一种碳化钨包覆的耐磨材料及其制备方法
【专利摘要】一种碳化钨包覆的耐磨材料及其制备方法，涉及材料【技术领域】，耐磨材料包括基体和包覆层，基体各个组分的质量百分比为，铌2-5wt%、钼3-8wt%、镍3-9wt%、氧化钛14-25wt%、氧化铬10-20wt%，余量为碳化硅；包覆层为碳化钨纳米薄膜层，其厚度为50-200nm。一种碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法，制备步骤如下：（1）称量；（2）煅烧；（3）研磨；（4）化学气相沉积反应；（5）高温煅烧。本发明碳化钨包覆的耐磨材料及其制备方法，制备的碳化钨包覆的耐磨材料，具有密度高、耐磨性能高和高硬度等特点，且具有优良的耐腐耐候性能，可以直接做为耐磨材料使用，或者粉碎至相应粒度，作为耐磨填料使用。
【专利说明】一种碳化钨包覆的耐磨材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料【技术领域】，特别涉及一种高耐磨性能的材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物，硬度与金刚石相近，碳化钨的化学性质稳 定。碳化钨粉应用于硬质合金生产材料。
[0003] 因为碳化钨具有硬度好、性质稳定的特点，现在其应用范围也不断扩大，从硬质合 金拓展到多个领域,作为耐磨材料和耐腐材料。
[0004] 申请号为200810064860. 6的专利文献"碳化钨/钴系涂层材料"，公开了一种碳化 鹤在涂层涂料领域的应用方式，碳化鹤/钻系涂层材料由碳化鹤/钻系粉末和稀土兀素或 纳米稀土氧化物制成。具有良好的耐磨性能和耐腐蚀性能。
[0005] 申请号为201010135673. X的专利文献"碳化硅/碳化钨复合材料及其制备方法"， 公开了一种含碳化钨的复合材料及其制备方法，其制备方法是：在采用Acheson法冶炼碳 化硅的工业生产过程中，引入钨源；通过调节C源、Si源和W源的比例，不改变Acheson法 冶炼碳化硅的其他工艺条件，制备出碳化硅/碳化钨复合材料，其中W源：C源：Si源的质量 比为1 :0· 58?2. 02 :0· 79?2. 05 ;冶炼温度1800°C?2400°C ;冶炼时间8?24h。该复 合材料Acheson法在冶炼碳化娃的工艺中加入鹤源，制成碳化鹤和碳化娃的符合材料，制 备的材料具有硬度高、耐磨、耐蚀性能。
[0006] 申请号为200910248543. 4的专利文献"一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方 法"，公开了一种含有碳化钨的耐磨涂层的制备方法，按以下步骤进行：（1)将碳化钨涂层粉 末平铺烘干，平铺厚度10?30mm，烘干温度为90?IKTC，烘干时间至少2h ; (1)将铁基或 镍基锻造合金表面用有机溶剂清洗干净，然后采用吹砂方法去除氧化皮等杂质；（3)将铁 基或镍基锻造合金固定，采用超音速火焰喷涂设备，将上述碳化钨涂层粉末喷涂到铁基或 镍基锻造合金表面，获得耐磨涂层。该涂层利用超音速火焰喷涂碳化钨涂层粉末至合金表 面，制得耐磨涂层，是利用碳化钨硬度和耐磨性能，在合金表面形成一层膜来保护合金，因 工艺容易造成喷涂不均等问题，碳化钨涂层的耐磨性能并不稳定，不能长效保护合金。
【发明内容】
[0007] 本发明解决的技术问题：针对现有技术的缺陷，克服现有技术的不足，本发明提供 一种碳化钨包覆的耐磨材料及其制备方法。
[0008] 本发明的技术方案：一种碳化钨包覆的耐磨材料：
[0009] 耐磨材料包括基体和包覆层；
[0010] 基体的主要成分为铌、钥、镍、氧化钛、氧化铬和碳化硅；其中，各个组分的质量百 分比为，银2-5wt%、钥3-8wt%、镍3-9wt%、氧化钛14-25wt%、氧化铬lCHOwt%，余量为 碳化娃；
[0011] 包覆层为碳化钨纳米薄膜层，其厚度为50-200nm。
[0012] 作为优选，碳化硅为α-SiC。
