CN1600820A - 一种纳米耐磨涂层用热喷涂粉体的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
一种纳米耐磨涂层用热喷涂粉的制备及应用,热喷涂粉是以WC平均晶粒尺寸为40~90nm的WC-Co纳米复合粉末为原料、采用雾化造粒方法制备而成。热喷涂粉呈球形或类球形结构,粉体的颗粒尺寸为10~60微米,粉体的流动性好;WC-Co纳米复合粉末是采用雾化干燥加固定床方法制备。爆炸喷涂时工作参数控制为:基材温度为20~200℃,氧气和燃料气体流比例范围为1.00~1.50∶1,工作频率为3~6 shot/s,喷涂距离为60~140mm,送粉率为0.3~0.6g/s。本发明可以获得具有纳米结构的耐磨涂层,而且原料便宜,工艺简单,设备投资少,适用于工业化生产。
Description
技术领域:
本发明涉及涂层技术,具体地说是一种WC-Co纳米耐磨涂层用热喷涂粉,粉体的制备及用该粉末爆炸喷涂制备耐磨涂层的方法。
背景技术:
迄今已采用多种喷涂方法制备纳米WC-Co涂层,主要有高速火焰喷涂(HVOF)、真空等离子喷涂(VPS)、冷喷涂(CS)等方法。其中高速火焰喷涂(HVOF)应用最多。相对于其他喷涂方法而言,用高速火焰喷涂(HVOF)方法粉末颗粒的飞行速度快,动能大,与基体结合强度高,涂层中的微观组织致密、孔洞少。而爆炸喷涂与高速火焰喷涂方法相比,具有更高的粉末粒子飞行速度,在离开喷嘴时的速度高达1200m/s;粒子与基体具有更高的结合强度;涂层中的微观组织更致密,孔洞更少。但是到目前为止,现有的爆炸喷涂方法制备的均为普通粗晶WC-Co耐磨涂层。
技术内容:
本发明的目的在于提供一种纳米耐磨涂层用热喷涂粉,通过对该粉末的合理使用,可以获得具有纳米结构的耐磨涂层,而且原料便宜,工艺简单,设备投资少,适用于工业化生产。
本发明提供了一种纳米耐磨涂层用热喷涂粉,其特征在于热喷涂粉是以WC平均晶粒尺寸为40~90nm的WC-Co纳米复合粉末为原料、采用雾化造粒方法制备而成;热喷涂粉呈球形或类球形结构,粉体的颗粒尺寸为10~60微米。
本发明纳米耐磨涂层用热喷涂粉中,所述喷涂粉末的成分为:70~95%重量WC,余量的为钴。另外喷涂粉末中还可以含有镍、铁、铜、铬之一种或多种,总量低于2%重量。
本发明纳米耐磨涂层用热喷涂粉中,所述雾化造粒是一种常规的方法,即将溶液雾化成极细的液滴,然后在热空气或保护气体下将溶剂蒸发制得粒子的方法。具体工艺参数依设备不同,要求不同,要进行相应调节,所用设备包括离心式或压力式雾化干燥机。
通常情况下,只有用纳米粉,才能获得纳米涂层。但是对于热喷工艺来讲,用雾化干燥加固定床方法制备的WC-Co纳米复合粉,颗粒太细,不能直接用于喷涂,必须经造粒后形成10-60微米的颗粒才能用于热喷涂。
通常的造粒方法很多,包括雾化造粒,挤压造粒,滚动造粒等。本发明优选雾化造粒法,用该法制成的粒子球形度好,粒度均匀,喷粉率高,且适用于大量制粉。具体制备过程如下:
将1000克蒸馏水,500-800克WC-Co纳米复合粉进行混合,同时加入1-10%的胶;胶选自石蜡、合成橡胶、硬脂酸锌、水玻璃、树脂、膨润土、胶水之一种;
将配置好的溶液送入雾化造粒器中,雾化器的进口温度为200-400℃,出口温度为100-200℃;
将造粒后的粉收集后在氢气中脱胶并烧结,烧结的温度为800-1200℃;
将脱胶固结后的粉进行筛分,将粒度为10-60微米的粒子收集起来。
