[发明专利]一种电磁复合场辅助制备分布可控的WC增强金属基复合涂层的方法及装置

说明书

本发明公开了一种电磁复合场辅助制备分布可控的WC增强金属基复合涂层的方法及装置，是以金属基自熔性合金粉末作为涂层基材、以WC颗粒粉末作为涂层增强相，通过电磁复合场辅助等离子熔覆在待处理工件表面形成WC增强金属基复合涂层。本发明在等离子熔覆的过程中，对工件同时施加磁场和电场，使熔池中的带电颗粒和带电流体在磁场和电场的共同作用下，受到向上的洛伦兹力，避免WC颗粒沉底，从而使WC颗粒均匀分布在复合涂层中。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，具体涉及一种电磁复合场辅助等离子熔覆制备分布可控的WC增强金属基复合涂层的方法及装置。

背景技术

金属的失效，包括磨损、腐蚀疲劳与断裂等，往往都是由金属表面开始的。WC颗粒增强的金属基(铁基、镍基或钴基)复合涂层能够显著提高工件表面的硬度，改善工件的耐磨和耐腐蚀性能。它兼有WC的高硬度和金属的高韧性，且WC颗粒和合金相互浸润性好，结合强度高。WC增强的镍基复合涂层还具有红硬性，高温条件下其硬度下降很少，仍有良好的耐磨性。但是，由于WC密度远比金属基体密度高，等离子熔覆或者激光熔覆的常规方法制备出的WC颗粒增强金属基复合涂层存在WC颗粒沉底问题。WC的分布不均匀不仅不能发挥出WC颗粒弥散强化的效果，还导致复合涂层易开裂。

关于WC分布调控的研究主要从以下两个方面着手：一方面是通过调节工艺参数来调控WC颗粒在涂层中的分布。如杨二娟、李勇等研究了WC含量对NiCrBSi-WC复合涂层的影响(杨二娟,李勇.WC含量对激光熔覆NiCrBSi-WC复合涂层显微结构及力学性能的影响[J].表面技术,2019,48(9).)，发现：当WC在混合粉末中的体积分数低于60％时，WC颗粒出现沉底；体积分数介于60％～80％之间时，WC颗粒分布均匀；体积分数高于80％时，涂层出现大量气孔等缺陷。金绍彤、杜晓东等研究了送粉方式对WC颗粒增强铁基熔覆层的影响，发现WC通过后送粉方式进入熔池后，在涂层中分布更均匀(金绍彤,杜晓东.送粉方式对WC颗粒增强铁基熔覆层的影响[J].表面技术,2016,45(10).)。A.Ortiz等人研究了激光熔覆NiCrBSi/WC复合涂层中不同含量的WC的分布，建立了WC的分布模型(A.Ortiz，A.García，etal.WC particles distribution model in the cross-section of laser claddedNiCrBSi+WC coatings,for different wt％WC[J].SurfaceCoatings Technology,2017,324:298–306.)。另一方面是通过附加能场来调节WC在复合涂层中的分布。如李美艳等研究了超声振动对激光熔覆Ni/WC/La₂O₃复合涂层组织和性能的影响，发现合适功率的超声振动能使WC在复合涂层中分布更均匀(Meiyan Li，Qi Zhang，Bin Han，et al.Microstructureand property of Ni/WC/La₂O₃coatings by ultrasonic vibration-assisted lasercladding treatment[J].Optics and Lasers in Engineering,2020,125.)。许华等通过电磁搅拌辅助激光熔覆硬质合金，使WC在YG8硬质合金中均匀分布等(许华，郑光启.电磁搅拌辅助激光熔覆硬质合金的研究[J].激光技术,2005,29(5).)。