CN102876907A - 一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法 - Google Patents

一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，将碳化钨粉和钴粉或者碳化钨粉、钴粉和铬粉按照一定比例混合，配制料浆，喷雾造粒，造粒粉末经筛分和脱脂处理后，于立式高温烧结炉中快速烧结，粉末以自由落体的运动方式连续均匀地通过加热区和冷却区，且于加热区中完成烧结，保护气氛：氮气，烧结温度：1000~1700℃，烧结时间：0.1~5s，最后对烧结粉末按要求分级筛分。本发明解决了碳化钨基复合球形热喷涂粉末在采用传统方法制备时存在生产周期长、生产效率低和耗能大等难题；采用本发明，工艺流程简单，可连续生产，节能环保，所得粉末成分均匀、球形度高及流动性好，可广泛应用于航空航天、机械制造和石油化工等领域。

Description

一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法
技术领域
本发明公开了一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法；涉及热喷涂材料技术领域、粉末冶金材料技术领域和硬质合金技术领域。
背景技术
碳化钨属于陶瓷相，具有熔点高、硬度高、导电导热性差、化学性能稳定等优点，是制备耐磨耐蚀涂层的理想材料，但由于碳化钨的高熔点及高硬度，喷涂的碳化钨颗粒与基体材料的附着力差，且在空气中升高温度时易发生氧化，因此纯碳化钨粉末很少单独用作热喷涂粉末材料，通常需要加入Co、Ni、Ni-Cr等金属或合金作粘结相制成烧结型粉末或包覆型粉末供热喷涂使用。已广泛应用的碳化钨-钴和碳化钨-钴-铬系列热喷涂粉末，由于其所制备的涂层具有极高的硬度、优越的耐磨耐蚀性能和良好的韧性，广泛地应用于航空航天、汽车、冶金、电力、造纸等领域，以提高零部件表面的耐磨性能及修复磨损部位。
碳化钨-钴和碳化钨-钴-铬系列热喷涂粉末通常所使用的制备方法包括熔化法﹑烧结破碎法﹑等离子体球化法及传统团聚烧结法等，但这些制备工艺较复杂，存在生产周期长、生产效率低和耗能大等难题。另外，熔化法﹑烧结破碎法生产的喷涂粉末颗粒形貌均为不规则形，球形度较差，流动性能差，粉末沉积率较低，涂层与基体结合强度较差，使用过程中涂层易出现裂纹甚至剥落现象而失效，同时生产过程中给周围环境带来粉尘和噪音污染；对于等离子体球化法，由于整个球化过程是在高温和保护气氛环境中进行的，对设备要求高，生产成本高昂。对于传统团聚烧结法，虽然也能获得性能优良的热喷涂粉末，但粉末在高温烧结过程中保温时间较长，耗能大，且烧结后的粉末粘结呈块状，需进行破碎、分级，延长生产周期，提高生产成本。
发明内容
本发明的目的是针对采用传统方法制备碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末时存在生产周期长、生产效率低和耗能大等难题，提供一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，该方法工艺流程简单，生产效率高，所制粉末成分均匀、球形度高及流动性好。
本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，按设计的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬粉末各组分的目标质量配比，分别取碳化钨粉和钴粉或者碳化钨粉、钴粉和铬粉经混合得到混合粉末，湿磨至混合粉末平均粒度为0.1微米~10微米后，加入占混合粉末质量分数1%~5%的聚乙二醇作造粒粘结剂与分散剂，搅拌1~3h，保证聚乙二醇分散均匀，喷雾造粒，得到造粒粉末，造粒粉末过双层振动筛，筛上粉末和筛下粉末均返回重新湿磨、造粒，取粒度为15～75微米的筛内粉末于管式电阻炉中进行脱脂处理后，在保护气氛下高温快速烧结，空冷，得到烧结粉末；所述快速烧结温度：1000~1700℃，烧结时间：0.1~5s。
本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，所述碳化钨-钴粉末各组分质量百分比为：碳化钨粉1%-99%，钴粉1%-99%；所述碳化钨-钴-铬热喷涂粉末各组分质量百分比为：碳化钨粉1%-99%，钴粉1%-99%，铬粉1%-20%。
本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，向所述混合粉末中添加去离子水或无水乙醇配制成料浆后进行湿磨；料浆中固含量为50%~80%。
本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，所述喷雾造粒在喷雾干燥塔中进行，喷雾干燥塔的进口温度控制在200~300℃，出口温度控制在100~150℃，喷雾干燥塔塔内气压控制在0~–1KPa。
