[发明专利]高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是高强度WC-ZrO₂-Si纳米涂层材料及其制备方法。

背景技术

热喷涂操作的程序较少，施工时间较短，效率高，比较经济。随着热喷涂应用要求的提高和领域的扩大，特别是喷涂技术本身的进步，如喷涂设备的日益高能和精良，性能逐渐提高，热喷涂技术近十年来获得了飞速的发展，不但应用领域大为扩展，而且该技术已由早期的制备一般的防护涂层发展到制备各种功能涂层；由单个工件的维修发展到大批的产品制造；由单一的涂层制备发展到包括产品失效分析，表面预处理，涂层材料和设备的研制，选择，涂层系统设计和涂层后加工在内的喷涂系统工程；成为材料表面科学领域中一个十分活跃的学科。并且在现代工业中逐渐形成像铸，锻，焊和热处理那样的独立的材料加工技术，成为工业部门节约贵重材料，节约能源，提高产品质量，延长产品使用寿命，降低成本，提高工效的重要的工艺手段，在国民经济的各个领域内得到越来越广泛的应用。

在热喷涂领域，我们把特殊的工作表面叫“涂层”，把制造涂层的工作方法叫“热喷涂”，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。

然而，随着技术的进步和人们研究水平的提高，以及人们对纳米技术认识的深入，传统喷涂材料已经不能满足人们的使用要求，在各种恶劣条件下使用的特种工件和用于制造特种工件的喷涂材料越来越受到人们的青睐。

发明内容

为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供高强度WC-ZrO₂-Si纳米涂层材料及其制备方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

高强度WC-ZrO₂-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量百分数为WC占75.04％、ZrO₂占11％、Si占13％、微量元素占0.96％。

WC为黑色六方晶系结晶，呈灰色，为带有金属光泽的粉末，显微硬度为17800MPa。WC质硬、弹性率也大，可有效提高纳米涂层硬度。

ZrO₂硬度次于金刚石，能有效提高涂层的硬度和耐磨性。

Si熔点高，能提高纳米涂层的耐高温性。

所述微量元素包括Cr、Mn、B。Cr可以提高工件的耐腐性。

高强度WC-ZrO₂-Si纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用气雾化法制得WC-ZrO₂-Si的纳米球；

(2)采用活性剂保护法混合Cr、Mn、B制得纳米粉末。

本发明的有益效果是：本发明优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，与传统合金材料相比有着很大的进步，在相同的条件下，WC-ZrO₂-Si纳米涂层的抗磨损量是普通涂层的11倍左右，这表明等离子制备的WC-ZrO₂-Si纳米涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明在扫描电子显微镜下的组织结构及晶体形貌。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

实施例一： 

高强度WC-ZrO₂-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量百分数为WC占75.04％、ZrO₂占11％、Si占13％、微量元素占0.96％。

所述微量元素包括Cr、Mn和B。

高强度WC-ZrO₂-Si纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先采用气雾化法制得WC-ZrO₂-Si的纳米球；

(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合Cr、Mn、B制得纳 米粉末。

参见图1，采用等离子喷涂技术在以20Cr钢为基体的棍类工件上制得WC-ZrO₂-Si涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能对比实验结果见表1：

表1 WC-ZrO₂-Si纳米涂层与20Cr钢基体的性能对比实验结果：