一种激光微熔与超音速火焰喷涂复合制备WC-12Co涂层的方法与流程

本发明属于表面改性材料技术领域，涉及一种在45钢基体表面制备wc-12co涂层的方法。特指在氩气保护下，通过激光微熔对基体表面进行预处理，形成微熔区，再利用超音速火焰喷涂方法对微熔区喷涂wc-12co粉末，形成与基体间具有高结合力的wc-12co涂层。

背景技术：

45钢一般是通过锻压成形，具有一定的强度和韧性，经淬火处理后，其硬度可达到58hrc。在实际工作过程中仍会产生磨损现象，不能满足现阶段的选材要求，磨损已成为其报废的主要形式之一。为了提高45钢表面硬度，一般采用超音速喷涂技术在其表面制备wc-12co涂层，此技术是一种利用燃烧产生的高温将喷涂粒子加热至熔化或半熔化状态制备涂层的方法，达到了提高45钢表面硬度的目的。但是由于wc-12co涂层与45钢基体的热膨胀系数不一致，一般超音速火焰喷涂后仍需要进行保温后冷却处理，防止wc-12co涂层从45钢基体脱落。超音速喷涂所制备的wc-12co涂层与基体间的结合力比较低，已严重地影响了其在表面改性处理中的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的不足，提出了一种激光微熔与超音速火焰喷涂复合制备wc-12co涂层的方法。该方法利用超音速火焰对微熔区喷涂wc-12co粉末，将熔融的wc-12co颗粒撞击在基体表面，产生飞溅并与微熔区相混合，冷却后形成微熔层。wc-12co涂层在微熔区产生了扩散层，提高了wc-12co涂层与基体的结合力，涂层不易从基体上脱落，保证了其使用性能。

本发明的技术方案是：一种激光微熔与超音速火焰喷涂复合制备wc-12co涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将45钢放置于乙醇溶液中超声清洗20分钟，以去除样品上的油污和杂质，然后再使用40目的刚玉对基体表面进行喷砂粗化处理；

(2)在氩气保护下，启动激光微熔装置对基体表面进行微熔处理，激光功率为80w，光斑直径为4mm，将基体表层加热至微熔化状态，形成深度为100μm的微熔区；

(3)同时，利用超音速火焰喷涂装置对微熔区喷涂wc-12co粉末，在基体表面形成wc-12co涂层；

(4)喷涂后的wc-12co涂层在工作台加热系统中继续回火处理2小时，温度为580℃，wc-12co涂层元素与基体元素发生扩散，提高了涂层与基体间的结合力。

步骤(2)中所述的超音速火焰喷涂是以航空煤油为燃料，以氧气为助燃气，以氩气为送粉气体，在油压为1.30mpa，氧气压力为1.60mpa，水温为35℃，喷涂压力为1.0mpa时进行。

步骤(4)中所述的wc-12co涂层厚度约为120μm，涂层中ｗｃ颗粒以ｃo作为粘结剂，结合紧密，孔隙率低。

步骤(4)中所述的wc-12co涂层主要成分是wc硬质相，另含有少量的粘结剂co相，无其他杂质相。

步骤(4)中所述的wc-12co涂层与基体结合紧密，无裂纹和孔隙缺陷，其结合力为37.95n。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种激光微熔与超音速火焰喷涂复合制备wc-12co涂层的方法，方法科学，制备原理清晰。通过将基体置于固定的工作台上，在氩气保护下，采用激光对基体表面进行微熔处理，激光功率为80w，光斑直径为4mm，将其表层加热至微熔化状态，形成深度为100μm的微熔区；同时，利用超音速火焰对微熔区喷涂wc-12co粉末，将熔融的wc-12co颗粒撞击在基体表面，产生飞溅并与微熔区相混合，冷却后形成了冶金结合。喷涂后的wc-12co涂层在工作台加热系统中继续回火处理2小时，温度为580℃，消除了wc-12co涂层由于过冷而产生的残余应力，使wc-12co涂层与基体在结合界面处的收缩一致，不产生变形和开裂。促进了wc-12co涂层元素与基体元素的相互扩散，提高了涂层与基体的结合力。

附图说明

图1为本发明中激光微熔与超音速火焰喷涂复合装置示意图。

图2为本发明中wc-12co涂层表面形貌图.

图3为本发明中wc-12co涂层断面形貌图。

图4为本发明中wc-12co涂层xrd分析图。

图5wc-12co涂层与基体断面的线扫描分析图。

图6为本发明中wc-12co涂层与基体结合力图。

图中：工作台加热系统1、基体试样2、激光微熔区3、冶金扩散层4、wc-12co涂层5、超音速喷涂装置6、氩气保护装置7、激光微熔装置8。

具体实施方式

下面通过本发明的技术方案、附图和实例对本发明作进一步说明。

(1)将45钢放置于乙醇溶液中超声清洗20分钟后，去除样品上的油污和杂质，然后再使用40目的刚玉对喷涂面进行喷砂粗化处理。

(2)在氩气保护下，启动激光微熔装置对基体表面进行微熔处理，激光功率为80w，光斑直径为4mm，将基体表层加热至微熔化状态，形成深度为100μm的微熔区。

(3)同时，利用超音速火焰喷涂装置对微熔区喷涂wc-12co粉末。喷涂参数：燃料：航空煤油，助燃气：氧气，送粉气体：氩气，油压：1.30mpa，氧气压力：1.60mpa，水温：35℃，喷涂压力：1.0mpa。

(4)喷涂后的wc-12co涂层在工作台加热系统中回火处理2小时，温度为580℃，wc-12co涂层元素与基体元素进发生扩散，提高了涂层与基体的结合力。

(5)本发明专利所制备的wc-12co涂层表面组织致密，无孔洞和裂纹，如图2所示。涂层厚度约为120μm，涂层中ｗｃ颗粒以ｃo作为粘结剂，结合紧密，孔隙率低，如图3所示。

(6)wc-12co涂层主要成分是wc硬质相，另含有少量的粘结剂co相，无其他杂质相，如图4所示。

(7)wc-12co涂层与基体在结合界面处形成扩散层，如图5所示。

(8)wc-12co涂层与基体结合紧密，无裂纹和孔隙缺陷，其结合力为37.95n，结合性能好，如图6所示。

技术特征：

技术总结
一种激光微熔与超音速火焰喷涂复合制备WC‑12Co涂层的方法，属于表面改性材料技术领域。该方法将基体置于固定的工作台上，在氩气保护下，采用激光微熔装置对基体表面进行微熔处理，形成深度为100μm的微熔区；同时，利用超音速火焰对微熔区喷涂WC‑12Co粉末，熔融的WC‑12Co颗粒撞击在基体表面，产生飞溅并与微熔区相混合，冷却后形成冶金结合的扩散层。喷涂后的WC‑12Co涂层在工作台加热系统中继续回火处理2小时，温度为580℃，消除了WC‑12Co涂层由于过冷而产生的残余应力，使WC‑12Co涂层与基体在结合界面处的收缩率一致，不产生变形和开裂，促进了WC‑12Co涂层元素与基体元素的相互扩散，提高了涂层与基体的结合力。

技术研发人员：孔维程;沈辉;金亦富;高佳旭;刘彻;景陶敬;王浩锦;李竞;张娟;张纯
受保护的技术使用者：扬州大学;扬州福克斯减震器有限公司
技术研发日：2018.10.19
技术公布日：2019.02.22