-Si纳米涂层材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 热喷涂操作的程序较少，施工时间较短，效率高，比较经济。随着热喷涂应用要求 的提高和领域的扩大，特别是喷涂技术本身的进步，如喷涂设备的日益高能和精良，性能逐 渐提高，热喷涂技术近十年来获得了飞速的发展，不但应用领域大为扩展，而且该技术已由 早期的制备一般的防护涂层发展到制备各种功能涂层；由单个工件的维修发展到大批的产 品制造；由单一的涂层制备发展到包括产品失效分析，表面预处理，涂层材料和设备的研 制，选择，涂层系统设计和涂层后加工在内的喷涂系统工程；成为材料表面科学领域中一个 十分活跃的学科。并且在现代工业中逐渐形成像铸，锻，焊和热处理那样的独立的材料加 工技术，成为工业部门节约贵重材料，节约能源，提高产品质量，延长产品使用寿命，降低成 本，提高工效的重要的工艺手段，在国民经济的各个领域内得到越来越广泛的应用。
[0003] 在热喷涂领域，我们把特殊的工作表面叫"涂层"，把制造涂层的工作方法叫"热喷 涂"，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。
[0004] 然而，随着技术的进步和人们研宄水平的提高，以及人们对纳米技术认识的深入， 传统喷涂材料已经不能满足人们的使用要求，在各种恶劣条件下使用的特种工件和用于制 造特种工件的喷涂材料越来越受到人们的青睐。
【发明内容】
[0005] 为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供高强度WC-ZrO2-Si 纳米涂层材料及其制备方法。
[0006] 本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0007] 高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量百分数为WC占 75. 04%、ZrO2A 11 %、Si 占 13%、微量元素占 0· 96%。
[0008] WC为黑色六方晶系结晶，呈灰色，为带有金属光泽的粉末，显微硬度为17800MPa。 WC质硬、弹性率也大，可有效提高纳米涂层硬度。
[0009] 度次于金刚石，能有效提高涂层的硬度和耐磨性。
[0010] Si恪点尚，能提尚纳米涂层的耐尚温性。
[0011] 所述微量元素包括Cr、Mn、B。Cr可以提高工件的耐腐性。
[0012] 高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013] (1)采用气雾化法制得WC-ZrO2-Si的纳米球；
[0014] (2)采用活性剂保护法混合Cr、Mn、B制得纳米粉末。
[0015] 本发明的有益效果是：本发明优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，与传统合金 材料相比有着很大的进步，在相同的条件下，WC-ZrO 2-Si纳米涂层的抗磨损量是普通涂层 的11倍左右，这表明等离子制备的WC-ZrO2-Si纳米涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。
【附图说明】
[0016] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0017] 图1是本发明在扫描电子显微镜下的组织结构及晶体形貌。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐 述。
[0019] 实施例一：
[0020] 高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量百分数为WC占 75. 04%、ZrO2A 11 %、Si 占 13%、微量元素占 0· 96%。
[0021] 所述微量元素包括Cr、Mn和B。
[0022] 高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023] (1)首先采用气雾化法制得WC-ZrO2-Si的纳米球；
[0024] (2)将步骤⑴中制得的纳米球采用活性剂保护法混合Cr、Mn、B制得纳米粉末。
[0025] 参见图1，采用等离子喷涂技术在以20Cr钢为基体的棍类工件上制得WC-ZrO2-Si 涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒 磨损性能对比实验结果见表1 :
[0026] 表1 WC-ZrO2-Si纳米涂层与20Cr钢基体的性能对比实验结果：
[0027]
[0028] 采用等离子喷涂技术在以20Cr钢为基体的棍类工件上制得WC-Zr02_Si涂层，带 有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的磨损量对比实验结果见表2 :
[0029] 表2 WC-ZrO2-Si纳米涂层与20Cr钢基体的磨损量对比实验结果：
[0030]
[0031] 由表1和表2可见，WC-ZrO2-Si纳米涂层的综合性能优异，耐磨性好。
[0032] 本发明结合强度、抓附力较高，硬度最高可到HRC60, WC-ZrO2-Si纳米涂层密度可 达8. 13g/cm3左右，喷涂厚度可达4毫米，致密度良好为0. 82,适用于等离子喷涂，可用喷涂 钢材有：2Crl3、4Crl3、9Crl8、4Cr5W2VSi、8Cr3等等，还可喷涂一些对硬度要求比较高的工 件或工具钢表面处理，以提高工件表面硬度和耐磨性。
[0033] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明 的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化 和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等 效物界定。
【主权项】
1. 高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为WC 占 75. 04%、ZrO2A11%、Si占 13%、微量元素占 0? 96% ; 所述微量元素包括Cr、Mn、B。2. 高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： ⑴采用气雾化法制得WC-ZrO2-Si的纳米球； (2)采用活性剂保护法混合Cr、Mn、B制得纳米粉末。
【专利摘要】本发明涉及高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为WC占75.04％、ZrO2占11％、Si占13％、微量元素占0.96％，所述微量元素包括Cr、Mn、B，其制备方法为：采用气雾化法制得WC-ZrO2-Si的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合Cr、Mn、B制得纳米粉末。本发明的纳米材料形貌均匀、颗粒完整，具有较好的组织结构和较好的宏观性能，优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，与传统合金材料相比有着很大的进步。
【IPC分类】C23C4/10
【公开号】CN104911529
【申请号】CN201510236277
【发明人】程敬卿
【申请人】芜湖鼎恒材料技术有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月9日