[0013] 作为优选，碳化钨纳米薄膜层的厚度为100-200nm。
[0014] 一种碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法，制备步骤如下：
[0015] (1)按照质量百分比称取超细铌份、钥粉、镍粉、纳米氧化钛、纳米氧化铬和碳化 硅；
[0016] ⑵将基体各个组分混合均匀后，将混合粉料放入高温炉中煅烧，温度 500-900°C，时间 l_3h ;
[0017] (3)煅烧之后，待冷却至室温，取出，放入球磨机进行研磨，研磨至粉体的平均粒径 为0· 1-lOum，而后取出烘干；
[0018] (4)将粉料放入化学气相沉积反应室，抽真空至ΙΟ-lOOPa，预热至500-700°C，以 氟化钨和甲烷为前驱体，通入氩气，反应室旋转速率为30-60r/min，反应时间15-60min，反 应结束后，待冷却至室温，取出；
[0019] (5)将包覆后的粉体混合均匀后放入模具进行高温煅烧，温度1250_1500°C，时间 l-3h，待冷却至室温，取出，即得到碳化钨包覆的耐磨材料。
[0020] 作为优选，甲烷和氟化钨的气体流量比为15-25:1。
[0021] 作为优选，甲烷和氟化钨的气体流量比为20:1。
[0022] 作为优选，步骤（4)化学气相沉积反应中通入的氦气的气体流量为10_50sccm。
[0023] 作为优选，步骤（5)中高温煅烧的压力为4_9GPa。
[0024] 有益效果：本发明提供的碳化钨包覆的耐磨材料及其制备方法，是一种以碳化钨 制备耐磨材料的新的方式，传统一般采用高温煅烧法将碳化钨与其他化合物制成耐磨材 料，这种耐磨材料受到工艺的限制，不能更好的发挥碳化钨的高硬度及性质稳定的特点。因 此，本发明利用为更好发挥碳化钨的性能，采用化学气相沉积技术，以氟化钨和甲烷为前驱 体，并控制甲烷和氟化钨的气体流量比（碳钨比），将碳化钨包覆到基体粉体材料之上，形 成碳化钨纳米膜层，再通过高温法，制备高性能的耐磨材料。本发明制备的碳化钨包覆的耐 磨材料，具有密度高、耐磨性能高和高硬度等特点，且具有优良的耐腐耐候性能，可以直接 做为耐磨材料使用，或者粉碎至相应粒度，作为耐磨填料使用。
【具体实施方式】
[0025] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0026] 实施例1 :
[0027] 根据本发明提供的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法制备耐磨材料，制备步骤如 下：
[0028] (1)按照质量百分比称取超细银份2wt%、钥粉5wt%、镍粉6wt%、纳米氧化钛 20界1: (%、纳米氧化络1〇￥1:(%和（1-5;[057￥1:(%;
[0029] (2)将基体各个组分混合均匀后，将混合粉料放入高温炉中煅烧，温度600°C，时 间2h ;
[0030] (3)煅烧之后，待冷却至室温，取出，放入球磨机进行研磨，研磨至粉体的平均粒径 为3um,而后取出烘干；
[0031] (4)将粉料放入化学气相沉积反应室，抽真空至20Pa，预热至600°C，以氟化钨 和甲烷为前驱体，控制甲烷和氟化钨的气体流量比为20:1，通入氩气，氩气的气体流量为 20sccm，反应室旋转速率为45r/min，反应时间30min，反应结束后，待冷却至室温，取出；
[0032] 经检测，制备的碳化钨纳米薄膜层，其厚度为SOnm ;
[0033] (5)将包覆后的粉体混合均匀后放入模具进行高温煅烧，温度1350°C，时间2h，压 力为5GPa，待冷却至室温，取出，即得到碳化钨包覆的耐磨材料。
[0034] 实施例2 :
[0035] 根据本发明提供的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法制备耐磨材料，制备步骤如 下：
