一种新型WC-Cr₃C₂-Ni热喷涂粉末及其制备工艺的制作方法

专利名称：一种新型WC-Cr₃C₂-Ni热喷涂粉末及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于超音速高速火焰喷涂或者其它热喷涂粉末技术，特别是一种新型 WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末及其制备工艺。
背景技术：
热喷涂技术是表面改质领域中的一项关键技术，通过在被加工工件表面制备一层耐磨涂层，使工件获得优良的使用性能。在众多的碳化物中，碳化钨和碳化铬作为热喷涂材料在工业上得到应用。碳化钨和碳化铬具备陶瓷材料耐高温抗氧化、高强度、高硬度及耐腐蚀性能好等特点，广泛地应用于航空航天、冶金、机械等领域。相对于电镀硬铬层，热喷涂 WC-Cr3C2-Ni涂层在耐磨性、耐蚀性等方面有明显的优势，尤其应用于沿海或岛屿国家地区， 而且制备速度快，环境污染小。在改善热喷涂涂层特性的工艺中，超音速火焰喷涂WC-Co (Ni)时表现出了优良的特性。特别是喷涂WC-Cr3C2-Ni时，其高温抗氧化性、耐磨、耐蚀性等方面具有非常优秀的表现，尤其是耐蚀性能较好，广泛应用在沿海领域或岛屿国家的耐腐工件上，但其脆性限制了它们的应用。

发明内容
本发明目的是提供一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末及其制备工艺，它能够改善热喷涂后涂层的相关性能，既能确保涂层具有优异的耐磨性、高温抗氧化性能，又能获得较好的涂层韧性。本发明技术方案一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末，由两种粒度的碳化钨、碳化铬和镍以及微量碳化钛组成，碳化钨的质量百分比为73%，碳化铬的质量百分比为 19. 5%，镍含量的质量百分比为7%，晶粒抑制剂碳化钛的的质量百分比为0. 5%。其中原料碳化钨是由粒度为0. 05-0. 2微米的纳米碳化钨和2. 0-8. 0微米的中颗粒碳化钨按一定比例混合组成，其中纳米碳化钨的质量百分比为22-51%，中颗粒碳化钨的质量百分比为22-51%。其松装比为4. 0-5. 8g/cm3。制备一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末的工艺，包括以下步骤A、备料制备质量百分比为22-51 %、粒度为0.05-0. 2微米的纳米碳化钨，备好质量百分比为22-51 %、粒度为2. 0-8. 0微米的中颗粒碳化钨；根据美国英佛曼公司“金属碳化物的制备方法”专利，专利号2004100430580生产纳米碳化钨，中颗粒碳化钨为通用产品；B、混料首先依据工艺要求，向球磨设备加入步骤A的纳米碳化钨、中颗粒碳化钨和质量百分比为19. 5%碳化铬和7%的镍粉，然后加入占原料质量百分比为25%、温度为10-15°C的去离子水及质量百分比为2. 0%的聚乙烯醇进行混料，球磨时间为22-28小时；因原料中含有部分纳米碳化钨粉，为防止其生产过程中氧化和晶粒长大，在配料时还必须加入质量百分比为0. 3%的有机抗氧化剂，加入质量百分比为0. 5%的晶粒生长抑制剂碳化钛；C、造粒采用开放式离心喷雾干燥塔进行干燥造粒，得到球形混合料，离心雾化盘转速为 8000-12000 转 / 分钟；D、烧结将混合料装入石墨舟皿中，置于钥丝炉中，在氢气保护气氛中进行连续烧结，推舟速度为9-12分钟/舟，烧结温度为1100-1300°C ；E、破碎分级烧结后的过程产品采用机械方式破碎，并根据粒度分布区间采用过筛或气流分级的方式得到最终产品热喷涂粉末，其中粒度规格为15-45微米，松装密度为4. 0-4. 8g/cm3。WC基热喷涂粉末主要用于超音速高速火焰喷涂或者其它热喷涂涂层制备工艺，因此热喷涂粉末的粒度分布在5-75微米之间。根据不同的热喷涂工艺，实际使用的热喷涂粉末的粒度分布可在不同的区间，如5-30微米、10-38微米、15-45微米、20-53微米、45-75微米等。本发明由两种不同粒度的碳化钨、碳化铬、镍以及微量碳化钛金属组成，碳化钨的质量百分比为73 %，碳化铬的质量百分比为19. 5 %，金属镍的质量百分比为7. 0 %，碳化钛 (抑制剂)的质量百分比为0. 5%。碳化钨由粒度为0. 05-0. 2微米的纳米碳化钨和2. 0-8. 0 微米的中颗粒碳化钨按比例混合组成；其中纳米碳化钨的质量百分比为22-51%，中颗粒碳化钨的质量百分比为22-51% ;原料配比见表I。经反复试验得知碳化钨的粒度及组成对涂层的硬度、耐磨性及韧性影响较大，因此，此发明通过添加纳米碳化钨及调整多种粒度碳化钨的含量比例，有效平衡硬度、耐磨性、韧性等性能指标。表I
