[发明专利]一种稀土掺杂碳化钨复合粉体及其制备方法以及耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及耐磨涂层技术领域，提供了一种稀土掺杂碳化钨复合粉体及其制备方法以及耐磨涂层及其制备方法。本发明将水溶性稀土盐、水溶性钨盐、水溶性有机碳源和水混合，通过喷雾干燥和两步煅烧将所得混合料液直接制备成稀土掺杂碳化钨复合粉体，无需先制备碳化钨粉体后再和稀土氧化物球磨，且稀土氧化物呈分子级弥散分布在碳化钨的晶界，使复合粉体成分达到近乎理想的均匀状态，能够有效抑制涂层中的裂纹，改善涂层的组织和性能。本发明采用等离子熔覆法制备稀土掺杂碳化钨耐磨涂层，所得涂层平整均匀，厚度大，可达到毫米级，且涂层厚度可控，与基体呈冶金结合，与传统稀土掺杂碳化钨复合粉体制备的涂层相比具有更高的硬度、更好的耐磨性能。

技术领域

本发明涉及耐磨涂层技术领域，尤其涉及一种稀土掺杂碳化钨复合粉体及其制备方法以及耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

碳化钨(WC)具有较高的显微硬度、较好的耐磨性及氧化物含量低等特点，广泛应用于能源、石油、化工、冶金、机械等工业领域中，作为一种重要的表面改性材料对装备关键摩擦运动副零部件表面进行耐磨防护。目前市场上常见的碳化钨粉体多属微米级材料，虽有良好的流动性，但相对大的颗粒尺寸导致碳化钨涂层存在与基体的结合力较低、涂层内应力高、组织均匀性差等缺陷，在很大程度上限制了涂层的适用范围。

研究表明：在碳化钨合金粉末中加入适量稀土可有效改善涂层的组织和性能，减少表面强化改性时碳化钨分解的问题，有效抑制涂层中的裂纹，提升涂层的显微硬度和韧性。传统稀土掺杂碳化钨复合粉体的生产工艺过程为：将碳化钨粉末及稀土粉末进行固-固球磨混合，获得稀土掺杂碳化钨复合粉体。由于稀土比重与碳化钨粉末相差较大，这种方法很难保证混合均匀，从而难以保证制备的涂层具有更优的硬度和耐磨性能。

另外，球磨法制备的稀土掺杂碳化钨复合粉体球形度差，因而粉体流动性较差，在制备涂层时只能使用电镀法或喷涂法进行制备，且制备的涂层厚度较薄(300微米以下)，与基体结合力不强，难以适应重载冲击磨粒磨损等场合，在疲劳载荷、冲击载荷、冷热循环、磨粒磨损等工作场合易发生疲劳剥落。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种稀土掺杂碳化钨复合粉体及其制备方法以及耐磨涂层及其制备方法。本发明提供的稀土掺杂碳化钨复合粉体成分均匀，流动性好，适用于采用等离子熔覆法制备耐磨涂层，所得涂层的厚度大、与基体的结合力强、硬度高、耐磨性好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种稀土掺杂碳化钨复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将水溶性稀土盐、水溶性钨盐、水溶性有机碳源和水混合，得到混合料液；

(2)将所述混合料液进行喷雾干燥，得到稀土掺杂钨碳复合物；

(3)将所述稀土掺杂钨碳复合物依次进行第一煅烧和第二煅烧，得到稀土掺杂碳化钨复合粉体；所述第一煅烧在惰性气氛中进行，煅烧温度为450～650℃，所述第二煅烧在还原气氛中进行，煅烧温度为1000～1350℃。

优选的，所述水溶性稀土盐包括稀土硝酸盐、稀土氯化盐和稀土硫酸盐中的一种或几种，所述水溶性稀土盐中的稀土元素为镧或铈；所述水溶性钨盐包括偏钨酸铵、钨酸铵和仲钨酸铵中的一种或几种；所述水溶性有机碳源包括葡萄糖、蔗糖和果糖中的一种或几种。

优选的，所述水溶性稀土盐中稀土元素和水溶性钨盐中钨元素的摩尔比为(0.01～0.1):1；所述水溶性钨盐中钨元素和水溶性有机碳源中碳元素的质量比为(5～6):1。

优选的，所述喷雾干燥的条件包括：进风温度为150～260℃，给料量为80～200mL/min，喷雾压力为0.5～2Mpa。

优选的，所述第一煅烧的料层厚度为10～30mm，煅烧时间为20～60min；所述第二煅烧的料层厚度为10～30mm，煅烧时间为40～120min；所述还原气氛为氢气。