一種納米耐磨塗層用熱噴塗粉體的製備及應用的製作方法
2023-09-21 12:43:15
專利名稱：一種納米耐磨塗層用熱噴塗粉體的製備及應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及塗層技術，具體地說是一種WC-Co納米耐磨塗層用熱噴塗粉，粉體的製備及用該粉末爆炸噴塗製備耐磨塗層的方法。
背景技術：
迄今已採用多種噴塗方法製備納米WC-Co塗層，主要有高速火焰噴塗(HVOF)、真空等離子噴塗(VPS)、冷噴塗(CS)等方法。其中高速火焰噴塗(HVOF)應用最多。相對於其他噴塗方法而言，用高速火焰噴塗(HVOF)方法粉末顆粒的飛行速度快，動能大，與基體結合強度高，塗層中的微觀組織緻密、孔洞少。而爆炸噴塗與高速火焰噴塗方法相比，具有更高的粉末粒子飛行速度，在離開噴嘴時的速度高達1200m/s；粒子與基體具有更高的結合強度；塗層中的微觀組織更緻密，孔洞更少。但是到目前為止，現有的爆炸噴塗方法製備的均為普通粗晶WC-Co耐磨塗層。
技術內容本發明的目的在於提供一種納米耐磨塗層用熱噴塗粉，通過對該粉末的合理使用，可以獲得具有納米結構的耐磨塗層，而且原料便宜，工藝簡單，設備投資少，適用於工業化生產。
本發明提供了一種納米耐磨塗層用熱噴塗粉，其特徵在於熱噴塗粉是以WC平均晶粒尺寸為40～90nm的WC-Co納米複合粉末為原料、採用霧化造粒方法製備而成；熱噴塗粉呈球形或類球形結構，粉體的顆粒尺寸為10～60微米。
本發明納米耐磨塗層用熱噴塗粉中，所述噴塗粉末的成分為70～95％重量WC，餘量的為鈷。另外噴塗粉末中還可以含有鎳、鐵、銅、鉻之一種或多種，總量低於2％重量。
本發明納米耐磨塗層用熱噴塗粉中，所述霧化造粒是一種常規的方法，即將溶液霧化成極細的液滴，然後在熱空氣或保護氣體下將溶劑蒸發製得粒子的方法。具體工藝參數依設備不同，要求不同，要進行相應調節，所用設備包括離心式或壓力式霧化乾燥機。
通常情況下，只有用納米粉，才能獲得納米塗層。但是對於熱噴工藝來講，用霧化乾燥加固定床方法製備的WC-Co納米複合粉，顆粒太細，不能直接用於噴塗，必須經造粒後形成10-60微米的顆粒才能用於熱噴塗。
通常的造粒方法很多，包括霧化造粒，擠壓造粒，滾動造粒等。本發明優選霧化造粒法，用該法製成的粒子球形度好，粒度均勻，噴粉率高，且適用於大量制粉。具體製備過程如下將1000克蒸餾水，500-800克WC-Co納米複合粉進行混合，同時加入1-10％的膠；膠選自石蠟、合成橡膠、硬脂酸鋅、水玻璃、樹脂、膨潤土、膠水之一種；將配置好的溶液送入霧化造粒器中，霧化器的進口溫度為200-400℃，出口溫度為100-200℃；將造粒後的粉收集後在氫氣中脫膠並燒結，燒結的溫度為800-1200℃；將脫膠固結後的粉進行篩分，將粒度為10-60微米的粒子收集起來。
本發明納米耐磨塗層用熱噴塗粉，可以在任何熱噴塗方法中使用，包括爆炸噴塗、等離子噴塗、超音速火焰噴塗、真空等離子噴塗、電弧噴塗等。
本發明特別提供了一種納米耐磨塗層的製備方法，採用爆炸噴塗技術，其特徵在於所用噴塗粉是以WC平均晶粒尺寸為40～90nm的WC-Co納米複合粉末為原料、採用霧化造粒方法製備而成；熱噴塗粉呈球形或類球形結構，粉體的顆粒尺寸為10～60微米。
本發明納米耐磨塗層的製備方法中，所述噴塗粉顆粒尺寸最好為40～60微米。
本發明納米耐磨塗層的製備方法中，噴塗的較佳工作參數為控制基材溫度為20～200℃，氧氣和燃料氣體流比例範圍為1.00～1.50∶1，工作頻率為3～6shot/s，噴塗距離為60～140mm，送粉率為0.3～0.6g/s。