本发明纳米耐磨涂层用热喷涂粉,可以在任何热喷涂方法中使用,包括爆炸喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂、真空等离子喷涂、电弧喷涂等。
本发明特别提供了一种纳米耐磨涂层的制备方法,采用爆炸喷涂技术,其特征在于所用喷涂粉是以WC平均晶粒尺寸为40~90nm的WC-Co纳米复合粉末为原料、采用雾化造粒方法制备而成;热喷涂粉呈球形或类球形结构,粉体的颗粒尺寸为10~60微米。
本发明纳米耐磨涂层的制备方法中,所述喷涂粉颗粒尺寸最好为40~60微米。
本发明纳米耐磨涂层的制备方法中,喷涂的较佳工作参数为:控制基材温度为20~200℃,氧气和燃料气体流比例范围为1.00~1.50∶1,工作频率为3~6shot/s,喷涂距离为60~140mm,送粉率为0.3~0.6g/s。
本发明纳米耐磨涂层的制备方法中,所述燃料气体包括氢气、乙炔、液化石油气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、一氧化碳或其混合气。
本发明纳米耐磨涂层的制备方法中,所述基材包括金属、合金、金属间化合物、玻璃、陶瓷、金属陶瓷,或者在耐磨涂层和基材之间的过渡层。
本发明通过选取适当的爆炸喷涂工艺参数,例如通过控制氧气和燃气的流量比例、喷涂距离等参数,可以制备出高性能的纳米WC-Co耐磨涂层。与现有的其他喷涂方法及采用爆炸喷涂方法制备的普通粗晶WC-Co耐磨涂层相比较,其具有以下几个优点:
(1)涂层中WC晶粒细小,WC平均晶粒尺寸为0.1~0.5微米;
(2)涂层的微观组织致密,孔洞少;
(3)与基体结合强度高,具有高的耐磨性。
由此可见,本发明具有原料便宜,工艺简单,设备投资少,见效快等特点,适用于工业化生产。
附图说明:
图1为纳米耐磨涂层用热喷涂粉形貌的电镜照片;
图2为纳米晶WC-12Co爆炸喷涂涂层截面低倍电镜照片;
图3为纳米晶WC-12Co爆炸喷涂涂层截面高倍电镜照片。
具体实施方式:
1.溶液配置
将1000克蒸馏水,500-800克WC-Co纳米复合粉进行混合,同时加入1-10%的胶。胶的种类可以是石蜡,合成橡胶,硬脂酸锌,水玻璃,树脂,膨润土,胶水等。
2.雾化造粒
将配置好的溶液放在电磁搅拌器上,并用恒流泵将其送入雾化造粒器中,雾化器的进口温度为200-400℃,出口温度为100-200℃。
3.烧结脱胶
将造粒后的粉收集后,将其在氢气中脱胶并烧结。烧结的温度为800-1200℃。
4.分级
最后将脱胶烧结后的粉进行筛分,将粒度为40-60微米的粒子收集起来,用于爆炸喷涂使用。
实施例1
基材采用不锈钢,试样尺寸为5×10×3mm3。喷涂前用丙酮将基材清洗干净,再用氧化铝进行喷砂处理。处理完的试样立即进行爆炸喷涂。喷涂粒子的成分为WC-12Co,平均晶粒尺寸为60纳米,造粒后的粉末颗粒尺寸为10~60微米,爆炸喷涂的工艺参数为:工作频率为4次/秒,氧气和C2H2流量比为1.03∶1,喷涂距离为90mm,送粉量为0.5g/s,炮口直径为25mm,喷涂斑盘搭接率为40%。
其工作过程是:将喷涂的纳米WC-12Co粉末装入料罐后,点燃氧气和乙炔混合气体,利用混合气体爆炸产生的热能和动能将粉末加热到熔融或塑性状态,并以很高的飞行速度喷射到基材表面上,经过多次喷涂即可获得一定厚度的涂层。得到的涂层微观组织致密,气孔率低,与基体结合强度高,韧性好。采用本发明制备的纳米WC-12Co耐磨涂层显微硬度(HV500)可达18.0GPa,在干磨的条件下磨损率可达8×10-7mm3/Nm。
实施例2
