CN112760540B - 复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了复合WC‑CrC‑CoCr热喷涂粉及其制备方法和应用，方法包括(1)将三氧化钨、三氧化二铬、碳化钨、钴粉、炭黑、水和粘结剂混合进行球磨，以便得到球磨浆料；(2)将所述球磨浆料进行干燥雾化造粒，以便得到球形颗粒；(3)将所述球形颗粒在含有氮气和氢气的保护气氛下进行烧结，以便得到烧结料；(4)将所述烧结料破碎后进行分级，以便得到复合WC‑CrC‑CoCr热喷涂粉。该制备方法工艺简单，两种原料前移至氧化物，成本较低且适合产业化生产，而且制备过程可以有效避免气体碳源，并能通过气氛对碳量微调，工艺过程绿色安全，进而制备得到的复合WC‑CrC‑CoCr热喷涂粉具有较好的韧性，并具有良好耐磨性、致密性和耐腐蚀性。

Description

复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米金属陶瓷复合粉末制备领域，更具体地本发明涉及一种复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉及其制备方法和应用，主要应用于超音速喷涂、堆焊、3D打印等表面喷涂及增材制造。
背景技术
WC-CrC-CoCr热喷涂粉系WC-Co基硬质合金粉末，与WC-Co硬质合金类似的，是以高硬度的难熔金属硬质化合物WC为硬质相，高韧性的金属Co等为粘结相，通过粉末冶金工艺制备而得到具有良好的强度及较为优异韧性的复合材料，广泛地应用于油气钻井、地质勘探、矿山开采、轧辊、模具材料、新能源、机械加工、耐磨零件等领域，是当前用途最广泛的表面喷涂材料之一，对推动我国工业绿色再制造及国民经济发展起着举足轻重的作用。随着科技进步及经济的迅速发展，对硬质合金热喷涂粉的强度和硬度提出了更高的要求。但是普通结构硬质合金热喷涂粉和涂层的硬度和强度是一对此消彼长矛盾体，开发出同时具有高强度和高韧性的双高硬质合金喷涂粉成为近20年来的研究热点。纳米/超细WC-Co硬质合金喷涂粉因其同时具有高强度和高硬度的特点，自开发出来后就受到广泛的关注和研究。而纳米/超细WC-Co复合粉末是制备高性能硬质合金的关键，近年来，涌现出许多新型的制备方法。
专利CN201110335899.9中，朱泽华等在水溶性的含钨化合物、含钴化合物、含铬化合物和含钒化合物的饱和混合水溶液中加入对钨、钒、铬碳化物过量的碳质粉体材料吸附饱和复合盐溶液；脱水干燥，在碳质粉体材料表面形成纳米尺度的复合盐薄层；在隔绝空气条件下，500℃以下将所述复合盐脱除结晶水，并分解成为氧化钨、氧化铬、氧化钒、氧化钴的复合氧化物，进一步加热，850℃以下，将上述复合氧化物在碳质粉体材料表面还原并碳化生成WC-Co纳米结构复合粉末。
专利CN201510773331.3中，文劼等将钨钴复合氧化物原料粉末和碳源粉末依次或一次性投入流化床或回转炉中，进行还原、碳化和调碳，全过程无氢气参与，得到晶粒度均匀、平均晶粒度小、性能稳定、杂质含量低的碳化钨钴(WC-Co)复合粉末。
专利CN200410012902.3中，邵刚勤等将钨钴原料、抑晶剂、碳粉按比例混合球磨制成氧化物和碳粉的混合粉末，随后将氧化物粉末放入环境气氛下的反应炉中，通过控制还原碳化温度和保温时间、洗碳温度和反应时间制得纳米WC-Co复合粉末。
专利CN03118176.7中，曹顺华等利用高能球磨技术制造W、C、Co活化态复合粉末，外界输入到体系的过剩能量部分转化成随后合成纳米晶WC的固态反应所需的能量。
专利CN201410741615.X中，程秀兰等将单质碳、钴盐和紫钨粉末进行一次碳化，并将一次碳化产物研磨并调配碳含量至5.80％～5.95％，再研磨混合，进行二次碳化，制备得到了粒度分布成单峰正态分布的粒度分布窄、分散性与均匀性较好的高质量的超细碳化钨-钴复合粉末。
专利CN201110303977.7中，林华等配制含W、Co、C的混合溶液或含W、Co、C及抑制剂原料的混合溶液或乳浊液，通过水热反应得到前驱体粉末后进行还原碳化制备得到WC-Co以及含抑制剂的WC-Co纳米复合粉末。
专利CN03150684.4中，金益民通过配制一定浓度的偏钨酸铵溶液，加入一定量的碳酸钴粉末，加热、搅拌，充分反应后，将所得复合盐溶液冷却、过滤；干燥钨钴复合盐溶液，得到钨钴复合盐粉末；加热钨钴复合盐粉末并通入N2，使复合盐粉末分解并脱去结晶水；然后通入N2、CH4混合气体，炭化钨钴复合盐，获得纳米级WC-Co复合粉末。本发明所获得的WC-Co复合粉末。
专利CN201410149139.2中，宋晓艳等以纳米尺度的紫钨、微米尺度的钴氧化物和钒氧化物与石墨烯或碳纳米管或石墨烯与碳纳米管的混合物为原料，进行混合球磨；其次，将球磨后的混合粉末冷压成坯，置于流动氩气氛围下进行还原和碳化反应，制备出WC-Co-VC粉末。
