一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，即首先將含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料噴涂于金屬基體上，自然干燥，得到噴涂有涂層材料的金屬基體，然后在真空釬焊爐中，控制升溫速度為20℃/min，從室溫升至350℃保溫20min，然后再以20℃/min的速率繼續(xù)升至1050-1200℃進行燒結(jié)30min，然后控制降溫速度為20℃/min進行降溫，降至500℃后通氮氣冷卻，直至室溫，即在金屬基體的表面形成一層厚度為0.5-3mm的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層。該涂層結(jié)構(gòu)致密，與金屬基體的結(jié)合強度高，具有抗沖擊、抗磨損和抗腐蝕的能力，使用壽命可達36-42個月。
【專利說明】一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，屬于材料加工工程中的材料保護領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]腐蝕與磨損是各種機械設(shè)備中金屬工件失效的主要形式，研究資料表明，50%的機械設(shè)備功能失效歸因于磨損和腐蝕。例如，隨著火電廠單機容量越來越大，熱力設(shè)備的磨蝕問題更加突出，電站設(shè)備如燃燒器、燃氣風(fēng)機、熱交換器、煤灰輸送設(shè)備、燃燒器管道、粉磨機零件等設(shè)備的高溫腐蝕和磨損問題己成為安全運行中亟待解決的一個問題。在其它工業(yè)領(lǐng)域，如化工、造紙、采礦和塑料加工中的許多設(shè)備均存在嚴重的腐蝕和磨損問題。目前人們主要采用在工件表面制備涂層的方法來提高部件的耐磨蝕性能。所用涂層包括金屬涂層和陶瓷涂層兩類。制備這類涂層可選擇的技術(shù)手段有多種，包括堆焊、熱噴涂、電鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、激光熔覆等。但這些方法均有各自的局限性和缺點。例如，雖然堆焊層的結(jié)合強度和抗磨損性能較好，但焊接局部高溫加熱易導(dǎo)致工件變性且難以在復(fù)雜幾何形狀的表面進行均勻堆焊。此外，堆焊層的耐腐蝕性能也較差。高溫噴涂層與母材基體的結(jié)合為機械結(jié)合、強度很低，涂層中存在孔隙，抗磨蝕、抗腐蝕和抗沖擊能力均較弱。
[0003]中國發(fā)明專利申請200910091044.9報道了一種滲透釬焊法制備的碳化鎢耐磨復(fù)合涂層的方法，涂層和金屬可形成冶金結(jié)合，其結(jié)合強度可達500Mpa,厚度達3mm,壽命為12-24個月。但該方法采用“金屬布”技術(shù)，存在手工操作、制作繁瑣的缺點，同時耐磨顆粒和釬焊連接劑分層擺放，影響到鎳基釬料在碳化鎢之間的擴散，涂層中碳化鎢顆粒容易團聚形成空隙，從而導(dǎo)致涂層的致密性較差，進一步影響其防腐、耐磨性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的為了解決上述碳化鎢耐磨復(fù)合涂層的制備過程中存在的采用“金屬布”技術(shù)，存在手工操作、制作繁瑣的缺點，同時涂層中碳化鎢顆粒容易團聚形成空隙，導(dǎo)致涂層的致密性較差，從而進一步影響其防腐、耐磨性能等技術(shù)問題而提供一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，該方法采用真空釬焊法，最終所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層具有致密、硬度高、耐蝕性高的特點。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)原理
在金屬部件表面需要保護的區(qū)域制備含有碳化鎢顆粒和鎳基釬料粉末的防腐耐磨層；采用高溫釬焊的方法，對防腐耐磨粉末層進行燒結(jié)，使得釬料熔化滲透進入碳化鎢顆粒之間，并在金屬部件表面進行浸潤和擴散，從而在金屬部件表面形成復(fù)合碳化鎢保護涂層。該保護涂層可以同時抵抗磨損和腐蝕，涂層致密，與部件基體的結(jié)合強度高，在使用中不會出現(xiàn)涂層的剝離和開裂，大大延長了部件的使用壽命。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，具體包括以下步驟:(1)、將碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑混合均勻，形成含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，然后噴涂于需要保護的金屬基體上，然后自然干燥，得到噴涂有厚度0.5-3mm，優(yōu)選為1mm的涂層材料的金屬基體；
上述的含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下:
碳化鎢顆粒48.5-60.5%
抗凝劑1-2%
鎳基釬料17.5-30.5%
0.1%的水性環(huán)氧粘接劑10-20%
所述的碳化鎢顆粒的直徑為0.3-300微米，所述的碳化鎢顆?？蛇x鈷包碳化鎢顆粒替代；
所述的抗凝劑為NbC或Cr2C3 ；
所述的鎳基釬料為BN1-2或BN1-9 ；
所述的金屬基體為碳鋼或不銹鋼等金屬；
(2)、將噴涂有涂層材料的金屬基體在真空釬焊爐中，控制升溫速度為20°C/min，從室溫升至350°C保溫20min，然后控制升溫速度為20°C /min從350°C升至1050-1200°C進行燒結(jié)30min，然后控制降溫速度為20°C /min進行降溫，降至500°C后通氮氣冷卻，直至室溫，即在金屬基體的表面形成一層碳化鶴防腐耐磨復(fù)合涂層。
