一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法

2023-04-27 09:45:21 2

專利名稱：一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法
技術領域：
本發明公開了一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法；涉及熱噴塗材料技術領域、粉末冶金材料技術領域和硬質合金技術領域。
背景技術：
碳化鎢屬於陶瓷相，具有熔點高、硬度高、導電導熱性差、化學性能穩定等優點，是製備耐磨耐蝕塗層的理想材料，但由於碳化鎢的高熔點及高硬度，噴塗的碳化鎢顆粒與基體材料的附著力差，且在空氣中升高溫度時易發生氧化，因此純碳化鎢粉末很少單獨用作熱噴塗粉末材料，通常需要加入Co、Ni、Ni-Cr等金屬或合金作粘結相製成燒結型粉末或包覆型粉末供熱噴塗使用。已廣泛應用的碳化鎢-鈷和碳化鎢-鈷-鉻系列熱噴塗粉末，由於其所製備的塗層具有極高的硬度、優越的耐磨耐蝕性能和良好的韌性，廣泛地應用於航 空航天、汽車、冶金、電力、造紙等領域，以提高零部件表面的耐磨性能及修復磨損部位。碳化鎢-鈷和碳化鎢-鈷-鉻系列熱噴塗粉末通常所使用的製備方法包括熔化法、燒結破碎法、等離子體球化法及傳統團聚燒結法等，但這些製備工藝較複雜，存在生產周期長、生產效率低和耗能大等難題。另外，熔化法、燒結破碎法生產的噴塗粉末顆粒形貌均為不規則形，球形度較差，流動性能差，粉末沉積率較低，塗層與基體結合強度較差，使用過程中塗層易出現裂紋甚至剝落現象而失效，同時生產過程中給周圍環境帶來粉塵和噪音汙染；對於等離子體球化法，由於整個球化過程是在高溫和保護氣氛環境中進行的，對設備要求高，生產成本高昂。對於傳統團聚燒結法，雖然也能獲得性能優良的熱噴塗粉末，但粉末在高溫燒結過程中保溫時間較長，耗能大，且燒結後的粉末粘結呈塊狀，需進行破碎、分級,延長生產周期,提高生產成本。

發明內容
本發明的目的是針對採用傳統方法製備碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末時存在生產周期長、生產效率低和耗能大等難題，提供一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，該方法工藝流程簡單，生產效率高，所制粉末成分均勻、球形度高及流動性好。本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，按設計的碳化鶴-鈷或碳化鶴-鈷-鉻粉末各組分的目標質量配比，分別取碳化鶴粉和鈷粉或者碳化鎢粉、鈷粉和鉻粉經混合得到混合粉末，溼磨至混合粉末平均粒度為O. I微米 10微米後，加入佔混合粉末質量分數1°/Γ5%的聚乙二醇作造粒粘結劑與分散劑，攪拌f 3h，保證聚乙二醇分散均勻，噴霧造粒，得到造粒粉末，造粒粉末過雙層振動篩，篩上粉末和篩下粉末均返回重新溼磨、造粒，取粒度為15 75微米的篩內粉末於管式電阻爐中進行脫脂處理後，在保護氣氛下高溫快速燒結，空冷，得到燒結粉末；所述快速燒結溫度100(n7(KrC，燒結時間0. I 5s。本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，所述碳化鎢-鈷粉末各組分質量百分比為碳化鎢粉1%_99%，鈷粉1%-99% ;所述碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末各組分質量百分比為碳化鎢粉1%_99%，鈷粉1%-99%，鉻粉1%-20%。本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，向所述混合粉末中添加去離子水或無水乙醇配製成料漿後進行溼磨；料漿中固含量為509Γ80%。本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，所述噴霧造粒在噴霧乾燥塔中進行，噴霧乾燥塔的進口溫度控制在20(T30(TC，出口溫度控制在10(Tl5(TC，噴霧乾燥塔塔內氣壓控制在(Γ - IKPa0本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，所述脫脂處理溫度600°C 1000°C，時間2h 8h。本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，所述高溫 快速燒結在立式高溫燒結爐中進行，所述立式高溫燒結爐的加熱方式為中頻感應加熱或電阻加熱。本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，脫脂後的粉末以自由落體的運動方式連續均勻地通過立式高溫燒結爐的高溫區和冷卻區，且於高溫區中完成液相燒結。本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，所述保護
