[发明专利]一种原位自生WC-M7C3复合碳化物涂层的制备方法

说明书

本发明涉及耐磨涂层领域，特别是一种原位自生WC‑M₇C₃复合增强铁基耐磨涂层的制备方法。所述方法为将W、Cr₃C₂、C及Fe‑Ni合金粉末按比例配比混合均匀后装入送粉器中；利用氧乙炔焰对涂层基板预热；采用等离子熔覆工艺在基板上制备涂层；并利用高温陶瓷纤维对涂层熔池保温缓冷。本发明涂层中原位自生的WC与M₇C₃复合生长时，密度大的WC颗粒能均匀分布，没有沉淀现象；WC颗粒为尖角状，没有溶解现象。

技术领域

本发明涉及耐磨涂层领域，特别是一种原位自生WC-M₇C₃复合增强铁基耐磨涂层的制备方法。

背景技术

WC（碳化钨）硬度为2100~2400HV与金刚石相近，是硬质合金的主要原料，被广泛用于制作超硬刀具、凿岩工具、钻探工具、金属模具等。M₇C₃（复合碳化物，M=Fe,Cr）硬度为1200~1800HV，是高铬铁基耐磨材料的主要强化相，被广泛用于矿山、水泥、火力发电等极端磨损工况行业。近年来，随着我国大型水利工程、高速铁路、大规模保障性安居工程等重大项目建设，带动了矿山、建材、水泥、电力、钢铁行业的大力发展，高铬铁基耐磨材料的消耗成倍增长。但我国铬资源相对贫乏，主要通过进口。国际铬价逐年攀升，高铬材料价格亦持续增长。为节约资源降低成本，如何降低耐磨材料中的铬含量成为产企业亟需解决的问题。我国钨资源丰富，是全球用钨的主要供应国。所以在高铬耐磨材料中人们早已尝试外加WC颗粒来提高其抗磨性能，进而降低材料中的铬含量。然而，由于WC密度为Fe的两倍多，所以很容易在铁基熔液中沉淀失去对材料表层的增强；外加WC颗粒容易在铁基不饱和熔液中溶解，造成外加WC颗粒沉淀和溶解析出脆性大的M₆C组织（如Fe₂W₄C、Fe₃W₃C、Fe₄W₂C）等问题。而原位自生WC是在均匀过饱和铁基熔液中生核长大，从而避免了沉淀及溶解问题的发生，因此原位自生WC-M₇C₃具有重要的理论意义和工程应用价值。

发明内容

本发明提供一种原位自生WC-M₇C₃复合增强铁基耐磨涂层的制备方法，利用高硬度WC不仅可提高涂层的耐磨性，而且可降低材料中铬含量节约铬资源；同时铁基熔液中原位自生的WC可均匀生核长大，避免了外加WC颗粒沉淀和溶解析出脆性组织问题。

本发明的技术构思：通过设计合金元素的成分和比例，经加热获得成分过饱和的均匀合金熔体；因W为弱碳化物形成元素，原位合成反应W+C=WC的动力学反应时间较长，利用预热和保温工艺延长熔体液相时间，保障合成产物WC的生核与长大；由于WC是在均匀熔体中同时生核长大，所以自生的WC为均匀分布，避免发生沉淀现象；且WC颗粒周围是过饱和熔体，从而抑制了WC溶解；另外，因Cr比W更容易与C发生反应，为避免熔液中C被Cr提前消耗影响WC的合成，不能利用冶金反应xCr+(7-x)Fe+3C=M₇C₃(M=Fe,Cr)来合成M₇C₃，而选择利用Cr₃C₂来获得M₇C₃，这是因为Cr₃C₂的自由能较高，加热时会先发生脱碳反应，并自发转变为自由能较低的M₇C₃，从而W+C=WC反应时具有稳定的碳源，获得WC与M₇C₃复合碳化物。

本发明技术方案为：