[0007]上述步驟(2)燒結(jié)過程中涂層材料中殘存的水分和水性環(huán)氧粘結(jié)劑氣化脫除，鎳基釬料熔化后滲透到碳化鎢顆粒之間，同時將碳化鎢顆粒連接在一起形成碳化鎢涂層，鎳基釬料同時在金屬基體表面浸潤和擴散，將碳化鎢涂層與金屬基體連接在一起，即在金屬基體的表面形成一層碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層。
[0008]上述的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層，由于該碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的表面結(jié)構(gòu)致密，并且其抗沖擊性能及防腐、耐磨性好，因此可用于電站、石化、航空、食品生產(chǎn)、塑料加工等領(lǐng)域機械零件的防護。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)效果
本發(fā)明的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，由于采用噴涂和真空釬焊相結(jié)合的方法制備碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層，避免在金屬表面貼裝“耐磨布”和“釬焊布”的工藝，將碳化鎢耐磨顆粒、防腐蝕鎳基釬料、抗凝劑以及水性環(huán)氧粘接劑直接混合均勻成為漿料，將此漿料噴涂于需要保護的金屬部件表面，然后再進行真空釬焊燒結(jié)工藝，釬焊時熔化的釬料滲透進入耐磨損的碳化鎢顆粒之間，由于抗凝劑的存在，防止了碳化鎢顆粒之間的團聚，釬料在金屬基體上浸潤擴散并與金屬基體形成冶金結(jié)合，從而在金屬表面形成了一層致密均勻的防腐耐磨復(fù)合涂層。
[0010]進一步，本發(fā)明的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的防腐耐磨耐涂層制備方法具有工藝簡便、便于實現(xiàn)機械化操作、涂敷效率高等優(yōu)點，所制備的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層由于碳化鎢耐磨顆粒和鎳基釬料粉在涂層成型之前進行了充分的混合，因此具有良好的熱傳導(dǎo)性，并且具有較好的防腐、耐磨、抗沖擊能力，并且該碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的結(jié)構(gòu)致密，與金屬基體的結(jié)合強度可達450MPa以上。
[0011]進一步，本發(fā)明的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層，制備過程中通過調(diào)節(jié)含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料的粘度和噴涂次數(shù)來調(diào)節(jié)最終所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的厚度，在使用中不會出現(xiàn)碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的剝離和開裂，其使用壽命可達36-42個月。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1、實施例1所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的掃描電鏡SM圖。

【具體實施方式】
[0013]下面通過具體實施例對本發(fā)明進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0014]本發(fā)明的各實施例中所用的原料:
碳化鎢一長沙株洲硬質(zhì)合金有限公司；
鈷包碳化鎢一成都大光熱噴涂材料有限公司；
抗凝劑為NbC或Cr2C3—上海天特化工公司；
鎳基釬料BN1-2或BN1-9—上海斯米克焊材有限公司；
0.1%的水性環(huán)氧粘接劑一上海新華樹脂廠。
[0015]實施例1
一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)、將碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑混合均勻，形成含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，然后噴涂于需要保護的金屬基體上，自然干燥，得到具有厚度約Imm涂層材料的金屬基體；
上述的含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下:
碳化鎢顆粒48.6%
抗凝劑1%
鎳基釬料30.4%
水性環(huán)氧粘接劑 20% ；
所述的碳化鎢顆粒的直徑為130微米；
所述的0.1%的水性環(huán)氧粘結(jié)劑是質(zhì)量百分比濃度為0.1%的水性環(huán)氧樹脂水溶液； 所述的鎳基釬料為BN1-2 ；
所述的金屬基體為碳鋼基體；
(2)、將噴涂有涂層材料的金屬基體在真空釬焊爐中，控制升溫速度為20°C/min，從室溫升至350°C保溫20min，然后控制升溫速度為20°C /min從350°C升至1100°C進行燒結(jié)30min，然后控制降溫速度為20°C /min進行降溫，降至500°C后通氮氣冷卻，直至室溫，即在金屬基體的表面形成一層厚度為1mm的碳化鶴防腐耐磨復(fù)合涂層。
