一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法；屬于特種材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]硬質(zhì)合金自1923年問世以來，因其具有高硬度、高紅硬性、高的抗壓強(qiáng)度、高耐磨及良好的耐腐蝕性等優(yōu)異性能，被譽(yù)為“工業(yè)的牙齒”，廣泛應(yīng)用于幾乎涉及到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門和現(xiàn)代技術(shù)的各個領(lǐng)域。
[0003]碳化鎢基硬質(zhì)合金作為一種典型的硬質(zhì)合金材料，人們一直致力于提高其硬度與韌性這對矛盾性能的研宄工作。有研宄表明，細(xì)化碳化鎢晶粒能夠顯著提高材料的硬度和韋刃性等性能，且提尚的幅度隨著碳化鶴晶粒尺寸的進(jìn)一步減小而增加。同樣，對于超音速火焰噴涂碳化鎢基硬質(zhì)合金涂層來講，亦適合此規(guī)律，且涂層的耐磨性等性能也隨著碳化鎢晶粒尺寸的減小而提高，因而，開發(fā)超細(xì)晶粒碳化鎢基硬質(zhì)合金涂層對進(jìn)一步提高涂層材料的耐磨耐蝕性具有極高的實(shí)際應(yīng)用價值。
[0004]獲得超音速火焰噴涂超細(xì)晶粒碳化鎢基硬質(zhì)合金涂層的前提條件為制得超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末，即要求噴涂粉末中的陶瓷硬質(zhì)顆粒碳化鎢平均粒徑小于300nm。
[0005]目前，超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末常用的傳統(tǒng)制備方法主要分為兩種，一種為用噴霧干燥法制得含有鎢和鈷的氧化物前驅(qū)體球形復(fù)合粉末(其原料粉末粒徑一般為100-300nm)，隨后對造粒粉末進(jìn)行還原和碳化處理，破碎，分級篩分，即可得到超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末；另一種為將超細(xì)碳化鎢粉(其粒徑一般為100-300nm)與鈷粉(其粒徑一般為1-3 μ m)或超細(xì)碳化鎢粉(其粒徑一般為100-300nm)、超細(xì)碳化鉻粉(其粒徑一般為100-300nm)與鈷粉(其粒徑一般為1-3μηι)機(jī)械混合制備料楽，噴霧干燥制粒，對造粒粉末進(jìn)行脫脂和燒結(jié)處理(脫脂的時間一般為4-12h、燒結(jié)的溫度一般為1200-1500°C，燒結(jié)的時間一般為l_4h)，隨后破碎，分級篩分，可獲得超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末。
[0006]對于上述兩種傳統(tǒng)制備方法，粉末的高溫處理(或燒結(jié))時間較長(一般至少為Ih)，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)制備法常將粉末堆置于舟皿中，高溫處理過程中，由于熱量由外及里傳遞的滯后性，以及粉末冶金化過程中吸收大量的熱量，置于舟皿中的粉末必須經(jīng)歷較長的高溫處理時間，以實(shí)現(xiàn)噴涂粉末由機(jī)械結(jié)合完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合，且具有一定的顆粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0007]另外，由于超細(xì)碳化鎢晶粒尺度小，比表面積大，吉布斯自由能高，長時間的高溫處理易導(dǎo)致碳化鎢晶粒長大，甚至粗化的現(xiàn)象，難以有效保持碳化鎢的超細(xì)晶粒尺度；且粉末在長時間的高溫處理過程中，碳化鎢與氧氣的接觸概率大幅增加，易在高溫下發(fā)生氧化脫碳反應(yīng)，生成了降低粉末性能的脆性碳化二鎢(W2C)和Tl相(Co3W3C)，見式(I)和式(2)。另外，傳統(tǒng)方法燒結(jié)時間長，粉末易粘結(jié)成團(tuán)，須進(jìn)行破碎處理，破碎工藝延長了生產(chǎn)工序，耗能大，成本高。
[0008]2WC+02 ? — W 2C+C02 ?(I)
[0009]3WC+3Co+202 丨—Co 3ff3C+2C02 丨(2)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是針對超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末傳統(tǒng)制粉工藝中粉末長時間高溫處理所導(dǎo)致的碳化鎢晶粒長大、氧化脫碳、產(chǎn)品利用率低、工藝復(fù)雜、耗能大及成本高等難題，提供一種新型的超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末制備方法。
[0011]本發(fā)明一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法，包括下述步驟:
[0012]步驟一
[0013]按設(shè)定的組分配置碳化鎢-鈷粉末體系，所述碳化鎢-鈷粉末體系中，碳化鎢粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1% -99%，余量為鈷粉；
[0014]或