专利CN201310000618.3中，羊建高等将废残碳化钨/钴材料经氧化、破碎得到钨钴复合氧化物粉末；并将其与水溶性渗碳球化剂及水溶性复合晶粒长大抑制剂以溶于质量为3～5倍的水中，配制成混合水溶液；经快速喷雾干燥后获得成分分布均匀的中间产物；再经过900～1000℃温度的还原合成和调碳，制备出具有纳米结构的球形碳化钨/钴复合粉末材料。
通过上述专利分析可知，目前制备纳米/超细WC-Co复合粉末主要是两种方法，自上而下(球磨法)和自下而上方(溶液法)方法。球磨一般需要采用高能球磨，球磨时间长，效率较低，粒度分布均匀性差等缺点。为克服传统球磨方法的缺点，随后发展出了以金属或金属氧化物为原料，通过球磨活化后进行原位还原碳化制备纳米/超细WC-CoCr复合粉末的新方法。但是，上述专利未涉及到WC+Co+Cr三种成分的热喷涂专用的复合粉，其中金属铬具有良好的延展性，需要采用高能球磨，长球磨时间，才能达到分散效果。
因此，现有的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉制备方法有待探究。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉及其制备方法和应用，通过溶液法分别将微米碳化钨、氧化钨、三氧化二铬、钴粉、炭黑、水和粘结剂进行球磨混合，再经原位还原碳化反应制备得到复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉。该制备方法工艺简单，两种原料前移至氧化物，成本较低且适合产业化生产，而且制备过程可以有效避免气体碳源，并能通过气氛对碳量微调，工艺过程绿色安全，进而制备得到的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的粒径具有较好的韧性，并具有良好耐磨性、致密性和耐腐蚀性。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
(1)将三氧化钨、三氧化二铬、碳化钨、钴粉、炭黑、水和粘结剂混合进行球磨，以便得到球磨浆料；
(2)将所述球磨浆料进行干燥雾化造粒，以便得到球形颗粒；
(3)将所述球形颗粒在含有氮气和氢气的保护气氛下进行烧结，以便得到烧结料；
(4)将所述烧结料破碎后进行分级，以便得到复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉。
根据本发明实施例的制备复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的方法，首先采用溶液法将三氧化钨、三氧化二铬、碳化钨、钴粉、炭黑、水和粘结剂按照一定的比例进行球磨，制备球磨浆料，再通过喷雾干燥得到所需粒度的球形颗粒，利用原位还原碳化反应将其在含有氮气和氢气的保护气氛下进行烧结，最后将烧结料破碎后进行分级，就可以得到复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉。该制备方法工艺简单，两种原料前移至氧化物，成本较低且适合产业化生产，而且制备过程可以有效避免气体碳源，并能通过气氛对碳量微调，工艺过程绿色安全，进而制备得到的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的粒径具有较好的韧性，并具有良好耐磨性、致密性和耐腐蚀性。
另外，根据本发明上述实施例的制备复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述三氧化钨、所述三氧化二铬、所述碳化钨、所述钴粉、所述炭黑、所述水和所述粘结剂的质量比为(20～29)：(4.0～6.3)：(48～55)：(9.0～11.5)：(4.5～6.5)：(24～31)：(1.0～3.0)。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述三氧化钨的比表面积为5～8m2/g。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述三氧化二铬的粒度为0.4～1.0μm。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述碳化钨的粒度为3.0～3.5μm。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述干燥雾化造粒过程采用的离心雾化盘的转速为12000～15000rpm。由此，便于得到所需粒度的团聚混合料粉末。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述烧结依次包括第一烧结、第二烧结和第三烧结，其中，所述第一烧结的温度为1050～1150℃，时间为90～120分钟；所述第二烧结的温度为1200～1250℃，时间为90～120分钟；所述第三烧结的温度为1200～1250℃，时间为为90～120分钟。由此，保证原位还原碳化反应充分。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述含有氮气和氢气的保护气氛中，氮气和氢气的体积比为(3～5)：1。由此，保证原位还原碳化反应充分。