氣氛為氮氣氣氛。本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，燒結粉末採用雙層旋振篩進行篩分或空氣氣流分選，得到碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末，其形狀為球形、類球形或非球形顆粒。本發明的機理及優點簡述於下採用噴霧造粒的方法將原料粉團聚為球形或類球形粉末，團聚粉末脫脂後於立式高溫燒結爐中以自由落體的運動方式連續均勻地通過高溫區和冷卻區，且於高溫區中完成液相燒結。由於團聚粉末是靠自身重力以自由落體運動快速通過高溫區，其燒結時間極短(O. Hs)，各向受熱均勻，能夠快速製得性能穩定的噴塗粉末，且團聚粉末在高溫快速燒結過程中不易粘結成塊，所得燒結粉末經分級篩分後可直接用於噴塗，減少了生產工序，進一步節能減排，節約生產成本，且燒結過程中幾乎不給周圍環境帶來粉塵和噪音汙染，是一種新型的綠色生產工藝。本發明具有工藝流程簡單，可連續生產，節能環保，能夠很好的解決現有技術存在生產周期長、生產效率低和耗能大等難題，且製備的碳化鎢-鈷和碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末成分均勻、球形度高和流動性好，完全可以滿足熱噴塗要求，適合製備高性能的硬質合金塗層，可廣泛應用於航空航天、機械製造和石油化工等領域。


附圖I為實施例I製備的碳化鎢-鈷熱噴塗粉末500倍掃描電鏡照片；附圖2為實施例2製備的碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末500倍掃描電鏡照片。從附圖1、2中可以看到製備得到的粉末形狀為球形、類球形和非球形，採用計數統計法得出非球形粉末的百分含量小於5%。
具體實施例方式實施例I :WC_17Co熱噴塗粉末首先將83wt%的碳化鎢粉和17wt%的鈷粉加入球磨機內，同時加入去離子水，控制固含量為70%，溼磨，溼磨時間12h ;溼磨後，混合粉末平均粒度為O. I微米 10微米，力口入佔混合粉末質量分數3%的聚乙二醇，攪拌2h後，於噴霧乾燥塔中進行造粒，得到造粒粉末；進口溫度控制在260°C，出口溫度控制在110°C;將造粒粉末過200目和900目雙層振動篩，得到粒度15 75微米的篩內粉末，200目篩上粉末和900目篩下粉末均返回溼磨；將所得篩內粉末於管式爐中進行脫脂處理，溫度800°C，時間4h，充分脫除造粒粉末中的聚乙二醇；將脫脂處理後的粉末於立式高溫燒結爐中快速燒結，粉末以自由落體的運動方式連續均勻地通過加熱區和冷卻區，且於加熱區中完成燒結，得到燒結粉末；進料方式為振動篩網進料，保護氣氛為氮氣，燒結溫度1300°C，燒結時間O. 4s，冷卻方式為空冷；將燒結粉末採用空氣氣流分選出粒度分布在15微米 45微米間的粉末，即為WC-17CO熱噴塗粉末。最終得到顆粒形狀包括球形、類球形和非球形的WC-17CO熱噴塗粉末 ，本粉末按GB1482-1984 檢測流動性< 25s/50g，松裝密度< 4. Og/cm3。實施例2 WC-10Co-4Cr熱噴塗粉末首先將86wt%的碳化鶴粉和10wt%的鈷粉和4wt%的鉻粉加入球磨機內，同時加入去離子水，控制固含量為75%，溼磨，溼磨時間12h ;溼磨後，混合粉末平均粒度為O. I微米 10微米，加入佔混合粉末質量分數2%的聚乙二醇，攪拌2h後，於噴霧乾燥塔中進行造粒，得到造粒粉末；進口溫度控制在260°C，出口溫度控制在110°C;將造粒粉末過200目和900目雙層振動篩，得到粒度15 75微米的篩內粉末，200目篩上粉末和900目篩下粉末均返回溼磨；將所得篩內粉末於管式爐中進行脫脂處理，溫度800°C，時間4h，充分脫除造粒粉末中的聚乙二醇；將脫脂處理後的粉末於立式高溫燒結爐中快速燒結，粉末以自由落體的運動方式連續均勻地通過加熱區和冷卻區，且於加熱區中完成燒結，得到燒結粉末；進料方式為振動篩網進料，保護氣氛為氮氣，燒結溫度1250°C，燒結時間O. 4s，冷卻方式為空冷；將燒結粉末採用空氣氣流分選出粒度分布在15微米 45微米間的粉末，即為WC-10Co-4Cr熱噴塗粉末。最終得到顆粒形狀包括球形、類球形和非球形的WC-10Co-4Cr熱噴塗粉末，本粉末按GB1482-1984檢測流動性< 25s/50g，松裝密度< 3. 5g/cm3。
