CN112247142A - 一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末及其制备方法，与传统团聚金属碳化物陶瓷粉末相比：本发明金属陶瓷粉末具有包覆层核壳结构，可降低陶瓷粉末沉积过程中WC的氧化，进而避免热喷涂过程中WC颗粒的分解和有害三元硬脆相(W₆Co₆C，W₃Co₃C)的形成，还通过利用Cr₃C₂颗粒的熔化和弥散分布实现了基体与硬质颗粒双相强化，能够同时大幅度提高涂层的硬度和断裂韧性；利用本发明金属陶瓷粉末制备的涂层具有硬质相含量高、涂层与基体界面结合紧密、碳化物颗粒与粘结相结合紧密性好等特点；本发明公开的金属陶瓷粉末制备方法，操作简单，实施可行性高，为金属陶瓷粉末的发展和应用奠定了基础。

Description

一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末 及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料加工、冶金、机械、化工等领域的硬质合金涂层材料，具体涉及一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末及其制备方法。

背景技术

在表面失效引起的零件报废总量中，磨损约占零件表面失效总量的60～80％，造成了巨大的经济损失。由于磨损通常是由表面开始的，在金属表面施加兼具高耐磨性和良好强韧性的涂层，就成为延长金属零件寿命的主要途径之一。

在众多耐磨材料中，金属陶瓷由金属(或合金)粘结相与陶瓷颗粒组成，即具备一定的强韧性，又具有高硬度和高耐磨性，已经广泛应用于金属切削、模具等块体耐磨件。因此，采用金属陶瓷作为耐磨涂层，有望解决金属零件磨损失效过快、使用寿命过短的现象。热喷涂方法是工业生产中制备金属陶瓷涂层的最常用方法之一，然而，热喷涂时温度高达上千度，且热喷涂工艺通常在富氧环境中进行，WC-Co等金属陶瓷易发生分解、氧化的现象，且常常与金属粘结相生成多元硬脆相，进而降低涂层的性能。因此，如何克服热喷涂过程中金属陶瓷氧化分解等问题，并在此基础上，通过涂层微观组织的改善进一步提高其综合力学性能，是开发兼具高耐磨性与良好强韧性金属陶瓷涂层的关键。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末及其制备方法，与传统团聚金属碳化物陶瓷粉末相比：本发明金属陶瓷粉末具有包覆层核壳结构，可降低陶瓷粉末沉积过程中WC的氧化，进而避免热喷涂过程中WC颗粒的分解和有害三元硬脆相(W₆Co₆C，W₃Co₃C)的形成，还通过利用Cr₃C₂颗粒的熔化和弥散分布实现了基体与硬质颗粒双相强化，能够同时大幅度提高涂层的硬度和断裂韧性；利用本发明金属陶瓷粉末制备的涂层具有硬质相含量高、涂层与基体界面结合紧密、碳化物颗粒与粘结相结合紧密性好等特点；本发明公开的金属陶瓷粉末制备方法，操作简单，实施可行性高，为金属陶瓷粉末的发展和应用奠定了基础。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，所述陶瓷粉末为球形颗粒状粉末，由内核和包覆在内核表面的外壳组成；所述内核由内核浆料依次经团聚、造粒、烧结、筛分而成，所述内核浆料由微米级内核硬质相、含稀土的内核粘结相、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置而成；所述陶瓷粉末由上述内核与外壳浆料依次经制壳、致密化及分选步骤制成，所述外壳浆料由纳米级外壳硬质相、外壳粘结相、粘结剂、分散剂和去离子搅拌配置而成。

优选的技术方案是，所述陶瓷粉末中内核的半径设为R1、外壳的外半径设为R2，则R2/R1＝{1+[(b％/(a％)-1)]×(P1/P2)}^1/3，其中，a％为所述陶瓷粉末中硬质相的平均百分含量，b％为所述陶瓷粉末的内核中微米级内核硬质相的平均百分含量，P1为内核的理论密度，P2为外壳的理论密度。