在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉包括粒度规格为5～38μm微粉和15～53μm微粉。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉。根据本发明的实施例，所述复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉采用上述的方法制备得到。由此，该复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的粒径细小且粒度分布均匀、表面光洁、球形度、均匀性等综合性能较好，从而具有较好的韧性，良好的耐磨性、致密性和耐腐蚀性。
在本发明的第三个方面，本发明提出了本发明提出了一种耐磨组件。根据本发明的实施例，所述耐磨组件包括耐磨组件基体和涂层，所述涂层包覆在所述耐磨组件的至少一部分上，其中，所述涂层采用上述的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉形成。由此，喷涂上述具有较高强度和硬度的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的耐磨组件具有光滑、耐磨、耐腐蚀的优势。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的制备复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的方法流程示意图；
图2是根据本发明一个实施例的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉与传统喷粉的涂层摩擦示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的方法。根据本发明的实施例，参考图1，所述方法包括：
S100：将三氧化钨、三氧化二铬、碳化钨、钴粉、炭黑、水和粘结剂混合进行球磨
该步骤中，将三氧化钨、三氧化二铬、碳化钨、钴粉、炭黑、水和粘结剂混合进行球磨，以便得到球磨浆料。发明人发现，三氧化钨硬度较低，研磨过程中变细，研磨后粒度＜0.1μm；三氧化二铬硬度较高，粒度＜1.0μm，研磨后粒度未发生明显变化，但是三氧化铬分散性良好，能够均匀分布在各组分中。通过将三氧化钨和三氧化二铬两种原料前移至氧化物，球磨后粒度的变化有利于后续反应过程中还原碳化钨为纳米晶碳化钨，并且得到均匀分布的铬+碳化铬+钴铬相，对于提高粉末的均匀性、耐腐蚀性起到显著效果。
进一步地，上述三氧化钨、三氧化二铬、碳化钨、钴粉、炭黑、水和粘结剂的质量比为(20～29)：(4.0～6.3)：(48～55)：(9.0～11.5)：(4.5～6.5)：(24～31)：(1.0～3.0)。需要说明的是，本申请中钴和铬含量参考标准产品WC86％-Co10％-Cr4％进行折算即可得到。发明人发现，当三氧化钨加量＜20％时，还原碳化产生的纳米碳化钨比例偏低，不利于纳米强化提高粉末喷涂涂层硬度，当纳米碳化钨比例偏低时，进一步影响粉末的球形度，不利于粉末的流动性；当三氧化钨加量＞29％时，三氧化钨还原碳化不彻底、氧含量偏高，此外，反应产生的一氧化碳等气体容易将物料带出舟皿容器外，导致物料损耗。因此，采用本申请的三氧化钨、三氧化二铬、碳化钨、钴粉、炭黑、水和粘结剂的质量比可以保证原位还原碳化反应充分，进而得到具有较好的韧性、耐磨性、致密性和耐腐蚀性的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉。
进一步地，三氧化钨的比表面积为5～8m2/g，三氧化二铬的粒度为0.4～1.0μm，碳化钨的粒度为3.0～3.5μm。发明人发现，三氧化钨比表面积越高，研磨后粒度越接近10～20纳米粒度，越有利于纳米碳化钨的生成。同时，三氧化二铬的粒度越细，铬分布越均匀，形成的钴铬合金相固溶程度越好、粘结性越强，抗腐蚀性能越强；碳化钨对粉末喷涂涂层的强韧性贡献明显，涂层开裂韧性Kc值越好，而且碳化钨粒度达到3.0μm以上，对抗犁削式重力磨损性能越优秀，但是碳化钨粒度超过3.5μm之后，粉末喷涂的沉积率越低，喷涂成本越高，不利于产品性价比和市场竞争力。因此，采用本申请的三氧化钨、碳化钨和三氧化二铬可以得到具有较好的韧性、耐磨性、致密性和耐腐蚀性的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉。
S200：将球磨浆料进行干燥雾化造粒
该步骤中，将上述得到的球磨浆料进行干燥雾化造粒，以便得到球形颗粒。进一步地，干燥雾化造粒过程采用的离心雾化盘的转速为12000～15000rpm。发明人发现，当离心雾化盘的转速低于12000rpm时，雾化粒度分布整体偏粗，两种5～38μm和15～53μm微粉主产品以外的不合格粗粉比例超过30％，不利于成本控制；当离心雾化盘的转速高于15000rpm时，5μm以下细微粉比例在10％左右，在混合料制备过程中无法筛除，虽然烧结后通过气流分级可以去除，但是增加烧结和后加工成本，不合格物料残留，成本大幅增加。因此，采用本申请的离心雾化盘的转速可以有效降低成本。
