纳米稀土氧化物及其掺杂WC-CoCr喷涂粉末、涂层、制备方法

本发明涉及材料及其涂层，具体为一种纳米稀土氧化物及其掺杂wc-cocr喷涂粉末、涂层、制备方法。

背景技术：

1、wc-co类涂层应用广泛，尤其在耐磨领域大量应用，若在其中引入一定量的cr，则涂层既具有高硬度和高耐磨性，又具有优异的耐腐蚀性能。在实际的产业化过程中，如何提升wc-cocr涂层性能一直是业界关注的重点。

2、稀土元素具有特异的4f电子结构，4f电子被完全填满的外层5s和5p电子所屏蔽，随着原子序数的增加，内侧f层轨道依次填充电子，这种独特的电子结构使其具有独特的催化活性和掺杂改性作用，例如掺入少量稀土可使传统wc-co硬质合金强度、韧性和耐磨性更加优越，在wc-co硬质合金热喷涂用粉末表面还可以原位形成高熔点的稀土氧硫化合物，提高涂层的耐磨性以及强化涂层与基体之间的结合，掺杂稀土氧化物还可使热障涂层具有优良的抗烧结性，提高其高温相稳定性和抗氧化性，使涂层孔隙和裂纹减少等。

3、在wc-co涂层中掺入稀土能够改善其性能，但稀土元素在wc-cocr涂层中的实际应用却较少，一方面是因为稀土在wc-cocr中的作用机理不明，给稀土掺杂wc-cocr的研究和应用带来了许多盲目性，另一方面稀土不容易在wc-cocr中获得均匀分布，不均匀的稀土分布反而可能降低涂层的性能。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种纳米稀土氧化物及其掺杂wc-cocr喷涂粉末、涂层、制备方法。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种纳米稀土氧化物的制备方法，按照每100g微米级稀土氧化物配以300～350ml氧化锆研磨球、180～230ml聚乙二醇的比例，对微米级稀土氧化物粉末进行湿磨，球磨转速为320～360r/min，球磨时间为55～70min；所述纳米稀土氧化物的粒度d90<0.1μm。。

4、作为本发明所述的一种纳米稀土氧化物的制备方法的优选方案，其中：所述纳米稀土氧化物为pr6o11。

5、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

6、一种上述纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂粉末，按质量百分比计，其组成为：

7、co粉9～12wt％，cr粉3～5wt％，上述制备方法制备得到的纳米稀土氧化物粉0.02～0.30wt％，余量为wc粉；其中，纳米稀土氧化物粉的质量不能超过co粉质量的3％；

8、wc粉的粒度为0.5～1.0μm，纯度≥99.99％；

9、co粉的粒度为0.6～0.8μm，纯度≥99.9％；

10、cr粉的粒度为2.0～3.0μm，纯度≥99.9％。

11、作为本发明所述的一种纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂粉末的优选方案，其中：所述喷涂粉末的粒度为200～600目。

12、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

13、一种纳米稀土掺杂氧化物wc-cocr喷涂粉末的制备方法，包括如下步骤：

14、s1.混料

15、将纳米稀土氧化物粉加入无水乙醇调成糊状浆料，加热至65～70℃，加入体积分数0.2～2vol％的石蜡，搅拌使石蜡均匀熔化至浆料当中，保持浆料不断搅拌，以5～20g/h的流速连续缓缓加入co粉，机械搅拌到浆料粘稠至不易搅动时停止；放入真空干燥箱中烘干，温度为75～80℃，时间为2～8h；烘干取出，用玛瑙研钵罐将结块粉末捣碎，用2000目网筛筛出粒度小于2000目的co-rexoy复合粉末，将co-rexoy复合粉末与wc粉、cr粉混合的得到混合粉末；将混合粉末与蒸馏水搅拌制成混合浆料；

16、s2.造粒

17、在混合浆料中加入0.5～2wt％粘接剂pe3000后装入加热反应釜继续搅拌混合，期间不断补充去离子水，使浆料保持良好流动性，将浆料泵入喷雾干燥机进行喷雾干燥造粒制得颗粒；

18、s3.烧结

19、将喷雾造粒制得颗粒放入氢气还原性气氛烧结炉中烧结；

20、s4.破碎筛分

21、烧结后采用破碎机破碎，再用200-600目振动筛网机筛分得喷涂粉末。

22、作为本发明所述的一种纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂粉末的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，机械搅拌时，叶片按照同一方向不断搅拌使浆料充分均匀混合，搅拌叶片转速为10～60r/min。

23、作为本发明所述的一种纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂粉末的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，所述喷雾干燥造粒的工艺参数为：

24、蒸发量为4.8～5.0kg/h，进风温度为245～255℃，出口温度为120～125℃，泵流量为4.2～4.5l/min。

25、作为本发明所述的一种纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂粉末的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，所述烧结的温度为1400～1480℃。

26、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

27、一种纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂涂层，所述喷涂涂层的原料为上述纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂粉末。

28、作为本发明所述的一种纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂涂层的优选方案，其中：所述涂层的厚度为130～160μm。

29、作为本发明所述的一种纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂涂层的优选方案，其中：所述涂层的次表面显微硬度≥1380hv，且与基体结合强度≥68mpa。

30、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

31、一种纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂涂层的制备方法，包括如下步骤：

32、b1.基材处理；

33、b2.基材表面喷涂纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂粉末得到涂层；

34、喷涂工艺参数为：氧气流量为1900～2000scfh(标准立方英尺每分钟)，燃油用量为6.0～6.5gph(加仑每小时)，送粉载气流量为21～25scfh(标准立方英尺每分钟)，送粉速率为32～36g/min，喷涂距离为370～400mm，喷枪移动速度为450～520mm/s。

35、作为本发明所述的一种纳米稀土氧化物掺杂wc-cocr喷涂涂层的制备方法的优选方案，其中：所述步骤b2中，采用超音速火焰喷涂设备实现喷涂。

36、本发明的有益效果如下：

37、本发明提出一种纳米稀土氧化物及其掺杂wc-cocr喷涂粉末、涂层、制备方法，采用优化的制备方法制备得到100纳米以下极细颗粒尺寸的纳米稀土氧化物，并将其掺入co相中形成稀土元素均匀分布的co-rexoy前驱体复合粉末，通过烧结制备获得稀土均匀分布的wc-cocr-rexoy热喷涂粉末，通过超音速火焰喷涂工艺制得的wc-cocr-rexoy涂层表面和次表面显微硬度、与基体结合强度均高于不添加稀土的wc-cocr涂层，本发明涂层的次表面显微硬度≥1380hv，且与基体结合强度≥68mpa，获得了高质量的涂层。