专利名称：热喷涂WC/Co粉末及涂层制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种。特别是涉及一种涂层致密度高，硬度和结合强度大，有很好的耐 磨性、耐蚀性、耐疲劳性的热喷涂WC/Co粉末及涂层制备。
背景技术：
现代硬质合金的发明者于1923年首先提出用粉末冶金方法生产硬质合金。他在专利 中所提出的工艺，今天仍在WC-Co硬质合金生产工艺中使用。1926年，德国克虏伯(Kr叩p) 公司首先进行硬质合金的工业生产。目前，世界上己有约45个国家能生产硬质合金，其 中主要生产国家有中国、俄罗斯、美国、瑞典、日本、德国、英国和法国。硬质合金的基本特点是1. 具有很高的硬度和耐磨性，尤其可贵的是，在较高的温度下仍有高的硬度如在 600'C时，硬度高于高速钢的常温硬度，1000'C时硬度高于碳钢的常温硬度。2. 具有很高的弹性模量，通常为(4 7) X104kg/mra2;在常温下刚性好。3. 具有很高的抗压强度，可高达600kg/mm2。4. 具有较稳定的化学性，某些牌号的硬质合金能耐酸，耐碱，甚至在高温下也不发 生明显氧化。5. 低的热膨胀系数。硬质合金的上述特点，使得它在现代工具材料、耐磨材料、耐高温和耐腐蚀材料等 方面占据了重要地位。金属钨的高熔点(3380土1(TC)、高密度(理论密度为19.3g/cm3)和高硬度特性使 其在民用和国防工业上具有特殊用途。世界范围内对钨粉和碳化钨粉的研究和开发经历 近百年，不仅历史悠久，而且方兴未艾。钨粉和碳化钨粉的研究和开发一直受到世界各 国的重视。近十年来的研究工作更是广泛和深入。而钨粉和碳化钨粉的应用也更为日益 广泛、需求量日益提高。对产品性能要求的标准也相应的日益提高和严格。传统的热喷涂用复合粉末一般采用机械混合法及烧结破碎法进行生产。碳化钨基热 喷涂粉末是以碳化钨为基材，以钴为粘结相的复合粉末。机械混合法生产碳化钨基热喷 涂粉是采用一定比例的碳化钨粉与钴粉通过机械混合而成，其实质仅是一种混合粉，而 不能称之为复合粉，该方法虽然具有工艺方法简单、生产成本较低等特点，但却存在碳 化钨粉与钴粉混合的均匀性差、质量不稳定，用于热喷涂后其涂层各部分机械性能一致 性差的问题，故目前已很少使用。而烧结破碎法是将碳化钨粉与钴粉混合，经烧结成碳 化钨基合金后，再经机械破碎而成，采用此方法生产的喷涂粉末虽属于复合粉，但粉末 一般为粗糙的棱角形状，存在粉末的形状不规则、流动性差等问题，很难达到喷涂工艺
要求；同时该粉末在生产过程中的粉尘和噪音对环境污染严重。发明人方波、孙海、穆昆同、于月光、曾克里已申请一种碳化钨钴合金粉末，该粉 末制备方法采用普通碳化钩粉末、钴为基本原料，用常规的工艺方法，混合研磨均匀， 在氩气氛保护下130(TC预烧结2小时，再在1300'C下烧结15小时，破碎制粉。其申请 内容参见"一种碳化钨钴合金粉末"，公开号为CN1584092A，申请号为CN03134123. 3。近年来，难熔金属及其化合物的球形粉末有着越来越广泛的用途，球形钨粉就是这 类粉末之一。用球形钨粉制备的多孔钨具有更均匀的孔隙，因此它正逐渐取代常规钨粉， 用于制作多孔钨部件，如大功率脉冲微波管的阴极，电子管的钡钨阴极，熔融Zn、 Al、 Mg、 Bi、 Hg等金属的过滤器，火箭的发汗材料，触媒或者触媒的载体，人造卫星的定位 推进器等等。在热喷涂领域，球形粉末不仅流动性很好，而且得到的涂层具有更好的耐 磨性。球形鸽粉做成的粉末冶金压坯在烧结过程中收縮非常均匀，可实现良好的尺寸控 制。