碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法及其應用的製作方法
2023-05-21 11:53:26
專利名稱：碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，可應用於製造耐磨硬面
堆焊材料、熱噴塗材料及其他耐磨材料。
背景技術：
近年來，硬面材料發展十分迅速，採用堆焊或噴塗的方法，將其覆蓋在易磨損工件 表面，其抗磨損、抗腐蝕和抗氧化性能顯著提高，使零件使用壽命延長。在眾多的硬面材料 中，其中鑄造碳化鎢就是一種應用極廣的硬面材料，是由碳化鎢和碳化二鎢(WC+W2C)所組 成的共晶體。 以鑄造碳化鎢為主要硬質相的硬面材料一般採用高溫技術(如氧_乙炔火焰堆 焊、超音速噴塗、等離子噴塗等)使之與基體熔合，覆蓋在基體表面，高溫情況下鑄造碳化 鎢不可避免的在基體中溶解，而在冷卻時析出，在鑄造碳化鎢顆粒周圍形成脆性相，這種脆 性相的出現，降低了鑄造碳化鎢顆粒與基體的結合力，而且在使用過程中極易受衝擊而崩 碎，從而加速材料的失效。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒
的製備方法，旨在提高鑄造碳化鎢在耐磨材料中的耐磨性，可應用於製造管狀硬面堆焊焊
條、熱噴塗材料及其他耐磨材料。 本發明的目的通過以下技術方案來實現 碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，特點是首先，在鑄造碳化鎢顆粒表面塗 敷一層10 lOOym厚的有機樹脂，然後，放入真空爐中升溫至1200 180(TC，利用有機樹 脂在高溫下分解的殘碳對鑄造碳化鎢顆粒外層的碳化鎢與碳化二鎢共晶組織進行4 24h 碳化，得到心部為碳化鎢與碳化二鎢共晶組織、外部包裹一層2 30 P m厚碳化鎢的包覆顆 粒。 進一步地，上述的碳化鴇包覆鑄造碳化鴇顆粒的製備方法，其中，所採用的鑄造碳 化鎢顆粒為不規則形狀鑄造碳化鎢顆粒或球形鑄造碳化鎢顆粒，其粒度為10 325目。
更進一步地，上述的碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，其中，所述的有機樹 脂為酚醛樹脂、丙烯酸樹脂、松香樹脂或聚醯胺樹脂，優選酚醛樹脂。 更進一步地，上述的碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，其中，所述有機樹脂 直接塗敷在鑄造碳化鎢顆粒上，或者有機樹脂先在酒精、汽油、丙酮、正己烷中一種或幾種 的混合物中溶解後再塗敷在鑄造碳化鎢顆粒上。 再進一步地，上述的碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，其中，所述真空爐的 真空度在10 1000Pa。 本發明碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的應用，該碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒用於制 備耐磨硬面堆焊材料、耐磨熱噴塗材料或碳化鎢顆粒增強複合材料。
