300nm)和10wt％的钴粉(粒径1-2μm)和4wt％的碳化铬粉(粒径100-300nm)加入球磨机内，同时加入无水乙醇，磨球选用Ф16mm和Ф6mm两种尺度YG6硬质合金磨球，球料比3:1，球磨转速35r/min，球磨时间10h；湿磨后，加入占混合粉末质量分数2％的聚乙二醇，搅拌2h后，于闭式喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末，进口温度控制在220℃，出口温度控制在105℃，雾化器转速为14000r/min，干燥及保护气氛为氮气，塔压为1.5KPa；将造粒粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度550℃，时间9h；将脱脂处理后的粉末于立式烧结炉中瞬态烧结，粉末在氮气载气(载气流速为85ml/min)的作用下加速且连续均匀竖直流过立式烧结炉中的加热区，且于加热区中完成烧结，得到烧结粉末，进料方式为氮气送入，保护气氛为氮气，烧结温度1250℃，烧结时间5s，冷却方式为空冷；将烧结粉末采用空气气流分级机分选出粒度分布在15-45μm间的粉末，观察图5，发现球形粉末表面的碳化钨和碳化铬粒径小于300nm，说明用实例2制的了超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末。
对比例2A
首先将86wt％的碳化钨粉(粒径100-300nm)和10wt％的钴粉(粒径1-2μm)和4wt％的碳化铬粉(粒径100-300nm)加入球磨机内，同时加入无水乙醇，磨球选用Ф16mm和Ф6mm两种尺度YG6硬质合金磨球，球料比3:1，球磨转速35r/min，球磨时间10h；湿磨后，加入占混合粉末质量分数2％的聚乙二醇，搅拌2h后，于闭式喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末，进口温度控制在220℃，出口温度控制在105℃，雾化器转速为14000r/min，干燥及保护气氛为氮气，塔压为1.5KPa；将造粒粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度550℃，时间9h；然后提升温度至1250℃，烧结5s；冷却后观察成品粉末，发现内部粉末未合金化，未发生冶金结合，图6显示了由于粉末未发生冶金结合而松散，甚至破碎。
对比例2B
首先将86wt％的碳化钨粉(粒径100-300nm)和10wt％的钴粉(粒径1-2μm)和4wt％的碳化铬粉(粒径100-300nm)加入球磨机内，同时加入无水乙醇，磨球选用Ф16mm和Ф6mm两种尺度YG6硬质合金磨球，球料比3:1，球磨转速35r/min，球磨时间10h；湿磨后，加入占混合粉末质量分数2％的聚乙二醇，搅拌2h后，于闭式喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末，进口温度控制在220℃，出口温度控制在105℃，雾化器转速为14000r/min，干燥及保护气氛为氮气，塔压为1.5KPa；将造粒粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度550℃，时间9h；然后提升温度至1250℃，烧结1h，冷却后观察成品粉末粘结成团，需破碎，且部分粉末颗粒烧结成实心，不满足热喷涂要求，见图7。
从实施例2、对比例2A、对比例2B中可以看出，只有采用实施例2可以获得合格的超细碳化钨基球形热喷涂粉末。
实施例3：超细WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末
首先将86wt％的碳化钨粉(粒径100-300nm)和10wt％的钴粉(粒径1-2μm)和4wt％的碳化铬粉(粒径100-300nm)加入球磨机内，同时加入无水乙醇，磨球选用Ф16mm和Ф6mm两种尺度YG6硬质合金磨球，球料比2:1，球磨转速20r/min，球磨时间8h；湿磨后，加入占混合粉末质量分数2％的聚乙二醇，搅拌2h后，于闭式喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末，进口温度控制在200℃，出口温度控制在90℃，雾化器转速为10000r/min，干燥及保护气氛为氮气，塔压为1KPa；将造粒粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度300℃，时间6h；将脱脂处理后的粉末于立式烧结炉中瞬态烧结，粉末在氮气载气(载气流速为20ml/min)的作用下加速且连续均匀竖直流过立式烧结炉中的加热区，且于加热区中完成烧结，得到烧结粉末，进料方式为氮气送入，保护气氛为氮气，烧结温度1000℃，烧结时间1s，冷却方式为空冷；将烧结粉末采用空气气流分级机分选出粒度分布在15-45μm间的粉末，观察图8，发现球形粉末表面的碳化钨和碳化铬粒径小于300nm，说明用实例3制的了超细球形WC-10Co-4Cr3C2热喷涂粉末。
对比例3A
首先将86wt％的碳化钨粉(粒径100-300nm)和10wt％的钴粉(粒径1-2μm)和4wt％的碳化铬粉(粒径100-300nm)加入球磨机内，同时加入无水乙醇，磨球选用Ф16mm和Ф6mm两种尺度YG6硬质合金磨球，球料比2:1，球磨转速20r/min，球磨时间8h；湿磨后，加入占混合粉末质量分数2％的聚乙二醇，搅拌2h后，于闭式喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末，进口温度控制在200℃，出口温度控制在90℃，雾化器转速为10000r/min，干燥及保护气氛为氮气，塔压为1KPa；将造粒粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度300℃，时间6h；然后提升温度至1000℃，烧结1s；冷却后观察成品粉末，发现内部粉末未合金化，未发生冶金结合，图9显示了由于粉末未发生冶金结合而松散，甚至破碎。
对比例3B