原料名称纳米碳化鹤中颗粒碳化鹤碳化铬镍粉碳化钦 (抑制剂)备注比例I22%51%19. 5%7. 0%0. 5%涂层具有一定韧性和抗磨损性能，硬度较好。比例236. 5%36. 5%19. 5%7. 0%0. 5%涂层具有较好的综合性能，适应范围较广。比例351%22%19. 5%7. 0%0. 5%涂层具有较好韧性和较高硬度。如果喷涂粉末中纳米碳化钨的含量小于22%，喷涂粉末受纳米材料特性的影响不明显，当硬度提高时，韧性降低明显；如果喷涂粉末中纳米碳化钨的含量大于51%，喷涂粉末的特性趋向纳米材料特性，涂层硬度较高，耐磨性好，但是由于纳米材料在喷涂过程中容易出现粉末氧化分解，涂层质量大大降低。因此，本发明的碳化钨中纳米粒度碳化钨的质量百分比确定为为22-51%。当喷涂粉末中纳米碳化钨的质量百分比含量大于22%、小于36. 5%时，涂层具有优秀的硬度指标，同时具有一定的韧性，根据实际数据，将硬度提高4.0%时，其断裂韧性指标仅降低3. 5%左右。因此该粉末适用于制备耐磨损要求较高，且需要具备一定韧性要求的涂层。当碳化钨中纳米碳化钨的质量百分比含量为36. 5%时，涂层具有优良的综合性能，韧性指标明显高于同等硬度涂层，硬度也明显高于同等韧性涂层。因此该粉末适用范围较广泛，具有较高的综合性能优势。当碳化钨中纳米碳化钨的质量百分比含量大于36.5%、小于51%时，涂层具有优秀的韧性指标，同时具有一定的硬度性，因此该粉末适用于制备使用环境复杂，承受一定压力的涂层。当中颗粒碳化鹤的粒度小于2. 0微米时,这种热喷涂粉末的耐磨损性能不理想； 当中颗粒碳化钨的粒度大于8. 0微米时，这种热喷涂粉末的硬质相弥散性不理想，容易出现明显软点。因此，中颗粒碳化钨的粒度在2. 0-8. 0微米时均可生产较理想的热喷涂粉末。新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末的烧结程度可由松装密度衡量；新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末的松装密度对粉末及涂层性能的影响见表2如下；由表2可见新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末的松装密度应选择4. 0-4. 8g/cm3。表权利要求
1.一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末，其特征是由两种粒度的碳化钨、碳化铬和镍以及微量碳化钛组成，碳化钨的质量百分比为73%，碳化铬的质量百分比为19.5%，镍含量的质量百分比为7%，晶粒抑制剂碳化钛的的质量百分比为O. 5%。
2.根据权利要求I所述的一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末，其特征是其中原料碳化钨是由粒度为O. 05-0. 2微米的纳米碳化钨和2. 0-8. O微米的中颗粒碳化钨按一定比例混合组成，其中纳米碳化钨的质量百分比为22-51%，中颗粒碳化钨的质量百分比为 22-51%。
3.根据权利要求I所述的一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末，其特征是其松装比为4.0-5. 8g/cm3。
4.制备一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末的工艺，包括以下步骤A、备料制备质量百分比为22-51 %、粒度为O. 05-0. 2微米的纳米碳化钨，备好质量百分比为 22-51 %、粒度为2. 0-8. O微米的中颗粒碳化钨；根据美国英佛曼公司“金属碳化物的制备方法”专利，专利号2004100430580生产纳米碳化钨，中颗粒碳化钨为通用产品；B、混料首先依据工艺要求，向球磨设备加入步骤A的纳米碳化钨、中颗粒碳化钨和质量百分比为19. 5%碳化铬和7%的镍粉，然后加入占原料质量百分比为25%、温度为10-15°C的去离子水及质量百分比为2. O %的聚乙烯醇进行混料，球磨时间为22-28小时；因原料中含有部分纳米碳化钨粉，为防止其生产过程中氧化和晶粒长大，在配料时还必须加入质量百分比为O. 3%的有机抗氧化剂，加入质量百分比为O. 5%的晶粒生长抑制剂碳化钛；C、造粒采用开放式离心喷雾干燥塔进行干燥造粒，得到球形混合料，离心雾化盘转速为 8000-12000 转 / 分钟；D、烧结将混合料装入石墨舟皿中，置于钥丝炉中，在氢气保护气氛中进行连续烧结，推舟速度为9-12分钟/舟，烧结温度为1100-1300°C ；E、破碎分级烧结后的过程产品采用机械方式破碎，并根据粒度分布区间采用过筛或气流分级的方式得到最终产品热喷涂粉末，其中粒度规格为15-45微米，松装密度为4. 0-4. 8g/cm3。
全文摘要
本发明涉及一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末及其制备工艺。本发明由两种粒度的碳化钨、碳化铬和镍以及微量碳化钛组成，碳化钨的质量百分比为73％，碳化铬的质量百分比为19.5％，镍含量的质量百分比为7％，晶粒抑制剂碳化钛的的质量百分比为0.5％；其中原料碳化钨是由粒度为0.05-0.2微米的纳米碳化钨和2.0-8.0微米的中颗粒碳化钨按一定比例混合组成，其中纳米碳化钨的质量百分比为22-51％，中颗粒碳化钨的质量百分比为22-51％。本发明还包括了相应制备的工艺。它能够改善热喷涂后涂层的相关性能，既能确保涂层具有优异的耐磨性、高温抗氧化性能，又能获得较好的涂层韧性。
文档编号C23C4/10GK102586713SQ201210061980
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月11日 优先权日2012年3月11日
发明者张永会, 邓邦华, 邬海波 申请人:赣州章源钨业新材料有限公司