一種爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可用于直升機(jī)旋翼系統(tǒng)連接件的爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法，其步驟為：對(duì)工件基材表面進(jìn)行清洗和吹砂處理；采用爆炸噴涂方法在所述工件基材表面制備碳化鎢耐磨涂層，并控制所述工件基材的溫度為60～120℃；所述爆炸噴涂完成后，采用金剛石或立方氮化硼砂輪對(duì)涂層進(jìn)行磨削精加工；直到工件基材涂層表面無燒傷、無裂紋；顯微硬度HV0.3為1000～1400；涂層與工件基材的結(jié)合強(qiáng)度≥70MPa；孔隙率≤1.0；氧含量≤2%。采用發(fā)明提供的方法對(duì)直升機(jī)旋翼系統(tǒng)連接件表面進(jìn)行噴涂處理，可有效避免由于微動(dòng)磨損和表面劃傷引起的零件失效，使用壽命可提高5～8倍。
【專利說明】一種爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金耐磨涂層熱噴涂技術(shù)，尤其涉及了一種用于直升機(jī)旋翼系統(tǒng) 連接件的爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 磨損是材料失效的三種主要形式之一，設(shè)備的故障往往是個(gè)別零件失效造成的。 直升機(jī)旋翼系統(tǒng)連接件對(duì)表面性能要求很高，特別是在高速、重載的條件下，表面的局部磨 損會(huì)造成零件的失效和降低裝備的可靠性。碳化鎢是540°C以下硬度最高的涂層材料，采用 等離子噴涂時(shí)，中心火焰接近l〇〇〇〇°C，將碳化鎢噴涂材料加熱到熔融狀態(tài)后，隨等離子弧 焰流高速撞擊并沉積到工件基材表面形成涂層。雖然等離子噴涂成本低、但涂層內(nèi)部孔隙 率一般高達(dá)10%，涂層的結(jié)合強(qiáng)度差；而噴涂過程溫度高容易引起基材退火，造成基材力 學(xué)性能下降。
[0003] 采用爆炸噴涂制備的碳化鎢涂層耐磨損、涂層結(jié)合強(qiáng)度高、致密性好，對(duì)工件基材 無熱影響，可以對(duì)金屬表面復(fù)合強(qiáng)化，降低微動(dòng)磨損造成零件的疲勞失效。噴涂過程中，由 于溫度較高，部分WC (碳化鎢）可能會(huì)分解為W2C,甚至是金屬鎢，使涂層的結(jié)合強(qiáng)度和致密 度降低。業(yè)界用鈷將碳化鎢包覆起來制成的鈷包覆碳化鎢粉末，從噴涂材料方面減少了碳 化鎢的氧化和分解。但采用爆炸噴涂制備的碳化鎢涂層，取決于爆炸噴涂的燃?xì)夥N類、燃燒 氣氛、壓力和流量、噴涂距離等工藝條件。由于爆炸能量、溫度和噴涂氣氛的不可控，制備的 WC-Co硬質(zhì)合金耐磨涂層脫碳嚴(yán)重、氧含量高、涂層脆化和加工開裂等技術(shù)難點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決上述采用爆炸噴涂技術(shù)制備的WC-Co硬質(zhì)合金耐磨涂層的技術(shù) 問題，提供一種易操作、重復(fù)性好、粉末沉積率高、高強(qiáng)高韌以及低脫碳率和氧含量的爆炸 噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法。
[0005] 本發(fā)明提出的爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1,對(duì)工件基材表面進(jìn)行清洗和吹砂處理；
[0007] 步驟2,采用爆炸噴涂方法在所述工件基材表面制備碳化鎢耐磨涂層，并控制所述 工件基材的溫度為60?120°C ;
[0008] 步驟3、所述爆炸噴涂完成后，采用金剛石或立方氮化硼砂輪對(duì)涂層進(jìn)行磨削精加 工；直到工件基材涂層表面無燒傷、無裂紋；顯微硬度HV a3為1000?1400 ;涂層與工件基 材的結(jié)合強(qiáng)度彡70MPa ;孔隙率彡I. 0 ;氧含量彡2% ;
