[发明专利]耐磨耐蚀涂层材料及制备方法与涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨耐蚀涂层材料及制备方法与涂层及制备方法，属于热喷涂技术领域。

背景技术

碳化钨基金属陶瓷材料硬度高、韧性好，涂层具有优异的耐磨性能，已被广泛应用于航空航天、冶金、机械等行业。在WC-Co金属陶瓷中添加一定量的Cr形成了WC-10Co4Cr喷涂材料，该材料在保持高硬度高耐磨性的同时提高了耐蚀性能，使得WC-10Co4Cr可用于腐蚀环境下的耐磨防护，特别是超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层工艺可用于替代镀硬铬工艺，因而应用日益广泛。

WC-10Co4Cr涂层对基体的保护除了与涂层材料本身的耐蚀性相关外还与涂层的致密度和是否存在裂纹相关。WC-10Co4Cr的耐腐蚀性主要由Cr决定，因此Cr元素的分布均匀性是影响材料耐腐蚀性的关键。目前WC-10Co4Cr的主要生产方法是碳化钨粉、钴粉、铬粉按一定比例混合后通过喷雾干燥、烧结破碎获得产品，所使用的铬粉一般在20μm以下，D₅₀在12～15μm之间，而WC-10Co4Cr的粒径范围一般在15～45μm，单个WC-10Co4Cr如果存在一个大颗粒(大于10μm)的铬粉则很容易造成局部Cr的富集，这就会引起其他位置Cr的减少，降低了材料整体的耐腐蚀性，而对于D₅₀在12～15μm之间的铬粉，有一半以上的铬粉易引起铬的局部富集，因此整体材料很容易耐腐蚀性不足。

WC-10Co4Cr涂层的致密度由喷涂材料和喷涂工艺共同决定，涂层的致密度与喷涂粉末在焰流中的熔融状态及粒度搭配相关，而粉末的熔融状态由粉末原材料和喷涂工艺决定。

涂层的裂纹主要是喷涂过程中形成的裂纹或者喷涂后处理过程引起的裂纹，喷涂过程中工艺控制不当，涂层中易产生内应力造成微裂纹；很多工件有表面粗糙度的要求，因此在喷涂WC-10Co4Cr涂层后都需要进行磨削加工，涂层中的微裂纹与磨削工艺也有很大的关系，而涂层硬度均匀性、涂层的表面应力状态是引起磨削加工裂纹的最主要原因，而涂层硬度均匀性和表面应力状态是由粉末原材料及喷涂工艺决定的。因此为了控制、减少涂层在喷涂过程中的微裂纹和后加工过程中产生的微裂纹需要严格控制粉末喷涂材料和喷涂工艺。

现有的碳化钨基喷涂材料从组成晶粒区分可分为三种，纳米碳化钨喷涂材料，微米碳化钨和纳米微米复合碳化钨。纳米碳化钨熔融效果好，熔融均匀，硬度均匀，但易失碳，形成脆性的M6C；微米级碳化钨主要以1～3μm的碳化钨或更粗的碳化钨晶粒为主，喷涂过程中碳化钨失碳较少，韧性较好，但易产生内应力；纳米微米混合制备的碳化钨对喷涂工艺参数要求严格，涂层致密，整体韧性较好，但内应力分布不均匀，在后加工过程中易产生裂纹。

超音速火焰喷涂因其喷涂速度快、燃烧温度相对较低的特点，是目前最适合喷涂碳化钨基金属陶瓷的方法。喷涂粉末在焰流中加热加速，呈半熔融状态撞击到基体表面，因此喷涂工艺参数与碳化钨原材料的性能密切相关，需要根据不同喷涂粉末获得最佳工艺参数。

在实际应用中，WC-10Co4Cr涂层的耐腐蚀性按使用要求还有一定的差距，涂层的致密度、喷涂过程及加工过程造成的微裂纹难以得到有效控制，涂层的耐水压性能和耐盐雾腐蚀性能还不能完全满足使用要求。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种耐磨耐蚀涂层材料及制备方法与涂层及制备方法，能有效控制涂层的致密度、喷涂过程及加工过程造成的微裂纹，使涂层的耐腐蚀性满足使用要求，从而可以解决现有热喷涂技术中存在的材料耐腐蚀均匀性差、涂层致密度差和易出现微裂纹的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种耐磨耐蚀涂层材料，该涂层材料为粉末颗粒，由按重量百分比为85～87％的碳化钨粉、8～11％的钴粉和2～7％的铬粉组成，其中碳化钨粉晶粒尺寸分布为：D₉₇小于等于0.9μm，D₅大于等于0.4μm，D₅₀为0.6～0.8μm，碳化钨粉晶粒之间金属粘结相的自由程d小于等于0.5μm。

本发明还提供一种耐磨耐蚀涂层材料的制备方法，包括：

按本发明所述的耐磨耐蚀涂层材料配方取各原料；

在所述原料中加入去离子水、消泡剂以及粘接剂后进行混合球磨制得混合料浆，将所述混合料浆经过喷雾干燥后制得团聚颗粒，再将所述团聚颗粒经过烧结和破碎后得到的WC-10Co4Cr涂层材料即为该耐磨耐蚀涂层材料。