一种碳化钨‑钴耐磨涂层制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化钨‑钴耐磨涂层制备方法，包括以下步骤：步骤1：将石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂称取后，加入WC‑12Co喷涂粉末中，在无水乙醇介质中球研磨；步骤2：将球磨后含有液态介质的混合粉末超声分散处理小时，超声处理后粉末烘干后筛分出喷涂粉末。步骤3：采用爆炸喷涂制备石墨烯改性涂层，工艺参数为：氧气和乙炔流量比为1.2，气体充枪量为68%，喷涂距离为260mm，调节爆炸频率为3次/秒，送粉率为0.3g/s；步骤4：进行表面喷涂涂层后进行抛光处理。本发明专利技术不会被高速、高温的喷涂焰流吹飞而损失掉，有效的保留了石墨烯在涂层中的成分含量和均匀分布。

A cobalt tungsten carbide wear-resistant coating preparation method

The invention discloses a cobalt tungsten carbide wear-resistant coating preparation method comprises the following steps: Step 1: graphene modified tungsten carbide self-lubricating wear-resistant additives and weighed after adding WC 12Co powder, in the medium of ethanol ball grinding; step 2: after milling with mixed powder by ultrasonic a liquid medium dispersion treatment hours after ultrasonic treatment after drying powder sieving powder. Step 3: the preparation of graphene modified coatings, process parameters for oxygen and acetylene gas flow ratio is 1.2, the gun was 68%, the spraying distance is 260mm, adjust the detonation frequency to 3 times / sec, powder feeding rate was 0.3g/s; step 4: surface spraying coating after polishing processing. The present invention can not be lost by high velocity and high temperature spraying flame blowing, and effectively retains the content and uniform distribution of graphene in the coating.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钨-钴耐磨涂层制备方法
本专利技术属于石墨烯改性碳化钨复合材料领域，具体涉及一种碳化钨-钴耐磨涂层制备方法。
技术介绍
热喷涂碳化钨涂层具有较高的显微硬度，较好的耐磨性、氧化物含量低，涂层结合强度高等优势，是常用的耐磨涂层，已广泛应用于航空、航天、核能、机械等工业领域的装备关键摩擦运动副零部件表面耐磨防护。但在实际工作环境中，由于碳化钨涂层较高的硬度，摩擦体系的摩擦系数较大，会对与其配合的摩擦副产生较严重的磨损，甚至影响耐磨防护涂层的使用寿命。另外，随着科技进步，工业生产日益向高度自动化、高速化方向发展，许多零件(如轴承、衬套、密封环、活塞杆等)常常在重载、高速、高温、低温、高真空、强腐蚀等苛刻环境条件下工作，这样的环境不仅超越了润滑油或脂的使用极限，也使碳化钨涂层的应用受到局限，因此有必要研制具有自润滑特性的碳化钨涂层，以满足在极端摩擦条件下服役。碳化钨喷涂粉末是热喷涂制备碳化钨耐磨涂层的基础，要制备具有自润滑特性的碳化钨耐磨涂层，必须在碳化钨喷涂粉末中添加自润滑添加剂，目前向喷涂粉末中添加的自润滑剂主要包括软金属(Au，Ag等)、氟化物(LiF2，CaF2等)、二硫化物(MoS2，WS2等)以及金属氧化物(Zr2O3，Cr2O3等)，现有技术对这些润滑剂作为涂层的润滑相已进行了不少研究。但这些添加剂都有一些局限性，如摩擦过程中随着温度的升高，添加在涂层中的硫化物润滑相容易被氧化，摩擦学性能严重降低，在潮湿环境中尤其严重；虽然碱土金属和稀有金属的氟化物具有高温自润滑性能，但低温时其摩擦学性能很差，且呈现脆性。经长期研究、分析，发现石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建最常用的固体润滑剂-石墨的基本单元，具有比石墨更低的摩擦系数，是一种新型的自润滑减磨涂层添加剂。但石墨烯是纳米级单层结构的碳材料，质量较轻，陶瓷类碳化钨喷涂粉末质量大，如果将石墨烯直接添加到碳化钨喷涂粉末中，石墨烯在喷涂过程中会被高速焰流吹飞而损失，很难再涂层中保留石墨烯成分。另外，石墨烯比表面积较大，活性高，在与碳化钨喷涂粉末复合时容易团聚，很难保证在喷涂粉末中均匀混合，从而难以保证制备涂层具有自润滑耐磨特性。因此，如何提高石墨烯在碳化钨喷涂粉末中的比重，保证在喷涂粉末中的均匀混合，是本专利技术的主要
技术实现思路
