[发明专利]一种具有液相烧结组织特征的WC-Co热喷涂粉末的制备方法

说明书

一种具有液相烧结组织特征的WC‑Co热喷涂粉末的制备方法，属于硬质合金材料制备技术领域。以15‑45微米的WC‑Co球形粉末、75‑150微米的棕刚玉粉末及粒径小于0.5微米的炭黑粉末为原料，首先通过机械搅拌获得各相均匀分散的初始混合料，然后将混合料置于真空炉内进行分压烧结处理，冷却后过筛即获得具有液相烧结组织特征的WC‑Co热喷涂粉末。本方法制备的WC‑Co热喷涂粉末具有高致密性、高流动性和液相烧结硬质合金的组织特征，且工艺流程短、产率高、易于实现产业化。

技术领域

本发明属于硬质合金材料制备技术领域，具体涉及一种具有液相烧结组织特征的WC-Co热喷涂粉末的制备方法。

背景技术

热喷涂WC-Co类硬质合金涂层因其高硬度和强耐磨耐蚀性，广泛用作工程零部件的表面防护材料，可有效延长各类构件的使用寿命。然而，现代科学技术的发展对涂层的耐磨性能提出了更高的要求，以应对日益严苛的服役环境。为了提高硬质合金涂层的硬度、断裂韧性和耐磨性，现有方法主要包括：(1)在初始WC基粉末中添加金属或陶瓷颗粒；(2)降低WC晶粒尺寸或进行不同尺度WC的优化匹配；(3)提高喷涂喂料粉末的致密性和流动性；(4)采用新的高速低温热喷涂技术或优化喷涂参数；(5)对涂层进行后续热处理或深冷处理等。这些方法的主要效果是抑制涂层中WC的分解脱碳、减少微裂纹的产生、提高涂层的致密性和结合强度、获得一定的压应力状态等。

基于上述方法已可制备得到近全致密、几乎无脱碳的WC-Co涂层，然而该涂层的力学性能仍显著低于同成分、相同晶粒尺寸范围的液相烧结WC-Co硬质合金块材。如采用超音速火焰喷涂制备的纳米结构WC-12Co涂层的显微硬度比烧结制备的纳米晶块材低30％以上，而断裂韧性低40％-60％。由此可见，相对于烧结硬质合金块材，热喷涂WC-Co涂层的力学性能仍具有较大的提升空间。传统WC-Co热喷涂粉末一般是在低于1230℃的温度下热处理(温度过高时颗粒间会发生严重粘连，降低流动性)，而喷涂时颗粒仅部分熔化，因此喷涂粉末颗粒的组织特征部分遗传到了涂层中，这与液相烧结(烧结温度>1320℃)块材的组织结构显著不同。

为了突破现有技术的局限，本发明从改善热喷涂粉末的组织结构入手，本发明提供了一种具有类似液相烧结硬质合金块材组织特征的WC-Co热喷涂粉末的制备方法，即WC-Co热喷涂粉末内部结构致密，无孔洞，并且本发明制备的WC-Co热喷涂粉末，粉末颗粒之间无粘连。

发明内容

本发明提供的制备方法的工艺流程和原理是：以15-45微米的WC-Co球形粉末、75-150微米的棕刚玉(化学成分为Al₂O₃)粉末及粒径小于0.5微米的炭黑粉末为原料，首先通过机械搅拌获得各相均匀分散的初始混合料，然后将混合料置于真空炉内进行分压烧结处理，冷却后过筛即获得具有液相烧结组织特征的WC-Co热喷涂粉末。由于WC-Co硬质合金的共晶点(约1320℃)远低于棕刚玉熔点(2054℃)，且混合料中棕刚玉粉末有效分隔了WC-Co粉末，因此在WC-Co共晶点以上温度对其进行热处理时，有效避免了WC-Co球形粉末的粘连，同时利用WC-Co粉末和棕刚玉粉末粒径的差异，通过过筛即可对二者进行快速筛选。混合料中加入少量炭黑是为了创造正碳热处理气氛，避免WC-Co粉末在液相烧结时缺碳。本方法制备的WC-Co热喷涂粉末具有高致密性、高流动性和液相烧结硬质合金的组织特征，且工艺流程短、产率高、易于实现产业化。

本发明提供的一种具有液相烧结组织特征的WC-Co热喷涂粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将15-45微米的WC-Co球形粉末、75-150微米的棕刚玉粉末及粒径小于0.5微米的炭黑粉末按一定比例进行机械搅拌混合，其中棕刚玉粉末与WC-Co球形粉末的质量比为(3-5)：1，炭黑粉末质量为WC-Co球形粉末质量的1％-2％；