S300：将球形颗粒在含有氮气和氢气的保护气氛下进行烧结
该步骤中，将上述得到的球形颗粒在含有氮气和氢气的保护气氛下进行烧结，以便得到烧结料。在此过程中，三氧化钨、三氧化二铬、钴粉、炭黑进行原位还原碳化反应，主要反应为：WO3+Cr2O3+C+Co→WC+Cr3C2+CoCr+CO2+CO，其中Cr2O3/CrC在反应中同时起到抑制晶粒长大的作用，进而避免了特殊抑制剂的额外使用，降低了成本，并且反应得到的WC为纳米晶碳化钨，其粒径为0.05～0.2微米。参考附图2，本申请的WC-CrC-CoCr涂层具有微纳米复合结构，粉末中粗细碳化钨搭配，形成弥散强化，磨损时遇到硬质碳化钨颗粒的名义自由路径变小，阻力变大，磨粒不容易深入涂层，减少涂层被切削的而导致的磨损，提高涂层的耐磨损性能。而传统的WC86-Co10-Cr4涂层磨粒容易嵌入涂层，导致磨损加剧，表面粗糙度变化快、涂层耐磨性降低。由此，纳米晶碳化钨的产生，有利于弥散强化涂层，提高硬度、增加抗两体滑动磨损性能等，而且纳米晶碳化钨粒度小，能与粘结相CoCr结合紧密，相比粗晶颗粒，在喷涂过程中，塑性更好，能有效填充喷涂过程中的孔隙，提高涂层致密性。
进一步地，上述烧结依次包括第一烧结、第二烧结和第三烧结，第一烧结的温度为1050～1150℃，时间为90～120分钟；第二烧结的温度为1200～1250℃，时间为90～120分钟；第三烧结的温度为1200～1250℃，时间为为90～120分钟。进一步地，上述含有氮气和氢气的保护气氛中，氮气和氢气的体积比为(3～5)：1。具体的，将上述得到的球形颗粒装入多层石墨舟皿中，然后置于钼丝炉中，在含有氮气和氢气的保护气氛下依次进行第一烧结、第二烧结和第三烧结，其中，推舟速度为12～18分钟/舟，优选15分钟/舟。发明人发现，在本申请中采用的烧结气氛以氮气为主，因为氢气具有还原性，能与氧化钨和氧化铬两者中的氧反应，产生水气，即H2O，过多的水气会导致粉末碳量不同，装舟位置不均匀，而氢气在其中可作为碳量微调参数，若总碳偏低，通过气体流量计，微调增加氢气流量即可。由此，采用本申请上述组成的保护气氛，可以在降低水气的同时避免舟皿中粉末碳量不均匀。
S400：将烧结料破碎后进行分级
该步骤中，将上述烧结料破碎后进行分级，以便得到复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉。优选的，上述复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉包括粒度规格为5～38μm微粉和15～53μm微粉。具体的，采用机械方式对上述烧结料进行破碎处理，并根据粒度组成要求采用超声波过筛和氮气保护气流分级的方式得到最终产品粒度为15～53微米的微粉和粒度5～38微米的微粉。
根据本发明实施例的制备复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的方法，首先采用溶液法将三氧化钨、三氧化二铬、碳化钨、钴粉、炭黑、水和粘结剂按照一定的比例进行球磨，制备球磨浆料，再通过喷雾干燥得到所需粒度的球形颗粒，利用原位还原碳化反应将其在含有氮气和氢气的保护气氛下进行烧结，最后将烧结料破碎后进行分级，就可以得到复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉。该制备方法工艺简单，两种原料前移至氧化物，成本较低且适合产业化生产，而且制备过程可以有效避免气体碳源，并能通过气氛对碳量微调，工艺过程绿色安全，进而制备得到的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的粒径具有较好的韧性，并具有良好耐磨性、致密性和耐腐蚀性。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉。根据本发明的实施例，该复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉采用上述的方法制备得到。采用本发明上述方法制备得到的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉粒径细小且粒度分布均匀、表面光洁、球形度、均匀性等综合性能较好。需要说明的是，上述针对制备复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的方法所描述的特征和优点同样适用于该复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉，此处不再赘述。
