CN113684438B - 一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末及其应用方法，属于金属材料及粉末冶金领域。本发明的高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，包含如下重量百分比的组分：铬60～65％，镍20～30％，钨8～15％，各组成的重量百分比之和为100％，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的0～5％。采用本发明的喷涂粉末进行材料表面防护可以在不降低防护性能的情况下，避免镀层硬脆易开裂带来的危害，同时极大的降低了电镀带来的污染问题，而且其应用工艺简单，成本低，易于推广。

Description

一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末及其应用方法
技术领域
本发明属于金属材料及粉末冶金技术领域，更具体地说，涉及一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末及其应用方法。
背景技术
电镀铬作为材料表面防护的重要传统工艺，广泛应用于航天航空、钢铁工业、包装印刷以及造纸等领域，镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮，是保护关键零件部位磨损失效的重要技术，也常常用来修复破损部件。
但镀铬层在温度升高时其硬度会降低，故其工作温度较低，难以适应一些在较高温度下工作的零部件；而当需要相对较厚镀层时，镀铬沉积速度较慢，工艺周期较长；同时镀铬层内存在的微裂纹会使其产生开裂脱落，进而腐蚀基体；铬的中和作用，带来了许多环境污染问题，而且六价铬对人体有严重的危害；在电镀时，电镀溶液中会形成大量氢气，会将铬酸溶液带入空气中，产生酸雾，带有大量的致癌因子，可引发多种疾病。基于上述问题的严重性，已经在一定程度上制约了电镀铬技术的发展道路，在现今要求绿色发展的情况下，电镀铬技术显然难以再发展下去。
经检索，中国专利申请号为CN201510942012.0，申请日为2015年12月16日的申请案公开了一种用于内衬纸浅压纹的版辊及其制作工艺。该申请案包括以下步骤：首先选取经过热处理的Cr2系列冷轧辊用钢作为辊体，将辊体进行粗加工处理，使用万能磨床将粗加工处理后的辊体进行磨中高得到版辊，然后按设计好的图案进行激光雕刻，对激光雕刻后的版辊经过打磨、研磨，然后在版辊的表面镀一层铬，制得用于内衬纸浅压纹的版辊。采用该方案可以有效地在轧辊表面沉积镀铬层，但镀层易脱皮、镀层不光洁、效率慢等缺点，亟待改善。
发明内容
1.要解决的问题
本发明的目的在于克服现有电镀铬技术存在的所得镀层硬脆，易开裂，高温性能差，且电镀铬废液排放污染环境、对人体危害极大的不足，提供了一种高强度高硬度喷涂粉末及其应用方法。采用本发明的喷涂粉末进行材料表面防护可以在不降低防护性能的情况下，避免镀层硬脆易开裂带来的危害，同时极大的降低了电镀带来的污染问题，而且其应用工艺简单，成本低，易于推广。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，包含如下重量百分比的组分：铬60～65％，镍20～30％，钨8～15％，各组成的重量百分比之和为100％，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的0～5％。
更进一步的，包含如下重量百分比的组分：铬62～64％，镍24～28％，钨8～12％，各组成的重量百分比之和为100％，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的3～5％。
更进一步的，所述铬粉、镍粉、钨粉的粒径为100～150μm，钴碳化钨粉的粒径为15～45μm，钴碳化钨的成分为88WC-12Co。
更进一步的，所述喷涂粉末是将各原料经球磨处理得到。
更进一步的，所述球磨处理包括三个阶段：第一阶段为混料阶段，将铬粉、镍粉、钨粉混合均匀，球料比为3:1～5:1，转速为50～100pm，球磨时间为5～15min；第二阶段为机械合金化阶段，将混合均匀的铬粉、镍粉、钨粉进行高速球磨，转速为350～450pm，球磨时间为10～24h；第三阶段为混料阶段，加入钴碳化钨粉，转速为50～100pm，球磨时间为5～15min。
本发明的高强度高硬度表面防护用喷涂粉末的应用方法，包括以下步骤：
步骤一、基材准备：对待喷涂基材进行清洗、打磨、喷砂处理；
步骤二、涂层制备：将所述喷涂粉末与待喷涂基材进行预热处理，并通过超音速火焰喷涂进行涂层的制备，得到涂覆有高强度高硬度喷涂粉末涂层的喷涂基材；