因此还可通过喷雾干燥制粒一烧结制备球形钴碳化钨热喷涂粉末，这种粉末形貌规 则、球形化好，生产工艺流程短，但存在一定的问题，如粉末团聚致密度不够，孔隙大， 粉末松装密度较小，成分分布不均匀等。发明人石建华、尹刚、李伟勤、何宪峰、曹万里已申请一种碳化钨基球形热喷涂粉 末的生产方法，该方法采用碳化钨为基材，以钴或钴和铬为粘结相，通过湿磨配置料浆、 喷雾干燥造粒、在氢气保护下烧结，最后对烧结的粉料按要求分级，从而获得目的物球 形热喷涂粉末其申请内容参见"碳化钨基球形热喷涂粉末的生产方法"，公开号为 CN1686644A，申请号为CN200510020875. 9。钴包覆常规碳化钨是制备钴碳化钨硬质合金粉末的一种常见方法，但由于碳化钨本 身形状不规则，造成包覆后成分不均匀，流动性差等问题。金属陶瓷复合涂层，尤其是 碳化物/金属复合涂层在航空、航天、冶金、矿山、石油和化工等领域中的耐磨构件的制 造和修复中具有广泛的用途。采用该方法制备的球形钴碳化钨粉末流动性好，松装密度 高，满足热喷涂的需要。利用该粉末通过热喷涂制备钴碳化钨涂层，涂层致密、均匀， 与基体结合紧密，孔隙率低，具有优异的耐磨、耐蚀性能。发明内容本发明所要解决的技术问题是，提供涂层致密度高，硬度和结合强度大，有很好的 耐磨性、耐蚀性、耐疲劳性的热喷涂WC/Co粉末及涂层制备。本发明所采用的技术方案是 一种热喷涂WC/Co粉末及涂层制备。其中热喷涂WC/Co 粉末含钴、碳和钨，其中，钴5 25%，碳5 6%，钨为余量。所述的粉末为复合型 粉末，其粉末呈球形颗粒结构，其粒度《150um，其主体在15 90ym范围。所述粉末的制备包括如下步骤1)对纯鸽粉进行筛分，取15 100ixm范围的钨粉备用，并对其进行清洗、烘干处 理;2 )钨粉球化:对纯钨粉进行大气等离子球化处理，收集后进行筛分，取粒度15 100 u m范围的球形钩粉备用；3)球形鸨粉碳化:用已制备好的球形钩粉和碳黑球磨混料，在碳 化炉中高温碳化，出炉的碳化钨粉球磨0.5 3小时，进行筛分，取粒度15 100ym范 围的球形碳化钨粉备用；4)钴包覆球形碳化钨利用高压水热氢还原法，制备钴包球形 碳化钨。所述的对纯钩粉进行大气等离子球化处理，是将原料钨粉进行充分干燥后进行大气 等离子球化，工作气体为氩气，送粉气为氮气，球化电压65 80V，电流450 550A，送 粉速度30 60g/min，喷射距离30 60mm，主气流量1600 1800，将熔融的钨颗粒直接 喷入水中进行冷却得球形钨粉。在球形钨粉碳化中取碳黑平均粒径为0.3 0.6ura，按照质量百分含量5 8%与 球形钩粉进行混合球磨，球磨时间为2 10小时。所述的在碳化炉中高温碳化是将球磨后的混合粉放入碳化炉，在1600 220(TC氢 气保护气氛下保温3 8小时。所述的高压水热氢还原法制备钴包球形碳化钨是，首先对碳化钨粉进行净化、粗化、 亲水化处理，包括有强碱溶液处理、强酸溶液处理及敏化、活化处理，然后将配制好的 硫酸钴溶液与处理后的球化碳化钨粉末及催化剂装入容器内进行反应，其反应温度为 110 200°C，反应压力为O. 1 0.4MPa;出料后进行固液分离、洗涤烘干、筛分即得成品 的钴碳化鸽粉末，其中钴的质量百分含量为5 25%。本发明的使用热喷涂WC/Co粉末的涂层制备是，使用钴碳化钨粉末，采用超音速火 焰喷涂制备涂层，喷涂参数氧气流量为1500 2500，煤油流量20 25，送粉3 8，载 气10 15，要求涂层致密、均匀，与基体结合紧密，孔隙率小于1%，粉末沉积率51.9 %，显微硬度达894HV。.2。