[0036] (1)按照质量百分比称取超细银份5wt%、钥粉5wt%、镍粉6wt%、纳米氧化钛 17wt%、纳米氧化络 13wt%和 a-SiC54wt% ;
[0037] (2)将基体各个组分混合均匀后，将混合粉料放入高温炉中煅烧，温度700°C，时 间2h ;
[0038] (3)煅烧之后，待冷却至室温，取出，放入球磨机进行研磨，研磨至粉体的平均粒径 为3um,而后取出烘干；
[0039] (4)将粉料放入化学气相沉积反应室，抽真空至10Pa，预热至700°C，以氟化钨 和甲烷为前驱体，控制甲烷和氟化钨的气体流量比为20:1，通入氩气，氩气的气体流量为 30sccm，反应室旋转速率为60r/min，反应时间30min，反应结束后，待冷却至室温，取出；
[0040] 经检测，制备的碳化钨纳米薄膜层，其厚度为170nm ;
[0041] (5)将包覆后的粉体混合均匀后放入模具进行高温煅烧，温度1250_1500°C，时间 l-3h，压力6GPa，待冷却至室温，取出，即得到碳化钨包覆的耐磨材料。
[0042] 实施例3 :
[0043] 根据本发明提供的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法制备耐磨材料，制备步骤如 下：
[0044] (1)按照质量百分比称取超细银份4wt%、钥粉6wt%、镍粉7wt%、纳米氧化钛 18wt%、纳米氧化络 14wt%和 a-SiC51wt% ;
[0045] (2)将基体各个组分混合均匀后，将混合粉料放入高温炉中煅烧，温度900°C，时 间Ih ;
[0046] (3)煅烧之后，待冷却至室温，取出，放入球磨机进行研磨，研磨至粉体的平均粒径 为3um,而后取出烘干；
[0047] (4)将粉料放入化学气相沉积反应室，抽真空至50Pa，预热至600°C，以氟化钨 和甲烷为前驱体，控制甲烷和氟化钨的气体流量比为20:1，通入氩气，氩气的气体流量为 40sccm，反应室旋转速率为30r/min，反应时间60min，反应结束后，待冷却至室温，取出；
[0048] 经检测，制备的碳化钨纳米薄膜层，其厚度为150nm ;
[0049] (5)将包覆后的粉体混合均匀后放入模具进行高温煅烧，温度1400°C，时间2h，压 力6GPa，待冷却至室温，取出，即得到碳化钨包覆的耐磨材料。
[0050] 实施例4 :
[0051] 根据本发明提供的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法制备耐磨材料，制备步骤如 下：
[0052] (1)按照质量百分比称取超细银份3wt%、钥粉8wt%、镍粉9wt%、纳米氧化钛 15wt%、纳米氧化络 15wt%和 a-SiCSOwt% ;
[0053] (2)将基体各个组分混合均匀后，将混合粉料放入高温炉中煅烧，温度600°C，时 间3h ;
[0054] (3)煅烧之后，待冷却至室温，取出，放入球磨机进行研磨，研磨至粉体的平均粒径 为5um,而后取出烘干；
[0055] (4)将粉料放入化学气相沉积反应室，抽真空至20Pa，预热至600°C，以氟化钨 和甲烷为前驱体，通入氩气，控制甲烷和氟化钨的气体流量比为15:1，氩气的气体流量为 50sccm，反应室旋转速率为45r/min，反应时间30min，反应结束后，待冷却至室温，取出；
[0056] 经检测，制备的碳化钨纳米薄膜层，其厚度为IOOnm ;
[0057] (5)将包覆后的粉体混合均匀后放入模具进行高温煅烧，温度1350°C，时间2h，压 力5GPa，待冷却至室温，取出，即得到碳化钨包覆的耐磨材料。
[0058] 实施例5 :
[0059] 根据本发明提供的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法制备耐磨材料，制备步骤如 下：
[0060] (1)按照质量百分比称取超细银份2wt%、钥粉7wt%、镍粉7wt%、纳米氧化钛 22wt%、纳米氧化络 18wt%和 a-SiC44wt% ;
