[发明专利]掺杂稀土元素的WC-Co粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于喷涂粉末制备技术领域，具体涉及一种掺杂稀土元素的WC-Co粉末的制备方法。

背景技术

水轮机是一种把水流机械能转变为旋转机械能的动力机械，它一般是以水流为动力带动发电机工作，从而把能量远距离输运出去，是水电站的重要设备。水轮机的失效形式一般为主要过流部件的汽蚀造成的掉边、掉块、穿孔、开裂等，从而导致效率降低甚至停机。为减轻过流部件的砂浆冲蚀，除设计沉砂池、改进水力机械设计和控制运行工况等措施外，提高过流部件本身的耐磨性能，研制抗磨材料及表面防护技术也是一条重要途径。随着表面工程技术的发展，采用热喷涂技术制备的涂层具有硬度高、断裂强度好等优点，而且涂层和基体的选择范围广、涂层硬度变化范围大、沉积效率高以及容易形成复合涂层等优点。因此多用热喷涂技术使水轮机关键部件的抗冲蚀磨损性能的提高。

虽然WC作为弥散相制备的WC-Co涂层具有优良的抗冲蚀和汽蚀性能，但是由于WC的热稳定性比较差，导致制备的涂层性能下降。诸多研究表明，在制备WC-Co涂层的过程中，WC粒子容易脱碳形成W₂C和W等有害相，WC的脱碳不仅会降低涂层的沉积效率，而且，这些脱碳相的存在降低了涂层的韧性，过多脱碳相的存在消弱WC粒子对耐磨性的贡献，是喷涂WC系涂层中普遍存在的一个严重问题。因此，喷涂WC-Co系涂层中有效抑制WC的分解成为了关键问题。

制备过程中WC粒子发生长大是又一个降低涂层性能的因素，在制备涂层的过程中，超音速火焰喷涂的温度可达3000℃，喷涂粉末的晶粒在喷涂受热后会发生长大，因此如何能够尽量减小喷涂粉末在喷涂过程中的受热长大就显得十分必要。

大量研究发现，稀土可以提高材料的机械性能，在工程应用领域具有巨大的潜力。稀土元素能够有效抑制WC的高温脱碳分解反应和WC晶粒的受热长大，改善粉末的物理性能及喷涂涂层的力学性能，显著降低摩擦系数，促进粉末的致密化并降低涂层孔隙率。目前工业生产中采用在球磨混料过程中直接加入稀土元素，这样稀土会很容易氧化，同时由于添加量很少，就使得稀土在混料中的均匀弥散性难以保证，使工艺的可重复性及稳定性难以保证。为解决稀土元素在混料中易出现分散不均匀和氧化等问题。

发明内容

为了解决现有的喷涂粉末中掺杂稀土元素过程中容易出现分散不均匀和氧化的问题，本发明提供一种掺杂稀土元素的WC-Co粉末的制备方法。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种掺杂稀土元素的WC-Co粉末的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照下述重量份称取原料：WC粉末，82～88份；Co盐，10～17份；稀土金属氧化物，0.5～2.0份；

步骤二：将WC粉末和Co盐粉末分别放入球磨罐中球磨，球磨体为WC-Co硬质合金球，球料质量比为（10～25）：1，以酒精为球磨介质，研磨后的浆料采用雾化干燥或真空干燥，干燥后的WC粉末粒径为1～3μm，Co盐粉末的粒径为1μm以下；

步骤三：将步骤二干燥后的WC粉末依次在甲醇、稀NaOH溶液和HCl溶液中各清洗10～20min，清洗过程中施加超声波，以有效清除表面污染；用去离子水清洗后，加入到粗化液中对粉末进行粗化15～30min；将粗化后的粉末用去离子水洗净，先在敏化液中敏化20～45min，后在活化液中活化20～45min；

步骤四：将步骤三处理后的WC粉末加入到镀液中，搅拌3～5min，于50～85℃搅拌速度150～450rpm下施镀，反应过程中有气泡产生，待无气泡产生反应完毕，静置5min，过滤并用去离子水清洗，收集粉末在恒温干燥箱内50～85℃干燥4h，即得掺杂稀土元素的WC-Co粉末；

所述镀液的成分如下：Co盐60～80g/L，稀土金属氧化物为6～12g/L，N₂H₄·H₂O体积百分比为5～15%，NaOH20～60g/L，EDTA作为络合剂15～35g/L，镀液的pH值为8～11。WC粉末置于镀液中，N₂H₄·H₂O作为还原剂将Co盐还原成Co单质，使Co单质包覆在WC粉末上，同时镀层中含有稀土金属氧化物。

在上述的制备方法，所述的Co盐为CoCl₂、CoSO₄、CoCO₃、Co(NO₃)₂中一种。