本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，所述脱脂处理温度600℃~1000℃，时间2h~8h。
本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，所述高温快速烧结在立式高温烧结炉中进行，所述立式高温烧结炉的加热方式为中频感应加热或电阻加热。
本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，脱脂后的粉末以自由落体的运动方式连续均匀地通过立式高温烧结炉的高温区和冷却区，且于高温区中完成液相烧结。
本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，所述保护气氛为氮气气氛。
本发明涉及一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，烧结粉末采用双层旋振筛进行筛分或空气气流分选，得到碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末，其形状为球形、类球形或非球形颗粒。
本发明的机理及优点简述于下：采用喷雾造粒的方法将原料粉团聚为球形或类球形粉末，团聚粉末脱脂后于立式高温烧结炉中以自由落体的运动方式连续均匀地通过高温区和冷却区，且于高温区中完成液相烧结。由于团聚粉末是靠自身重力以自由落体运动快速通过高温区，其烧结时间极短（0.1~5s），各向受热均匀，能够快速制得性能稳定的喷涂粉末，且团聚粉末在高温快速烧结过程中不易粘结成块，所得烧结粉末经分级筛分后可直接用于喷涂，减少了生产工序，进一步节能减排，节约生产成本，且烧结过程中几乎不给周围环境带来粉尘和噪音污染，是一种新型的绿色生产工艺。
本发明具有工艺流程简单，可连续生产，节能环保，能够很好的解决现有技术存在生产周期长、生产效率低和耗能大等难题，且制备的碳化钨-钴和碳化钨-钴-铬热喷涂粉末成分均匀、球形度高和流动性好，完全可以满足热喷涂要求，适合制备高性能的硬质合金涂层，可广泛应用于航空航天、机械制造和石油化工等领域。
附图说明：
附图1为实施例1制备的碳化钨-钴热喷涂粉末500倍扫描电镜照片；
附图2为实施例2制备的碳化钨-钴-铬热喷涂粉末500倍扫描电镜照片。
从附图1、2中可以看到：制备得到的粉末形状为球形、类球形和非球形，采用计数统计法得出非球形粉末的百分含量小于5%。
具体实施方式：
实施例1：WC-17Co热喷涂粉末
首先将83wt%的碳化钨粉和17wt%的钴粉加入球磨机内，同时加入去离子水，控制固含量为70%，湿磨，湿磨时间12h；湿磨后，混合粉末平均粒度为0.1微米~10微米，加入占混合粉末质量分数3%的聚乙二醇，搅拌2h后，于喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末；进口温度控制在260℃，出口温度控制在110℃；将造粒粉末过200目和900目双层振动筛，得到粒度15～75微米的筛内粉末，200目筛上粉末和900目筛下粉末均返回湿磨；将所得筛内粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度800℃，时间4h，充分脱除造粒粉末中的聚乙二醇；将脱脂处理后的粉末于立式高温烧结炉中快速烧结，粉末以自由落体的运动方式连续均匀地通过加热区和冷却区，且于加热区中完成烧结，得到烧结粉末；进料方式为振动筛网进料，保护气氛为氮气，烧结温度1300℃，烧结时间0.4s，冷却方式为空冷；将烧结粉末采用空气气流分选出粒度分布在15微米~45微米间的粉末，即为WC-17Co热喷涂粉末。
最终得到颗粒形状包括球形、类球形和非球形的WC-17Co热喷涂粉末，本粉末按GB1482-1984检测：流动性＜25s/50g，松装密度＜4.0g/cm3。
实施例2：WC-10Co-4Cr热喷涂粉末
首先将86wt%的碳化钨粉和10wt%的钴粉和4wt%的铬粉加入球磨机内，同时加入去离子水，控制固含量为75%，湿磨，湿磨时间12h；湿磨后，混合粉末平均粒度为0.1微米~10微米，加入占混合粉末质量分数2%的聚乙二醇，搅拌2h后，于喷雾干燥塔中进行造粒，得到造粒粉末；进口温度控制在260℃，出口温度控制在110℃；将造粒粉末过200目和900目双层振动筛，得到粒度15～75微米的筛内粉末，200目筛上粉末和900目筛下粉末均返回湿磨；将所得筛内粉末于管式炉中进行脱脂处理，温度800℃，时间4h，充分脱除造粒粉末中的聚乙二醇；将脱脂处理后的粉末于立式高温烧结炉中快速烧结，粉末以自由落体的运动方式连续均匀地通过加热区和冷却区，且于加热区中完成烧结，得到烧结粉末；进料方式为振动筛网进料，保护气氛为氮气，烧结温度1250℃，烧结时间0.4s，冷却方式为空冷；将烧结粉末采用空气气流分选出粒度分布在15微米~45微米间的粉末，即为WC-10Co-4Cr热喷涂粉末。
最终得到颗粒形状包括球形、类球形和非球形的WC-10Co-4Cr热喷涂粉末，本粉末按GB1482-1984检测：流动性＜25s/50g，松装密度＜3.5g/cm3。

