CN104388876B - 一种WC-HfO2纳米涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种WC‑HfO2纳米涂层及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为WC占19.31％‑37.47％、HfO2占61.26％‑79.42％、微量元素占1.27％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo，其制备方法为：先采用干式粉碎法制得WC和HfO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在9Cr18模具钢基体上制备WC‑HfO2纳米涂层。本发明HfO2含量较高，所以涂层结合强度、抓附力较高，优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，解决了现有涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种WC-HfO2纳米涂层及其制备方法。
背景技术
等离子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法，它具有：1、超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂；2、喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高；3、由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。
随着等离子喷涂技术的普及，越来越多的工件开始使用等离子喷涂修复技术“起死回生”，然而工件的材质种类不同、使用条件不同，修复时所采用的喷涂方式和喷涂材料也各不相同。
针对现有涂层普遍存在耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，人们需要一种能配合再制造技术，用于改善材料表面涂层的微观组织、结构，提高涂层硬度的新型材料。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种WC-HfO2纳米涂层及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种WC-HfO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为WC占19.31％-37.47％、HfO2占61.26％-79.42％、微量元素占1.27％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo，WC是仅次于金刚石的第二硬材料，具有良好的物理、化学性能，弹性模量与金刚石接近，热稳定性比金刚石高，HfO2可提高提高材料的强度和韧性近50％，所添加的一些稀土元素可提高涂层的结合度、抓附力。
一种WC-HfO2纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得WC和HfO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在9Cr18模具钢基体上制备WC-HfO2纳米涂层。
本发明的有益效果是：本发明的HfO2含量较高，所以涂层结合强度、抓附力较高，优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，解决了现有涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，使涂层硬度提高了50％，弹性模量提高了8.5％-14.4％，从而整体提高了材料表面的耐磨性能，同时也对提高改善性的综合力学性能有显著的作用，适用于等离子喷涂，可用喷涂钢材有：2Cr13、4Cr13、9Cr18、4Cr5W2VSi、8Cr3等。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
一种WC-HfO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为WC占19.31％、HfO2占79.42％、微量元素占1.27％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种WC-HfO2纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得WC和HfO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在9Cr18模具钢基体上制备WC-HfO2纳米涂层。
所述WC-HfO2纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述WC-HfO2纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr圆钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。
实施例二：
一种WC-HfO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为WC占37.47％、HfO2占61.26％、微量元素占1.27％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种WC-HfO2纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述WC-HfO2纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述WC-HfO2纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr圆钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。
实施例三：
一种WC-HfO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为WC占28.53％、HfO2占70.2％、微量元素占1.27％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种WC-HfO2纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述WC-HfO2纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述WC-HfO2纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr圆钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。
所述纳米涂层可采用等离子喷涂工艺在9Cr18模具钢基体上制备WC-HfO2纳米涂层。
测试了涂层的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能，并利用XRD对喷涂粉末济涂层进行了相结构分析，用扫描电子显微镜对喷涂粉末、磨粒磨损前后的涂层表面形貌进行了观察，主要实验结果及结论如下：
表1 WC-HfO2纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果：
由实验数据可得，WC-HfO2纳米涂层能有效降低工件表面的孔隙率，提高工件表面的结合强度，能明显提高工件表面的显微硬度。
表2各实施例中的WC-HfO2纳米涂层的摩擦磨损性能实验结果：
| 组别 | 测试前(g) | 测试后(g) | 损失(mg) |
| 实施例一 | 49.6246 | 49.6237 | 0.9 |
| 实施例二 | 49.8356 | 49.8346 | 1.0 |
| 实施例三 | 49.8545 | 49.8533 | 1.2 |
| 对照组 | 49.4578 | 49.4456 | 12.2 |
由表2可见，WC-HfO2纳米涂层具有优良的耐磨性。
结果表明：所述WC-HfO2纳米涂层的相对密度可达95.4％，弥散立方氮化硼颗粒与超细硬质合金基体之间没有明显的间隙，WC-HfO2纳米涂层的抗弯强度为823MPa，硬度最高可到HRC68，密度可达3.13g/cm3,喷涂厚度可达5毫米，致密度良好为0.82，在相同的条件下，12CrNi3A的磨损量是WC-HfO2涂层的10倍，这表 明等离子制备的WC-HfO2涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种WC-HfO2纳米涂层的制备方法，其特征在于：所述纳米涂层包括的组分及各组分的质量百分数为WC占19.31％-37.47％、HfO2占61.26％-79.42％、微量元素占1.27％，所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo，所述制备方法为先采用干式粉碎法制得WC和HfO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在模具钢基体上制备WC-HfO2纳米涂层。
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| CN101787528A (zh) * | 2010-02-09 | 2010-07-28 | 江苏大学 | 基于超快超高压光力学效应的纳米涂层制备方法和装置 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 激光表面熔覆制备纳米结构涂层的研究进展;王东生等;《中国激光》;20081130;第35卷(第11期);第1698-1709页 * |
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