[0016]采用掃描電子顯微鏡(日立SU1500型)對上述所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層進行掃描，所得的掃描電鏡SEM圖如圖1所示，從上圖1中可以看出，所形成的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層表面結(jié)構(gòu)致密、平整，缺陷少。
[0017]上述所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層，其在使用中不會出現(xiàn)碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的剝離和開裂，其使用壽命可達42個月。
[0018]實施例2
一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)、將鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑混合均勻，形成含有鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，然后噴涂于需要保護的金屬基體上，然后自然干燥，得到噴涂有厚度約1_的涂層材料的金屬基體；
上述的含有鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下:
鈷包碳化鎢顆粒60.5%
抗凝劑1%
鎳基釬料28.5%
0.1%的水性環(huán)氧粘接劑10% ；
所述的鈷包碳化鎢顆粒的直徑為5微米； 所述的抗凝劑為NbC ；
所述的鎳基釬料為BN1-2 ；
所述的金屬基體為碳鋼基體；
所述的0.1%的水性環(huán)氧粘結(jié)劑是質(zhì)量百分比濃度為0.1%的水性環(huán)氧樹脂水溶液；
(2)、將噴涂有涂層材料的金屬基體在真空釬焊爐中，控制升溫速度為20°C/min，從室溫升至350°C保溫20min，然后控制升溫速度為20°C /min從350°C升至1100°C進行燒結(jié)30min，然后控制降溫速度為20°C /min進行降溫，降至500°C后通氮氣冷卻，直至室溫，即在金屬基體的表面形成一層厚度為1mm的碳化鶴防腐耐磨復(fù)合涂層。
[0019]上述所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層，其在使用中不會出現(xiàn)碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的剝離和開裂，其使用壽命可達40個月。
[0020]實施例3
一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，具體包括以下步驟:
(I)、將鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑混合均勻，形成含有鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，然后噴涂于需要保護的金屬基體上，然后自然干燥，得到噴涂有厚度約1_的涂層材料的金屬基體；
上述的含有鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下:
鈷包碳化鎢顆粒50.5%
抗凝劑1%
鎳基釬料28.5%
0.1%的水性環(huán)氧粘接劑20% ；
所述的鈷包碳化鎢顆粒的直徑為45微米，所述的碳化鎢顆?？蛇x鈷包碳化鎢顆粒替代；
所述的抗凝劑為Cr2C3 ；
所述的鎳基釬料為BN1-9 ；
所述的金屬基體為碳鋼；所述的0.1%的水性環(huán)氧粘結(jié)劑是質(zhì)量百分比濃度為0.1%的水性環(huán)氧樹脂水溶液；
(2)、將噴涂有涂層材料的金屬基體在真空釬焊爐中，控制升溫速度為20°C /min，從室溫升至370°C保溫20min，然后控制升溫速度為20°C /min從350°C升至1050°C進行燒結(jié)30min，然后控制降溫速度為20°C /min進行降溫，降至500°C后通氮氣冷卻，直至室溫，即在金屬基體的表面形成一層厚度為1mm的碳化鶴防腐耐磨復(fù)合涂層。
[0021]上述所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層，其在使用中不會出現(xiàn)碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的剝離和開裂，其使用壽命可達36個月。
[0022]實施例4
一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)、將鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑混合均勻，形成含有鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，然后噴涂于需要保護的金屬基體上，然后自然干燥，得到噴涂有厚度為1_的涂層材料的金屬基體；
上述的含有鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下:
鈷包碳化鎢顆粒48.5%
抗凝劑1%
鎳基釬料30.5%
0.1%的水性環(huán)氧粘接劑20% ；
所述的鈷包碳化鎢顆粒的直徑為105微米；
所述的抗凝劑為Cr2C3 ；
所述的鎳基釬料為BN1-9 ；
所述的金屬基體為碳鋼；
所述的0.1%的水性環(huán)氧粘結(jié)劑是質(zhì)量百分比濃度為0.1%的水性環(huán)氧樹脂水溶液；