进一步优选的技术方案还有，在所述陶瓷粉末的外壳中：所述纳米级外壳硬质相的原料粉末粒径≤500nm，选自Cr₃C₂或VC合金粉末中的一种；所述外壳粘结相的原料粉末粒径≤0.2μm，分别包括Co、Ni、Fe金属粉末中的一种，CoCr、NiCr、CoNi合金粉末中的一种；

在所述陶瓷粉末的内核中：所述微米级内核硬质相的原料粉末为WC粉末，其粒径范围为1.5～2.5μm；所述含稀土的内核粘结相的原料粉末粒径≤0.5μm，分别包括Co、Ni、Fe金属粉末中的一种，CoCr、NiCr、CoNi合金粉末中的一种，以及La₂O₃或Y₂O₃稀土氧化物粉末中的一种。

进一步优选的技术方案还有，在所述陶瓷粉末的内核中，稀土氧化物粉末的百分含量为所述含稀土的内核粘结相质量的1.2～1.5％。

为了便于上述一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的顺利制备和应用实施，现提出一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的制备方法，包括如下步骤：

S1：球磨及筛分，将上述的微米级内核硬质相、含稀土的内核粘结相、纳米级外壳硬质相、外壳粘结相分别于惰性气氛保护或真空条件下球磨一段时间，并筛分得到粒径范围为1.5～2.5μm的微米级内核硬质相原料粉末、粒径≤0.5μm的含稀土的内核粘结相原料粉末、粒径≤500nm的纳米级外壳硬质相原料粉末、粒径≤0.2μm的外壳粘结相原料粉末；

S2：球形颗粒状粉末的结构设计，根据造粒工艺条件和所述陶瓷粉末成品的合格参数指标确定外壳的外半径R2，并依据公式R2/R1＝{1+[(b％/(a％)-1)]×(P1/P2)}^1/3计算出内核的半径R1，其中内核的理论密度P1依据内核的成分配比确定、外壳的理论密度P2依据外壳的成分配比确定，硬质相的平均百分含量a％和内核中微米级内核硬质相的平均百分含量b％分别依据所述陶瓷粉末成品的合格参数指标确定；

S3：混料，根据步骤S2设计的所述陶瓷粉末中外壳的外半径R2、内核的半径R1、内核的理论密度P1和外壳的理论密度P2，计算出构造内核用微米级内核硬质相原料粉末和含稀土的内核粘结相原料粉末的重量比、构造外壳用纳米级外壳硬质相原料粉末和外壳粘结相原料粉末的重量比；然后将微米级内核硬质相原料粉末、含稀土的内核粘结相原料粉末、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置成内核浆料，将外壳中纳米级外壳硬质相原料粉末、外壳粘结相原料粉末、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置成外壳浆料；

S4：造核，将步骤S3制备的内核浆料依次经团聚、造粒、烧结、筛分，得平均粒径为R1的球形内核颗粒粉末；

S5：制壳，将步骤S3制备的外壳浆料和步骤S4制备的球形内核颗粒粉末按照步骤S2设计的重量比进行混合，并依次经团聚、造粒、烧结，得球形颗粒状粉末粗品；

S6：致密化及分选，将步骤S5制备的球形颗粒状粉末粗品依次经烘干、烧结、冷却、筛分，得平均粒径为R2的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末。其中，烘干可以将球形颗粒状粉末粗品进行有效的脱脂和脱水。

优选的技术方案还有，在所述步骤S2中，配置内核浆料时，粘结剂的添加量、分散剂的添加量均为微米级内核硬质相原料粉末与含稀土的内核粘结相原料粉末质量和的2～3％，去离子水的添加量为微米级内核硬质相原料粉末与含稀土的内核粘结相原料粉末质量和的0.45～0.55％；

在所述步骤S2中，配置外壳浆料时，粘结剂的添加量、分散剂的添加量均为纳米级外壳硬质相原料粉末与外壳粘结相原料粉末质量和的2～3％，去离子水的添加量为纳米级外壳硬质相原料粉末与外壳粘结相原料粉末质量和的0.45～0.55％。