[0009] 其中，所述爆炸噴涂中，采用氧氣、乙炔和丙烷或者氧氣、乙炔和丙烯的混合氣體， 該混合氣體中氧氣：乙炔：丙烷（或丙烯）流量范圍為（1. 2?I. 5) :1. 0 : (0. 1?0. 2)m3/ h，爆炸頻率為3?6次/秒，噴涂距離為100?200mm，炮口直徑為16?25mm，碳化鎢粉體 的送粉量為〇. 3?0. 9g/s，噴涂斑點(diǎn)重疊30?75 %，涂層厚度為200?800 μ m。
[0010] 本發(fā)明在氧氣和乙炔混合氣體中通入丙烷或丙烯，在保證爆炸能量和粒子飛行速 度的前提下，可以在還原氣氛下制備低脫碳率和氧含量的WC-Co耐磨涂層。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0012] (1)在氧氣和乙炔混合氣體中通入丙烷或丙烯，由于丙烷和丙烯燃燒時(shí)放出的熱 能較乙炔要低，可以減少WC粉末的過熱；而且丙烷和丙烯分別為單鍵和雙鍵結(jié)構(gòu)，相比乙 炔的三鍵結(jié)構(gòu)分子鏈斷裂能較大，爆炸時(shí)粒子受熱均勻且較發(fā)散的火焰有利于粒子的均勻 霧化。通過調(diào)整爆炸噴涂工藝參數(shù)，可制備硬度和結(jié)合強(qiáng)度高、韌性好和低孔隙率的耐微動(dòng) 磨損的WC-Co防護(hù)涂層。
[0013] (2)本發(fā)明解決了用于直升機(jī)旋翼系統(tǒng)連接件如螺栓、槳葉銷等曲率半徑很小的 弧面零部件制備高性能碳化鎢耐磨防護(hù)涂層，可有效避免由于微動(dòng)磨損和表面劃傷引起的 零件失效，使用壽命平均提高5?8倍。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例1:
[0015] 工件基材采用35Ni4Cr2MoA高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，試樣尺寸為〇42mmX200mm。噴涂前用 丙酮對(duì)工件基材表面進(jìn)行超聲清洗去除油脂，然后用46#金剛砂進(jìn)行噴砂粗化處理，采用 轉(zhuǎn)床夾持對(duì)工件基材進(jìn)行噴涂，噴涂后工件基材溫度為100?120°C。其爆炸噴涂工藝參數(shù) 見表1，涂層組成和性能見表2。
[0016] 表1爆炸噴涂工藝參數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種爆炸噴涂碳化鎢耐磨涂層的制備方法，包括如下步驟： 步驟1，對(duì)工件基材表面進(jìn)行清洗和吹砂處理； 步驟2,采用爆炸噴涂方法在所述工件基材表面制備碳化鎢耐磨涂層，并控制所述工件 基材的溫度為60?120°C ; 步驟3、所述爆炸噴涂完成后，采用金剛石或立方氮化硼砂輪對(duì)涂層進(jìn)行磨削精加工； 直到工件基材涂層表面無燒傷、無裂紋；顯微硬度HVa3為1000?1400 ;涂層與工件基材的 結(jié)合強(qiáng)度彡70MPa ;孔隙率彡1. 0 ;氧含量彡2% ; 其中，所述爆炸噴涂中，采用氧氣、乙炔和丙烷或者氧氣、乙炔和丙烯的混合氣體，該混 合氣體中氧氣：乙炔：丙烷或丙烯流量范圍為（1.2?1.5) :1.0:(0. 1?0.2) m3/h，爆炸 頻率為3?6次/秒，噴涂距離為100?200 mm，炮口直徑為16?25 mm，碳化鎢粉體的送 粉量為0. 3?0. 9 g/s，噴涂斑點(diǎn)重疊30?75%，涂層厚度為200?800 μ m。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟1，是采用丙酮對(duì)工件基材表面進(jìn) 行超聲清洗去除油脂，然后用46#金剛砂進(jìn)行噴砂粗化處理，以增加涂層與基材的附著力。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所用的碳化鎢粉體為WC-12CO或WC-17CO， 碳化鎢粉體粒徑為15?45 μ m。
【文檔編號(hào)】C23C4/06GK104264098SQ201410469879
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】趙立英, 王剛, 劉平安, 吳清軍 申請(qǐng)人:廣東新勁剛新材料科技股份有限公司, 佛山市康泰威新材料有限公司