[发明专利]一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法；属于特种材料制备技术领域。

背景技术

硬质合金自1923年问世以来，因其具有高硬度、高红硬性、高的抗压强度、高耐磨及良好的耐腐蚀性等优异性能，被誉为“工业的牙齿”，广泛应用于几乎涉及到国民经济的各个部门和现代技术的各个领域。

碳化钨基硬质合金作为一种典型的硬质合金材料，人们一直致力于提高其硬度与韧性这对矛盾性能的研究工作。有研究表明，细化碳化钨晶粒能够显著提高材料的硬度和韧性等性能，且提高的幅度随着碳化钨晶粒尺寸的进一步减小而增加。同样，对于超音速火焰喷涂碳化钨基硬质合金涂层来讲，亦适合此规律，且涂层的耐磨性等性能也随着碳化钨晶粒尺寸的减小而提高，因而，开发超细晶粒碳化钨基硬质合金涂层对进一步提高涂层材料的耐磨耐蚀性具有极高的实际应用价值。

获得超音速火焰喷涂超细晶粒碳化钨基硬质合金涂层的前提条件为制得超细碳化钨基球形热喷涂粉末，即要求喷涂粉末中的陶瓷硬质颗粒碳化钨平均粒径小于300nm。

目前，超细碳化钨基球形热喷涂粉末常用的传统制备方法主要分为两种，一种为用喷雾干燥法制得含有钨和钴的氧化物前驱体球形复合粉末(其原料粉末粒径一般为100-300nm)，随后对造粒粉末进行还原和碳化处理，破碎，分级筛分，即可得到超细碳化钨基球形热喷涂粉末；另一种为将超细碳化钨粉(其粒径一般为100-300nm)与钴粉(其粒径一般为1-3μm)或超细碳化钨粉(其粒径一般为100-300nm)、超细碳化铬粉(其粒径一般为100-300nm)与钴粉(其粒径一般为1-3μm)机械混合制备料浆，喷雾干燥制粒，对造粒粉末进行脱脂和烧结处理(脱脂的时间一般为4-12h、烧结的温度一般为1200-1500℃，烧结的时间一般为1-4h)，随后破碎，分级筛分，可获得超细碳化钨基球形热喷涂粉末。

对于上述两种传统制备方法，粉末的高温处理(或烧结)时间较长(一般至少为1h)，这是因为传统制备法常将粉末堆置于舟皿中，高温处理过程中，由于热量由外及里传递的滞后性，以及粉末冶金化过程中吸收大量的热量，置于舟皿中的粉末必须经历较长的高温处理时间，以实现喷涂粉末由机械结合完全转变为冶金结合，且具有一定的颗粒结构强度。

另外，由于超细碳化钨晶粒尺度小，比表面积大，吉布斯自由能高，长时间的高温处理易导致碳化钨晶粒长大，甚至粗化的现象，难以有效保持碳化钨的超细晶粒尺度；且粉末在长时间的高温处理过程中，碳化钨与氧气的接触概率大幅增加，易在高温下发生氧化脱碳反应，生成了降低粉末性能的脆性碳化二钨(W₂C)和η相(Co₃W₃C)，见式(1)和式(2)。另外，传统方法烧结时间长，粉末易粘结成团，须进行破碎处理，破碎工艺延长了生产工序，耗能大，成本高。

2WC+O₂↑→W₂C+CO₂↑(1)

3WC+3Co+2O₂↑→Co₃W₃C+2CO₂↑(2)

发明内容

本发明的目的是针对超细碳化钨基球形热喷涂粉末传统制粉工艺中粉末长时间高温处理所导致的碳化钨晶粒长大、氧化脱碳、产品利用率低、工艺复杂、耗能大及成本高等难题，提供一种新型的超细碳化钨基球形热喷涂粉末制备方法。

本发明一种超细碳化钨基球形热喷涂粉末的制备方法，包括下述步骤：

步骤一

按设定的组分配置碳化钨-钴粉末体系，所述碳化钨-钴粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为1％-99％，余量为钴粉；

或

按设定的组分配置碳化钨-钴-碳化铬粉末体系，所述碳化钨-钴-碳化铬粉末体系中，碳化钨粉的质量百分数为79％-98％，钴粉1％-20％，碳化铬粉1％-20％；

步骤二

将步骤一配取的粉末作为原料粉末，所述原料粉末加入球磨机中，经湿法球磨后喷雾造粒；得到粒径为5-150μm的半成品；

步骤三

将步骤二所得半成品经脱脂处理后；得到脱脂态的粉末，所述脱脂态的粉末随保护气体流进立式烧结炉，然后在立式烧结炉的高温区完成瞬态烧结；冷却、分级，得到所述超细碳化钨基球形热喷涂粉末；所述瞬态烧结的温度为1000-1500℃，瞬态烧结时，单颗脱脂态的粉末的平均烧结时间为1-10s。