[发明专利]一种WC-Co涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料表面处理工艺，具体的说，是涉及一种碳化钨-钴（WC-Co）涂层的制备方法。

背景技术

WC-Co涂层由于其超高的硬度和耐磨性，被广泛应用在工业上的各个领域，其中WC-12Co和WC-17Co是应用在超音速火焰喷涂（HVOF）中比较成熟的两种粉末。虽然这两种粉末喷涂出的涂层有着较高的硬度（800～900HV_0.1），但是依然存在着美中不足。纳米级的WC-Co粉末由于粉末晶粒细小，所以在喷涂过程中很容易脱碳氧化，碳与氧结合生成二氧化碳气体，同时产生脆性相W₂C，由于脱碳产生气体，导致涂层的孔隙率增大。较高的孔隙率会降低涂层的密度，进而降低涂层的硬度和耐磨性；脆性相的产生使得整个涂层断裂韧性降低，在冲击载荷下，更容易产生微裂纹。因此，纳米级的WC-Co与微米级的WC-Co涂层相比，显微硬度反而低了100-200HV_0.1，韧性和结合强度都有所下降，综合性能更差。

发明内容

本发明要解决的是目前纳米级的WC-Co孔隙率较高，性能较差的技术问题，提供一种新的WC-Co涂层的制备方法，能得到更低的孔隙率，增强涂层的断裂韧性，进一步增加涂层的耐磨性。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种WC-Co涂层的制备方法，该方法按照以下步骤进行：

（1）将96-99重量份的纳米级WC-Co粉末、1-3份重量份的纳米级Al粉、1-3份重量份的硬脂酸混合；

（2）将步骤（1）的混合粉末放入行星式球磨机的球磨罐中，并加入磨球，球料比（磨球质量和粉末质量之比）为（10-100）:1；

（3）将球磨罐密封好，抽空罐内空气，并充入保护气；

（4）将球磨罐固定到球磨机上，在公转方向与自转方向同向、自转转速为400-500r/min的条件下球磨粉末20-50h；

（5）球磨结束后，待球磨罐冷却到室温再开启，取出粉末并倒入研钵，磨碎至粉末能够通过孔径为30μm的筛子；

（6）将研碎的粉末倒入送粉器，使用HVOF喷枪喷涂到基体上，得到WC-Co涂层。

优选地，步骤（1）中所述纳米级WC-Co粉末和所述纳米级Al粉预先在120℃-130℃温度下烘干2-3个小时，去除粉末中的水分。

优选地，步骤（1）中所述纳米级WC-Co粉末的重量份为97，所述纳米级Al粉的重量份为3，所述硬脂酸的重量份为1。

优选地，步骤（2）中所述磨球的材质为WC，这样可以避免在球磨过程中由于磨球的磨损而引入杂质。

优选地，步骤（2）中所述球料比为10:1。

一般地，步骤（2）中所述填充系数（磨球和粉末的总体积和球磨罐的体积之比）为0.4-0.6。

优选地，步骤（6）中所述喷涂之前对所述粉末进行烘干处理，去除粉末中可能有的水分；并对所述基体进行喷砂处理，增加基体表面的粗糙度。

一般地，步骤（6）中所述喷涂使用的燃气为丙烷，送粉气为氮气，喷涂距离为230-265mm、氧气气压为0.45-0.65MPa，氧气流量13.3m³/h，燃气气压为0.45-0.65MPa，燃气流量为1.33m³/h，送粉气气压为0.6MPa，送粉气流量为13L/min，送粉器转速为2r/min。调节上述参数，保证粉末在空中是熔融或者半熔融状态，并且具有较高的速度。

本发明的有益效果是：

本发明在现有的WC-Co粉末中加入Al，并运用球磨的方法使Al和WC-Co进行机械合金化，以改善纳米级WC-Co涂层的性能。

试验证明，加入铝的WC-Co涂层的XRD图谱中没有W₂C峰，这表明扩散到WC-Co粉末中的Al元素能有效抑制WC在喷涂过程中的脱碳行为，从而可以使喷涂后的纳米级WC-Co涂层的孔隙率从4.3±1.1%降低到2.8±0.9%，硬度增加100-200HV_0.1，进一步增强涂层的断裂韧性，增加涂层的耐磨性，因此可以广泛用于工业生产中。

附图说明

图1为实施例1得到的WC-Co涂层横截面的外观形貌；

图2为实施例1得到的WC-Co涂层中明亮区域（富W）的微观形貌；

图3为实施例1得到的WC-Co涂层中暗部区域（贫W）的微观形貌；

图4为实施例1得到的WC-Co涂层中Al₂O₃的微观形貌。