H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC-17Co金属陶瓷涂层制造技术

本发明专利技术公开了一种H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC‑17Co金属陶瓷涂层。所述金属陶瓷涂层的制备方法包括如下步骤：采用超音速火焰喷涂将金属陶瓷粉末喷涂于基体的表面，即得到所述金属陶瓷涂层；所述金属陶瓷粉末为碳化钨基陶瓷粉末；所述金属陶瓷粉末为WC‑17Co陶瓷粉末。本发明专利技术金属陶瓷涂层的制备方法，原料廉价、普通，工艺简单、成本低，生产效率高，利于工业化生产。本发明专利技术WC‑17Co金属陶瓷涂层可达到强化H13钢基体表面的作用，从而延长采用H13制备的各种型材模具的使用寿命，如热作模具。

WC-17Co Cermet Coating with High Hardness and Wear Resistance on H13 Steel Surface by Supersonic Flame Spraying

The invention discloses a WC 17Co cermet coating with high hardness and wear resistance on the surface of H13 steel by supersonic flame spraying. The preparation method of the cermet coating comprises the following steps: the cermet powder is sprayed on the surface of the substrate by supersonic flame spraying, and the cermet coating is obtained; the cermet powder is tungsten carbide-based ceramic powder; and the cermet powder is WC_17Co ceramic powder. The preparation method of the cermet coating of the invention has the advantages of cheap raw materials, common materials, simple process, low cost, high production efficiency, and is beneficial to industrial production. The WC 17Co cermet coating of the invention can strengthen the surface of H13 steel matrix, thereby prolonging the service life of various profiles moulds prepared by H13, such as hot working moulds.

