一种稀土改性WC-Ni基涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土改性WC‑Ni基涂层及其制备方法，该制备方法包含以下步骤：步骤1，将1～3wt.％Y2O3、45wt.％碳化钨粉末、52～54wt.％镍基合金粉末混合均匀作为预置粉末；步骤2，向预处理后的基体钢的熔覆面预置粉末；步骤3，采用CO2激光器进行表面激光熔覆，其工作参数设置如下：激光功率1.8～2.2KW，光斑直径5mm，扫描速率6～10mm/s，搭接率33％，熔覆层厚度1.1mm，保护气体为氩气。本发明专利技术在加入不同含量的Y2O3对WC‑Ni基涂层进行改性之后，涂层的性能得到明显改善，硬度、耐磨性都有显著提高，且制备方法简便，适于工业化。

A Rare Earth Modified WC-Ni Base Coating and Its Preparation Method

The invention discloses a rare earth modified WC_Ni-based coating and its preparation method, which comprises the following steps: step 1, mixing 1-3wt.% Y2O3, 45wt.% tungsten carbide powder and 52-54wt.% nickel-based alloy powder evenly as the pre-prepared powder; step 2, pre-positioning powder to the cladding surface of the pre-treated matrix steel; step 3, laser cladding of the surface with CO2 laser; Its working parameters are as follows: laser power 1.8-2.2KW, spot diameter 5mm, scanning rate 6-10mm/s, lapping rate 33%, cladding layer thickness 1.1mm, protective gas is argon. After adding Y2O3 with different content to modify WC Ni-based coating, the performance of the coating is obviously improved, the hardness and wear resistance are significantly improved, and the preparation method is simple and suitable for industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种稀土改性WC-Ni基涂层及其制备方法
本专利技术属于表面工程领域，涉及一种稀土改性WC-Ni基涂层的制备方法，具体是采用氧化钇、碳化钨和镍基合金粉为原料，通过激光熔覆的方法制备一种Y2O3改性WC-Ni基涂层。
技术介绍
激光熔覆技术是在高能激光束的加热作用下将熔覆材料与基体表面熔化形成熔池，并快速凝固，制备出一层与基体呈冶金结合的涂层的表面技术，这种涂层具有较高的硬度、耐磨性、耐蚀性，同时还能保持基体良好的塑韧性。在激光熔覆技术常用材料中，Ni基合金由于其优异的耐蚀、耐磨、抗高温性能，在材料的表面改性中得到广泛应用。同时，在粉体中加入陶瓷材料作为硬质相，制备金属基复合材料，可大幅度提高涂层的硬度及耐磨性。WC陶瓷颗粒具有高硬度、高熔点及良好的化学稳定性，是常用的添加物。研究表明，与基体相比，WC增强Ni基涂层的硬度有着明显提升，平均硬度可达基体硬度的7倍以上，但是，WC颗粒密度大于镍基合金粉末的密度，造成WC颗粒沉降在涂层底部，分布不均匀，由于碳化钨的热膨胀系数为3.84×10-6/℃，明显低于镍基合金粉末热膨胀系数，导致在熔覆过程中，热应力超出碳化钨的屈服强度，易在碳化钨颗粒较弱的位置(即碳化钨颗粒沉积较多的涂层底部。涂层在此区域热应力最大，相应的此处碳化钨颗粒开裂倾向较大)产生裂纹，稀土Y2O3的加入可优化组织显微结构，细化晶粒，抑制涂层裂纹产生，提高涂层的硬度及耐磨性。经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN101818343A的中国专利公开了一种采用球形铸造碳化钨颗粒、铁基或镍基自熔性粉末进行激光熔覆制备涂层的方法，该方法不足在于：WC颗粒密度较自熔性粉末密度大，熔覆过程中易造成成分分布不均匀，WC颗粒沉积于涂层底部，不能充分发挥其优异性能。经文献检索还发现，公开号为CN103205749B的中国专利公开了一种镍基球状碳化钨耐磨耐蚀涂层及其制备方法，该方法不足在于：利用激光或者等离子转移弧作为热源，由于碳化钨的热膨胀系数较小，在热应力的作用下，碳化钨颗粒易产生微裂纹，影响涂层的质量与完整性。通过检索现有专利和文献，未发现在WC-Ni基粉末中加入不同含量稀土Y2O3，利用激光熔覆的方法制备涂层的报导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种硬度高、耐磨性好的涂层制备方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种改性WC-Ni基涂层的制备方法，该方法包含以下步骤：步骤1，将1～3wt.％Y2O3、45wt.％碳化钨粉末、52～54wt.％镍基合金粉末混合均匀作为预置粉末；步骤2，向预处理后的基体钢的熔覆面预置所述预置粉末；步骤3，采用CO2激光器进行表面激光熔覆，其工作参数设置如下：激光功率1.8～2.2KW，光斑直径5mm，扫描速率6～10mm/s，搭接率33％，熔覆层厚度1.1mm，保护气体为氩气。