[0061] (2)将基体各个组分混合均匀后，将混合粉料放入高温炉中煅烧，温度700°C，时 间2h ;
[0062] (3)煅烧之后，待冷却至室温，取出，放入球磨机进行研磨，研磨至粉体的平均粒径 为2um,而后取出烘干；
[0063] (4)将粉料放入化学气相沉积反应室，抽真空至20Pa，预热至600°C，以氟化钨 和甲烷为前驱体，控制甲烷和氟化钨的气体流量比为25:1，通入氩气，氩气的气体流量为 30sccm，反应室旋转速率为60r/min，反应时间15min，反应结束后，待冷却至室温，取出；
[0064] 经检测，制备的碳化钨纳米薄膜层，其厚度为120nm ;
[0065] (5)将包覆后的粉体混合均匀后放入模具进行高温煅烧，温度1350°C，时间I. 5h， 压力8GPa，待冷却至室温，取出，即得到碳化钨包覆的耐磨材料。
[0066] 申请号为201010135673. X的专利文献"碳化硅/碳化钨复合材料及其制备方法" 公开的技术方案制备复合材料，为对照组；将上述实施例和对照组采用维氏硬度压痕法测 试材料的硬度和断裂韧性，拉伸法测试材料的强度，结果如表1所示：
[0067] 表1材料硬度、韧性和强度性能测定
[0068]
【权利要求】
1. 一种碳化钨包覆的耐磨材料，其特征在于： 耐磨材料包括基体和包覆层； 基体的主要成分为铌、钥、镍、氧化钛、氧化铬和碳化硅；其中，各个组分的质量百分比 为，银2_5wt%、钥3_8wt%、镍3_9wt%、氧化钛14_25wt%、氧化铬10_20wt%，余量为碳化娃； 包覆层为碳化钨纳米薄膜层，其厚度为50-200nm。
2. 根据权利要求1所述的碳化钨包覆的耐磨材料，其特征在于：碳化硅为a-SiC。
3. 根据权利要求1所述的碳化钨包覆的耐磨材料，其特征在于：碳化钨纳米薄膜层的 厚度为 l〇〇_2〇〇nm。
4. 一种根据权利要求1-3任一项所述的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法，其特征在 于，制备步骤如下： (1) 按照质量百分比称取超细铌份、钥粉、镍粉、纳米氧化钛、纳米氧化铬和碳化硅； (2) 将基体各个组分混合均匀后，将混合粉料放入高温炉中煅烧，温度500-900°C，时间 l-3h ； (3) 煅烧之后，待冷却至室温，取出，放入球磨机进行研磨，研磨至粉体的平均粒径为 0. l-10um，而后取出烘干； (4) 将粉料放入化学气相沉积反应室，抽真空至10-100Pa，预热至500-70(TC，以氟化 钨和甲烷为前驱体，通入氩气，反应室旋转速率为30-60r/min，反应时间15-60min，反应结 束后，待冷却至室温，取出； (5) 将包覆后的粉体混合均匀后放入模具进行高温煅烧，温度1250-1500°C，时间 l-3h，待冷却至室温，取出，即得到碳化钨包覆的耐磨材料。
5. 根据权利要求4所述的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法，其特征在于：甲烷和氟 化钨的气体流量比为15-25:1。
6. 根据权利要求4所述的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法，其特征在于：甲烷和氟 化钨的气体流量比为20:1。
7. 根据权利要求4所述的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法，其特征在于：步骤（4)化 学气相沉积反应中通入的氦气的气体流量为10-50sccm。
8. 根据权利要求4所述的碳化钨包覆的耐磨材料的制备方法，其特征在于：步骤（5)中 高温煅烧的压力为4-9GPa。
【文档编号】C22C29/02GK104372226SQ201410522591
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】翟红波, 杨振枢, 韦洪屹 申请人:苏州博利迈新材料科技有限公司