一種新型WC-Cr₃C₂-Ni熱噴涂粉末及其制備工藝的制作方法

專利名稱：一種新型WC-Cr₃C₂-Ni熱噴涂粉末及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于超音速高速火焰噴涂或者其它熱噴涂粉末技術(shù)，特別是一種新型 WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末及其制備工藝。
背景技術(shù)：
熱噴涂技術(shù)是表面改質(zhì)領(lǐng)域中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)在被加工工件表面制備一層耐磨涂層，使工件獲得優(yōu)良的使用性能。在眾多的碳化物中，碳化鎢和碳化鉻作為熱噴涂材料在工業(yè)上得到應(yīng)用。碳化鎢和碳化鉻具備陶瓷材料耐高溫抗氧化、高強(qiáng)度、高硬度及耐腐蝕性能好等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于航空航天、冶金、機(jī)械等領(lǐng)域。相對(duì)于電鍍硬鉻層，熱噴涂 WC-Cr3C2-Ni涂層在耐磨性、耐蝕性等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其應(yīng)用于沿?；驆u嶼國(guó)家地區(qū)， 而且制備速度快，環(huán)境污染小。在改善熱噴涂涂層特性的工藝中，超音速火焰噴涂WC-Co (Ni)時(shí)表現(xiàn)出了優(yōu)良的特性。特別是噴涂WC-Cr3C2-Ni時(shí)，其高溫抗氧化性、耐磨、耐蝕性等方面具有非常優(yōu)秀的表現(xiàn)，尤其是耐蝕性能較好，廣泛應(yīng)用在沿海領(lǐng)域或島嶼國(guó)家的耐腐工件上，但其脆性限制了它們的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末及其制備工藝，它能夠改善熱噴涂后涂層的相關(guān)性能，既能確保涂層具有優(yōu)異的耐磨性、高溫抗氧化性能，又能獲得較好的涂層韌性。本發(fā)明技術(shù)方案一種新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末，由兩種粒度的碳化鎢、碳化鉻和鎳以及微量碳化鈦組成，碳化鎢的質(zhì)量百分比為73%，碳化鉻的質(zhì)量百分比為 19. 5%，鎳含量的質(zhì)量百分比為7%，晶粒抑制劑碳化鈦的的質(zhì)量百分比為0. 5%。其中原料碳化鎢是由粒度為0. 05-0. 2微米的納米碳化鎢和2. 0-8. 0微米的中顆粒碳化鎢按一定比例混合組成，其中納米碳化鎢的質(zhì)量百分比為22-51%，中顆粒碳化鎢的質(zhì)量百分比為22-51%。其松裝比為4. 0-5. 8g/cm3。制備一種新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末的工藝，包括以下步驟A、備料制備質(zhì)量百分比為22-51 %、粒度為0.05-0. 2微米的納米碳化鎢，備好質(zhì)量百分比為22-51 %、粒度為2. 0-8. 0微米的中顆粒碳化鎢；根據(jù)美國(guó)英佛曼公司“金屬碳化物的制備方法”專利，專利號(hào)2004100430580生產(chǎn)納米碳化鎢，中顆粒碳化鎢為通用產(chǎn)品；B、混料首先依據(jù)工藝要求，向球磨設(shè)備加入步驟A的納米碳化鎢、中顆粒碳化鎢和質(zhì)量百分比為19. 5%碳化鉻和7%的鎳粉，然后加入占原料質(zhì)量百分比為25%、溫度為10-15°C的去離子水及質(zhì)量百分比為2. 0%的聚乙烯醇進(jìn)行混料，球磨時(shí)間為22-28小時(shí)；因原料中含有部分納米碳化鎢粉，為防止其生產(chǎn)過(guò)程中氧化和晶粒長(zhǎng)大，在配料時(shí)還必須加入質(zhì)量百分比為0. 3%的有機(jī)抗氧化劑，加入質(zhì)量百分比為0. 