本发明的使用热喷涂WC/Co粉末的涂层制备还可以是，使用钴碳化钨粉末，采用大 气等离子喷涂制备涂层，喷涂参数电流700 850A，主气50 60，次气20 30，送粉 2 5，载气10 15;要求涂层致密、均匀，与基体结合紧密，孔隙率小于1%，粉末 沉积率52. 2% ，显微硬度达873. 6HV。.2。本发明的热喷涂WC/Co粉末及涂层制备，结合包覆型粉末及球形粉末的优点，开发 了钴包覆球形碳化钨粉末及其制备方法，及涂层制备。使粉末兼具致密度高、流动性好、 成分分布均匀的特点，更好的适应热喷涂的需求，并同时提高金属陶瓷耐磨涂层的性能， 具有良好的抗冲击性、韧性和与基体良好的结合性，致密度很高，被广泛应用于航空航 天、冶金、机械等领域。热喷涂碳化钨陶瓷涂层在耐磨性、耐蚀性、耐疲劳性有明显的 优势，而且制备速度快，成本低，环境好。
图1是本发明的等离子球化钨粉的表面形貌效果图；图2是本发明的钴包球形碳化钨粉末的表面形貌效果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的热喷涂WC/Co粉末及涂层制备做出详细说明。 本发明的热喷涂WC/Co粉末及涂层制备是，将由纯钨粉经洗涤、干燥、筛分后，又 经过制粒、球化，大气等离子球化处理的球形钨粉；再将处理后的球形钨粉和碳黑进行 混合球磨，在保护气氛下进行高温碳化处理，获得球形碳化钨粉；再经高压水热氢还原 法制备钴包覆球形碳化钨核壳复合粉末。采用超音速火焰喷涂或大气等离子喷涂方法制 备钴碳化钨涂层。本发明的热喷涂WC/Co粉末含钴、碳和钨，其中，钴5 25%，碳5 6%，钨 为余量。所述的涂层粉末为复合型粉末，其粉末呈球形颗粒结构，其粒度《150um，其 主体在15 90um范围。本发明的热喷涂WC/Co粉末是由如下步骤制备的1) 对纯钨粉进行筛分，取15 100um范围的钨粉备用，并对其进行清洗、烘干处理；2) 鸨粉球化对纯钨粉进行大气等离子球化处理，收集后进行筛分，取粒度15 lOOiim范围的球形钩粉备用；所述的对纯钩粉进行大气等离子球化处理，是将原料钨粉进行充分干燥后进行大气 等离子球化，工作气体为氩气，送粉气为氮气，球化电压65 80V,电流450 550A，送 粉速度30 60g/min，喷射距离30 60mm，主气流量1600 1800，将熔融的钨颗粒直接 喷入水中进行冷却得球形钨粉。3) 球形钨粉碳化用已制备好的球形钨粉和碳黑球磨混料，在碳化炉中高温碳化， 出炉的碳化钨粉球磨0.5 3小时，进行筛分，取粒度15 100ym范围的球形碳化钨粉 备用；在球形钨粉碳化中取碳黑平均粒径为0.3 0.6um，按照质量百分含量5 8%与 球形钨粉进行混合球磨，球磨时间为2 10小时。所述的在碳化炉中高温碳化是将球 磨后的混合粉放入碳化炉，在1600 220(TC氢气保护气氛下保温3 8小时。4) 钴包覆球形碳化钨利用高压水热氢还原法，制备钴包球形碳化钨。 首先对碳化钨粉进行净化、粗化、亲水化处理，主要包括强碱溶液处理、强酸溶液处理及敏化、活化处理，然后将配制好的硫酸钴溶液与处理后的球化碳化钨粉末及催化 剂装入容器内进行反应，其反应温度为U0 20(TC，反应压力为0. 1 0.4MPa;出料后 进行固液分离、洗涤烘干、筛分即得成品的钴碳化钨粉末，其中钴的质量百分含量为5 25%。所述的钴碳化钨粉末粒度《150wm，其主体在15 90ym范围。