步骤三、精加工：将所得喷涂后的基材进行精加工。
更进一步的，所有原料粉末在混合之前于100～150℃下进行烘干，烘干时间为24h。
更进一步的，步骤二中预热温度为100～200℃，预热时间1～2h，喷涂时煤油压力1.2～1.5Mpa，煤油流量8～12L/min，氧气压力1.5～2.0Mpa，氧气流量35～45L/min，载气为氮气，载气压力0.3～0.8Mpa，载气流量8～12L/min，送粉量1.6Kg/h，喷涂距离270～300mm。
更进一步的，所得涂层厚度为0.05～0.08mm。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，通过对粉末组分进行优化，从而可以替代镀铬层用于金属的表面防护处理，且可以在不降低防护性能的情况下，避免镀层硬脆易开裂带来的危害，并极大的降低了电镀带来的污染问题。
(2)本发明的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，喷涂粉末中的铬成分代替电镀铬中的铬，钨的添加可以增强涂层的耐高温耐磨性，镍的添加可以增强涂层的结合强度，而钴碳化钨的添加可以增加粉末喷涂后涂层的硬度，通过各组分的复配从而可以有效保证所得喷涂涂层的综合性能。
(3)本发明的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，该喷涂粉末是将各原料经球磨处理得到的，通过对球磨工艺进行优化，采用三段球磨工艺，并对各段球磨的具体工艺参数进行严格控制，从而既可以保证各粉末之间充分混合均匀，并防止发生团聚现象，同时还可以使组分之间相互扩散，使钴碳化钨弥散分布于铬粉中，进而有利于进一步提高喷涂涂层的力学性能。
(4)本发明的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，通过对各粉末原料的粒径及钴碳化钨的成分进行优化，结合球磨工艺的配合，从而可以使钴碳化钨尽可能多的弥散分布于铬粉中。
(5)本发明的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末的应用方法，通过喷涂方式将喷涂粉末喷涂于基材表面可以制备得到高强度高硬度防护涂层，有效提高所得基材的表面硬度和耐磨性，尤其是保证其高温性能，且该涂层与基体之间结合牢固，不易发生开裂和脱落。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，包含如下重量百分比的组分：铬60％，镍30％，钨10％，各组成的重量百分比之和为100％，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的1％。其中，铬粉、镍粉、钨粉的粒径为135～150μm，钴碳化钨粉的粒径为30～45μm，钴碳化钨的成分为88WC-12Co。
将本实施例的喷涂粉末喷涂于基材表面，用于金属基材表面防护，具体包括以下步骤：
步骤一、喷涂粉末的制备：先将喷涂粉末用各原料置于100℃下进行烘干，烘干时间为24h，然后进行混合球磨处理，即得到喷涂粉末。所述球磨处理包括三个阶段：第一阶段为混料阶段，将铬粉、镍粉、钨粉混合均匀，球料比为3:1，转速为100pm，球磨时间为5min；第二阶段为机械合金化阶段，将混合均匀的铬粉、镍粉、钨粉进行高速球磨，转速为350pm，球磨时间为24h；第三阶段为混料阶段，加入钴碳化钨粉，转速为100pm，球磨时间为5min。
步骤二、基材准备：对待喷涂基材进行清洗、打磨、喷砂处理；
步骤三、涂层制备：将所述喷涂粉末与待喷涂基材进行预热处理，预热温度为100℃，预热时间2h，并通过超音速火焰喷涂进行涂层的制备，得到涂覆有高强度高硬度喷涂粉末涂层的喷涂基材；喷涂时煤油压力1.2Mpa，煤油流量8L/min，氧气压力1.5Mpa，氧气流量35L/min，载气为氮气，载气压力0.8Mpa，载气流量12L/min，送粉量1.6Kg/h，喷涂距离300mm。经喷涂后所得涂层厚度为0.08mm。
步骤四、精加工：将所得喷涂后的基材进行精加工。
实施例2
本实施例的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，包含如下重量百分比的组分：铬65％，镍20％，钨15％，各组成的重量百分比之和为100％，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的2％。其中，铬粉、镍粉、钨粉的粒径为100～115μm，钴碳化钨粉的粒径为15～25μm，钴碳化钨的成分为88WC-12Co。
