一种WC/Ni复合涂层的制备方法

本发明涉及一种wc/ni复合涂层的制备方法，属于增材制造表面涂层改性的。

背景技术：

1、激光定向能量沉积技术(laserdirected energy deposition，lded)是一种高柔性的陶瓷基复合材料制备技术，最初仅应用于制备低熔点金属材料，随着成形工艺及装备的不断发展和优化，应用范围逐渐扩展到高温难熔材料的一步近净成形。该工艺利用高能量密度激光作为热源，可以将同步输送的原材料粉末熔化，通过逐层堆积成形；lded在元件尺寸、结构和组成方面具有更灵活的适应性。利用“离散+堆积”的增材成形思想，通过同步送粉实现工件的一步精确成形，为了提高工件性能还可以在原料中掺杂增强颗粒来制备复合材料。增材制造技术具有设计自由度高、产品研发周期短、制造成本低等特点，可无需模具快速地制造复杂结构陶瓷零件，在定制高性能复杂样品方面具有广阔的应用前景。

2、316l不锈钢越来越多的被用在各个领域。磨损是金属零部件的主要失效形式之一；为减少零件磨损，常用的方法是在零件表面制备涂层来提高其抗磨损的能力；为提高零部件耐海水腐蚀能力，同时保证其表面的力学性能，延长其服役时间，可在其表面制备一层耐蚀合金涂层。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种wc/ni复合涂层的制备方法，制备的粉末具有满足高通量打印设备所需的流动性和粒度，得到高硬度、高耐磨性且耐腐蚀性的wc/ni复合涂层，具体包括以下步骤：

2、(1)将不锈钢基板进行打磨，清洗和干燥。

3、(2)用高能球磨法将球形wc粉末制得最终粒度。

4、(3)将可溶性镍盐，硫酸铵，三乙醇胺，草酸，脂肪酸，聚丙烯酸铵和水进行混合得到含镍的混合水溶液，通过氨水把混合水溶液的ph值调至碱性，加入步骤(2)得到的最终粒度的wc粉末，加入催化剂进行反应，反应结束后进行球磨，干燥，过筛得到wc/ni包覆粉。

5、(4)将步骤(3)得到的wc/ni包覆粉末放入3d打印设备送粉器中，将步骤(1)中处理好的不锈钢基板固定在打印平台，建立三维模型，进行分层切片处理，在保护气体ar气氛中，由送粉喷嘴送出的粉末与激光发生反应熔融到不锈钢基板上，得到wc/ni复合涂层。

6、优选的，步骤(1)中不锈钢基板为316l不锈钢，尺寸为100*100*5mm；选用180#，400#，800#，1200#，2000#砂纸进行打磨；用去离子水和无水乙醇进行清洗，用吹风机吹干后然后放入真空干燥箱干燥12h。

7、优选的，步骤(2)中将不规则或球形度不一的wc粉末通过高能球磨使其呈现最终粒度，主要通过高转速(300r/min)长时间(12h)的正转和反转球磨得到球形度好，粒度均一的最终粒度wc。

8、优选的，步骤(2)中得到的wc粉末粒度为50～100μm。

9、优选的，步骤(3)中可溶性镍盐为硫酸镍；水中可溶性镍盐的加入量为100～200g/l，硫酸铵的加入量为150～200g/l，三乙醇胺和草酸的加入量均为10～20g/l，脂肪酸的加入量为5～10g/l，聚丙烯酸铵的加入量为5～10g/l，wc粉末的加入量为100g/l。

10、优选的，步骤(3)中催化剂为由镍粉和氯化钯组成，其中镍粉和氯化钯的质量比为10000：4～10000：1，催化剂的用量为100g/l。

11、优选的，催化剂中的氯化钯可由蒽醌及其衍生物代替。

12、优选的，步骤(3)中球磨过程采用的是不锈钢球磨罐，氧化锆珠作为磨球，球料比5：1，转速150r/min，加入酒精作为研磨介质，并加入碳粉和镍粉。其中碳粉的加入量为1～2g/l，镍粉的加入量为5～10g/l，球磨24h。

13、优选的，步骤(3)中得到wc/ni包覆粉粒度为100～300目。

14、优选的，步骤(4)中采用的设备是高通量金属激光3d打印设备，采用的激光光斑直径为1.6mm，激光功率为800～1200w，扫描速度为600～1500mm/min，送粉量18g/min，ar气的流速为6.7l/min。

15、本发明的有益效果

16、(1)本发明所述材料的宏观形貌良好，产生了稀释率低、气孔率低且结合紧密的涂层。

17、(2)本发明采用制备包覆粉末可使增强相wc分布均匀，增加涂层各部分强度和硬度。

技术特征：

1.一种wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中不锈钢基板为316l不锈钢；选用180#，400#，800#，1200#，2000#砂纸进行打磨；用去离子水和无水乙醇进行清洗，用吹风机吹干后然后放入真空干燥箱干燥12h。

3.根据权利要求1所述wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)通过300r/min高转速12h长时间的正转和反转球磨得到球形度好，粒度均一的最终粒度wc。

4.根据权利要求1所述wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中得到的wc粉末粒度为50～100μm。

5.根据权利要求1所述wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中可溶性镍盐为硫酸镍；水中可溶性镍盐的加入量为100～200g/l，硫酸铵的加入量为150～200g/l，三乙醇胺和草酸的加入量均为10～20g/l，脂肪酸的加入量为5～10g/l，聚丙烯酸铵的加入量为5～10g/l，wc粉末的加入量为100g/l。

6.根据权利要求1所述wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中催化剂为由镍粉和氯化钯组成，其中镍粉和氯化钯的质量比为10000：4～10000：1，催化剂的用量为100g/l；反应条件为h2还原反应的氢气压为20～30atm，温度为120～200℃，反应时间为20～30min。

7.根据权利要求6所述wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：催化剂中的氯化钯可由蒽醌及其衍生物代替。

8.根据权利要求1所述wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中球磨过程采用的是不锈钢球磨罐，氧化锆珠作为磨球，球料比5：1，转速150r/min，加入酒精作为研磨介质，并加入碳粉和镍粉，其中碳粉的加入量为1g/l，镍粉的加入量为5g/l，球磨24h。

9.根据权利要求1所述wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中得到wc/ni包覆粉粒度为100～300目。

10.根据权利要求1所述wc/ni复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(4)中采用的设备是高通量金属激光3d打印设备，采用的激光光斑直径为1.6mm，激光功率为800～1200w，扫描速度为600～1500mm/min，送粉量18g/min，ar气的流速为6.7l/min。

技术总结
本发明公开一种WC/Ni复合涂层的制备方法，属于增材制造表面涂层改性的技术领域。本发明所述方法为：应用共沉淀法制备WC/Ni包覆粉末，之后对包覆粉末进行球磨至合适的粒度，应用高通量金属激光3D打印设备(KR20)，进行激光定向能量沉积，采用的激光光斑直径为1.6mm，激光功率为800～1200w，扫描速度为600～1500mm/min。采用100*100*5mm的316L不锈钢作为打印基板，保护气氛为Ar气，流速为6.7L/min。本方法制备出的WC/Ni复合涂层具有较好的形貌，较高的硬度和耐蚀性。

技术研发人员：李凤仙,杨虎森,李文,张凡
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22