[发明专利]一种纳米碳化钨－镍复合涂层及其制备方法和应用

说明书

技术领域：

发明涉及一种纳米碳化钨一镍复合涂层及其制备方法和应用，属电镀与纳米材料交叉学科的技术领域。

背景技术：

与常规碳化钨一金属钴复合涂层相比，由于纳米碳化钨-钴复合涂层具有涂层孔隙率小，涂层与基材结合力强和涂层的抗腐蚀，抗磨损能力更高等优点，可能会成为21世纪中末期的高性能抗磨蚀水力机械材料，因而引起国内外纳米涂层材料研究者的兴趣。在20世纪末期，美国等发达国家就开始研究用超音速热喷涂法(简称HVOF，是Highvelocity oxygen fuel的简称)，和等离子热喷涂法制备纳米碳化钨-钴(以下简称nWC-Co)纳米复合涂层^[1、2]。但这两类热喷涂方法制备(nWC-Co)涂层存在诸多缺点：如纳米粉末的飞扬损失大，小试时纳米粉末的有效利用率仅为30-40％，中试及生产时，纳米粉末利用率也只有50-55％；过程中由于纳米粉与高温和氧气接触，纳米涂层会产生质量衰变，即发生$2\mathrm{WC}+\frac{1}{2}{O}_2\→W_{2}C+\mathrm{CO}$和W₂C+O₂→2W+CO₂的反应，使涂层中的WC含量下降，从而引起涂层的硬度与抗磨性均会下降：此外，用各种热喷涂法制取纳米涂层时，均需对纳米粉末作预先团聚加工，增加了涂层的成本等。为克服这些缺点，韩国研究者提出用冷喷涂方法制备(nWC-Co)纳米复合涂层^[3]，即不用氧和燃料燃烧产生高温，而用在电热炉内预热到650-750°的惰性气体高速气流携带着经过预热到600-650°的(nWC-Co)复合粉末，高速喷射到钢铁基材上，依靠高速和预热温度的作用，形成(nWC-Co)纳米复合涂层。然而，韩国研究者的冷喷涂方法虽然在一定程度上克服了等离子热喷涂和HVOF热喷涂中出现的纳米碳化钨粉末衰变的缺点，但纳米粉末飞扬损失严重，纳米粉末有效利用率低等问题依然存在。同时，据本项发明人所作的试验，在冷喷涂的温度和工艺方法中，即使是用HVOF的喷抡和与HVOF相同的喷射速度，所获得的(nWC-Co)纳米复合涂层仍不能与基材钢铁形成牢固的结合。此外(nWC--Co)涂层的粉末是十分昂贵的。

参考文献：

[1]S.Usmani，S.Sampath and H.Herman：“HVOF Processing of Nanostructure(WC-Co)coating and their properties”[J].“Journal of thermal spray Technology”，V0l 8(4).Sept.1999。

[2]M.shool，M.Becker and D.Atteridge：“Microstructure and properties ofplasma sprayed Nanoscale(WC-Co)coatings”[J].“Journal of Thermal sprayTechnology.”V0l.7(3)，sept.1998。

[3]Hyung-Jun Kim，Chang-Hee Lee and soon-Yong Hwang：“Feabrication of WC-Cocoatings by cold spray deposition”[J]，“Surf.Coat Technology”191(2005)。

[4]徐滨士：“纳米表面工程”(M)化学工业出版社(2003年)。

[5]成都市表面处理学会：“电镀技术”，四川人民出版社(1982年)。