CN109136812A - H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC-17Co金属陶瓷涂层 - Google Patents

H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC-17Co金属陶瓷涂层 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC‑17Co金属陶瓷涂层。所述金属陶瓷涂层的制备方法包括如下步骤：采用超音速火焰喷涂将金属陶瓷粉末喷涂于基体的表面，即得到所述金属陶瓷涂层；所述金属陶瓷粉末为碳化钨基陶瓷粉末；所述金属陶瓷粉末为WC‑17Co陶瓷粉末。本发明金属陶瓷涂层的制备方法，原料廉价、普通，工艺简单、成本低，生产效率高，利于工业化生产。本发明WC‑17Co金属陶瓷涂层可达到强化H13钢基体表面的作用，从而延长采用H13制备的各种型材模具的使用寿命，如热作模具。

Description

H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC-17Co金属陶瓷 涂层
技术领域
本发明涉及一种H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC-17Co金属陶瓷涂层。
背景技术
H13钢(4Cr5MoSiV1)具有良好的红硬性、较高的韧性和优良抗热疲劳性能等，因而广泛应用于热锻模、热挤压模、压铸模以及等温锻造模具等。然而，H13钢最大的缺点是硬度低、耐磨损性能差，致使模具使用寿命较短。鉴于H13模具的主要失效形式是表面磨损，从节省减排，充分发挥材料性能潜力和最大经济效益出发，对H13钢模具进行表面强化处理，是综合改善H13钢模具使用寿命的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种WC-17Co金属陶瓷涂层，采用超音速火焰喷涂制备，能够增强H13钢表面的高硬度耐磨损性能，解决了H13钢在工作过程中的磨损失效问题。
本发明所提供的金属陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：
采用超音速火焰喷涂将金属陶瓷粉末喷涂于基体的表面，即得到所述金属陶瓷涂层。
上述的制备方法中，所述金属陶瓷粉末可为碳化钨基陶瓷粉末。
上述的制备方法中，所述金属陶瓷粉末具体可为WC-17Co陶瓷粉末，即WC的质量百分含量为83％、Co的质量百分含量为17％的陶瓷粉末。
上述的制备方法中，所述金属陶瓷粉末的粒径可为15～45μm。
上述的制备方法中，所述超音速火焰喷涂的条件如下：
空气流量为40～50L/min，具体可为40L/min、45L/min或50L/min，氧气流量为35～45L/min，具体可为35L/min、40L/min或45L/min，丙烷流量为36～40L/min，具体可为36L/min、38L/min或40L/min，送粉量为40～45g/min，具体可为45g/min，喷涂距离为230～330mm，具体可为230mm、280mm或330mm。
上述的制备方法中，所述超音速火焰喷涂之前，所述方法还包括对所述基体的表面喷丸处理的步骤，以提高所述基体与超音速火焰喷涂涂层(金属陶瓷涂层)的结合强度；
所述喷丸处理采用陶瓷丸，其条件如下：
喷嘴与所述基体的距离为200mm，喷丸强度为0.2～0.5mmA，喷射角度为90°，覆盖率为100％。
上述的制备方法中，所述基体具体可为H13钢。
上述的制备方法中，所述喷丸处理之前，所述方法还包括利用超声波清洗机清洗所述基体表面的步骤，以便于去除所述基体表面的油污；
所述清洗步骤采用的溶液为乙醇或丙酮。
上述方法制备的金属陶瓷涂层也属于本发明的保护范围。
本发明提供的金属陶瓷涂层能够增强模具钢表面的耐磨损性能，如H13钢。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明金属陶瓷涂层的显微硬度高；
(2)本发明金属陶瓷涂层的摩擦系数低，耐磨性能良好；
(3)本发明金属陶瓷涂层的制备方法，原料廉价、普通，工艺简单、成本低，生产效率高，利于工业化生产。
本发明WC-17Co金属陶瓷涂层可达到强化H13钢基体表面的作用，从而延长采用H13制备的各种型材模具的使用寿命，如热作模具。
附图说明
图1为用于超音速火焰喷涂的H13试样的图纸。
图2为H13钢基体的磨痕的三维照片。
图3为本发明实施例1制备的WC-17Co金属陶瓷涂层的磨痕的三维照片。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、WC-17Co金属陶瓷涂层的制备
首先，H13钢超音速火焰喷涂试样的尺寸为Ф50×8mm，按照图1进行精车加工和纵向抛光处理。其次，选用乙醇，采用超声波清洗机清洗H13钢试样表面的油污，吹干备用。第三，在超音速火焰喷涂前，对H13钢表面进行喷丸预处理，以提高H13钢基体与超音速火焰喷涂涂层的结合强度。喷丸的工艺参数为：选用陶瓷丸，喷嘴与H13钢基体的距离为200mm，喷丸强度为0.3mmA，喷射角度为90°，覆盖率为100％。最后，采用超音速火焰喷涂工艺在H13钢表面制备WC-17Co金属陶瓷复合涂层，工艺参数为：空气流量45L/min，氧气流量40L/min，丙烷流量38L/min，送粉量45g/min，喷涂距离为280mm，其中采用的WC-17Co粉体的粒径为40～45μm。
实施例2、WC-17Co金属陶瓷涂层的制备