本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在 ①在傳統鑄造碳化鎢表面通過有機樹脂高溫分解殘碳提供碳源的方法，經過高溫 碳化使其表面生成一層碳化鎢層，這種包覆顆粒即保留了原有鑄造碳化鎢的高耐磨性，又 結合了碳化鎢的熱穩定性和與鐵族元素良好的潤溼性；應用在耐磨材料上，綜合利用了兩 者的優點，避免了採用傳統鑄造碳化鎢顆粒在耐磨層中容易產生脆性相的缺點，從而提高 了堆焊層的耐磨性；在中高應力情況下，如果採用包覆碳化鎢層的球形鑄造碳化鎢顆粒，耐 磨層中可以減少應力集中，提高了基體金屬的強度，使耐磨層中硬質顆粒不易受衝擊脫落， 極大提高材料的耐磨性； ②製備得到的包覆顆粒具有良好的耐磨性和與基體金屬的熔合性，在高溫堆焊或 噴塗過程中，外層碳化鎢由於具有優異的熱穩定性，能夠阻止高溫熔體對心部鑄造碳化鎢 粒子的燒蝕，從而減少鑄造碳化鎢顆粒在基體中的溶解和脆性相的析出；另外，相比於鑄造 碳化鎢共晶組織，鐵對碳化鎢具有更好的潤溼性，因而這種顆粒與基體金屬具有更高的結 合強度，可提高工件的耐磨性；廣泛用於製造耐磨硬面堆焊材料、耐磨熱噴塗材料或碳化鎢 顆粒增強複合材料，市場前景應用廣闊。
下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明 圖1 :經過表面碳化鎢包覆處理過的球形鑄造碳化鎢顆粒的金相照片圖；
圖2 :經過表面碳化鎢包覆處理過的不規則破碎鑄造碳化鎢顆粒的金相照片圖。
圖中各附圖標記的含義 a-碳化鎢包覆層；b_碳化鎢與碳化二鎢共晶組織。
具體實施例方式
本發明碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備工藝是首先，在鑄造碳化鎢顆粒表面 塗敷一層10 lOOym厚的有機樹脂，鑄造碳化鎢顆粒為不規則形狀鑄造碳化鎢顆粒或球 形鑄造碳化鎢顆粒，其粒度為10 325目；有機樹脂為酚醛樹脂、丙烯酸樹脂、松香樹脂或 聚醯胺樹脂，優選酚醛樹脂；有機樹脂直接塗敷在鑄造碳化鎢顆粒上，或者有機樹脂先在酒 精、汽油、丙酮、正己烷中一種或幾種的混合物中溶解後再塗敷在鑄造碳化鎢顆粒上；然後， 放入真空爐中升溫至1200 180(TC，真空爐的真空度在10 1000Pa，利用有機樹脂在高 溫下分解的殘碳對鑄造碳化鎢顆粒外層的碳化鎢與碳化二鎢(WC+W2C)共晶組織進行4 24h碳化，得到心部為碳化鎢與碳化二鎢(WC+W2C)共晶組織、外部包裹一層2 30ym厚碳 化鎢(WC)的包覆顆粒。 上述碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒具有良好的耐磨性和與基體的熔合性，在高溫堆 焊或噴塗過程中，外層碳化鎢由於具有優異的熱穩定性，能夠阻止高溫熔體對心部鑄造碳 化鎢粒子的燒蝕，從而減少鑄造碳化鎢顆粒在基體中的溶解和脆性相的析出；另外，相比於 鑄造碳化鎢共晶組織，鐵對碳化鎢具有更好的潤溼性，因而這種顆粒與基體金屬具有更高 的結合強度，可提高工件的耐磨性。因此這種材料可用於製備耐磨硬面堆焊材料、耐磨熱噴 塗材料或碳化鎢顆粒增強複合材料。
實施例1 :
選用10 325目的球形鑄造碳化鴇顆粒，再按鑄造碳化鴇重量的1 %稱取丙烯酸 樹脂粉，兩者在混料器中混合30分鐘，使之混合均勻。之後，噴灑酒精使酚醛樹脂潤溼，將 酚醛樹脂在鑄造碳化鎢顆粒上均勻塗敷，厚度為40 80 ii m。待酒精揮發，酚醛樹脂牢固粘 附在鑄造碳化鎢顆粒上之後，將塗敷酚醛樹脂的鑄造碳化鎢顆粒放入真空爐中，抽真空至 100Pa，升溫到160CTC ，酚醛樹脂在真空高溫下碳化分解，利用酚醛樹脂在高溫下的分解殘 碳對顆粒表層鑄造碳化鎢共晶組織進行15h碳化，最終得到心部是碳化鎢與碳化二鎢共晶 組織，其外部包裹一層5 25iim厚碳化鎢的顆粒。經過包覆處理過的顆粒金相如圖1所 示，碳化鎢包覆層a包覆在碳化鎢與碳化二鎢共晶組織b的外部。 用經過包覆處理過的鑄造碳化鎢顆粒製成的碳化鎢管狀硬面材料，相比於沒有經 過處理的，具有更好的可焊性，並且其耐磨性增加了 20%以上。
