[发明专利]一种大厚度碳化钨涂层及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种大厚度碳化钨涂层，其特征在于，所述大厚度碳化钨涂层设置在基体表面，且所述大厚度碳化钨涂层中沿背离所述基体表面的方向的碳化钨含量沿涂层厚度方向呈梯度增加。

2.根据权利要求1所述的大厚度碳化钨涂层，其特征在于，所述大厚度碳化钨涂层为多层结构，且所述大厚度碳化钨涂层的厚度3mm；

优选地，所述基体表面与所述涂层之间还设置有镍基合金粉末打底层。

3.一种根据权利要求1-2任一项所述的大厚度碳化钨涂层的制备方法，其特征在于，通过激光熔覆，利用渐变梯度逐层叠加沉积，制得所述大厚度碳化钨涂层。

4.根据权利要求3所述的大厚度碳化钨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照需求的涂层厚度D及工作层最高碳化钨质量百分比w₀设计涂层结构；

选用韧性好强度高且与基体冶金相容性良好的镍基合金粉末作为打底层；选用碳化钨粉末及镍基粘结粉末配制耐磨工作层复合粉末，并按设计涂层结构配制不同重量百分数的碳化钨粉末工作层；

将配制好的粉末进行烘烤，将基体表面用无水乙醇、丙酮擦拭除油后，喷砂粗化，粗糙度控制在Ra 2-4μm；

选择对应粉末材料，调整送粉参数及激光熔覆工艺参数，控制熔覆层厚度，依次进行涂层第一层、第二层、……、第N-1层、第N层熔覆，并且每熔覆一层后激光熔覆头沿堆积层厚度方向抬高前一层熔覆厚度；

待涂层冷却后，对所述涂层进行厚度、裂纹检测。

5.根据权利要求4所述的大厚度碳化钨涂层的制备方法，其特征在于，所述涂层结构的设计准则为：从基体往上，涂层第一层为打底层，涂层第二层为碳化钨质量百分比为[w₀/(N-1)]％工作层，涂层第三层为碳化钨质量百分比为[2w₀/(N-1)]％工作层，……，涂层第N-1层为碳化钨质量百分比为[(N-2)w₀]/(N-1)]％工作层，涂层第N层为碳化钨质量百分比为[w₀]％工作层，其中，涂层层数N为不大于涂层厚度D的最大整数，每层涂层厚度为D/N。

6.根据权利要求4所述的大厚度碳化钨涂层的制备方法，其特征在于，所述粉末的烘烤温度为80-140℃，烘烤时间为1-2小时。

7.根据权利要求4所述的大厚度碳化钨涂层的制备方法，其特征在于，所述打底层中镍基合金粉末为Inconel 625或Ni50自熔性合金粉末；

优选地，所述工作层复合粉末中碳化钨粉末为球形铸造碳化钨粉末，更优选地，所述碳化钨粉末的粒径为50-150μm；

优选地，所述镍基粘结粉末的化学成分按重量百分含量为：C：0.06％、Cr：18％-30％、Fe：0.2％、Si：3％、B：2.9％，余量为Ni。

8.根据权利要求4所述的大厚度碳化钨涂层的制备方法，其特征在于，送粉参数包括：送粉量为3-10r/min、保护气流量6-10L/min、送粉气流量6-10L/min；激光熔覆参数包括：激光功率1600-2500W、扫描速度500-1200mm/min、搭接率40-60％、光斑直径3.5-5.5mm。

9.根据权利要求1-2任一项所述的大厚度碳化钨涂层或者权利要求3-8任一项所述制备方法制备的大厚度碳化钨涂层在航空航天、冶金、石化或机械领域的表面防护中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述大厚度碳化钨涂层用作基体表面的耐磨材料；

优选地，所述大厚度碳化钨涂层用于石油钻探工具表面的耐磨材料。