在本发明的第三个方面，本发明提出了本发明提出了一种耐磨组件。根据本发明的实施例，该耐磨组件包括耐磨组件基体和涂层，上述涂层包覆在上述耐磨组件的至少一部分上，其中，该涂层采用上述的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉形成。由此，喷涂上述具有较高强度和硬度的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的耐磨组件具有光滑、耐磨、耐腐蚀的优势。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要选择该耐磨组件中除复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉涂层以外的其他组分，并且上述针对复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉及其制备方法所描述的特征和优点同样适用于该耐磨组件，此处不再赘述。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
以生产500kg喷涂粉为例，按照以下工艺步骤制备本发明的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末：
其中，原料配比及其相应参数见下表。
表1
Figure BDA0002818817460000071
Figure BDA0002818817460000081
BET：BET测试法是BET比表面积测试法的简称，比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。由于我方自产的三氧化钨为多孔结构所以需要采用该方法来表征纳米碳化钨的粒度。
FSSS：费氏粒度测试的简称，基本方法为稳流式空气透过法，即在空气流速和压力不变的条件下，测定比表面积和平均粒度。
以上两种为测试不同粉末粒度的方法，限定该参数主要用于原材料的粒度控制，确保工艺过程和产品的质量。
1、混料及球磨处理
首先依据工艺要求，向球磨设备(可倾式滚筒球磨机或立式搅拌球磨机)加入质量为152.7kg(25.6％当量纳米WC)的三氧化钨，297.0kg(59.4％)碳化钨(4.5～9.0微米)、36.55kg(5.0％铬当量)三氧化二铬、50.0kg(10.0％)钴粉和35.0kg炭粉，然后加入占原料质量百分比为25％的去离子水125kg、10.0kg(2.0％)的聚乙烯醇进行混料，并进行球磨处理24小时，获得球磨浆料。
2、干燥造粒处理
采用开放式离心喷雾干燥塔，将上述得到的球磨浆料进行干燥造粒处理，获得球形颗粒，其中，离心雾化盘转速为15000rpm。
3、烧结处理
将上述球形颗粒装入多层石墨舟皿中，然后置于钼丝炉中，在含有氮气和氢气保护气氛中依次进行第一烧结、第二烧结和第三烧结，其中，推舟速度为15分钟/舟，第一烧结温度为1100℃，烧结时间为100分钟；第二烧结温度为1250℃，烧结时间为100分钟；第三烧结温度为1250℃，烧结时间为100分钟，得到烧结料。
4、破碎分级处理
采用机械方式，对上述烧结料进行破碎处理，并根据粒度组成要求采用超声波过筛和氮气保护气流分级的方式得到最终产品复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末，其中粒度规格为5～38微米的188kg，15～53微米的211kg，生产过程中金属损失约5kg(1％)，粉末松装密度分别为：5～38微米的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末，5.2～5.7g/cm3；15～53微米的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末，4.7～5.1g/cm3。
结合肉眼观察及喷涂制备涂层后的性能测试，检测评估上述制备的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末的性能。结果发现，本实施例制备的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末，5～38微米规格的，颗粒致密、强度大，制备的涂层具有较好韧性，并具有良好耐磨性、致密性和耐腐蚀性；15～53微米规格流动性好，喷涂上粉率高，制备的涂层具有较好韧性，并具有良好耐磨性、致密性和耐腐蚀性，各项性能均较同类型产品好。
根据实际测试数据如下(涂层采用的喷涂设备为JP8000超音速火焰喷涂系统制备)：
一、盐水喷雾试验结果报告
盐水喷雾试验条件：喷涂涂层样块放置于盐雾试验箱内，喷淋氯化钠试剂(JISK8150)并计时，定期取出清洗表面，观察腐蚀情况。
表2
Figure BDA0002818817460000091
二、涂层开裂韧性
试验规格：HVS-10型数显维氏硬度计(测试载荷5000g，保压10s，在涂层侧面测试10个样点，分别测压痕对角线长度和压痕两侧横向裂纹长度，并按公式计算求取平均值，单位：MPam1/2)。