将本实施例的喷涂粉末喷涂于基材表面，用于金属基材表面防护，具体包括以下步骤：
步骤一、喷涂粉末的制备：先将喷涂粉末用各原料置于150℃下进行烘干，烘干时间为24h，然后进行混合球磨处理，即得到喷涂粉末。所述球磨处理包括三个阶段：第一阶段为混料阶段，将铬粉、镍粉、钨粉混合均匀，球料比为5:1，转速为50pm，球磨时间为15min；第二阶段为机械合金化阶段，将混合均匀的铬粉、镍粉、钨粉进行高速球磨，转速为450pm，球磨时间为10h；第三阶段为混料阶段，加入钴碳化钨粉，转速为50pm，球磨时间为15min。
步骤二、基材准备：对待喷涂基材进行清洗、打磨、喷砂处理；
步骤三、涂层制备：将所述喷涂粉末与待喷涂基材进行预热处理，预热温度为200℃，预热时间2h，并通过超音速火焰喷涂进行涂层的制备，得到涂覆有高强度高硬度喷涂粉末涂层的喷涂基材；喷涂时煤油压力1.5Mpa，煤油流量12L/min，氧气压力2.0Mpa，氧气流量45L/min，载气为氮气，载气压力0.3Mpa，载气流量8L/min，送粉量1.6Kg/h，喷涂距离270mm。经喷涂后所得涂层厚度为0.05mm。
步骤四、精加工：将所得喷涂后的基材进行精加工。
实施例3
本实施例的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，包含如下重量百分比的组分：铬63％，镍29％，钨8％，各组成的重量百分比之和为100％，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的5％。其中，铬粉、镍粉、钨粉的粒径为110～125μm，钴碳化钨粉的粒径为20～35μm，钴碳化钨的成分为88WC-12Co。
将本实施例的喷涂粉末喷涂于基材表面，用于金属基材表面防护，具体包括以下步骤：
步骤一、喷涂粉末的制备：先将喷涂粉末用各原料置于120℃下进行烘干，烘干时间为24h，然后进行混合球磨处理，即得到喷涂粉末。所述球磨处理包括三个阶段：第一阶段为混料阶段，将铬粉、镍粉、钨粉混合均匀，球料比为4:1，转速为70pm，球磨时间为8min；第二阶段为机械合金化阶段，将混合均匀的铬粉、镍粉、钨粉进行高速球磨，转速为390pm，球磨时间为15h；第三阶段为混料阶段，加入钴碳化钨粉，转速为80pm，球磨时间为10min。
步骤二、基材准备：对待喷涂基材进行清洗、打磨、喷砂处理；
步骤三、涂层制备：将所述喷涂粉末与待喷涂基材进行预热处理，预热温度为170℃，预热时间1.5h，并通过超音速火焰喷涂进行涂层的制备，得到涂覆有高强度高硬度喷涂粉末涂层的喷涂基材；喷涂时煤油压力1.3Mpa，煤油流量10L/min，氧气压力1.8Mpa，氧气流量37L/min，载气为氮气，载气压力0.6Mpa，载气流量10L/min，送粉量1.6Kg/h，喷涂距离280mm。经喷涂后所得涂层厚度为0.06mm。
步骤四、精加工：将所得喷涂后的基材进行精加工。
实施例4
本实施例的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，包含如下重量百分比的组分：铬62％，镍28％，钨10％，各组成的重量百分比之和为100％，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的4％。其中，铬粉、镍粉、钨粉的粒径为100～120μm，钴碳化钨粉的粒径为15～30μm，钴碳化钨的成分为88WC-12Co。
将本实施例的喷涂粉末喷涂于基材表面，用于金属基材表面防护，具体包括以下步骤：
步骤一、喷涂粉末的制备：先将喷涂粉末用各原料置于142℃下进行烘干，烘干时间为24h，然后进行混合球磨处理，即得到喷涂粉末。所述球磨处理包括三个阶段：第一阶段为混料阶段，将铬粉、镍粉、钨粉混合均匀，球料比为3:1，转速为85pm，球磨时间为12min；第二阶段为机械合金化阶段，将混合均匀的铬粉、镍粉、钨粉进行高速球磨，转速为410pm，球磨时间为20h；第三阶段为混料阶段，加入钴碳化钨粉，转速为88pm，球磨时间为12min。
步骤二、基材准备：对待喷涂基材进行清洗、打磨、喷砂处理；
步骤三、涂层制备：将所述喷涂粉末与待喷涂基材进行预热处理，预热温度为195℃，预热时间1h，并通过超音速火焰喷涂进行涂层的制备，得到涂覆有高强度高硬度喷涂粉末涂层的喷涂基材；喷涂时煤油压力1.4Mpa，煤油流量11L/min，氧气压力1.8Mpa，氧气流量42L/min，载气为氮气，载气压力0.6Mpa，载气流量9L/min，送粉量1.6Kg/h，喷涂距离283mm。经喷涂后所得涂层厚度为0.07mm。
步骤四、精加工：将所得喷涂后的基材进行精加工。
实施例5