。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳化钨-钴耐磨涂层制备方法，为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种碳化钨-钴耐磨涂层制备方法，包括如下步骤：步骤1：将石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂称取后，加入WC-12Co喷涂粉末中，在无水乙醇介质中球研磨；步骤2：将球磨后含有液态介质的混合粉末超声分散处理小时，超声处理后粉末烘干后筛分出喷涂粉末；步骤3：采用爆炸喷涂制备石墨烯改性涂层，工艺参数为：氧气和乙炔流量比为1.2，气体充枪量为68%，喷涂距离为260mm，调节爆炸频率为3次/秒，送粉率为0.3g/s；步骤4：进行表面喷涂涂层后进行抛光处理。上述中，所述步骤1中，将本专利技术制备的石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂称取2－10g加入200gWC-12Co喷涂粉末中，在无水乙醇介质中球磨10小时，球磨机转速为3rpm/s。上述中，所述步骤2中，将球磨后含有液态介质的混合粉末超声分散处理2小时，超声处理后粉末在40℃烘干2小时后筛分出粒度为25~45μm的喷涂粉末。上述中，所述步骤4中，抛光后涂层最终厚度为0.2mm。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1）本专利技术提供的技术方案可以在片层石墨烯表面原位生长成弥散分布的纳米碳化钨颗粒，通过控制反应物之间的含量比，及反应条件，可以实现石墨烯表面原位生长纳米碳化物颗粒的尺寸、形貌、含量调控。2）相比石墨烯作为自润滑剂直接添加到碳化钨喷涂粉末，本专利技术制备的石墨烯改性碳化物自润滑剂既未改变石墨烯片层碳结构单元的特性，石墨烯仍具有较大的比表面积和较高活性等优点，又很大程度上提高了石墨烯的重量，表面负载有原位生长的纳米碳化钨提高了与碳化钨喷涂粉末的相容性和均匀混合。3）相比石墨烯不经改性直接添加到碳化钨喷涂粉末制备的碳化钨涂层，本专利技术所获得的石墨烯改性碳化钨自润滑剂在喷涂过程中不会被高速、高温的喷涂焰流吹飞而损失掉，有效的保留了石墨烯在涂层中的成分含量和均匀分布。4）本专利技术获得的石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂应用于耐磨涂层中，石墨烯一方面可以提高涂层的强度和韧性，另外石墨烯片层间的剪切力极小，在摩擦过程中石墨烯片层之间发生相对滑动，可以代替摩擦副表面金属件的相对滑动，实现磨屑与摩擦副表面的分离，大大降低了摩擦系数，减少了磨损。附图说明图1为石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂的X射线衍射图。图2为石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂的扫描电镜图。图3为石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂的高倍扫描电镜图。图4为石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂均匀混合在碳化钨喷涂粉末的扫描电镜图。图5本专利技术实施例中制备的石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨涂层断口的一扫描电镜图。图6本专利技术实施例中制备的石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨涂层断口的另一扫描电镜图。图7为热喷涂制备的碳化钨涂层和复合有本专利技术制备的石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂的耐磨涂层摩擦系数曲线图。具体实施方式下面将结合实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：本专利技术一种石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂及制备过程如下：将一定量石墨粉加入到由浓H2SO4(12mL)、K2S2O8(2.5g)和P2O5(2.5g)组成的溶液中，在80℃下反应4.5小时。随后冷却到室温，加入0.5L去离子水。并在常温下干燥。将这种预氧化的石墨粉加入到150mL的浓H2SO4中，用冰水浴保持0℃环境，逐步加入15gKMnO4，并保持温度不超过20℃，加完后在35℃下搅拌2小时。随后加入250mL去离子水搅拌2小时。随后加入0.7L去离子水，再加入30mL30％的H2O2，在常温下干燥，然后在透析袋中透析1周，除去杂离子。最后经过真空抽滤，并在常温下干燥获得氧化石墨烯。称取1g氧化石墨烯，加入1000g无水乙醇，均匀搅拌混合，在加入50g去离子水进行混合，在超声分散仪中，选用10mm振幅杆，超声处理时间为30min，超声频率为10Hz，获得石墨烯分散的混合液，分别称取质量百分比为99%的偏钨酸铵和1%的羰基钨混合成含钨的前驱体混合物，称取1g含钨前驱体混合物加入到石墨烯分散溶液中，搅拌30min，搅拌过程中不断滴入无水乙醇，滴入量为18g，随后将得到的沉淀抽滤，在烘箱中加热70℃，烘干10min，将得到的干燥粉体，置于氧化铝坩埚中，在管式还原炉中通一定量H2，H2流量为l00sccm，以5℃/min的升温速率，加热至700℃，保温时间为1h，最后通H2冷却至室温，获得石墨烯改性碳化钨的自润滑耐磨添加剂。热喷涂制备含有本专利技术制备的石墨烯一种改性碳化钨自润滑耐磨添加剂的碳化钨-钴耐磨涂层过程如下：将本专利技术制备的石墨烯改性碳化钨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化钨‑钴耐磨涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂称取后，加入WC‑12Co喷涂粉末中，在无水乙醇介质中球研磨；步骤2：将球磨后含有液态介质的混合粉末超声分散处理小时，超声处理后粉末烘干后筛分出喷涂粉末；步骤3：采用爆炸喷涂制备石墨烯改性涂层，工艺参数为：氧气和乙炔流量比为1.2，气体充枪量为68%，喷涂距离为260mm，调节爆炸频率为3次/秒，送粉率为0.3g/s；步骤4：进行表面喷涂涂层后进行抛光处理。

【技术特征摘要】
1.一种碳化钨-钴耐磨涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将石墨烯改性碳化钨自润滑耐磨添加剂称取后，加入WC-12Co喷涂粉末中，在无水乙醇介质中球研磨；步骤2：将球磨后含有液态介质的混合粉末超声分散处理小时，超声处理后粉末烘干后筛分出喷涂粉末；步骤3：采用爆炸喷涂制备石墨烯改性涂层，工艺参数为：氧气和乙炔流量比为1.2，气体充枪量为68%，喷涂距离为260mm，调节爆炸频率为3次/秒，送粉率为0.3g/s；步骤4：进行表面喷涂涂层后进行抛光处理。2.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：田浩亮，崔永静，郭孟秋，汤智慧，王长亮，高俊国，张欢欢，周子民，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11