本发明的使用热喷涂WC/Co粉末的涂层制备是，使用钴碳化钨粉末，采用超音速火 焰喷涂制备涂层，喷涂参数氧气流量为1500 2500,煤油流量20 25,送粉3 8，载 气10 15，要求涂层致密、均匀，与基体结合紧密，孔隙率小于1%，粉末沉积率51.9%，显微硬度达894HV。.2。本发的使用热喷涂WC/Co粉末的涂层制备还可以是，使用钴碳化钨粉末，采用大气 等离子喷涂制备涂层，喷涂参数电流700 850A，主气50 60，次气20 30，送粉2 5，载气10 15;要求涂层致密、均匀，与基体结合紧密，孔隙率小于1%，粉末沉积 率52.2%，显微硬度达873.6HV。.2。下面给出具体实施例。实施例1:对纯钨粉进行筛分，取500gl5 100nm范围的钨粉进行清洗、烘干。对以上钨粉进 行大气等离子球化，工作气体为Ar气，送粉气为N2气，球化电压75V，电流500A，送粉 速度55g/min，喷射距离45mra，主气流量1650。将熔融的钨颗粒直接喷入水中进行冷却。 收集后取粒度15 90um范围的球形钩粉与25g碳黑进行混合球磨2小时，球磨后的物 料放入碳化炉在氢气保护气氛下在200(TC保温4小时，之后再球磨1小时进行筛分。取 粒度15 90nm范围的碳化钩粉末强酸、强碱及敏化、活化处理。之后将配制好的硫酸 钴溶液与球化后的碳化钨粉末及催化剂装入容器内进行反应。反应温度为18(TC，反应压 力为0.2MPa。出料后进行固液分离、洗涤烘干、筛分即得成品粉末。该球形WC-Co粉末 的流动性为10. 8s/50g，松装密度为6. 78g/cm3。将以上制备的粉末采用大气等离子喷涂制备涂层，喷涂参数为电流700 850A，主气 40，次气25，送粉3.5，载气12.5。涂层致密、均匀，与基体结合紧密，孔隙率小于1 %，粉末沉积率52.2%，显微硬度达873.6HV。.2。实施例2:对纯钨粉进行筛分，取500gl5 100um范围的钨粉进行清洗、烘干。对以上钨粉进 行大气等离子球化，工作气体为Ar气，送粉气为N2气，球化电压70V，电流500A，送粉 速度50g/min，喷射距离50mra，主气流量1600。将熔融的钨颗粒直接喷入水中进行冷却。 收集后取粒度15 90u m范围的球形钨粉与25g碳黑进行混合球磨3小时，球磨后的物 料放入碳化炉在氢气保护气氛下在200(TC保温5小时，之后再球磨1小时进行筛分。取 粒度15 90um范围的碳化鸽粉末强酸、强碱及敏化、活化处理。之后将配制好的硫酸 钴溶液与球化后的碳化钨粉末及催化剂装入容器内进行反应。反应温度为20(TC，反应压 力为0.2MPa。出料后进行固液分离、洗涤烘干、筛分即得成品粉末。该球形WC-Co粉末 的流动性为10. 5s/50g，松装密度为6. 69g/cm3。将以上制备的粉末采用超音速火焰喷涂制备涂层，氧气流量为2000，煤油流量22. 5， 送粉3 8，载气12.5。涂层致密、均匀，与基体结合紧密，孔隙率小于1%，粉末沉积 率51.9%，显微硬度达894HV。.2。
权利要求
1.一种热喷涂WC/Co粉末，其特征在于，所述的粉末含钴、碳和钨，其中，钴5～25％，碳5～6％，钨为余量。
2. 根据权利要求l所述的热喷涂WC/Co粉末，其特征在于，所述的粉末为复合型粉 末，其粉末呈球形颗粒结构，其粒度《150um，其主体在15 90um范围。
