[发明专利]一种稀土掺杂纳米复合陶瓷涂层及其制备工艺

说明书

一种稀土掺杂纳米复合陶瓷涂层，包括喷涂涂层，所述喷涂涂层的喷涂材料为掺杂有稀土氧化物成分的纳米碳化钨粉末，所述的纳米碳化钨粉末为纳米WC‑10Co4Cr粉末，其粒径为15‑53μm；所述掺杂稀土氧化物为Sc₂O₃、La₂O₃或Ce₂O₃，含量为：0.5wt%‑3wt%。本发明的耐磨涂层显微硬度为1350‑1450HV_0.2，其表面抗磨能力达到ZG06Cr13Ni4Mo的140倍以上，自腐蚀电位及自腐蚀电流密度都小于普通碳化钨涂层，具有更大的显微硬度、结合强度和更小的孔隙率。表面喷涂上述涂层的水轮机的抗冲蚀、抗腐蚀性能有了大幅度提高，使表面材料的使用寿命提高12.5‑25倍。

技术领域

本发明涉及一种稀土掺杂纳米复合陶瓷涂层及其制备工艺。

背景技术

现有技术中，水力机械不同程度地遭受各种沙石冲蚀和汽蚀破坏，运行一段时间后，水力机械便需要停机大修，不得不更换水力机械部件，尤其水力机械的关键过流部件等。在含沙量大的水流中，由于泥沙的高速冲刷和撞击，对其产生严重的冲蚀，使得材料受破坏而耗损，同时由于水环境中含有较多的腐蚀介质，如氯离子等，对水力机械部件表面材料等产生过了较大的腐蚀。在泥沙的冲蚀和腐蚀介质的不断腐蚀作用下，引起水力机械部件功能的失效，进而使得水力机械的使用效率大大降低，导致机械频繁大修，因此造成大量资源和能源的浪费和经济损失。

如上所述，为了防止沙粒冲蚀以及汽蚀造成的损害，研究人员通过抗磨母材的选用、结构优化设计、有机涂料的涂覆等方式，在一定程度上提高水力机械表面抗冲蚀性能。这些方法虽有一定作用，但效果不明显，仍存在比较严重的冲蚀现象，难以实现突破性的进展。

现有技术中超音速火焰喷涂可制备具有一定防护作用的普通涂层，对抗冲蚀具有一定作用，但是通常的涂层的孔隙率、耐腐蚀性差、韧性较低、结合强度低等致命缺陷，导致涂层在外力冲击下容易脱落，限制了涂层在水力机械表面防护上的应用。

发明内容

本发明提供了一种具有高硬度、低孔隙率、高结合强度、抗冲蚀、抗冲蚀性能的稀土掺杂纳米复合陶瓷涂层及其制备工艺。

本发明采用的技术方案是：

一种稀土掺杂纳米复合陶瓷涂层，包括喷涂涂层，其特征在于：所述喷涂涂层的喷涂材料为掺杂有稀土氧化物成分的纳米碳化钨粉末，所述的纳米碳化钨粉末为纳米WC-10Co4Cr粉末，其粒径为15-53μm；所述掺杂稀土氧化物为Sc₂O₃、La₂O₃或Ce₂O₃，含量为：0.5wt%-3wt%。

进一步，所述喷涂涂层为采用闭环超音速火焰喷涂设备喷涂的稀土掺杂纳米复合陶瓷涂层。

进一步，所述喷涂涂层为厚度200-300μm的稀土掺杂纳米复合碳化钨涂层。

上述涂层的制备工艺，其制备步骤如下：

步骤（1）：选用纳米碳化钨粉末材料中掺杂稀土氧化物，碳化钨为WC-10Co-4Cr，其粒径为15-53μm，稀土氧化物Sc₂O₃、La₂O₃或Ce₂O₃，含量在0.5wt%-3wt%，利用混粉机进行粉末混合，混合时间不小于3天；

步骤（2）将稀土掺杂纳米碳化钨粉末平铺，放于保温箱内烘干，烘干温度为100-120℃，烘干时间为1-3小时；

步骤（3）：将喷涂基体用丙酮或乙醇清洗干净，并烘干除油，然后对表面进行喷砂处理，喷砂处理采用棕刚玉或白刚玉，粒径为20-40μm，喷砂压力为0.3-0.5MPa；