表3
Figure BDA0002818817460000101
注：开裂韧性值越大代表开裂韧性越好。
三、涂层磨粒磨损性能
试验规格：MLS-225型湿砂橡胶轮式磨损试验机(涂层以预磨500r后做为起始重量，正式磨损2000r共称重3次，载荷为100N，转速188rpm。)
表4
Figure BDA0002818817460000102
Figure BDA0002818817460000111
注：(1)起始预磨转数为500r，去除涂层表面的粗糙度层，以减少使用误差。
(2)磨损质量越少则磨粒磨损性能越好。
由表2-4可知，采用本发明的复合热喷涂粉末与常规热喷涂粉末进行喷涂对比，在获得同样的硬度时，本发明的复合热喷涂粉末制得的涂层的韧性比常规粉末高5.7％；本发明的复合热喷涂粉末制得的涂层的耐压实验通过率达到100％，耐腐蚀性较同类产品好。由此，表明本实施例制备的本发明的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末适用于制备超高压阀门密封面涂层、耐腐蚀性涂层。
实施例2
以生产500kg喷涂粉为例，按照实施例1所述的方法制备本发明的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末，其中，与实施例1的不同之处在于：具有下表5所示的原料配比及相应参数；第一烧结温度为1150℃，烧结时间为100分钟；第二烧结温度为1200℃，烧结时间为100分钟；第三烧结温度为1200℃，烧结时间为100分钟。
由此，制备获得最终产品复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末，其中粒度规格为5～38微米的195kg、15～53微米的220kg，生产过程中金属损失约5kg(1.0％)，粉末松装密度分别为：5～38微米的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末，4.8～5.2g/cm3；15～53微米复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末，4.0～4.5g/cm3。
表5
Figure BDA0002818817460000112
然后，结合显微镜观察及喷涂制备涂层后的性能测试，检测评估上述制备的新型复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末的性能。结果发现，本实施例制备的新型复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末，流动性好，颗粒强度较好，且为多孔结构和全致密两种结构，喷涂沉积效率高，制备的涂层具有较好耐磨性、致密性，并具有良好韧性和耐腐蚀性。
注：涂层采用的喷涂设备为JP8000超音速火焰喷涂系统制备。
一、盐水喷雾试验结果报告
表6
Figure BDA0002818817460000121
二、涂层开裂韧性
表7
Figure BDA0002818817460000122
注：开裂韧性值越大代表开裂韧性越好。
三、涂层磨粒磨损性能
表8
Figure BDA0002818817460000131
注：(1)起始预磨转数为500r，去除涂层表面的粗糙度层，以减少使用误差；
(2)磨损质量越少则磨粒磨损性能越好。
结论：采用本发明的复合热喷涂粉末与常规热喷涂粉末进行喷涂对比，在获得同样韧性时，本发明的复合热喷涂粉末制得的涂层的显微硬度(HV0.3：1250～1350)比常规粉末涂层的显微硬度(HV0.3：1050～1150)，平均提高18.2％；本发明的复合热喷涂粉末制得的涂层，涂层孔隙率＜0.5％，耐压实验通过率达到100％。由此，表明本实施例制备的本发明的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉末适用于制备中低压阀门密封面涂层、耐腐蚀性要求较低的工况。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种制备复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉的方法，其特征在于，包括：
(1)将三氧化钨、三氧化二铬、碳化钨、钴粉、炭黑、水和粘结剂混合进行球磨，以便得到球磨浆料；
(2)将所述球磨浆料进行干燥雾化造粒，以便得到球形颗粒；
(3)将所述球形颗粒在含有氮气和氢气的保护气氛下进行烧结，以便得到烧结料；
(4)将所述烧结料破碎后进行分级，以便得到复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉，