3. 根据权利要求l所述的热喷涂WC/Co粉末，其特征在于，所述粉末的制备包括如 下步骤1) 对纯钨粉进行筛分，取15 100nm范围的钨粉备用，并对其进行清洗、烘干处理；2) 钨粉球化对纯钨粉进行大气等离子球化处理，收集后进行筛分，取粒度15 100ym范围的球形钨粉备用；3) 球形钨粉碳化用已制备好的球形钨粉和碳黑球磨混料，在碳化炉中高温碳化， 出炉的碳化钨粉球磨0.5 3小时，进行筛分，取粒度15 100um范围的球形碳化钨粉 备用；4) 钴包覆球形碳化钨利用高压水热氢还原法，制备钴包球形碳化钨。
4. 根据权利要求3所述的热喷涂WC/Co粉末，其特征在于，所述的对纯钨粉进行大 气等离子球化处理，是将原料钨粉进行充分干燥后进行大气等离子球化，工作气体为氩 气，送粉气为氮气，球化电压65 80V，电流450 550A，送粉速度30 60g/min，喷射 距离30 60mm，主气流量1600 1800，将熔融的钨颗粒直接喷入水中进行冷却得球形钨 粉。
5. 根据权利要求3所述的热喷涂WC/Co粉末，其特征在于，在球形钨粉碳化中取 碳黑平均粒径为0.3 0.6ym，按照质量百分含量5 8%与球形钨粉进行混合球磨，球 磨时间为2 10小时。
6. 根据权利要求3所述的热喷涂WC/Co粉末，其特征在于，所述的在碳化炉中高温 碳化是:将球磨后的混合粉放入碳化炉，在1600 220(TC氢气保护气氛下保温3 8小时。
7. 根据权利要求3所述的热喷涂WC/Co粉末，其特征在于，所述的高压水热氢还原 法制备钴包球形碳化钨是，首先对碳化钨粉进行净化、粗化、亲水化处理，包括有强碱 溶液处理、强酸溶液处理及敏化、活化处理，然后将配制好的硫酸钴溶液与处理后的球 化碳化钨粉末及催化剂装入容器内进行反应，其反应温度为110 200°C，反应压力为 0. 1 0.4MPa;出料后进行固液分离、洗涤烘干、筛分即得成品的钴碳化钨粉末，其中钴 的质量百分含量为5 25%。
8. —种使用热喷涂WC/Co粉末的涂层制备，其特征在于，使用钴碳化钨粉末，采用 超音速火焰喷涂制备涂层，喷涂参数氧气流量为1500 2500，煤油流量20 25，送粉 3 8，载气10 15，要求涂层致密、均匀，与基体结合紧密，孔隙率小于1%，粉末 沉积率51.9%，显微硬度达89线2。
9. 一种使用热喷涂WC/Co粉末的涂层制备，其特征在于，使用钴碳化钨粉末，采用 大气等离子喷涂制备涂层，喷涂参数电流700 850A，主气50 60，次气20 30,送 粉2~5，载气10 15;要求涂层致密、均匀，与基体结合紧密，孔隙率小于1%，粉 末沉积率52. 2% ，显微硬度达873. 6HV。.2。
全文摘要
本发明公开一种热喷涂WC/Co粉末及涂层制备。粉末为复合型粉末含钴5～25％，碳5～6％，钨为余量，呈球形颗粒结构，其粒度≤150μm，其主体在15～90μm范围。所述粉末的制备包括如下步骤1)对纯钨粉进行筛分，清洗、烘干处理；2)钨粉球化；3)球形钨粉碳化；4)钴包覆球形碳化钨。热喷涂WC/Co粉末的涂层制备是，使用钴碳化钨粉末采用超音速火焰喷涂制备涂层，要求涂层致密、均匀，与基体结合紧密，孔隙率小于1％，粉末沉积率51.9％，显微硬度达894HV<sub>0.2</sub>。本发明的粉末兼具致密度高、流动性好、成分分布均匀的特点，具有良好的抗冲击性、韧性和与基体良好的结合性，致密度很高，提高金属陶瓷耐磨涂层的性能，被广泛应用于航空航天、冶金、机械等领域。
文档编号C23C4/06GK101148747SQ20071015014
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者于月光, 任先京, 周传让, 健 张 申请人:北京矿冶研究总院