[发明专利]低摩擦的超音速火焰喷涂耐磨涂层材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了低摩擦的超音速火焰喷涂耐磨涂层材料、制备方法及应用，该涂层包括以下质量分数的原料：Co粉5‑20wt％、Mosubgt;2/subgt;C粉末0.5‑8wt％、VC粉末0.3‑1.0wt％、Crsubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;粉末0.1‑5wt％和固体润滑相1‑5wt％，余量为WC粉末；固体润滑相为Ni包覆石墨颗粒和/或Ni包覆MoSsubgt;2/subgt;颗粒。本发明在WC‑Co基涂层中引入石墨和MoSsubgt;2/subgt;颗粒等固体润滑相，通过石墨和MoSsubgt;2/subgt;颗粒表面化学镀Ni处理，在不降低涂层硬度、结合力和致密性等的情况下，显著降低涂层摩擦系数，从而提高涂层耐磨性。

技术领域

本发明属于超音速火焰喷涂材料技术领域，具体涉及到低摩擦的超音速火焰喷涂耐磨涂层材料及其制备方法。

背景技术

超音速火焰喷涂是在普通火焰喷涂的基础上发展起来的一种新型热喷涂技术。它是将喷涂粉末送入经氧气(空气)和煤油、丙烷、乙炔等燃料按比例混合燃烧的高温高速火焰中，加热至熔融或半熔融状态并通过压缩-膨胀喷嘴高速喷射到基体表面，从而获得高结合强度、高硬度、耐磨耐腐蚀、致密的高质量的涂层。超音速火焰喷涂具有粒子飞行速度快、沉积速度快、结合强度大、致密度高等优点，并且其高冷却速度能有效限制元素偏析，抑制金属间化合物的形核和长大，有利于固溶体的形成。因此，超音速火焰喷涂非常适合于制备合金或合金碳化物系列金属陶瓷耐磨涂层涂层，在近年来得到快速发展并得到了广泛的应用。

现有技术一公开了一种高致密性准纳米结构WC-Co涂层及制备方法，内容涉及纳米WC-Co复合粉末与Cr₃C₂和VC粉末混合进行球磨、混合、造粒、热处理、过筛、超音速火焰喷涂等工艺。现有技术二公开了一种具有多尺度WC晶粒的WC-Co金属陶瓷涂层及制备方法，通过WC晶粒的部分纳米化获得一种具有高硬度、高韧性的超音速火焰喷涂耐磨WC-Co涂层。现有技术三公开一种具有纳米陶瓷涂层的耐磨螺杆，涉及一种超音速火焰喷涂的具有纳米结构WC-Co陶瓷涂层，所制备的涂层具有高硬度、高结合强度和高致密性。现有技术四公开一种低空隙率的WC-Co涂层的制备方法，通过加入Al元素抑制WC在超音速喷涂喷涂过程中的脱碳行为，从而降低涂层的孔隙率，增加硬度和断裂韧性，增加涂层的耐磨性。可以看出目前的相关超音速火焰喷涂材料专利主要是通过WC晶粒的部分纳米化和成分或工艺的优化等，来改善超音速火焰喷涂WC-Co涂层的硬度、韧性和致密性等，从而提高涂层材料的耐磨性，但是并未涉及涂层在摩擦磨损条件下，摩擦界面润滑条件的改善问题。

同时，目前超音速火焰喷涂的WC-Co基硬质涂层主要制备工艺是将WC、Co等成分粉末按比例混合，将混合粉料制成悬浮浆料后经雾化制粉、烧结，然后进行超音速火焰喷涂。传统WC-Co基硬质涂层追求的是高硬度与高致密性，通过增加涂层硬度来提高其耐磨性，因而在基体成分设计过程中未添加改善摩擦条件的润滑相。虽然通过涂层成分和工艺优化使得涂层具有较高硬度，但是由于涂层中大量硬质陶瓷相的存在，使涂层摩擦系数较高。因此，在涂层干摩擦过程中对摩擦副表面造成严重擦伤和拉伤，特别是在重载摩擦和高温氧化环境下，由于摩擦界面的润滑条件不足，对摩擦副的伤害显著加剧。

发明内容

本发明的目的是提供一种低摩擦的超音速火焰喷涂耐磨涂层材料及其制备方法，在传统超音速火焰喷涂的WC-Co基硬质涂层中，引入通过化学镀Ni包覆的石墨和MoS₂颗粒，作为固体摩擦润滑相，在保证超音速火焰涂层高硬度、高致密性、高结合力的条件下，明显改善喷涂WC-Co涂层摩擦副的润滑条件，以达到显著减低涂层的摩察系数，从而提高涂层耐磨性目的。

为达上述目的，本发明提供了一种低摩擦的超音速火焰喷涂耐磨涂层材料，包括以下质量分数的原料：Co粉5-20wt％、Mo₂C粉末0.5-8wt％、VC粉末0.3-1.0wt％、Cr₃C₂粉末0.1-5wt％和固体润滑相1-5wt％，余量为WC粉末；固体润滑相为Ni包覆石墨颗粒和/或Ni包覆MoS₂颗粒。