本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的优点在于：该陶瓷粉末具有包覆层核壳结构，可降低陶瓷粉末粒子沉积过程中WC的氧化，进而避免热喷涂过程中WC颗粒的分解和有害三元硬脆相(W₆Co₆C，W₃Co₃C)的形成，还通过利用Cr₃C₂颗粒的熔化和弥散分布实现基体与硬质颗粒双相强化，能够同时大幅度提高涂层的硬度和断裂韧性。

2、本发明的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的实施效果表明：利用有核壳结构陶瓷粉末制备的涂层相结构不含有三元硬脆有害相W₆Co₆C和W₃Co₃C(参见附图5)，而传统团聚金属碳化物陶瓷粉末制备的涂层相结构含有因WC分解生成的三元硬脆相-W₆Co₆C(参见附图6)；相比于传统团聚陶瓷粉末制备的涂层(参见附图8)，本发明具有核壳结构的陶瓷粉末制备的涂层具有硬质相含量高、涂层与基体界面结合紧密、碳化物颗粒与粘结相结合紧密性好等特点(参见附图7)；涂层性能测试实验表明，本发明具有核壳结构的陶瓷粉末所制备涂层的显微硬度为12.57±0.52GPa、弹性模量为153.91±31.66GPa、断裂韧性为5.31±0.51MPam^1/2，而传统团聚金属碳化物陶瓷粉末所制备涂层的显微硬度为9.54±0.52GPa、弹性模量为62.35±6.76GPa、断裂韧性为4.16±0.55MPam^1/2。由以上结果可知，相比于传统团聚金属碳化物陶瓷粉末所制备的涂层，本发明的具有核壳结构的陶瓷粉末制备的涂层，其组织和性能都得到了明显改善。

3、本发明一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的制备方法，操作简单，实施可行性高，该发明方法成功制备出具有Cr₃C₂-Ni包覆WC-Co的核壳结构粉末(参见附图3)，为金属陶瓷粉末的发展与应用奠定了基础。

附图说明

图1为本发明一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的结构示意图；

图2为本发明一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的制备工艺流程图；

图3的a为实施例1中制备的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的截面组织结构电镜扫描图，图3的c为实施例1中制备的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的表面形貌电镜扫描图(插图为成分能谱分析，EDS)；图3的b为实施例2中制备的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的截面组织结构电镜扫描图，图3的d为实施例2中制备的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的表面形貌电镜扫描图(插图为成分能谱分析，EDS)；

图4为实施例1中制备的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的XRD衍射图谱，数据表明该陶瓷粉末的相结构由WC、Cr₃C₂、Co和Ni相组成；

图5为实施例1中制备的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末所制备沉积涂层相结构的XRD衍射图谱，数据表明该沉积涂层主要由WC、Cr₃C₂、Cr₃C₇组成，且该沉积涂层中无W₆Co₆C、W₃Co₃C三元硬脆相生成；

图6为实施例3中团聚金属碳化物陶瓷粉末沉积涂层相结构的XRD衍射图谱，数据表明该沉积涂层存在因WC分解而形成的W₆Co₆C三元硬脆相；

图7为实施例1中制备的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末所制备沉积涂层相结构的显微组织结构SEM分析，图7的(a)为Q235钢基体，图7的(b)为沉积涂层，图7的(c)为图7的(b)中沉积涂层的放大图，表明该具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末所制备的沉积涂层中硬质相含量高、硬质相与粘结相结合性能好、涂层与基体界面结合紧密性好；

图8为实施例3中传统团聚陶瓷粉末所制备涂层的显微组织结构，图8的(a)为Q235钢基体，图8的(b)为沉积涂层，图8的(c)为图8的(b)中沉积涂层的放大图，表明涂层中WC的含量及分布均匀性较低。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

按照本发明一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的制备方法制备核壳结构70WC-16Cr₃C₂-10Co(La₂O₃)4Ni陶瓷粉末，工艺流程参照附图2，包括如下步骤：