本發明納米耐磨塗層的製備方法中，所述燃料氣體包括氫氣、乙炔、液化石油氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、一氧化碳或其混合氣。
本發明納米耐磨塗層的製備方法中，所述基材包括金屬、合金、金屬間化合物、玻璃、陶瓷、金屬陶瓷，或者在耐磨塗層和基材之間的過渡層。
本發明通過選取適當的爆炸噴塗工藝參數，例如通過控制氧氣和燃氣的流量比例、噴塗距離等參數，可以製備出高性能的納米WC-Co耐磨塗層。與現有的其他噴塗方法及採用爆炸噴塗方法製備的普通粗晶WC-Co耐磨塗層相比較，其具有以下幾個優點(1)塗層中WC晶粒細小，WC平均晶粒尺寸為0.1～0.5微米；(2)塗層的微觀組織緻密，孔洞少；
(3)與基體結合強度高，具有高的耐磨性。
由此可見，本發明具有原料便宜，工藝簡單，設備投資少，見效快等特點，適用於工業化生產。
圖1為納米耐磨塗層用熱噴塗粉形貌的電鏡照片；圖2為納米晶WC-12Co爆炸噴塗塗層截面低倍電鏡照片；圖3為納米晶WC-12Co爆炸噴塗塗層截面高倍電鏡照片。
具體實施例方式1.溶液配置將1000克蒸餾水，500-800克WC-Co納米複合粉進行混合，同時加入1-10％的膠。膠的種類可以是石蠟，合成橡膠，硬脂酸鋅，水玻璃，樹脂，膨潤土，膠水等。
2.霧化造粒將配置好的溶液放在電磁攪拌器上，並用恆流泵將其送入霧化造粒器中，霧化器的進口溫度為200-400℃，出口溫度為100-200℃。
3.燒結脫膠將造粒後的粉收集後，將其在氫氣中脫膠並燒結。燒結的溫度為800-1200℃。
4.分級最後將脫膠燒結後的粉進行篩分，將粒度為40-60微米的粒子收集起來，用於爆炸噴塗使用。
實施例1
基材採用不鏽鋼，試樣尺寸為5×10×3mm3。噴塗前用丙酮將基材清洗乾淨，再用氧化鋁進行噴砂處理。處理完的試樣立即進行爆炸噴塗。噴塗粒子的成分為WC-12Co，平均晶粒尺寸為60納米，造粒後的粉末顆粒尺寸為10～60微米，爆炸噴塗的工藝參數為工作頻率為4次/秒，氧氣和C2H2流量比為1.03∶1，噴塗距離為90mm，送粉量為0.5g/s，炮口直徑為25mm，噴塗斑盤搭接率為40％。
其工作過程是將噴塗的納米WC-12Co粉末裝入料罐後，點燃氧氣和乙炔混合氣體，利用混合氣體爆炸產生的熱能和動能將粉末加熱到熔融或塑性狀態，並以很高的飛行速度噴射到基材表面上，經過多次噴塗即可獲得一定厚度的塗層。得到的塗層微觀組織緻密，氣孔率低，與基體結合強度高，韌性好。採用本發明製備的納米WC-12Co耐磨塗層顯微硬度(HV500)可達18.0GPa，在幹磨的條件下磨損率可達8×10-7mm3/Nm。
實施例2基材採用不鏽鋼，試樣尺寸為5×10×3mm3。噴塗前用丙酮將基材進行清洗乾淨，再用氧化鋁進行噴砂處理。處理完的試樣立即進行爆炸噴塗。塗層成分為WC-15Co，平均晶粒尺寸為60納米，造粒後的粉末顆粒尺寸為10～60微米，爆炸噴塗的工藝參數為工作頻率為4次/秒，氧氣和C2H2流量比為1.03∶1，噴塗距離為120mm，送粉量為0.5g/s，炮口直徑為25mm，噴塗斑盤搭接率為40％。
得到的爆炸噴塗塗層微觀組織緻密，氣孔率低，與基體結合強度高，韌性好。塗層顯微硬度(HV500)可達18.1GPa，在幹磨的條件下磨損率可達5.04×10-7mm3/Nm。
實施例3基材採用不鏽鋼，試樣尺寸為5×10×3mm3。噴塗前用丙酮將基材進行清洗乾淨，再用氧化鋁進行噴砂粗化處理。處理完的試樣立即進行爆炸噴塗。塗層成分為WC-20Co，平均晶粒尺寸為60納米，造粒後的粉末顆粒尺寸為10～60微米，爆炸噴塗的工藝參數為工作頻率為4次/秒，氧氣和C2H2流量比為1.05∶1，噴塗距離為90mm，送粉量為0.5g/s，炮口直徑為25mm，噴塗斑盤搭接率為40％。
