[发明专利]一种新型高钴热喷涂粉末及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及用于超音速高速火焰喷涂或者其它热喷涂粉末生产技术，特别是一种新型高钴(WC-17Co)热喷涂粉末及其制备工艺。

背景技术

热喷涂技术是表面改质领域中的一项关键技术，通过在被加工工件表面制备一层耐磨涂层，使工件的耐磨性能、耐腐蚀性能获得大幅提高。热喷涂WC/Co涂层作为耐磨、耐腐涂层，由于其较高的硬度、耐磨性和优良的韧性广泛地应用于航空航天、石油、冶金、机械等领域。相对于电镀硬铬层，热喷涂WC/Co涂层在耐磨性、耐蚀性、耐疲劳性等方面有明显的优势，而且制备速度快，环境污染小。

在使用传统WC-17Co热喷涂粉末时，由于其钴含量较高，其抗裂韧性相对WC-12Co喷涂粉末较好，但硬度相对较低。在通过调整提高涂层硬度时，韧性就明显降低。根据实际数据，将硬度提高4％时，其断裂韧性指标降低可达10％左右；硬度与韧性的矛盾特性使得喷涂时无法兼顾硬度要求、韧性要求，无法保证涂层的质量达到最佳状态。

发明内容

本发明目的是提供一种新型高钴热喷涂粉末及其制备工艺，它能够改善热喷涂后涂层的相关性能，既能确保涂层具有优异的抗裂韧性，又能获得较好的涂层硬度。

本发明技术方案：一种新型高钴热喷涂粉末，由两种不同粒度的碳化钨和钴以及微量碳化钛组成，碳化钨的质量百分比为83％，金属钴的质量百分比为16.5％，晶粒抑制剂碳化钛的的质量百分比为0.5％。

碳化钨是由粒度为0.05-0.2微米的纳米碳化钨和2.0-8.0微米的中颗粒碳化钨按一定比例混合组成，其中纳米碳化钨的比例为25-58％，中颗粒碳化钨的比例为25-58％。

其松装比重为4.0-5.8g/cm³。

制备一种新型高钴热喷涂粉末的工艺，包括以下步骤：

A、备料：

制备质量百分比为25-58％、粒度为0.05-0.2微米的纳米碳化钨，备好质量百分比为25-58％、粒度为2.0-8.0微米的中颗粒碳化钨；

根据美国英佛曼公司“金属碳化物的制备方法”专利，专利号2004100430580生产纳米碳化钨，中颗粒碳化钨为通用产品；

B、混料：

首先依据工艺要求，向球磨设备加入步骤A的纳米碳化钨、中颗粒碳化钨和质量百分比为16.5％钴粉，然后加入占原料质量百分比为25％、温度为5-8℃的去离子水及质量百分比为2.0％的聚乙烯醇进行混料，球磨时间为22-28小时；在配料时还必须加入质量百分比为0.3％的有机抗氧化剂，加入质量百分比为0.5％的晶粒生长抑制剂碳化钛；

C、造粒：

采用开放式离心喷雾干燥塔进行干燥造粒，得到球形混合料，离心雾化盘转速为8000-12000转/分钟；

D、烧结：

将混合料装入石墨舟皿中，置于钼丝炉中，在氢气保护气氛中进行连续烧结，推舟速度为9-12分钟/舟，烧结温度为950-1250℃；

E、破碎分级：

烧结后的过程产品采用机械方式破碎，并根据粒度分布区间采用过筛或气流分级的方式得到最终产品热喷涂粉末，其中粒度规格为15-45微米，松装密度为4.0-5.8g/cm³。

WC基热喷涂粉末主要用于超音速高速火焰喷涂或者其他热喷涂涂层制备工艺，因此热喷涂粉末的粒度分布在5-75微米之间。根据不同的热喷涂工艺，实际使用的热喷涂粉末的粒度分布可在不同的区间，如5-30微米、10-38微米、15-45微米、20-53微米、45-75微米等。

本发明由两种不同粒度的碳化钨、钴以及微量碳化钛金属组成，碳化钨的质量百分比为83％，金属钴的质量百分比为16.5％，碳化钛(晶粒抑制剂)的质量百分比为0.5％。碳化钨由粒度为0.05-0.2微米的纳米碳化钨和2.0-8.0微米的中颗粒碳化钨按比例混合组成；其中纳米碳化钨的质量百分比为25-58％，中颗粒碳化钨的质量百分比为25-58％；原料配比见表1。

表1

经反复试验得知碳化钨的粒度及组成对涂层的硬度、耐磨性及韧性影响较大，因此，可通过调整不同粒度碳化钨的含量，有效平衡硬度、耐磨性、韧性等指标。