【技术实现步骤摘要】
H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC-17Co金属陶瓷涂层
本专利技术涉及一种H13钢表面超音速火焰喷涂高硬度耐磨损的WC-17Co金属陶瓷涂层。
技术介绍
H13钢(4Cr5MoSiV1)具有良好的红硬性、较高的韧性和优良抗热疲劳性能等，因而广泛应用于热锻模、热挤压模、压铸模以及等温锻造模具等。然而，H13钢最大的缺点是硬度低、耐磨损性能差，致使模具使用寿命较短。鉴于H13模具的主要失效形式是表面磨损，从节省减排，充分发挥材料性能潜力和最大经济效益出发，对H13钢模具进行表面强化处理，是综合改善H13钢模具使用寿命的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种WC-17Co金属陶瓷涂层，采用超音速火焰喷涂制备，能够增强H13钢表面的高硬度耐磨损性能，解决了H13钢在工作过程中的磨损失效问题。本专利技术所提供的金属陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：采用超音速火焰喷涂将金属陶瓷粉末喷涂于基体的表面，即得到所述金属陶瓷涂层。上述的制备方法中，所述金属陶瓷粉末可为碳化钨基陶瓷粉末。上述的制备方法中，所述金属陶瓷粉末具体可为WC-17Co陶瓷粉末，即WC的质量百分含量为83％、Co的质量百分含量为17％的陶瓷粉末。上述的制备方法中，所述金属陶瓷粉末的粒径可为15～45μm。上述的制备方法中，所述超音速火焰喷涂的条件如下：空气流量为40～50L/min，具体可为40L/min、45L/min或50L/min，氧气流量为35～45L/min，具体可为35L/min、40L/min或45L/min，丙烷流量为36～40L/min，具体可为36L/min、38L/min或40L/min，送粉量为40～45g/min，具体可为45g/min，喷涂距离为230～330mm，具体可为230mm、280mm或330mm。上述的制备方法中，所述超音速火焰喷涂之前，所述方法还包括对所述基体的表面喷丸处理的步骤，以提高所述基体与超音速火焰喷涂涂层(金属陶瓷涂层)的结合强度；所述喷丸处理采用陶瓷丸，其条件如下：喷嘴与所述基体的距离为200mm，喷丸强度为0.2～0.5mmA，喷射角度为90°，覆盖率为100％。上述的制备方法中，所述基体具体可为H13钢。上述的制备方法中，所述喷丸处理之前，所述方法还包括利用超声波清洗机清洗所述基体表面的步骤，以便于去除所述基体表面的油污；所述清洗步骤采用的溶液为乙醇或丙酮。上述方法制备的金属陶瓷涂层也属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供的金属陶瓷涂层能够增强模具钢表面的耐磨损性能，如H13钢。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术金属陶瓷涂层的显微硬度高；(2)本专利技术金属陶瓷涂层的摩擦系数低，耐磨性能良好；(3)本专利技术金属陶瓷涂层的制备方法，原料廉价、普通，工艺简单、成本低，生产效率高，利于工业化生产。本专利技术WC-17Co金属陶瓷涂层可达到强化H13钢基体表面的作用，从而延长采用H13制备的各种型材模具的使用寿命，如热作模具。附图说明图1为用于超音速火焰喷涂的H13试样的图纸。图2为H13钢基体的磨痕的三维照片。图3为本专利技术实施例1制备的WC-17Co金属陶瓷涂层的磨痕的三维照片。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1、WC-17Co金属陶瓷涂层的制备首先，H13钢超音速火焰喷涂试样的尺寸为Ф50×8mm，按照图1进行精车加工和纵向抛光处理。其次，选用乙醇，采用超声波清洗机清洗H13钢试样表面的油污，吹干备用。第三，在超音速火焰喷涂前，对H13钢表面进行喷丸预处理，以提高H13钢基体与超音速火焰喷涂涂层的结合强度。喷丸的工艺参数为：选用陶瓷丸，喷嘴与H13钢基体的距离为200mm，喷丸强度为0.3mmA，喷射角度为90°，覆盖率为100％。最后，采用超音速火焰喷涂工艺在H13钢表面制备WC-17Co金属陶瓷复合涂层，工艺参数为：空气流量45L/min，氧气流量40L/min，丙烷流量38L/min，送粉量45g/min，喷涂距离为280mm，其中采用的WC-17Co粉体的粒径为40～45μm。实施例2、WC-17Co金属陶瓷涂层的制备首先，H13钢超音速火焰喷涂试样的尺寸为Ф50×8mm，按照图1进行精车加工和纵向抛光处理；其次，选用乙醇或者丙酮溶液，采用超声波清洗机清洗H13钢试样表面的油污，吹干备用；第三，在超音速火焰喷涂前，对H13钢表面进行喷丸预处理，以提高H13钢基体与超音速火焰喷涂涂层的结合强度。喷丸的工艺参数为：选用陶瓷丸，喷嘴与H13钢基体的距离为200mm，喷丸强度为0.3mmA，喷射角度为90°，覆盖率为100％；最后，采用超音速火焰喷涂工艺在H13钢表面制备WC-17Co金属陶瓷复涂层，工艺参数为：空气流量为40L/min，氧气流量35L/min，丙烷流量为36L/min，送粉量为45g/min，喷涂距离为230mm，其中采用的WC-17Co粉体的粒径为40～45μm。实施例3、WC-17Co金属陶瓷涂层的制备首先，H13钢超音速火焰喷涂试样的尺寸为Ф50×8mm，按照图1进行精车加工和抛光处理；其次，选用乙醇或者丙酮溶液，采用超声波清洗机清洗H13钢试样表面的油污，吹干备用；第三，在超音鼠火焰喷涂前，对H13钢表面进行喷丸预处理，以提高H13钢基体与超音速火焰喷涂涂层的结合强度。喷丸的工艺参数为：选用陶瓷丸，喷丸强度为0.3mmA，喷嘴与H13钢基体的距离为200mm，喷射角度为90°，覆盖率为100％；最后，采用超音速火焰喷涂工艺在H13钢表面制备WC-17Co金属陶瓷涂层，工艺参数为：空气流量为50L/min，氧气流量为45L/min，丙烷流量为40L/min，送粉量为45g/min，喷涂距离为330mm，其中采用的WC-17Co粉体的粒径为40～45μm。本专利技术制备的WC-17Co金属陶瓷涂层的性能测试：采用QnessQ60+探针硬度计测试试样的显微硬度，载荷为0.5Kgf，加载时间为10s，每个样品测试5点，取平均值作为该样品的显微硬度值，测试结果如表1中所示。表1实施例1-3制备的WC-17Co金属陶瓷涂层和H13钢基体的显微硬度实施例1实施例2实施例3H13显微硬度/HV0.5139711581302569由表1中的数据可以看出，经过超音速火焰喷涂WC-17Co金属陶瓷涂层之后，H13钢表面的显微硬度从569HV分别提高到了1397HV、1158HV和1302HV，硬度值分别提高了2.5倍、2倍和2.3倍。金属陶瓷涂层的摩擦磨损试验在UMT-3摩擦磨损试验机进行，加载载荷为12N，频率为2Hz，行程为5mm，磨损时间为150min；对磨球采用直径为4mm的Si3N4陶瓷球，硬度HRC为18GPa。采用ZygoNexview白光干涉三维形貌仪且计算试样的磨损体积，测试结果如表2中所示。表2实施例1-3制备的WC-17Co金属陶瓷涂层和H13钢基体的磨损体积实施例1实施例2实施例3H13磨损体积/mm30.00220.00410.00350.0479由表2中的数据可以看出，模具钢H13的磨损体积为0.0479mm3，在其表面超音速火焰喷涂WC-17Co金属陶瓷涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：采用超音速火焰喷涂将金属陶瓷粉末喷涂于基体的表面，即得到所述金属陶瓷涂层。

【技术特征摘要】
1.一种金属陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：采用超音速火焰喷涂将金属陶瓷粉末喷涂于基体的表面，即得到所述金属陶瓷涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属陶瓷粉末为碳化钨基陶瓷粉末。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述金属陶瓷粉末为WC-17Co陶瓷粉末。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述金属陶瓷粉末的粒径为15～45μm。5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述超音速火焰喷涂的条件如下：空气流量为40～50L/min，氧气流量为35～45L/min，丙烷流量为36～40L/min，送粉量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大猛，庞华，黄黎，谢辰，
申请(专利权)人：清华大学，北京德瑞致远科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11