[发明专利]一种稀土改性WC-Ni基涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土改性WC‑Ni基涂层及其制备方法，该制备方法包含以下步骤：步骤1，将1～3wt.％Y₂O₃、45wt.％碳化钨粉末、52～54wt.％镍基合金粉末混合均匀作为预置粉末；步骤2，向预处理后的基体钢的熔覆面预置粉末；步骤3，采用CO₂激光器进行表面激光熔覆，其工作参数设置如下：激光功率1.8～2.2KW，光斑直径5mm，扫描速率6～10mm/s，搭接率33％，熔覆层厚度1.1mm，保护气体为氩气。本发明在加入不同含量的Y₂O₃对WC‑Ni基涂层进行改性之后，涂层的性能得到明显改善，硬度、耐磨性都有显著提高，且制备方法简便，适于工业化。

技术领域

本发明属于表面工程领域，涉及一种稀土改性WC-Ni基涂层的制备方法，具体是采用氧化钇、碳化钨和镍基合金粉为原料，通过激光熔覆的方法制备一种Y₂O₃改性WC-Ni基涂层。

背景技术

激光熔覆技术是在高能激光束的加热作用下将熔覆材料与基体表面熔化形成熔池，并快速凝固，制备出一层与基体呈冶金结合的涂层的表面技术，这种涂层具有较高的硬度、耐磨性、耐蚀性，同时还能保持基体良好的塑韧性。

在激光熔覆技术常用材料中，Ni基合金由于其优异的耐蚀、耐磨、抗高温性能，在材料的表面改性中得到广泛应用。同时，在粉体中加入陶瓷材料作为硬质相，制备金属基复合材料，可大幅度提高涂层的硬度及耐磨性。WC陶瓷颗粒具有高硬度、高熔点及良好的化学稳定性，是常用的添加物。

研究表明，与基体相比，WC增强Ni基涂层的硬度有着明显提升，平均硬度可达基体硬度的7倍以上，但是，WC颗粒密度大于镍基合金粉末的密度，造成WC颗粒沉降在涂层底部，分布不均匀，由于碳化钨的热膨胀系数为3.84×10^-6/℃，明显低于镍基合金粉末热膨胀系数，导致在熔覆过程中，热应力超出碳化钨的屈服强度，易在碳化钨颗粒较弱的位置(即碳化钨颗粒沉积较多的涂层底部。涂层在此区域热应力最大，相应的此处碳化钨颗粒开裂倾向较大)产生裂纹，稀土Y₂O₃的加入可优化组织显微结构，细化晶粒，抑制涂层裂纹产生，提高涂层的硬度及耐磨性。

经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN101818343A的中国专利公开了一种采用球形铸造碳化钨颗粒、铁基或镍基自熔性粉末进行激光熔覆制备涂层的方法，该方法不足在于：WC颗粒密度较自熔性粉末密度大，熔覆过程中易造成成分分布不均匀，WC颗粒沉积于涂层底部，不能充分发挥其优异性能。经文献检索还发现，公开号为CN103205749B的中国专利公开了一种镍基球状碳化钨耐磨耐蚀涂层及其制备方法，该方法不足在于：利用激光或者等离子转移弧作为热源，由于碳化钨的热膨胀系数较小，在热应力的作用下，碳化钨颗粒易产生微裂纹，影响涂层的质量与完整性。

通过检索现有专利和文献，未发现在WC-Ni基粉末中加入不同含量稀土Y₂O₃，利用激光熔覆的方法制备涂层的报导。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种硬度高、耐磨性好的涂层制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种改性WC-Ni基涂层的制备方法，该方法包含以下步骤：

步骤1，将1～3wt.％Y₂O₃、45wt.％碳化钨粉末、52～54wt.％镍基合金粉末混合均匀作为预置粉末；

步骤2，向预处理后的基体钢的熔覆面预置所述预置粉末；

步骤3，采用CO₂激光器进行表面激光熔覆，其工作参数设置如下：激光功率1.8～2.2KW，光斑直径5mm，扫描速率6～10mm/s，搭接率33％，熔覆层厚度1.1mm，保护气体为氩气。