H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC-17Co金属陶瓷涂层的制作方法

本发明涉及一种h13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的wc-17co金属陶瓷涂层。
背景技术：
：h13钢(4cr5mosiv1)具有良好的红硬性、较高的韧性和优良抗热疲劳性能等，因而广泛应用于热锻模、热挤压模、压铸模以及等温锻造模具等。然而，h13钢最大的缺点是硬度低、耐磨损性能差，致使模具使用寿命较短。鉴于h13模具的主要失效形式是表面磨损，从节省减排，充分发挥材料性能潜力和最大经济效益出发，对h13钢模具进行表面强化处理，是综合改善h13钢模具使用寿命的关键。技术实现要素：本发明的目的是提供一种wc-17co金属陶瓷涂层，采用超音速火焰喷涂制备，能够增强h13钢表面的高硬度耐磨损性能，解决了h13钢在工作过程中的磨损失效问题。本发明所提供的金属陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：采用超音速火焰喷涂将金属陶瓷粉末喷涂于基体的表面，即得到所述金属陶瓷涂层。上述的制备方法中，所述金属陶瓷粉末可为碳化钨基陶瓷粉末。上述的制备方法中，所述金属陶瓷粉末具体可为wc-17co陶瓷粉末，即wc的质量百分含量为83％、co的质量百分含量为17％的陶瓷粉末。上述的制备方法中，所述金属陶瓷粉末的粒径可为15～45μm。上述的制备方法中，所述超音速火焰喷涂的条件如下：空气流量为40～50l/min，具体可为40l/min、45l/min或50l/min，氧气流量为35～45l/min，具体可为35l/min、40l/min或45l/min，丙烷流量为36～40l/min，具体可为36l/min、38l/min或40l/min，送粉量为40～45g/min，具体可为45g/min，喷涂距离为230～330mm，具体可为230mm、280mm或330mm。上述的制备方法中，所述超音速火焰喷涂之前，所述方法还包括对所述基体的表面喷丸处理的步骤，以提高所述基体与超音速火焰喷涂涂层(金属陶瓷涂层)的结合强度；所述喷丸处理采用陶瓷丸，其条件如下：喷嘴与所述基体的距离为200mm，喷丸强度为0.2～0.5mma，喷射角度为90°，覆盖率为100％。上述的制备方法中，所述基体具体可为h13钢。上述的制备方法中，所述喷丸处理之前，所述方法还包括利用超声波清洗机清洗所述基体表面的步骤，以便于去除所述基体表面的油污；所述清洗步骤采用的溶液为乙醇或丙酮。上述方法制备的金属陶瓷涂层也属于本发明的保护范围。本发明提供的金属陶瓷涂层能够增强模具钢表面的耐磨损性能，如h13钢。本发明具有如下有益效果：(1)本发明金属陶瓷涂层的显微硬度高；(2)本发明金属陶瓷涂层的摩擦系数低，耐磨性能良好；(3)本发明金属陶瓷涂层的制备方法，原料廉价、普通，工艺简单、成本低，生产效率高，利于工业化生产。本发明wc-17co金属陶瓷涂层可达到强化h13钢基体表面的作用，从而延长采用h13制备的各种型材模具的使用寿命，如热作模具。附图说明图1为用于超音速火焰喷涂的h13试样的图纸。图2为h13钢基体的磨痕的三维照片。图3为本发明实施例1制备的wc-17co金属陶瓷涂层的磨痕的三维照片。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1、wc-17co金属陶瓷涂层的制备首先，h13钢超音速火焰喷涂试样的尺寸为ф50×8mm，按照图1进行精车加工和纵向抛光处理。其次，选用乙醇，采用超声波清洗机清洗h13钢试样表面的油污，吹干备用。第三，在超音速火焰喷涂前，对h13钢表面进行喷丸预处理，以提高h13钢基体与超音速火焰喷涂涂层的结合强度。喷丸的工艺参数为：选用陶瓷丸，喷嘴与h13钢基体的距离为200mm，喷丸强度为0.3mma，喷射角度为90°，覆盖率为100％。