得到的爆炸噴塗塗層微觀組織緻密，氣孔率低，與基體結合強度高，韌性好。塗層顯微硬度(HV500)可達18.96GPa，在幹磨的條件下磨損率可達2.21×10-7mm3/Nm。
權利要求
1.一種納米耐磨塗層用熱噴塗粉，其特徵在於熱噴塗粉是以WC平均晶粒尺寸為40～90nm的WC-Co納米複合粉末為原料、採用霧化造粒方法製備而成；熱噴塗粉呈球形或類球形結構，粉體的顆粒尺寸為10～60微米。
2.按照權利要求1所述納米耐磨塗層用熱噴塗粉，其特徵在於所述噴塗粉末的成分為70～97％重量WC，餘量的為鈷。
3.按照權利要求2所述納米耐磨塗層用熱噴塗粉，其特徵在於所述噴塗粉末中含有鎳、鐵、銅、鉻之一種或多種，總量低於2％重量。
4.一種權利要求1所述納米耐磨塗層用熱噴塗粉的製備方法，其特徵在於製備過程如下將1000克蒸餾水，500-800克WC-Co納米複合粉進行混合，同時加入1-10％的膠；膠選自石蠟、合成橡膠、硬脂酸鋅、水玻璃、樹脂、膨潤土、膠水之一種或幾種混合；將配置好的溶液送入霧化造粒器中，霧化器的進口溫度為200-400℃，出口溫度為100-200℃；將造粒後的粉收集後，在氫氣中脫膠並固結，燒結的溫度為800-1200℃；將脫膠固結後的粉進行篩分，將粒度為10-60微米的粒子收集起來。
5.一種納米耐磨塗層的製備方法，採用爆炸噴塗技術，其特徵在於所用噴塗粉是以WC平均晶粒尺寸為40～90nm的WC-Co納米複合粉末為原料、採用霧化造粒方法製備而成；熱噴塗粉呈球形或類球形結構，粉體的顆粒尺寸為10～60微米。
6.按照權利要求5所述納米耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述噴塗粉顆粒尺寸為40～60微米。
7.按照權利要求5所述納米耐磨塗層的製備方法，其特徵在於噴塗的工作參數為控制基材溫度為20～200℃，氧氣和燃料氣體流比例範圍為1.00～1.50∶1，工作頻率為3～6shot/s，噴塗距離為60～140mm，送粉率為0.3～0.6g/s。
8.按照權利要求7所述納米耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述燃料氣體包括氫氣、乙炔、液化石油氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、一氧化碳或其混合氣。
9.按照權利要求7所述納米耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述基材包括金屬、合金、金屬間化合物、玻璃、陶瓷、金屬陶瓷，或者在耐磨塗層和基材之間的過渡層。
全文摘要
一種納米耐磨塗層用熱噴塗粉的製備及應用，熱噴塗粉是以WC平均晶粒尺寸為40～90nm的WC－Co納米複合粉末為原料、採用霧化造粒方法製備而成。熱噴塗粉呈球形或類球形結構，粉體的顆粒尺寸為10～60微米，粉體的流動性好；WC－Co納米複合粉末是採用霧化乾燥加固定床方法製備。爆炸噴塗時工作參數控制為基材溫度為20～200℃，氧氣和燃料氣體流比例範圍為1.00～1.50∶1，工作頻率為3～6 shot/s，噴塗距離為60～140mm，送粉率為0.3～0.6g/s。本發明可以獲得具有納米結構的耐磨塗層，而且原料便宜，工藝簡單，設備投資少，適用於工業化生產。
文檔編號C09D5/03GK1600820SQ0313405
公開日2005年3月30日 申請日期2003年9月25日 優先權日2003年9月25日
發明者楊明川, 王雁, 華偉剛, 劉陽, 胡壯麟 申請人:中國科學院金屬研究所