步骤1：选用粒径范围5～45μm的WC粉末，将其装入球磨罐中以乙醇为过程控制剂进行湿式球磨(磨球和球磨罐均为WC-12Co硬质合金)，球料比20:1，转速250转/分，球磨时间为72h，将球磨后的WC粉末进行分筛获得粒径范围1.2～2.5μm的WC粉末；然后将筛分后的WC粉末洁净和表面活化，具体操作工艺：将WC粉末放入浓度约为50％的无水乙醇溶液中，超声波清洗约10min获得表面洁净的WC颗粒，将净化后的WC颗粒置于NaCl饱和溶液中浸泡15～20min进行表面活化处理，然后用筛网过滤后置于干燥箱内，85℃左右烘干，作为造核用内核硬质相的原料粉末；

将Co金属粉末和La₂O₃稀土氧化物粉末(La₂O₃稀土氧化物粉末为Co金属粉末质量的1.2％)装入球磨罐中以乙醇为过程控制剂进行湿式球磨，球料比18:1，转速200转/分，球磨时间为24h，磨球和球磨罐均为不锈钢，对球磨粉末进行筛分获得粒径<0.5μm的Co(La₂O₃)复合粉末，作为造核用含稀土的内核粘结相原料粉末；

步骤2：选用粒径范围15～45μm的Cr₃C₂粉末和Ni金属粉末，分别装入球磨罐中以乙醇为过程控制剂进行湿式球磨(磨球和球磨罐均为WC-12Co硬质合金)，球料比20:1，转速250转/分，球磨时间为分别为72h和24h，对球磨后粉末进行分筛获得粒径<500nm的纳米级Cr₃C₂硬质相粉末和粒径<0.2μm的Ni金属粉末，作为制备外壳用硬质相原料粉末；

步骤3：将上述表面净化和活化的WC粉末(内核硬质相的原料粉末)与球磨过筛的Co(La₂O₃)复合粉末(内核粘结相的原料粉末)，按照内核硬质相平均百分含量b％＝88％、WC:Co＝88:12、La₂O₃:Co＝1.2～1.3，配置构造内核用WC-12Co(La₂O₃)复合原料粉末，混合搅拌4h，再加入为WC-12Co(La₂O₃)质量2.5％的聚乙烯醇(粘结剂)、为WC-12Co(La₂O₃)质量2.0％的乙醇(分散剂)和为WC-12Co(La₂O₃)质量0.45％的去离子水配置成浆料，装入球磨罐中磨制10～12h，获得制备内核用浆料；

步骤4：将搅拌好的内核用料浆采用全自动压力式喷雾干燥塔进行喷雾造粒，通入氮气，控制加热进风温度250～400℃、出风温度120～140℃、旋转雾化器频率300～400Hz下进行喷雾造粒；将所得喷雾造粒粉末置于真空烘干烧结一体炉内中进行真空烘干、烧结，真空度2×10^-3Pa，温度900～1100℃，保温4h，随炉冷却后筛分得到粒径范围为10～30μm的WC-12Co(La₂O₃)球形内核颗粒粉末，作为制备陶瓷粉末的内核；

步骤5：将构造外壳用纳米级硬质相Cr₃C₂粉末(粒径<500nm)和粘结相Ni金属粉末(粒径<0.2μm)，按照外壳硬质相平均含量c％＝20％，确定Cr₃C₂:Ni质量比例为80:20，然后混合搅拌均匀；再加入为Cr₃C₂-20Ni质量2.5％的聚乙烯醇(粘结剂)、为Cr₃C₂-20Ni质量2.0％的乙醇(分散剂)和为Cr₃C₂-20Ni质量0.45％的去离子水，装入球磨罐中磨制14h，获得制备外壳用浆料；