Claims (9)

1.一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，其特征在于：按设计的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬粉末各组分的目标质量配比，分别取碳化钨粉和钴粉或者碳化钨粉、钴粉和铬粉经混合得到混合粉末，湿磨至混合粉末平均粒度为0.1微米~10微米后，加入占混合粉末质量分数1%~5%的聚乙二醇，喷雾造粒，得到造粒粉末，造粒粉末经筛分，取粒度为15～75微米的粉末经脱脂处理后，在保护气氛下高温快速烧结，空冷，得到烧结粉末；所述高温快速烧结温度：1000~1700℃，烧结时间：0.1~5s。
2.根据权利要求1所述的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述碳化钨-钴粉末各组分质量百分比为：碳化钨粉1%-99%，钴粉1%-99%；所述碳化钨-钴-铬粉末各组分质量百分比为：碳化钨粉1%-99%，钴粉1%-99%，铬粉1%-20%。
3.根据权利要求1或2所述的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，其特征是，向所述混合粉末中添加去离子水或无水乙醇配制成料浆后进行湿磨；料浆中固含量为50%~80%。
4.根据权利要求1或2所述的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述喷雾造粒在喷雾干燥塔中进行，喷雾干燥塔的进口温度控制在200~300℃，出口温度控制在100~150℃，喷雾干燥塔塔内气压控制在0~–1KPa。
5.根据权利要求1或2所述的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述脱脂处理温度600℃~1000℃，时间2h~8h。
6.根据权利要求1或2所述的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述保护气氛为氮气气氛。
7.根据权利要求1或2所述的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，其特征是，烧结粉末采用双层旋振筛进行筛分或空气气流分选，得到碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末，其形状为球形、类球形或非球形颗粒。
8.根据权利要求1或2所述的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，其特征是，所述高温快速烧结在立式高温烧结炉中进行，所述立式高温烧结炉的加热方式为中频感应加热或电阻加热。
9.根据权利要求8所述的碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法，其特征是，脱脂后的粉末以自由落体的运动方式连续均匀地通过立式高温烧结炉的高温区和冷却区，且于高温区中完成液相烧结。
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