最后，采用超音速火焰喷涂工艺在h13钢表面制备wc-17co金属陶瓷复合涂层，工艺参数为：空气流量45l/min，氧气流量40l/min，丙烷流量38l/min，送粉量45g/min，喷涂距离为280mm，其中采用的wc-17co粉体的粒径为40～45μm。实施例2、wc-17co金属陶瓷涂层的制备首先，h13钢超音速火焰喷涂试样的尺寸为ф50×8mm，按照图1进行精车加工和纵向抛光处理；其次，选用乙醇或者丙酮溶液，采用超声波清洗机清洗h13钢试样表面的油污，吹干备用；第三，在超音速火焰喷涂前，对h13钢表面进行喷丸预处理，以提高h13钢基体与超音速火焰喷涂涂层的结合强度。喷丸的工艺参数为：选用陶瓷丸，喷嘴与h13钢基体的距离为200mm，喷丸强度为0.3mma，喷射角度为90°，覆盖率为100％；最后，采用超音速火焰喷涂工艺在h13钢表面制备wc-17co金属陶瓷复涂层，工艺参数为：空气流量为40l/min，氧气流量35l/min，丙烷流量为36l/min，送粉量为45g/min，喷涂距离为230mm，其中采用的wc-17co粉体的粒径为40～45μm。实施例3、wc-17co金属陶瓷涂层的制备首先，h13钢超音速火焰喷涂试样的尺寸为ф50×8mm，按照图1进行精车加工和抛光处理；其次，选用乙醇或者丙酮溶液，采用超声波清洗机清洗h13钢试样表面的油污，吹干备用；第三，在超音鼠火焰喷涂前，对h13钢表面进行喷丸预处理，以提高h13钢基体与超音速火焰喷涂涂层的结合强度。喷丸的工艺参数为：选用陶瓷丸，喷丸强度为0.3mma，喷嘴与h13钢基体的距离为200mm，喷射角度为90°，覆盖率为100％；最后，采用超音速火焰喷涂工艺在h13钢表面制备wc-17co金属陶瓷涂层，工艺参数为：空气流量为50l/min，氧气流量为45l/min，丙烷流量为40l/min，送粉量为45g/min，喷涂距离为330mm，其中采用的wc-17co粉体的粒径为40～45μm。本发明制备的wc-17co金属陶瓷涂层的性能测试：采用qnessq60+探针硬度计测试试样的显微硬度，载荷为0.5kgf，加载时间为10s，每个样品测试5点，取平均值作为该样品的显微硬度值，测试结果如表1中所示。表1实施例1-3制备的wc-17co金属陶瓷涂层和h13钢基体的显微硬度实施例1实施例2实施例3h13显微硬度/hv0.5139711581302569由表1中的数据可以看出，经过超音速火焰喷涂wc-17co金属陶瓷涂层之后，h13钢表面的显微硬度从569hv分别提高到了1397hv、1158hv和1302hv，硬度值分别提高了2.5倍、2倍和2.3倍。金属陶瓷涂层的摩擦磨损试验在umt-3摩擦磨损试验机进行，加载载荷为12n，频率为2hz，行程为5mm，磨损时间为150min；对磨球采用直径为4mm的si3n4陶瓷球，硬度hrc为18gpa。采用zygonexview白光干涉三维形貌仪且计算试样的磨损体积，测试结果如表2中所示。表2实施例1-3制备的wc-17co金属陶瓷涂层和h13钢基体的磨损体积实施例1实施例2实施例3h13磨损体积/mm30.00220.00410.00350.0479由表2中的数据可以看出，模具钢h13的磨损体积为0.0479mm3，在其表面超音速火焰喷涂wc-17co金属陶瓷涂层之后，磨损体积最多降低了一半，只有0.0022mm3，说明表面超音速火焰喷涂wc-17co金属陶瓷涂层有效改善了模具钢h13的摩擦磨损性能。上述测试过程中，h13与实施例1制备的金属陶瓷涂层的磨痕的三维图片分别如图2和图3所示。由图2和图3可以看出，在未进行超音速火焰喷涂wc-17co金属陶瓷涂层之前，模具钢h13的磨痕宽度较大且深，然后在经过wc-17co金属陶瓷涂层之后，磨痕的宽度和深度都减小了，磨痕宽度从0.86mm下降到0.55mm，磨痕深度从9μm减小到1.5μm。当前第1页12