[发明专利]兼具高致密性和低脱碳的准纳米结构WC-Co涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于WC-Co涂层的制备技术领域，具体是一种兼具高致密性和低脱碳的准纳米结构WC-Co涂层的制备方法。

背景技术

与目前国内外工业领域广泛应用的微米级（>1μm）粗粉WC-Co类热喷涂涂层相比，由于纳米粉末具有特殊的小尺寸效应、表面效应等，使得粉末颗粒熔点降低，粉末的平铺性得到有效改善，制备的准纳米结构（<200nm）硬质合金涂层理论上应具有更高的致密性、硬度和耐磨性。然而，目前纳米结构WC-Co类涂层并未在工业领域中获得广泛应用，主要有以下几方面原因：一是制备涂层所需的纳米尺度WC-Co粉末原料价格昂贵，导致其应用成本高；二是纳米粉末具有极大的比表面积，现有造粒工艺获得的团聚颗粒中存在较多的孔隙，而这些孔隙在喷涂时很难去除，导致涂层孔隙率高；三是纳米粉末由于具有高的反应活性在热喷涂时极易发生分解脱碳，使制备的超细结构涂层中硬脆的脱碳相（如W₂C或W等）含量较高，导致涂层使用性能显著降低。

现有方法主要是从热喷涂工艺或后续处理方法着手，通过设定极端的工艺参数来降低纳米结构涂层的孔隙率和脱碳程度，如调整燃气和氧气流量配比使喷涂粒子获得极高的速度和较低的温度来降低超细粉末的脱碳；通过显著缩短喷涂距离来降低涂层孔隙；采用激光重熔技术使涂层重新熔化并凝固，使原堆叠的层状、多孔组织变得致密等。这些方法在一定程度上可以提高纳米结构涂层的性能，但同时直接造成了燃料消耗的极大增加，并导致粉末沉积效率显著降低、工艺路线明显延长等新的难以克服的问题。

为了解决现有方法的问题，本发明基于申请人已有的专利技术（“一种简单快速的超细WC-Co复合粉的制备方法”，授权专利号ZL200610165554.2）制备的平均粒径在80~400nm范围内的超细及纳米WC-Co复合粉，提供一种操作工艺简单、成本低且兼具高致密性和低脱碳的准纳米结构WC-Co涂层的制备方法。

发明内容

本发明针对超细及纳米结构的WC-Co涂层制备过程中存在的高孔隙率和高脱碳的问题，基于申请人已授权的超细WC-Co复合粉制备专利技术和团聚造粒专利技术，从所得喷涂粉末的技术着手，采用本发明的的喷涂工艺即可制备出兼具高致密性和低脱碳的准纳米结构WC-Co涂层，该方法工艺简单、成本低、可控性强。

兼具高致密性和低脱碳的准纳米结构WC-Co涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据申请人已授权专利技术（“一种简单快速的超细WC-Co复合粉的制备方法”，授权专利号ZL200610165554.2）制备平均粒径在80~400nm范围内的超细及纳米WC-Co复合粉，即：以WO_2.9、Co₃O₄和炭黑为原料，按照最终WC-Co复合粉中Co含量的要求，根据计算出的上述三种原料所占的比例利用球磨机将原料进行混合、球磨，以无水乙醇为球磨介质，球磨机转速为400~500r/min，球磨时间为30~40小时，球磨后的混合粉末在温度为80~100℃的真空干燥箱中干燥20~25小时后得到用于还原和碳化的起始粉末，将此起始粉末进行冷压，送入真空气体压强小于0.004Pa的真空炉中，然后采用如下工艺参数对粉末进行还原和碳化：反应温度为1050~1150℃，升温速率为15~30℃/min，保温时间为3~4小时；

（2）将步骤（1）制备的WC-Co复合粉末与碳化铬（Cr₃C₂）和碳化钒（VC）粉末按一定比例混合进行球磨得到混合粉末，其中Cr₃C₂占混合粉末总质量的0.60%~1.20％，VC与Cr₃C₂质量比控制在0.65~0.75之间，以无水乙醇为球磨介质，球磨时间为10~15小时，球磨后在温度为80~100℃的真空干燥箱中干燥10~15小时;