本实施例的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，包含如下重量百分比的组分：铬64％，镍24％，钨12％，各组成的重量百分比之和为100％，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的2％。其中，铬粉、镍粉、钨粉的粒径为100～150μm，钴碳化钨粉的粒径为15～45μm，钴碳化钨的成分为88WC-12Co。
将本实施例的喷涂粉末喷涂于基材表面，用于金属基材表面防护，具体包括以下步骤：
步骤一、喷涂粉末的制备：先将喷涂粉末用各原料置于105℃下进行烘干，烘干时间为24h，然后进行混合球磨处理，即得到喷涂粉末。所述球磨处理包括三个阶段：第一阶段为混料阶段，将铬粉、镍粉、钨粉混合均匀，球料比为5:1，转速为90pm，球磨时间为10min；第二阶段为机械合金化阶段，将混合均匀的铬粉、镍粉、钨粉进行高速球磨，转速为430pm，球磨时间为20h；第三阶段为混料阶段，加入钴碳化钨粉，转速为65pm，球磨时间为7min。
步骤二、基材准备：对待喷涂基材进行清洗、打磨、喷砂处理；
步骤三、涂层制备：将所述喷涂粉末与待喷涂基材进行预热处理，预热温度为165℃，预热时间2h，并通过超音速火焰喷涂进行涂层的制备，得到涂覆有高强度高硬度喷涂粉末涂层的喷涂基材；喷涂时煤油压力1.5Mpa，煤油流量11L/min，氧气压力1.6Mpa，氧气流量37L/min，载气为氮气，载气压力0.5Mpa，载气流量11L/min，送粉量1.6Kg/h，喷涂距离295mm。经喷涂后所得涂层厚度为0.05mm。
步骤四、精加工：将所得喷涂后的基材进行精加工。

Claims (7)

1.一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，其特征在于，包含如下重量百分比的组分：铬60~65%，镍20~30%，钨8~15%，各组成的重量百分比之和为100%，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的1~5%；该喷涂粉末是将各原料经球磨处理得到的，球磨处理具体包括三个阶段：第一阶段为混料阶段，将铬粉、镍粉、钨粉混合均匀，球料比为3:1~5:1，转速为50~100pm，球磨时间为5~15min；第二阶段为机械合金化阶段，将混合均匀的铬粉、镍粉、钨粉进行高速球磨，转速为350~450pm，球磨时间为10~24h；第三阶段为混料阶段，加入钴碳化钨粉，转速为50~100pm，球磨时间为5~15min。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，其特征在于，包含如下重量百分比的组分：铬62~64%，镍24~28%，钨8~12%，各组成的重量百分比之和为100%，同时还含有钴碳化钨粉末，钴碳化钨粉末的添加量为铬、镍、钨总重的3~5%。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度高硬度表面防护用喷涂粉末，其特征在于：所述铬粉、镍粉、钨粉的粒径为100~150μm，钴碳化钨粉的粒径为15~45μm，钴碳化钨的成分为88WC-12Co。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的高强度高硬度表面防护用喷涂粉末的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、基材准备：对待喷涂基材进行清洗、打磨、喷砂处理；
步骤二、涂层制备：将所述喷涂粉末与待喷涂基材进行预热处理，并通过超音速火焰喷涂进行涂层的制备，得到涂覆有高强度高硬度喷涂粉末涂层的喷涂基材；
步骤三、精加工：将所得喷涂后的基材进行精加工。
5.根据权利要求4所述的高强度高硬度表面防护用喷涂粉末的应用方法，其特征在于：所有原料粉末在混合之前于100~150℃下进行烘干，烘干时间为24h。
6.根据权利要求4或5所述的高强度高硬度表面防护用喷涂粉末的应用方法，其特征在于：步骤二中预热温度为100~200℃，预热时间1~2h，喷涂时煤油压力1.2~1.5Mpa，煤油流量8~12L/min，氧气压力1.5~2.0Mpa，氧气流量35~45L/min，载气为氮气，载气压力0.3~0.8Mpa，载气流量8~12L/min，送粉量1.6Kg/h，喷涂距离270~300mm。
7.根据权利要求6所述的高强度高硬度表面防护用喷涂粉末的应用方法，其特征在于：所得涂层厚度为0.05~0.08mm。
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