步骤6：向步骤4制备的10～30μm的WC-12Co(La₂O₃)球形内核颗粒粉末之中，加入为WC-12Co(La₂O₃)质量2.5％的聚乙烯醇(粘结剂)、为WC-12Co(La₂O₃)质量2.0％的乙醇(分散剂)和为WC-12Co(La₂O₃)质量0.45％的去离子水，经过搅拌均匀后，再按照内核复合粉与外壳复合粉重量配比3.82:1加入步骤5制备的外壳浆料，再经过混合、搅拌均匀，团聚、造粒、烘干烧结、筛分，进而获得具有核壳结构的70WC-16Cr₃C₂-10Co(La₂O₃)4Ni陶瓷粉末，其粒径范围为15～55μm，该陶瓷粉末的结构参见附图1、截面组织结构电镜扫描图参见附图3的a、表面形貌电镜扫描图参见附图3的c、XRD衍射图谱参见附图4，附图3的a表明该陶瓷粉末具有核壳结构，EDS分析数据表明该陶瓷粉末的核成分为WC-Co(La)、壳成分为Cr₃C₂-Ni，图4的数据表明该陶瓷粉末的相结构由WC、Cr₃C₂、Co和Ni组成。

实施例2

按照本发明一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的制备方法制备核壳结构55WC-30Cr₃C₂-7.4Co(La₂O₃)7.6Ni陶瓷粉末，包括如下步骤：

步骤1：选用粒径范围5～45μm的WC粉末，将其装入球磨罐中以乙醇为过程控制剂进行湿式球磨(磨球和球磨罐均为WC-12Co硬质合金)，球料比20:1，转速250转/分，球磨时间为72h，将球磨后的WC粉末进行分筛获得粒径范围1.2～2.5μm的WC粉末；然后将粉筛的WC粉末洁净和表面活化，具体操作工艺：将WC粉末放入浓度约为50％的无水乙醇溶液中，超声波清洗约10min获得表面洁净的微米级WC颗粒，将净化后的微米级WC颗粒置于NaCl饱和溶液中浸泡15～20min进行表面活化处理，然后用筛网过滤后置于干燥箱内，85℃左右烘干，获得造内核用硬质相的原料粉末；

将Co金属粉末和La₂O₃稀土氧化物粉末(La₂O₃稀土氧化物粉末为Co金属粉末质量的1.2％)装入球磨罐中以乙醇为过程控制剂进行湿式球磨，球料比18:1，转速200转/分，球磨时间为24h，磨球和球磨罐均为不锈钢，对球磨粉末进行筛分获得粒径<0.5μm的Co(La₂O₃)复合粉末，获得造内核用含稀土的粘结相的原料粉末；

步骤2：选用粒径范围15～45μm的Cr₃C₂粉末和Ni金属粉末，分别装入球磨罐中以乙醇为过程控制剂进行湿式球磨(磨球和球磨罐均为WC-12Co硬质合金)，球料比20:1，转速250转/分，球磨时间为分别为72h和24h，对球磨后粉末进行分筛获得粒径<500nm的微纳米级Cr₃C₂硬质相粉末和粒径<0.2μm的Ni金属粉末，获得造外壳用原料粉末；

步骤3：将上述表面净化和活化的WC粉末(构造内核用硬质相原料粉末)与球磨过筛的Co(La₂O₃)复合粉末(构造内核用粘结相原料粉末)，按照内核硬质相平均百分含量b％＝88％、WC:Co＝88:12、La₂O₃:Co＝1.2～1.3配置成构造内核用WC-12Co(La₂O₃)复合原料粉末，混合搅拌4h，再加入为WC-12Co(La₂O₃)质量2.5％的聚乙烯醇(粘结剂)和WC-12Co(La₂O₃)质量2.0％的乙醇(分散剂)和WC-12Co(La₂O₃)质量0.45％的去离子水配置成浆料，装入球磨罐中磨制10～12h，获得构造内核用浆料；

步骤4：将搅拌好的内核用料浆采用全自动压力式喷雾干燥塔进行喷雾造粒，通入氮气，控制加热进风温度250～400℃、出风温度120～140℃、旋转雾化器频率300～400Hz下进行喷雾造粒；将所得喷雾造粒粉末置于真空烘干烧结一体炉内中进行真空烘干、烧结，真空度2×10^-3Pa，温度900～1100℃，保温4h，随炉冷却后筛分得到粒径范围为10～20μm的WC-12Co(La₂O₃)球形内核颗粒粉末，作为制备陶瓷粉末的内核；