基材采用不锈钢,试样尺寸为5×10×3mm3。喷涂前用丙酮将基材进行清洗干净,再用氧化铝进行喷砂处理。处理完的试样立即进行爆炸喷涂。涂层成分为WC-15Co,平均晶粒尺寸为60纳米,造粒后的粉末颗粒尺寸为10~60微米,爆炸喷涂的工艺参数为:工作频率为4次/秒,氧气和C2H2流量比为1.03∶1,喷涂距离为120mm,送粉量为0.5g/s,炮口直径为25mm,喷涂斑盘搭接率为40%。
得到的爆炸喷涂涂层微观组织致密,气孔率低,与基体结合强度高,韧性好。涂层显微硬度(HV500)可达18.1GPa,在干磨的条件下磨损率可达5.04×10-7mm3/Nm。
实施例3
基材采用不锈钢,试样尺寸为5×10×3mm3。喷涂前用丙酮将基材进行清洗干净,再用氧化铝进行喷砂粗化处理。处理完的试样立即进行爆炸喷涂。涂层成分为WC-20Co,平均晶粒尺寸为60纳米,造粒后的粉末颗粒尺寸为10~60微米,爆炸喷涂的工艺参数为:工作频率为4次/秒,氧气和C2H2流量比为1.05∶1,喷涂距离为90mm,送粉量为0.5g/s,炮口直径为25mm,喷涂斑盘搭接率为40%。
得到的爆炸喷涂涂层微观组织致密,气孔率低,与基体结合强度高,韧性好。涂层显微硬度(HV500)可达18.96GPa,在干磨的条件下磨损率可达2.21×10-7mm3/Nm。
Claims (9)
1、一种纳米耐磨涂层用热喷涂粉,其特征在于热喷涂粉是以WC平均晶粒尺寸为40~90nm的WC-Co纳米复合粉末为原料、采用雾化造粒方法制备而成;热喷涂粉呈球形或类球形结构,粉体的颗粒尺寸为10~60微米。
2、按照权利要求1所述纳米耐磨涂层用热喷涂粉,其特征在于所述喷涂粉末的成分为:70~97%重量WC,余量的为钴。
3、按照权利要求2所述纳米耐磨涂层用热喷涂粉,其特征在于所述喷涂粉末中含有镍、铁、铜、铬之一种或多种,总量低于2%重量。
4、一种权利要求1所述纳米耐磨涂层用热喷涂粉的制备方法,其特征在于制备过程如下:
将1000克蒸馏水,500-800克WC-Co纳米复合粉进行混合,同时加入1-10%的胶;胶选自石蜡、合成橡胶、硬脂酸锌、水玻璃、树脂、膨润土、胶水之一种或几种混合;
将配置好的溶液送入雾化造粒器中,雾化器的进口温度为200-400℃,出口温度为100-200℃;
将造粒后的粉收集后,在氢气中脱胶并固结,烧结的温度为800-1200℃;
将脱胶固结后的粉进行筛分,将粒度为10-60微米的粒子收集起来。
5、一种纳米耐磨涂层的制备方法,采用爆炸喷涂技术,其特征在于所用喷涂粉是以WC平均晶粒尺寸为40~90nm的WC-Co纳米复合粉末为原料、采用雾化造粒方法制备而成;热喷涂粉呈球形或类球形结构,粉体的颗粒尺寸为10~60微米。
6、按照权利要求5所述纳米耐磨涂层的制备方法,其特征在于所述喷涂粉颗粒尺寸为40~60微米。
7、按照权利要求5所述纳米耐磨涂层的制备方法,其特征在于喷涂的工作参数为:控制基材温度为20~200℃,氧气和燃料气体流比例范围为1.00~1.50∶1,工作频率为3~6shot/s,喷涂距离为60~140mm,送粉率为0.3~0.6g/s。
8、按照权利要求7所述纳米耐磨涂层的制备方法,其特征在于所述燃料气体包括氢气、乙炔、液化石油气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、一氧化碳或其混合气。
9、按照权利要求7所述纳米耐磨涂层的制备方法,其特征在于所述基材包括金属、合金、金属间化合物、玻璃、陶瓷、金属陶瓷,或者在耐磨涂层和基材之间的过渡层。
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