實施例2 : 選用10 325目的不規則破碎鑄造碳化鴇顆粒，再按鑄造碳化鴇重量的5%稱取 酚醛樹脂粉，兩者在混料器中混合60分鐘，使之混合均勻。之後，噴灑酒精使樹脂潤溼，將 樹脂在鑄造碳化鎢顆粒上均勻塗敷，厚度為60 100 ym。待酒精揮發，樹脂牢固粘附在鑄 造碳化鎢顆粒上之後，將塗敷樹脂的鑄造碳化鎢顆粒放入真空爐中，抽真空至1000Pa，升溫 到180(TC，樹脂在真空高溫下碳化分解，利用樹脂在高溫下的分解殘碳對顆粒表層鑄造碳 化鎢共晶組織進行4h碳化，最終得到心部是碳化鎢與碳化二鎢共晶組織，其外部包裹一層 10 30 ii m厚碳化鴇的顆粒。經過包覆處理過的顆粒金相如圖2所示，碳化鴇包覆層a包 覆在碳化鎢與碳化二鎢共晶組織b的外部。 用經過包覆處理過的鑄造碳化鎢顆粒製成的碳化鎢管狀硬面材料，相比於沒有經 過處理的材料，具有更好的可焊性，並且其耐磨性增加了 25%以上。
實施例3 : 選用55 295目的不規則鑄造碳化鴇顆粒，再按鑄造碳化鴇重量的0. 1 %稱取松 香樹脂粉，兩者在混料器中混合IO分鐘，使之混合均勻。之後，噴灑汽油使樹脂潤溼，將樹 脂在鑄造碳化鎢顆粒上均勻塗敷，厚度為10 30iim。待汽油揮發，樹脂牢固粘附在鑄造 碳化鎢顆粒上之後，將塗敷樹脂的鑄造碳化鎢顆粒放入真空爐中，抽真空至10Pa，升溫到 120CTC ，樹脂在真空高溫下碳化分解，利用樹脂在高溫下的分解殘碳對顆粒表層鑄造碳化 鎢共晶組織進行24h碳化，最終得到心部是碳化鎢與碳化二鎢共晶組織，其外部包裹一層 2 10iim厚碳化鎢的顆粒。 用經過包覆處理過的鑄造碳化鎢顆粒製成的耐磨熱噴塗材料，相比於沒有經過處 理的材料，其耐磨性增加了 20%以上。
實施例4: 選用15 280目的鑄造碳化鎢顆粒，再按鑄造碳化鎢重量的2%稱取聚醯胺樹脂 粉，兩者在混料器中混合40分鐘，使之混合均勻。之後，噴灑丙酮使樹脂潤溼，將樹脂在鑄 造碳化鴇顆粒上均勻塗敷，厚度為20 60 ii m。待丙酮揮發，聚醯亞胺樹脂樹脂牢固粘附在 鑄造碳化鎢顆粒上之後，將塗敷樹脂的鑄造碳化鎢顆粒放入真空爐中，抽真空至200Pa，升 溫到160(TC，樹脂在真空高溫下碳化分解，利用樹脂在高溫下的分解殘碳對顆粒表層鑄造 碳化鎢共晶組織進行15h碳化，最終得到心部是碳化鎢與碳化二鎢共晶組織，其外部包裹 一層15 30 ii m厚碳化鎢的顆粒。
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用經過包覆處理過的鑄造碳化鎢顆粒製成的碳化鎢顆粒增強鐵基複合材料，相比 於沒有經過處理的材料，其耐衝蝕磨損性增加了 25%以上。 本發明在傳統鑄造碳化鎢表面通過酚醛樹脂高溫分解殘碳提供碳源的方法，經過 高溫碳化使其表面生成一層碳化鎢層，這種包覆顆粒即保留了原有鑄造碳化鎢的高耐磨 性，又結合了碳化鎢的熱穩定性和與鐵族元素良好的潤溼性。應用在耐磨材料上，綜合利用 了兩者的優點，避免了採用傳統鑄造碳化鎢顆粒在耐磨層中容易產生脆性相的缺點，從而 提高了材料的耐磨性。在中高應力情況下，如果採用包覆碳化鎢層的球形鑄造碳化鎢顆粒， 耐磨層中可以減少應力集中，提高了基體金屬的強度，使耐磨層中硬質顆粒不易受衝擊脫 落，極大提高材料的耐磨性。 