步骤5：将粒径<500nm的微纳米级硬质Cr₃C₂粉末(外壳硬质相的原料粉末)和粒径<0.2μm的Ni金属粉末(外壳粘结相的粉末原料)，按照外壳硬质相平均含量c％＝20％，确定Cr₃C₂:Ni质量比例为80:20，混合搅拌均匀；再加入为Cr₃C₂-20Ni质量2.5％的聚乙烯醇(粘结剂)和Cr₃C₂-20Ni质量2.0％的乙醇(分散剂)和Cr₃C₂-20Ni质量的0.45％去离子水，装入球磨罐中磨制14h，进而得制备外壳用浆料；

步骤6：向步骤4制备的10～20μm的WC-12Co(La₂O₃)球形内核颗粒粉末之中，加入为WC-12Co(La₂O₃)质量2.0％的聚乙烯醇(粘结剂)和WC-12Co(La₂O₃)质量2.0％的乙醇(分散剂)和WC-12Co(La₂O₃)质量0.45％的去离子水，搅拌均匀后，再按照内核复合粉与外壳复合粉重量配比1.59:1加入步骤5制备的外壳浆料，再经过混合、搅拌均匀，团聚、造粒、烘干烧结、筛分，获得55WC-30Cr₃C₂-7.4Co(La₂O₃)7.6Ni陶瓷粉末，其粒径范围为15～40μm，该陶瓷粉末的结构示意图参见附图1、截面组织结构电镜扫描图参见附图3的b、表面形貌电镜扫描图参见附图3的d，附图3的b表明该陶瓷粉末具有核壳结构。

实施例3

将实施例1制备的70WC-16Cr₃C₂-10Co(La₂O₃)4Ni陶瓷粉末和传统团聚金属碳化物陶瓷粉末用超音速喷涂的方法，分别沉积到Q235钢基体上，进而获得沉积涂层，其中实施例1制备的70WC-16Cr₃C₂-10Co(La₂O₃)4Ni陶瓷粉末所形成沉积涂层结构的XRD衍射图谱参见附图5、显微组织结构SEM分析参见附图7，传统团聚金属碳化物陶瓷粉末所形成沉积涂层结构的XRD衍射图谱参见附图6、显微组织结构参见附图8。

实验结果表明：

图5为实施例1中具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末所制备沉积涂层相结构的XRD衍射图谱，数据表明该沉积涂层主要由WC、Cr₃C₂、Cr₃C₇组成，且该沉积涂层中无W₆Co₆C、W₃Co₃C三元硬脆相生成；

图7为实施例1中具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末所制备涂层显微组织结构的SEM分析，图7的(a)为Q235钢基体，图7的(b)为沉积涂层，图7的(c)为图7的(b)中沉积涂层的放大图，表明该具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末所制备沉积涂层的硬质相含量高、硬质相与粘结相结合性能好、涂层与基体界面结合紧密性好；

图6中传统团聚金属碳化物陶瓷粉末沉积涂层相结构的XRD衍射图谱，数据表明沉积涂层存在因WC分解而形成的W₆Co₆C三元硬脆相；

图8为传统团聚陶瓷粉末所制备涂层的显微组织结构，图8的(a)为Q235钢基体，图8的(b)为沉积涂层，图8的(c)为图8的(b)中沉积涂层的放大图，表明涂层中WC的含量及分布均匀性较低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，其特征在于，所述陶瓷粉末为球形颗粒状粉末，由内核和包覆在内核表面的外壳组成；所述内核由内核浆料依次经团聚、造粒、烧结、筛分而成，所述内核浆料由微米级内核硬质相、含稀土的内核粘结相、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置而成；所述陶瓷粉末由上述内核与外壳浆料依次经制壳、致密化及分选步骤制成，所述外壳浆料由纳米级外壳硬质相、外壳粘结相、粘结剂、分散剂和去离子搅拌配置而成。

2.如权利要求1所述的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，其特征在于，所述陶瓷粉末中内核的半径设为R1、外壳的外半径设为R2，则R2/R1＝{1+[(b％/(a％)-1)]×(P1/P2)}^1/3，其中，a％为所述陶瓷粉末中硬质相的平均百分含量，b％为所述陶瓷粉末的内核中微米级内核硬质相的平均百分含量，P1为内核的理论密度，P2为外壳的理论密度。