權利要求
1.一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，其特徵在於按設計的碳化鶴-鈷或碳化鶴-鈷-鉻粉末各組分的目標質量配比，分別取碳化鶴粉和鈷粉或者碳化鎢粉、鈷粉和鉻粉經混合得到混合粉末，溼磨至混合粉末平均粒度為O. I微米 10微米後，加入佔混合粉末質量分數1°/Γ5%的聚乙二醇，噴霧造粒，得到造粒粉末，造粒粉末經篩分，取粒度為15 75微米的粉末經脫脂處理後，在保護氣氛下高溫快速燒結，空冷，得到燒結粉末；所述高溫快速燒結溫度100(Tl70(rC，燒結時間0. l 5s。
2.根據權利要求I所述的碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，其特徵是，所述碳化鶴-鈷粉末各組分質量百分比為碳化鶴粉1%-99%，鈷粉1%-99% ;所述碳化鎢-鈷-鉻粉末各組分質量百分比為碳化鎢粉1%_99%，鈷粉1%-99%，鉻粉1%-20%。
3.根據權利要求I或2所述的碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，其特徵是，向所述混合粉末中添加去離子水或無水乙醇配製成料漿後進行溼磨；料漿中固含量為50% 80%。
4.根據權利要求I或2所述的碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，其特徵是，所述噴霧造粒在噴霧乾燥塔中進行，噴霧乾燥塔的進口溫度控制在20(T30(TC，出口溫度控制在10(Tl50°C，噴霧乾燥塔塔內氣壓控制在(Γ - IKPa0
5.根據權利要求I或2所述的碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，其特徵是，所述脫脂處理溫度600°C 1000°C，時間2tT8h。
6.根據權利要求I或2所述的碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，其特徵是，所述保護氣氛為氮氣氣氛。
7.根據權利要求I或2所述的碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，其特徵是，燒結粉末採用雙層旋振篩進行篩分或空氣氣流分選，得到碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末，其形狀為球形、類球形或非球形顆粒。
8.根據權利要求I或2所述的碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，其特徵是，所述高溫快速燒結在立式高溫燒結爐中進行，所述立式高溫燒結爐的加熱方式為中頻感應加熱或電阻加熱。
9.根據權利要求8所述的碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，其特徵是，脫脂後的粉末以自由落體的運動方式連續均勻地通過立式高溫燒結爐的高溫區和冷卻區，且於高溫區中完成液相燒結。
全文摘要
本發明涉及一種碳化鎢-鈷或碳化鎢-鈷-鉻熱噴塗粉末的製備方法，將碳化鎢粉和鈷粉或者碳化鎢粉、鈷粉和鉻粉按照一定比例混合，配製料漿，噴霧造粒，造粒粉末經篩分和脫脂處理後，於立式高溫燒結爐中快速燒結，粉末以自由落體的運動方式連續均勻地通過加熱區和冷卻區，且於加熱區中完成燒結，保護氣氛氮氣，燒結溫度1000~1700℃，燒結時間0.1~5s，最後對燒結粉末按要求分級篩分。本發明解決了碳化鎢基複合球形熱噴塗粉末在採用傳統方法製備時存在生產周期長、生產效率低和耗能大等難題；採用本發明，工藝流程簡單，可連續生產，節能環保，所得粉末成分均勻、球形度高及流動性好，可廣泛應用於航空航天、機械製造和石油化工等領域。
文檔編號C22C29/08GK102876907SQ20121037022
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者姚萍屏, 貢太敏, 何俊 申請人:中南大學