(2)、將噴涂有涂層材料的金屬基體在真空釬焊爐中，控制升溫速度為20°C/min，從室溫升至350°C保溫20min，然后控制升溫速度為20°C /min從350°C升至1200°C進行燒結(jié)30min，然后控制降溫速度為20°C /min進行降溫，降至500°C后通氮氣冷卻，直至室溫，即在金屬基體的表面形成一層厚度為1mm的碳化鶴防腐耐磨復(fù)合涂層。
[0023]上述所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層，其在使用中不會出現(xiàn)碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的剝離和開裂，其使用壽命可達38個月。
[0024] 根據(jù)ASTM E18-08方法采用硬度測定儀(HRM-45DT型表面洛氏硬度計，上海蔡康光學(xué)儀器有限公司)對上述實施例1-4所得的碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的硬度進行測定，所得結(jié)果見下表:

【權(quán)利要求】
1.一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟: (1)、將碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑混合均勻，形成含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，然后噴涂于需要保護的金屬基體上，然后自然干燥，得到噴涂有厚度為Irnm的涂層材料的金屬基體； 上述的含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下: 碳化鎢顆粒48.5-60.5% 抗凝劑1-2% 鎳基釬料17.5-30.5% 0.1%的水性環(huán)氧粘接劑10-20% 所述的碳化鎢顆粒的直徑為0.3-300微米； 所述的抗凝劑為NbC或Cr2C3 ； 所述的金屬基體為碳鋼或不銹鋼； 所述的0.1%的水性環(huán)氧粘接劑為質(zhì)量百分比濃度為0.1%的水性環(huán)氧樹脂水溶液； (2)、將噴涂有涂層材料的金屬基體在真空釬焊爐，控制真空度在KT4Pa以上，控制升溫速度為20°C /min，從室溫升至350°C保溫20min，然后控制升溫速度為20°C /min從350°C升至1050-1200°C進行燒結(jié)30min，然后控制降溫速度為20°C /min進行降溫，降至500°C后通氮氣冷卻，直至室溫，即在金屬基體的表面形成一層碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于步驟(O中所述的含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下: 碳化鎢顆粒48.5-60.5%抗凝劑1% 鎳基釬料28.5-30.5% 0.1%的水性環(huán)氧粘接劑10-20%。
3.如權(quán)利要求2所述的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于步驟(O中所述的含有碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下: 碳化鎢顆粒48.5%抗凝劑1% 鎳基釬料30.4% 0.1%的水性環(huán)氧粘接劑20%。
4.如權(quán)利要求2所述的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于步驟(O中所述的碳化鎢顆粒用鈷包碳化鎢顆粒替代。
5.如權(quán)利要求4所述的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于步驟(O中所述的含有鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下: 鈷包碳化鎢顆粒60.5%抗凝劑1%鎳基釬料28.5% . 0.1%的水性環(huán)氧粘接劑10%。
6.如權(quán)利要求4所述的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于步驟(O中所述的含有鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下: 鈷包碳化鎢顆粒50.5%抗凝劑1% 鎳基釬料28.5% .0.1%的水性環(huán)氧粘接劑20%。
7.如權(quán)利要求4所述的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于步驟(O中所述的含有鈷包碳化鎢顆粒、抗凝劑、鎳基釬料和水性環(huán)氧粘接劑的漿料，按質(zhì)量百分比計算，其原料組成及含量如下: 鈷包碳化鎢顆粒48.5%抗凝劑1% 鎳基釬料30.5% .0.1%的水性環(huán)氧粘接劑20%。
8.如權(quán)利要求1所述的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于步驟(O中所得的噴涂有涂層材料的金屬基體的涂層厚度為0.5-3mm。
9.如權(quán)利要求8所述的一種碳化鎢防腐耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于步驟(O中所得的噴涂有涂層材料的金屬基體的涂層厚度為1mm。
【文檔編號】B23K1/008GK104178762SQ201410413830
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】張大全, 周騰, 高立新 申請人:上海電力學(xué)院