3.如权利要求2所述的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，其特征在于，在所述陶瓷粉末的外壳中：所述纳米级外壳硬质相的原料粉末粒径≤500nm，选自Cr₃C₂或VC合金粉末中的一种；所述外壳粘结相的原料粉末粒径≤0.2μm，分别包括Co、Ni、Fe金属粉末中的一种，CoCr、NiCr、CoNi合金粉末中的一种；

在所述陶瓷粉末的内核中：所述微米级内核硬质相的原料粉末为WC粉末，其粒径范围为1.5～2.5μm；所述含稀土的内核粘结相的原料粉末粒径≤0.5μm，分别包括Co、Ni、Fe金属粉末中的一种，CoCr、NiCr、CoNi合金粉末中的一种，以及La₂O₃或Y₂O₃稀土氧化物粉末中的一种。

4.如权利要求3所述的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，其特征在于，在所述陶瓷粉末的内核中，稀土氧化物粉末的百分含量为所述含稀土的内核粘结相质量的1.2～1.5％。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的制备方法，包括如下步骤：

S1：球磨及筛分，将上述的微米级内核硬质相、含稀土的内核粘结相、纳米级外壳硬质相、外壳粘结相分别于惰性气氛保护或真空条件下球磨一段时间，并筛分得到粒径范围为1.5～2.5μm的微米级内核硬质相原料粉末、粒径≤0.5μm的含稀土的内核粘结相原料粉末、粒径≤500nm的纳米级外壳硬质相原料粉末、粒径≤0.2μm的外壳粘结相原料粉末；

S2：球形颗粒状粉末的结构设计，根据造粒工艺条件和所述陶瓷粉末成品的合格参数指标确定外壳的外半径R2，并依据公式R2/R1＝{1+[(b％/(a％)-1)]×(P1/P2)}^1/3计算出内核的半径R1，其中内核的理论密度P1依据内核的成分配比确定、外壳的理论密度P2依据外壳的成分配比确定，硬质相的平均百分含量a％和内核中微米级内核硬质相的平均百分含量b％分别依据所述陶瓷粉末成品的合格参数指标确定；

S3：混料，根据步骤S2设计的所述陶瓷粉末中外壳的外半径R2、内核的半径R1、内核的理论密度P1和外壳的理论密度P2，计算出构造内核用微米级内核硬质相原料粉末和含稀土的内核粘结相原料粉末的重量比、构造外壳用纳米级外壳硬质相原料粉末和外壳粘结相原料粉末的重量比；然后将微米级内核硬质相原料粉末、含稀土的内核粘结相原料粉末、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置成内核浆料，将外壳中纳米级外壳硬质相原料粉末、外壳粘结相原料粉末、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置成外壳浆料；

S4：造核，将步骤S3制备的内核浆料依次经团聚、造粒、烧结、筛分，得平均粒径为R1的球形内核颗粒粉末；

S5：制壳，将步骤S3制备的外壳浆料和步骤S4制备的球形内核颗粒粉末按照步骤S2设计的重量比进行混合，并依次经团聚、造粒、烧结，得球形颗粒状粉末粗品；

S6：致密化及分选，将步骤S5制备的球形颗粒状粉末粗品依次经烘干、烧结、冷却、筛分，得平均粒径为R2的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末。

6.如权利要求5所述的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，

在所述步骤S2中，配置内核浆料时，粘结剂的添加量、分散剂的添加量均为微米级内核硬质相原料粉末与含稀土的内核粘结相原料粉末质量和的2～3％，去离子水的添加量为微米级内核硬质相原料粉末与含稀土的内核粘结相原料粉末质量和的0.45～0.55％；

在所述步骤S2中，配置外壳浆料时，粘结剂的添加量、分散剂的添加量均为纳米级外壳硬质相原料粉末与外壳粘结相原料粉末质量和的2～3％，去离子水的添加量为纳米级外壳硬质相原料粉末与外壳粘结相原料粉末质量和的0.45～0.55％。

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