5%的晶粒生長(zhǎng)抑制劑碳化鈦；C、造粒采用開放式離心噴霧干燥塔進(jìn)行干燥造粒，得到球形混合料，離心霧化盤轉(zhuǎn)速為 8000-12000 轉(zhuǎn) / 分鐘；D、燒結(jié)將混合料裝入石墨舟皿中，置于鑰絲爐中，在氫氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行連續(xù)燒結(jié)，推舟速度為9-12分鐘/舟，燒結(jié)溫度為1100-1300°C ；E、破碎分級(jí)燒結(jié)后的過(guò)程產(chǎn)品采用機(jī)械方式破碎，并根據(jù)粒度分布區(qū)間采用過(guò)篩或氣流分級(jí)的方式得到最終產(chǎn)品熱噴涂粉末，其中粒度規(guī)格為15-45微米，松裝密度為4. 0-4. 8g/cm3。WC基熱噴涂粉末主要用于超音速高速火焰噴涂或者其它熱噴涂涂層制備工藝，因此熱噴涂粉末的粒度分布在5-75微米之間。根據(jù)不同的熱噴涂工藝，實(shí)際使用的熱噴涂粉末的粒度分布可在不同的區(qū)間，如5-30微米、10-38微米、15-45微米、20-53微米、45-75微米等。本發(fā)明由兩種不同粒度的碳化鎢、碳化鉻、鎳以及微量碳化鈦金屬組成，碳化鎢的質(zhì)量百分比為73 %，碳化鉻的質(zhì)量百分比為19. 5 %，金屬鎳的質(zhì)量百分比為7. 0 %，碳化鈦 (抑制劑)的質(zhì)量百分比為0. 5%。碳化鎢由粒度為0. 05-0. 2微米的納米碳化鎢和2. 0-8. 0 微米的中顆粒碳化鎢按比例混合組成；其中納米碳化鎢的質(zhì)量百分比為22-51%，中顆粒碳化鎢的質(zhì)量百分比為22-51% ;原料配比見表I。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)得知碳化鎢的粒度及組成對(duì)涂層的硬度、耐磨性及韌性影響較大，因此，此發(fā)明通過(guò)添加納米碳化鎢及調(diào)整多種粒度碳化鎢的含量比例，有效平衡硬度、耐磨性、韌性等性能指標(biāo)。表I
原料名稱納米碳化鶴中顆粒碳化鶴碳化鉻鎳粉碳化欽 (抑制劑)備注比例I22%51%19. 5%7. 0%0. 5%涂層具有一定韌性和抗磨損性能，硬度較好。比例236. 5%36. 5%19. 5%7. 0%0. 5%涂層具有較好的綜合性能，適應(yīng)范圍較廣。比例351%22%19. 5%7. 0%0. 5%涂層具有較好韌性和較高硬度。如果噴涂粉末中納米碳化鎢的含量小于22%，噴涂粉末受納米材料特性的影響不明顯，當(dāng)硬度提高時(shí)，韌性降低明顯；如果噴涂粉末中納米碳化鎢的含量大于51%，噴涂粉末的特性趨向納米材料特性，涂層硬度較高，耐磨性好，但是由于納米材料在噴涂過(guò)程中容易出現(xiàn)粉末氧化分解，涂層質(zhì)量大大降低。因此，本發(fā)明的碳化鎢中納米粒度碳化鎢的質(zhì)量百分比確定為為22-51%。當(dāng)噴涂粉末中納米碳化鎢的質(zhì)量百分比含量大于22%、小于36. 5%時(shí)，涂層具有優(yōu)秀的硬度指標(biāo)，同時(shí)具有一定的韌性，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，將硬度提高4.0%時(shí)，其斷裂韌性指標(biāo)僅降低3. 5%左右。因此該粉末適用于制備耐磨損要求較高，且需要具備一定韌性要求的涂層。當(dāng)碳化鎢中納米碳化鎢的質(zhì)量百分比含量為36. 5%時(shí)，涂層具有優(yōu)良的綜合性能，韌性指標(biāo)明顯高于同等硬度涂層，硬度也明顯高于同等韌性涂層。因此該粉末適用范圍較廣泛，具有較高的綜合性能優(yōu)勢(shì)。當(dāng)碳化鎢中納米碳化鎢的質(zhì)量百分比含量大于36.5%、小于51%時(shí)，涂層具有優(yōu)秀的韌性指標(biāo)，同時(shí)具有一定的硬度性，因此該粉末適用于制備使用環(huán)境復(fù)雜，承受一定壓力的涂層。當(dāng)中顆粒碳化鶴的粒度小于2. 0微米時(shí),這種熱噴涂粉末的耐磨損性能不理想； 當(dāng)中顆粒碳化鎢的粒度大于8. 0微米時(shí)，這種熱噴涂粉末的硬質(zhì)相彌散性不理想，容易出現(xiàn)明顯軟點(diǎn)。因此，中顆粒碳化鎢的粒度在2. 0-8. 0微米時(shí)均可生產(chǎn)較理想的熱噴涂粉末。新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末的燒結(jié)程度可由松裝密度衡量；新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末的松裝密度對(duì)粉末及涂層性能的影響見表2如下；由表2可見新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末的松裝密度應(yīng)選擇4. 0-4. 8g/cm3。表權(quán)利要求