綜上所述，該材料綜合了鑄造碳化鎢的高耐磨性和碳化鎢的熱穩定性，用其製備 的耐磨材料，具有更好的耐磨性，與基體的結合強度更佳，從而延長了材料的使用壽命，值 得在業內廣泛推廣應用。 需要理解到的是上述說明並非是對本發明的限制，在本發明構思範圍內，所進行 的添加、變換、替換等，也應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，其特徵在於首先，在鑄造碳化鎢顆粒表面塗敷一層10～100μm厚的有機樹脂，然後，放入真空爐中升溫至1200～1800℃，利用有機樹脂在高溫下分解的殘碳對鑄造碳化鎢顆粒外層的碳化鎢與碳化二鎢共晶組織進行4～24h碳化，得到心部為碳化鎢與碳化二鎢共晶組織、外部包裹一層2～30μm厚碳化鎢的包覆顆粒。
2. 根據權利要求1所述的碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，其特徵在於所 採用的鑄造碳化鎢顆粒為不規則形狀鑄造碳化鎢顆粒或球形鑄造碳化鎢顆粒，其粒度為 10 325目。
3. 根據權利要求1所述的碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，其特徵在於所述 的有機樹脂為丙烯酸樹脂、酚醛樹脂、松香樹脂或聚醯胺樹脂。
4. 根據權利要求3所述的碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，其特徵在於所述 的有機樹脂為酚醛樹脂。
5. 根據權利要求1或3所述的碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，其特徵在於所述有機樹脂直接塗敷在鑄造碳化鎢顆粒上，或者有機樹脂先在酒精、汽油、丙酮、正己烷 中一種或幾種的混合物中溶解後再塗敷在鑄造碳化鎢顆粒上。
6. 根據權利要求1所述的碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法，其特徵在於所述真空爐的真空度在10 1000Pa。
7. 權利要求1所述的碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的應用，其特徵在於所述碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒用於製備耐磨硬面堆焊材料、耐磨熱噴塗材料或碳化鎢顆粒增強複合材 料。
全文摘要
本發明涉及碳化鎢包覆鑄造碳化鎢顆粒的製備方法及其應用，在鑄造碳化鎢顆粒表面塗敷一層10～100μm厚的有機樹脂，放入真空爐中升溫至1200～1800℃，利用有機樹脂在高溫下分解的殘碳對鑄造碳化鎢顆粒外層的碳化鎢與碳化二鎢共晶組織進行4～24h碳化，得到心部為碳化鎢與碳化二鎢共晶組織、外部包裹一層2～30μm厚碳化鎢的包覆顆粒。製備得到的包覆顆粒具有良好的耐磨性和與基體的熔合性，廣泛用於製造耐磨硬面堆焊材料、耐磨熱噴塗材料或碳化鎢顆粒增強複合材料。
文檔編號C01B31/34GK101704522SQ200910212939
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月11日 優先權日2009年11月11日
發明者餘立新, 廖江雄, 徐純芳, 王蘭, 陸慶忠 申請人:蘇州新銳硬質合金有限公司