首先，H13钢超音速火焰喷涂试样的尺寸为Ф50×8mm，按照图1进行精车加工和纵向抛光处理；其次，选用乙醇或者丙酮溶液，采用超声波清洗机清洗H13钢试样表面的油污，吹干备用；第三，在超音速火焰喷涂前，对H13钢表面进行喷丸预处理，以提高H13钢基体与超音速火焰喷涂涂层的结合强度。喷丸的工艺参数为：选用陶瓷丸，喷嘴与H13钢基体的距离为200mm，喷丸强度为0.3mmA，喷射角度为90°，覆盖率为100％；最后，采用超音速火焰喷涂工艺在H13钢表面制备WC-17Co金属陶瓷复涂层，工艺参数为：空气流量为40L/min，氧气流量35L/min，丙烷流量为36L/min，送粉量为45g/min，喷涂距离为230mm，其中采用的WC-17Co粉体的粒径为40～45μm。
实施例3、WC-17Co金属陶瓷涂层的制备
首先，H13钢超音速火焰喷涂试样的尺寸为Ф50×8mm，按照图1进行精车加工和抛光处理；其次，选用乙醇或者丙酮溶液，采用超声波清洗机清洗H13钢试样表面的油污，吹干备用；第三，在超音鼠火焰喷涂前，对H13钢表面进行喷丸预处理，以提高H13钢基体与超音速火焰喷涂涂层的结合强度。喷丸的工艺参数为：选用陶瓷丸，喷丸强度为0.3mmA，喷嘴与H13钢基体的距离为200mm，喷射角度为90°，覆盖率为100％；最后，采用超音速火焰喷涂工艺在H13钢表面制备WC-17Co金属陶瓷涂层，工艺参数为：空气流量为50L/min，氧气流量为45L/min，丙烷流量为40L/min，送粉量为45g/min，喷涂距离为330mm，其中采用的WC-17Co粉体的粒径为40～45μm。
本发明制备的WC-17Co金属陶瓷涂层的性能测试：
采用QnessQ60+探针硬度计测试试样的显微硬度，载荷为0.5Kgf，加载时间为10s，每个样品测试5点，取平均值作为该样品的显微硬度值，测试结果如表1中所示。
表1实施例1-3制备的WC-17Co金属陶瓷涂层和H13钢基体的显微硬度
实施例1 实施例2 实施例3 H13
显微硬度/HV<sub>0.5</sub> 1397 1158 1302 569
由表1中的数据可以看出，经过超音速火焰喷涂WC-17Co金属陶瓷涂层之后，H13钢表面的显微硬度从569HV分别提高到了1397HV、1158HV和1302HV，硬度值分别提高了2.5倍、2倍和2.3倍。
金属陶瓷涂层的摩擦磨损试验在UMT-3摩擦磨损试验机进行，加载载荷为12N，频率为2Hz，行程为5mm，磨损时间为150min；对磨球采用直径为4mm的Si3N4陶瓷球，硬度HRC为18GPa。采用ZygoNexview白光干涉三维形貌仪且计算试样的磨损体积，测试结果如表2中所示。
表2实施例1-3制备的WC-17Co金属陶瓷涂层和H13钢基体的磨损体积
实施例1 实施例2 实施例3 H13
磨损体积/mm<sup>3</sup> 0.0022 0.0041 0.0035 0.0479
由表2中的数据可以看出，模具钢H13的磨损体积为0.0479mm3，在其表面超音速火焰喷涂WC-17Co金属陶瓷涂层之后，磨损体积最多降低了一半，只有0.0022mm3，说明表面超音速火焰喷涂WC-17Co金属陶瓷涂层有效改善了模具钢H13的摩擦磨损性能。
上述测试过程中，H13与实施例1制备的金属陶瓷涂层的磨痕的三维图片分别如图2和图3所示。
由图2和图3可以看出，在未进行超音速火焰喷涂WC-17Co金属陶瓷涂层之前，模具钢H13的磨痕宽度较大且深，然后在经过WC-17Co金属陶瓷涂层之后，磨痕的宽度和深度都减小了，磨痕宽度从0.86mm下降到0.55mm，磨痕深度从9μm减小到1.5μm。

Claims (10)

1.一种金属陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：
采用超音速火焰喷涂将金属陶瓷粉末喷涂于基体的表面，即得到所述金属陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属陶瓷粉末为碳化钨基陶瓷粉末。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述金属陶瓷粉末为WC-17Co陶瓷粉末。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述金属陶瓷粉末的粒径为15～45μm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述超音速火焰喷涂的条件如下：
空气流量为40～50L/min，氧气流量为35～45L/min，丙烷流量为36～40L/min，送粉量为45g/min，喷涂距离为230～330mm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述超音速火焰喷涂之前，所述方法还包括对所述基体的表面喷丸处理的步骤；
所述喷丸处理采用陶瓷丸，其条件如下：
喷嘴与所述基体的距离为200mm，喷丸强度为0.2～0.5mmA，喷射角度为90°，覆盖率为100％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述基体为H13钢。
8.权利要求1-7中任一项所述方法制备的金属陶瓷涂层。
9.权利要求8所述金属陶瓷涂层在增强模具钢表面的耐磨损性能中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述模具钢为H13钢。
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