在步骤(1)中，所述三氧化钨、所述三氧化二铬、所述碳化钨、所述钴粉、所述炭黑、所述水和所述粘结剂的质量比为(20～29)：(4.0～6.3)：(48～55)：(9.0～11.5)：(4.5～6.5)：(24～31)：(1.0～3.0)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述三氧化钨的比表面积为5～8m2/g。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述三氧化二铬的粒度为0.4～1.0μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述碳化钨的粒度为3.0～3.5μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述干燥雾化造粒过程采用的离心雾化盘的转速为12000～15000rpm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述烧结依次包括第一烧结、第二烧结和第三烧结，
其中，所述第一烧结的温度为1050～1150℃，时间为90～120分钟；
所述第二烧结的温度为1200～1250℃，时间为90～120分钟；
所述第三烧结的温度为1200～1250℃，时间为90～120分钟；
任选地，在步骤(3)中，所述含有氮气和氢气的保护气氛中，氮气和氢气的体积比为(3～5)：1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉包括粒度规格为5～38μm微粉和15～53μm微粉。
8.一种复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉，其特征在于，所述复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉采用权利要求1-7中任一项所述的方法制备得到。
9.一种耐磨组件，其特征在于，所述耐磨组件包括耐磨组件基体和涂层，所述涂层包覆在所述耐磨组件的至少一部分上，其中，所述涂层采用权利要求8所述的复合WC-CrC-CoCr热喷涂粉形成。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4293134A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-20 Praxair S.T. Technology, Inc. Improved wear resistant coatings

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114012097A (zh) * 2021-10-22 2022-02-08 兆山科技（北京）有限公司 基于梯度陶瓷制备用耐磨耐腐蚀镍基粉末及冶金制备方法
CN115255355A (zh) * 2022-07-22 2022-11-01 株洲托普硬质合金材料有限公司 一种高耐磨性热喷涂粉的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110241349A (zh) * 2019-07-27 2019-09-17 河南工业大学 一种超细硬质合金的制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3102167B2 (ja) * 1992-05-27 2000-10-23 三菱マテリアル株式会社 炭化タングステン基超硬合金製造用微細複合炭化物粉末の製造法
CN102586713A (zh) * 2012-03-11 2012-07-18 赣州章源钨业新材料有限公司 一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末及其制备工艺
CN103225053B (zh) * 2013-05-03 2015-08-19 赣州澳克泰工具技术有限公司 WC-Co-Cr热喷涂粉末及其制备方法和用途
JP2015151622A (ja) * 2014-02-19 2015-08-24 株式会社東芝 溶射用粉末、溶射用粉末の製造方法及び溶射皮膜の製造方法
CN108080647B (zh) * 2017-12-06 2021-05-11 崇义章源钨业股份有限公司 纳米/超细WC-Co复合粉末及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110241349A (zh) * 2019-07-27 2019-09-17 河南工业大学 一种超细硬质合金的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4293134A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-20 Praxair S.T. Technology, Inc. Improved wear resistant coatings

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