首先将86wt％的碳化钨粉(粒径100-300nm)和10wt％的钴粉(粒径1-2μm)和4wt％的碳化铬粉(粒径100-300nm)加入球磨机内，同时加入无水乙醇，磨球选用Ф16mm和Ф6mm两种尺度YG6硬质合金磨球，球料比2:1，球磨转速20r/min，球磨时间8h；湿磨后，加入占混合粉末质量分数2％的聚乙二醇，搅拌2h后，于闭式喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末，进口温度控制在200℃，出口温度控制在90℃，雾化器转速为10000r/min，干燥及保护气氛为氮气，塔压为1KPa；将造粒粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度300℃，时间6h；然后提升温度至1000℃，烧结1h，冷却后观察成品粉末粘结成团，需破碎，且部分粉末颗粒烧结成实心，不满足热喷涂要求，见图10。
从实施例3、对比例3A、对比例3B中可以看出，只有采用实施例3可以获得合格的超细碳化钨基球形热喷涂粉末。
Claims (10)
1.一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于；包括下述步骤：
步骤一
按设定的组分配置碳化钨-钴粉末体系，所述碳化钨-钴粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为1％-99％，余量为钴粉；
或
按设定的组分配置碳化钨-钴-碳化铬粉末体系，所述碳化钨-钴-碳化铬粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为79％-98％，钴粉1％-20％，碳化铬粉1％-20％；
步骤二
将步骤一配取的粉末作为原料粉末，所述原料粉末加入球磨机中，经湿法球磨后喷雾造粒；得到粒径为5-150μm的半成品；
步骤三
将步骤二所得半成品经脱脂处理后；得到脱脂态的粉末，所述脱脂态的粉末随保护气体流进立式烧结炉，然后在立式烧结炉的高温区完成瞬态烧结；冷却、分级，得到所述超细碳化钨基球形热喷涂粉末；所述瞬态烧结的温度为1000-1500℃，瞬态烧结时，单颗脱脂态粉末的平均烧结时间为1-10s。
2.根据权利要求1所述的一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于：步骤一中碳化钨粉的平均粒径小于等于300nm、钴粉的平均粒径小于等于2μm、碳化铬粉平均粒径小于等于300nm。
3.根据权利要求1所述的一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于：步骤二中，湿法球磨是：以无水乙醇做为球磨介质；以Ф16mm和Ф6mm两种尺度的YG6硬质合金球按质量比1-3:1-3组成的混合磨球为磨球；控制球料质量比为2-4:1-1；以20-50r/min的转速球磨8-12h，得到浆料。
4.根据权利要求3所述的一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于：步骤二中；
Ф16mm和Ф6mm两种尺度的YG6硬质合金球的质量比为1:1；
原料粉末与无水乙醇的质量比为；原料粉末:无水乙醇＝3-4:1-1。
5.根据权利要求1所述的一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于；步骤二中，所述湿法球磨后的喷雾造粒是：
在保护气氛下，将湿法球磨所得浆料送入闭式离心喷雾干燥塔进行喷雾造粒；喷雾造粒时，控制闭式离心喷雾干燥塔进口温度为200-240℃、出口温度为90-120℃、雾化器转速为10000-18000r/min、塔压为1-2Kpa。
6.根据权利要求1所述的一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于：喷雾造粒时所用保护气氛为氮气。
7.根据权利要求1所述的一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述脱脂是：
在保护气氛下，将步骤二所得半成品，置于温度为300-800℃的加热区间，保温6-12h。
8.根据权利要求1所述的一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述脱脂态的粉末的粒度为5-150μm。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤A
按设定的组分配置碳化钨-钴粉末体系，所述碳化钨-钴粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为1％-99％，，余量为钴粉；
或
按设定的组分配置碳化钨-钴-碳化铬粉末体系，所述碳化钨-钴-碳化铬粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为79％-98％，钴粉1％-20％，碳化铬粉1％-20％；
所述碳化钨粉的平均粒径小于等于300nm，所述钴粉的平均粒径小于等于2μm；碳化铬粉平均粒径小于等于300nm；
步骤B
将步骤A配取的粉末作为原料粉末，所述原料粉末加入球磨机中，经湿法球磨后喷雾造粒；得到得到粒径为5-150μm的半成品；
所述湿法球磨是：以无水乙醇做为球磨介质，按质量比，原料粉末:无水乙醇＝3-4:1-1配取无水乙醇；以Ф16mm和Ф6mm两种尺度的YG6硬质合金球按质量比1:1组成的混合球作为磨球，并控制磨球与原料粉末的质量比为2-4:1-1；以20-50r/min的转速球磨8-12h；得到浆料；
所述湿法球磨后的喷雾造粒是：
在氮气气氛下，将湿法球磨所得浆料送入闭式离心喷雾干燥塔进行喷雾造粒；喷雾造粒时，控制闭式离心喷雾干燥塔进口温度为200-240℃、出口温度为90-120℃、雾化器转速为10000-18000r/min、塔压为1-2Kpa；
步骤C
将步骤B所得半成品经脱脂处理后；得到粒径为5-150μm的脱脂态的粉末，所述脱脂态的粉末随保护气体流进立式烧结炉，然后在立式烧结炉的高温区完成瞬态烧结；冷却、分级，得到所述超细碳化钨基球形热喷涂粉末；所述烧结的温度为1000-1500℃，瞬态烧结时，单颗脱脂态的粉末的平均烧结时间为1-10s，载气的流速为20-150ml/min；
所述脱脂是：
在保护气氛下，将步骤B所得半成品，置于温度为300～800℃的加热区间，保温6～12h。
10.根据权利要求9所述的一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，其特征在于：步骤C所得产物的粒度为5-120μm，所述产物中碳化钨的晶粒尺寸为100-300nm、碳化铬的晶粒尺寸为100-300nm。
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