较佳地，Y2O3粒度为2.5～8μm。由于稀土(如，Y2O3)活性较大，可以抑制喷涂过程中陶瓷相颗粒的氧化、脱碳、晶粒长大，从而细化显微组织，改变硬质相聚集状态，提高WC颗粒在Ni相中的分散均匀度。较佳地，碳化钨粉末、镍基合金粉末的粒度均为53～150μm。较佳地，步骤1的混合方法为采用行星式球磨机机械混粉1h。较佳地，所述的预处理包含：步骤2.1，对基体钢的熔覆面进行砂纸打磨，以除去锈层及氧化膜。较佳地，所述的预处理包含：步骤2.2，对基体钢的熔覆面进行超声清洗。本专利技术还提供了一种根据上述的方法制备的改性WC-Ni基涂层。本专利技术在加入不同含量的Y2O3对WC-Ni基涂层进行改性之后，涂层的性能得到明显改善，硬度、耐磨性都有显著提高。本文所述的“WC-Ni基”是指碳化钨粉末与Ni基合金粉末的混合物。。本专利技术的有益效果为：提供了一种经Y2O3改性的WC-Ni基涂层，经稀土改性提高了WC颗粒在Ni相中的分散均匀度，涂层的硬度和耐磨性都有显著提高，且制备方法简便，适于工业化。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术所述的预置粉末法是指：将待熔覆粉末放入烘箱24小时进行烘干，再用粘结剂将待熔覆粉末混合成膏状，将膏状的粉末涂覆于基体钢的熔覆面上，用玻璃片压平，烘干，得到预置层，预置层的厚度可用专门的测厚仪测量，一般控制在1mm左右。实施例1步骤一：将45wt.％碳化钨粉末、55wt.％镍基合金粉末混合，把混合后的粉末放入行星式球磨机中机械混粉1h，使三种粉末混合均匀，混合后的粉末放入密封袋中密封备用。步骤二：对基体钢的熔覆面进行砂纸打磨，除去锈层及氧化膜，超声清洗残留油污。步骤三：采用CO2激光器，预置粉末法进行表面激光熔覆，其中工作参数设置如下：激光功率1.8KW，光斑直径5mm，扫描速率10mm/s，搭接率33％，熔覆层厚度1.1mm，保护气体为氩气。激光熔覆后的样品，利用线切割得到大小为10mm×10mm×5mm的试样，以进行性能测试。利用维氏硬度计对实施例1制备的试样的显微硬度进行测定，实验载荷为200g，加载时间为15s。经测得，涂层的平均硬度值为630HV；利用摩擦磨损试验机对涂层进行干摩擦实验，实验结果表明，在荷载50N，滑动速度20mm/s，测试时间120min条件下，涂层的稳态摩擦系数为0.5236。实施例2步骤一：将1wt.％Y2O3、45wt.％碳化钨粉末、54wt.％镍基合金粉末混合，把混合后的粉末放入行星式球磨机中机械混粉1h，使三种粉末混合均匀，混合后的粉末放入密封袋中密封备用。步骤二：对基体钢的熔覆面进行砂纸打磨，除去锈层及氧化膜，超声清洗残留油污。步骤三：采用CO2激光器，预置粉末法进行表面激光熔覆，其中工作参数设置如下：激光功率2KW，光斑直径5mm，扫描速率8mm/s，搭接率33％，熔覆层厚度1.1mm，保护气体为氩气。激光熔覆后的样品，利用线切割得到大小为10mm×10mm×5mm的试样，以进行性能测试。利用维氏硬度计对实施例2制备的试样的显微硬度进行测定，实验载荷为200g，加载时间为15s。经测得，涂层的平均硬度值为1237HV；利用摩擦磨损试验机对涂层进行干摩擦实验，实验结果表明，在荷载50N，滑动速度20mm/s，测试时间120min条件下，涂层的稳态摩擦系数为0.3124。实施例3步骤一：将2wt.％Y2O3、45wt.％碳化钨粉末、53wt.％镍基合金粉末混合，把混合后的粉末放入行星式球磨机中机械混粉1h，使三种粉末混合均匀，混合后的粉末放入密封袋中密封备用。步骤二：对基体钢的熔覆面进行砂纸打磨，除去锈层及氧化膜，超声清洗残留油污。步骤三：采用CO2激光器，预置粉末法进行表面激光熔覆，其中工作参数设置如下：激光功率2.2KW，光斑直径5mm，扫描速率6mm/s，搭接率33％，熔覆层厚度1.1mm，保护气体为氩气。激光熔覆后的样品，利用线切割得到大小为10mm×10mm×5mm的试样，以进行性能测试。利用维氏硬度计对实施例3制备的试样的显微硬度进行测定，实验载荷为200g，加载时间为15s。经测得，涂层的平均硬度值为1457HV；利用摩擦磨损试验机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土改性WC‑Ni基涂层的制备方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：步骤1，将1～3wt.％Y2O3、45wt.％碳化钨粉末、52～54wt.％镍基合金粉末混合均匀作为预置粉末；步骤2，向预处理后的基体钢的熔覆面预置所述预置粉末；步骤3，采用CO2激光器进行表面激光熔覆，其工作参数设置如下：激光功率1.8～2.2KW，光斑直径5mm，扫描速率6～10mm/s，搭接率33％，熔覆层厚度1.1mm，保护气体为氩气。

【技术特征摘要】
1.一种稀土改性WC-Ni基涂层的制备方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：步骤1，将1～3wt.％Y2O3、45wt.％碳化钨粉末、52～54wt.％镍基合金粉末混合均匀作为预置粉末；步骤2，向预处理后的基体钢的熔覆面预置所述预置粉末；步骤3，采用CO2激光器进行表面激光熔覆，其工作参数设置如下：激光功率1.8～2.2KW，光斑直径5mm，扫描速率6～10mm/s，搭接率33％，熔覆层厚度1.1mm，保护气体为氩气。2.如权利要求1所述的稀土改性WC-Ni基涂层的制备方法，其特征在于，稀土Y2O3粒度为2.5～8μm。3.如权利要求1所述的稀土...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯悦，陈海，范丽，董丽华，尹衍生，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31