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
技術領域：
本發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，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：
熱噴涂技術是表面改質領域中的一項關鍵技術，通過在被加工工件表面制備一層耐磨涂層，使工件獲得優良的使用性能。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上得到應用。碳化鎢和碳化鉻具備陶瓷材料耐高溫抗氧化、高強度、高硬度及耐腐蝕性能好等特點，廣泛地應用于航空航天、冶金、機械等領域。相對于電鍍硬鉻層，熱噴涂 WC-Cr3C2-Ni涂層在耐磨性、耐蝕性等方面有明顯的優勢，尤其應用于沿海或島嶼國家地區， 而且制備速度快，環境污染小。在改善熱噴涂涂層特性的工藝中，超音速火焰噴涂WC-Co (Ni)時表現出了優良的特性。特別是噴涂WC-Cr3C2-Ni時，其高溫抗氧化性、耐磨、耐蝕性等方面具有非常優秀的表現，尤其是耐蝕性能較好，廣泛應用在沿海領域或島嶼國家的耐腐工件上，但其脆性限制了它們的應用。

發明內容
本發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性能，既能確保涂層具有優異的耐磨性、高溫抗氧化性能，又能獲得較好的涂層韌性。本發明技術方案一種新型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，碳化鎢的質量百分比為73%，碳化鉻的質量百分比為 19. 5%，鎳含量的質量百分比為7%，晶粒抑制劑碳化鈦的的質量百分比為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量百分比為22-51%，中顆粒碳化鎢的質量百分比為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；根據美國英佛曼公司“金屬碳化物的制備方法”專利，專利號2004100430580生產納米碳化鎢，中顆粒碳化鎢為通用產品；B、混料首先依據工藝要求，向球磨設備加入步驟A的納米碳化鎢、中顆粒碳化鎢和質量百分比為19. 5%碳化鉻和7%的鎳粉，然后加入占原料質量百分比為25%、溫度為10-15°C的去離子水及質量百分比為2. 0%的聚乙烯醇進行混料，球磨時間為22-28小時；因原料中含有部分納米碳化鎢粉，為防止其生產過程中氧化和晶粒長大，在配料時還必須加入質量百分比為0. 3%的有機抗氧化劑，加入質量百分比為0. 5%的晶粒生長抑制劑碳化鈦；C、造粒采用開放式離心噴霧干燥塔進行干燥造粒，得到球形混合料，離心霧化盤轉速為 8000-12000 轉 / 分鐘；D、燒結將混合料裝入石墨舟皿中，置于鑰絲爐中，在氫氣保護氣氛中進行連續燒結，推舟速度為9-12分鐘/舟，燒結溫度為1100-1300°C ；E、破碎分級燒結后的過程產品采用機械方式破碎，并根據粒度分布區間采用過篩或氣流分級的方式得到最終產品熱噴涂粉末，其中粒度規格為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。根據不同的熱噴涂工藝，實際使用的熱噴涂粉末的粒度分布可在不同的區間，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，碳化鎢的質量百分比為73 %，碳化鉻的質量百分比為19. 5 %，金屬鎳的質量百分比為7. 0 %，碳化鈦 (抑制劑)的質量百分比為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量百分比為22-51%，中顆粒碳化鎢的質量百分比為22-51% ;原料配比見表I。經反復試驗得知碳化鎢的粒度及組成對涂層的硬度、耐磨性及韌性影響較大，因此，此發明通過添加納米碳化鎢及調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。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，當硬度提高時，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程中容易出現粉末氧化分解，涂層質量大大降低。因此，本發明的碳化鎢中納米粒度碳化鎢的質量百分比確定為為22-51%。當噴涂粉末中納米碳化鎢的質量百分比含量大于22%、小于36. 5%時，涂層具有優秀的硬度指標，同時具有一定的韌性，根據實際數據，將硬度提高4.0%時，其斷裂韌性指標僅降低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。當碳化鎢中納米碳化鎢的質量百分比含量為36. 5%時，涂層具有優良的綜合性能，韌性指標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勢。當碳化鎢中納米碳化鎢的質量百分比含量大于36.5%、小于51%時，涂層具有優秀的韌性指標，同時具有一定的硬度性，因此該粉末適用于制備使用環境復雜，承受一定壓力的涂層。當中顆粒碳化鶴的粒度小于2. 0微米時,這種熱噴涂粉末的耐磨損性能不理想； 當中顆粒碳化鎢的粒度大于8. 0微米時，這種熱噴涂粉末的硬質相彌散性不理想，容易出現明顯軟點。因此，中顆粒碳化鎢的粒度在2. 0-8. 0微米時均可生產較理想的熱噴涂粉末。新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末的燒結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選擇4. 0-4. 8g/cm3。表權利要求
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，碳化鎢的質量百分比為73%，碳化鉻的質量百分比為19.5%，鎳含量的質量百分比為7%，晶粒抑制劑碳化鈦的的質量百分比為O. 5%。
2.根據權利要求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量百分比為22-51%，中顆粒碳化鎢的質量百分比為 22-51%。
3.根據權利要求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；根據美國英佛曼公司“金屬碳化物的制備方法”專利，專利號2004100430580生產納米碳化鎢，中顆粒碳化鎢為通用產品；B、混料首先依據工藝要求，向球磨設備加入步驟A的納米碳化鎢、中顆粒碳化鎢和質量百分比為19. 5%碳化鉻和7%的鎳粉，然后加入占原料質量百分比為25%、溫度為10-15°C的去離子水及質量百分比為2. O %的聚乙烯醇進行混料，球磨時間為22-28小時；因原料中含有部分納米碳化鎢粉，為防止其生產過程中氧化和晶粒長大，在配料時還必須加入質量百分比為O. 3%的有機抗氧化劑，加入質量百分比為O. 5%的晶粒生長抑制劑碳化鈦；C、造粒采用開放式離心噴霧干燥塔進行干燥造粒，得到球形混合料，離心霧化盤轉速為 8000-12000 轉 / 分鐘；D、燒結將混合料裝入石墨舟皿中，置于鑰絲爐中，在氫氣保護氣氛中進行連續燒結，推舟速度為9-12分鐘/舟，燒結溫度為1100-1300°C ；E、破碎分級燒結后的過程產品采用機械方式破碎，并根據粒度分布區間采用過篩或氣流分級的方式得到最終產品熱噴涂粉末，其中粒度規格為15-45微米，松裝密度為4. 0-4. 8g/cm3。
全文摘要
本發明涉及一種新型WC-Cr3C2-Ni熱噴涂粉末及其制備工藝。本發明由兩種粒度的碳化鎢、碳化鉻和鎳以及微量碳化鈦組成，碳化鎢的質量百分比為73％，碳化鉻的質量百分比為19.5％，鎳含量的質量百分比為7％，晶粒抑制劑碳化鈦的的質量百分比為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量百分比為22-51％，中顆粒碳化鎢的質量百分比為22-51％。本發明還包括了相應制備的工藝。它能夠改善熱噴涂后涂層的相關性能，既能確保涂層具有優異的耐磨性、高溫抗氧化性能，又能獲得較好的涂層韌性。
文檔編號C23C4/10GK102586713SQ201210061980
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月11日 優先權日2012年3月11日
發明者張永會, 鄧邦華, 鄔海波 申請人:贛州章源鎢業新材料有限公司