[0015]按設(shè)定的組分配置碳化鎢-鈷-碳化鉻粉末體系，所述碳化鎢-鈷-碳化鉻粉末體系中，碳化鎢粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為79% -98%，鈷粉1% -20%，碳化鉻粉1% -20% ;
[0016]步驟二
[0017]將步驟一配取的粉末作為原料粉末，所述原料粉末加入球磨機(jī)中，經(jīng)濕法球磨后噴霧造粒；得到粒徑為5-150 μ m的半成品；
[0018]步驟三
[0019]將步驟二所得半成品經(jīng)脫脂處理后；得到脫脂態(tài)的粉末，所述脫脂態(tài)的粉末隨保護(hù)氣體流進(jìn)立式燒結(jié)爐，然后在立式燒結(jié)爐的高溫區(qū)完成瞬態(tài)燒結(jié)；冷卻、分級，得到所述超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末；所述瞬態(tài)燒結(jié)的溫度為1000-1500°C，瞬態(tài)燒結(jié)時，單顆脫脂態(tài)的粉末的平均燒結(jié)時間為1-1Os。
[0020]本發(fā)明一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法，步驟一中碳化鎢粉的平均粒徑小于等于300nm、鈷粉的平均粒徑小于等于2 μ m、碳化鉻粉平均粒徑小于等于300nm。
[0021]本發(fā)明一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法，步驟二中，濕法球磨是:以無水乙醇做為球磨介質(zhì)；以Φ16ι?πι和Φ6mm兩種尺度的YG6硬質(zhì)合金球按質(zhì)量比1_3:1_3組成的混合磨球?yàn)槟デ?；控制球料質(zhì)量比為2-4:1-1 ;以20-50r/min的轉(zhuǎn)速球磨8_12h，得到漿料。
[0022]本發(fā)明一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法，步驟二中；
[0023]Φ 16mm和Φ6ι?πι兩種尺度的YG6硬質(zhì)合金球的質(zhì)量比為1:1;
[0024]原料粉末與無水乙醇的質(zhì)量比為；原料粉末:無水乙醇=3-4:1-1。
[0025]本發(fā)明一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法，步驟二中，所述濕法球磨后的噴霧造粒是:
[0026]在保護(hù)氣氛下，將濕法球磨所得漿料送入閉式離心噴霧干燥塔進(jìn)行噴霧造粒；噴霧造粒時，控制閉式離心噴霧干燥塔進(jìn)口溫度為200-240°C、出口溫度為90-120°C、霧化器轉(zhuǎn)速為 10000-18000r/min、塔壓為 l_2Kpa。
[0027]本發(fā)明一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法，噴霧造粒時所用保護(hù)氣氛為氮?dú)狻?br>[0028]本發(fā)明一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法；步驟三中，所述脫脂是:
[0029]在保護(hù)氣氛下，將步驟二所得半成品，置于溫度為300-800°C的加熱區(qū)間，保溫6-12ho
[0030]本發(fā)明一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法；步驟三中，所述脫脂態(tài)的粉末的粒度為5-150 μ m。
[0031]為了節(jié)約成本，步驟三中所用保護(hù)氣體一般采用氮?dú)狻?br>[0032]本發(fā)明一種超細(xì)碳化鎢基球形熱噴涂粉末的制備方法，包括下述步驟:
[0033]步驟A
[0034]按設(shè)定的組分配置碳化鎢-鈷粉末體系，所述碳化鎢-鈷粉末體系中，碳化鎢粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1% -99%，，余量為鈷粉；
[0035]或
[0036]按設(shè)定的組分配置碳化鎢-鈷-碳化鉻粉末體系，所述碳化鎢-鈷-碳化鉻粉末體系中，碳化鎢粉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為79% -98%，鈷粉1% -20%，碳化鉻粉1% -20% ;
[0037]所述碳化鎢粉的平均粒徑小于等于300nm，優(yōu)選為100_300nm，進(jìn)一步優(yōu)選為200-300nm，所述鈷粉的平均粒徑小于等于2 μ m、優(yōu)選為1_2 μ m ;碳化鉻粉平均粒徑小于等于 300nm，優(yōu)選為 100_300nm，進(jìn)一步優(yōu)選為 200_300nm，；
[0038]步驟B
[0039]將步驟A配取的粉末作為原料粉末，所述原料粉末加入球磨機(jī)中，經(jīng)濕法球磨后噴霧造粒；得到得到粒徑為5-150 μ m的半成品；
[0040]所述濕法球磨是:以無水乙醇做為球磨介質(zhì)，按質(zhì)量比，原料粉末:無水乙醇=3-4:1-1配取無水乙醇；以Φ 16mm和Φ6ι?πι兩種尺度的YG6硬質(zhì)合金球按質(zhì)量比1:1組成的混合球作為磨球，并控制磨球與原料粉末的質(zhì)量比為2-4:1-1 ;以20-50r/min的轉(zhuǎn)速球磨8-12h ;得到漿料；