1.一種新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末，其特征是由兩種粒度的碳化鎢、碳化鉻和鎳以及微量碳化鈦組成，碳化鎢的質(zhì)量百分比為73%，碳化鉻的質(zhì)量百分比為19.5%，鎳含量的質(zhì)量百分比為7%，晶粒抑制劑碳化鈦的的質(zhì)量百分比為O. 5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末，其特征是其中原料碳化鎢是由粒度為O. 05-0. 2微米的納米碳化鎢和2. 0-8. O微米的中顆粒碳化鎢按一定比例混合組成，其中納米碳化鎢的質(zhì)量百分比為22-51%，中顆粒碳化鎢的質(zhì)量百分比為 22-51%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末，其特征是其松裝比為4.0-5. 8g/cm3。
4.制備一種新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末的工藝，包括以下步驟A、備料制備質(zhì)量百分比為22-51 %、粒度為O. 05-0. 2微米的納米碳化鎢，備好質(zhì)量百分比為 22-51 %、粒度為2. 0-8. O微米的中顆粒碳化鎢；根據(jù)美國(guó)英佛曼公司“金屬碳化物的制備方法”專利，專利號(hào)2004100430580生產(chǎn)納米碳化鎢，中顆粒碳化鎢為通用產(chǎn)品；B、混料首先依據(jù)工藝要求，向球磨設(shè)備加入步驟A的納米碳化鎢、中顆粒碳化鎢和質(zhì)量百分比為19. 5%碳化鉻和7%的鎳粉，然后加入占原料質(zhì)量百分比為25%、溫度為10-15°C的去離子水及質(zhì)量百分比為2. O %的聚乙烯醇進(jìn)行混料，球磨時(shí)間為22-28小時(shí)；因原料中含有部分納米碳化鎢粉，為防止其生產(chǎn)過(guò)程中氧化和晶粒長(zhǎng)大，在配料時(shí)還必須加入質(zhì)量百分比為O. 3%的有機(jī)抗氧化劑，加入質(zhì)量百分比為O. 5%的晶粒生長(zhǎng)抑制劑碳化鈦；C、造粒采用開放式離心噴霧干燥塔進(jìn)行干燥造粒，得到球形混合料，離心霧化盤轉(zhuǎn)速為 8000-12000 轉(zhuǎn) / 分鐘；D、燒結(jié)將混合料裝入石墨舟皿中，置于鑰絲爐中，在氫氣保護(hù)氣氛中進(jìn)行連續(xù)燒結(jié)，推舟速度為9-12分鐘/舟，燒結(jié)溫度為1100-1300°C ；E、破碎分級(jí)燒結(jié)后的過(guò)程產(chǎn)品采用機(jī)械方式破碎，并根據(jù)粒度分布區(qū)間采用過(guò)篩或氣流分級(jí)的方式得到最終產(chǎn)品熱噴涂粉末，其中粒度規(guī)格為15-45微米，松裝密度為4. 0-4. 8g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末及其制備工藝。本發(fā)明由兩種粒度的碳化鎢、碳化鉻和鎳以及微量碳化鈦組成，碳化鎢的質(zhì)量百分比為73％，碳化鉻的質(zhì)量百分比為19.5％，鎳含量的質(zhì)量百分比為7％，晶粒抑制劑碳化鈦的的質(zhì)量百分比為0.5％；其中原料碳化鎢是由粒度為0.05-0.2微米的納米碳化鎢和2.0-8.0微米的中顆粒碳化鎢按一定比例混合組成，其中納米碳化鎢的質(zhì)量百分比為22-51％，中顆粒碳化鎢的質(zhì)量百分比為22-51％。本發(fā)明還包括了相應(yīng)制備的工藝。它能夠改善熱噴涂后涂層的相關(guān)性能，既能確保涂層具有優(yōu)異的耐磨性、高溫抗氧化性能，又能獲得較好的涂層韌性。
文檔編號(hào)C23C4/10GK102586713SQ201210061980
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月11日
發(fā)明者張永會(huì), 鄧邦華, 鄔海波 申請(qǐng)人:贛州章源鎢業(yè)新材料有限公司