[发明专利]一种大厚度碳化钨涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种大厚度碳化钨涂层及其制备方法和应用，大厚度碳化钨涂层采用激光熔覆方法制备，通过预先根据需求对涂层结构进行分层设计，并根据设计涂层结构特点分别设置送粉参量、激光熔覆工艺参数，利用优化的碳化钨跟镍基粘结粉末进行渐变梯度逐层叠加沉积。该方法采用优化调控的粉末材料，并利用渐变梯度混合涂层材料叠层沉积降低高含量碳化钨材料与金属基体的线膨胀系数差距，从而有效抑制大面积裂纹的产生，实现大厚度(3mm)高碳化钨含量的碳化钨涂层高质量制备。能够显著提高耐磨套的抗磨损性能和使用寿命，解决传统耐磨套使用寿命短、使用不稳定的问题。

技术领域

本发明涉及涂层制备与改性技术领域，具体而言，涉及一种大厚度碳化钨涂层及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，石油的需求量也越来越大，但陆上油气资源日渐枯竭，因此石油勘探已经向着更深、更复杂的地层方向发展。为获得更高经济和社会效益，对钻井技术的要求也越来越高。尤其是钻具的要求越来越高。磨损是机械零件失效的主要形式之一。石油钻探耐磨套作为消耗易损件，运行过程中与岩石等直接接触会产生磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损等，零件的损坏导致更换与维修给正常的钻井作业和完井作业带来很大困难。

将硬面材料熔覆在工件表面，能显著提高工件的抗磨损、抗腐蚀和抗氧化性能，延长工件使用寿命。如为了提高表面的耐磨性能，常采用加入碳化钨耐磨相。激光熔敷碳化钨硬质相可以提高涂层的硬度，增强耐磨性，同时随着工程技术的进步，为了进一步提高工件的使用寿命，需要在更高厚度下(3mm)制备更耐磨耐蚀涂层。但随着厚度和硬度的提高，导致涂层容易出现大面积网状裂纹，甚至剥落；在服役过程中裂纹容易诱发涂层发生剥落。

尽管已经有文献中采用激光熔覆方法在金属表面获得碳化钨金属陶瓷耐磨层，但是熔覆涂层厚度都小于3mm，并且涂层中多出现大面积的裂纹，为了明显的提高耐磨套的抗磨损性能和使用寿命，亟待在待耐磨套的表面制备出一种厚尺度高陶瓷含量涂层。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大厚度碳化钨涂层及其制备方法和应用，以解决目前厚尺度高陶瓷含量涂层裂纹问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种大厚度碳化钨涂层，该大厚度碳化钨涂层设置在基体表面，且大厚度碳化钨涂层中沿背离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。

本发明还提供一种上述大厚度碳化钨涂层的制备方法，包括：通过激光熔覆，利用渐变梯度逐层叠加沉积，制得大厚度碳化钨涂层。

本发明还提供一种上述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。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种大厚度碳化钨涂层及其制备方法和应用。本发明中的大厚度碳化钨涂层设置在基体表面，且大厚度碳化钨涂层中沿背离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。上述涂层采用激光熔覆方法，利用渐变梯度逐层叠加沉积制得到。该方法利用含量逐渐变化的梯度混合涂层材料降低高耐磨陶瓷材料与金属基体的线膨胀系数差距，从而有效抑制大面积裂纹的产生，实现大厚度(3mm)高碳化钨含量的碳化钨涂层高质量制备。从而能够显著提高耐磨套的抗磨损性能和使用寿命，解决传统耐磨套使用寿命短、使用不稳定的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例的厚尺度碳化钨涂层的激光熔覆方法的步骤示意图；

图2是本发明实施例1的涂层结构设计的示意图；