一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末及其制备方法，与传统团聚金属碳化物陶瓷粉末相比：本发明专利技术金属陶瓷粉末具有包覆层核壳结构，可降低陶瓷粉末沉积过程中WC的氧化，进而避免热喷涂过程中WC颗粒的分解和有害三元硬脆相(W6Co6C，W3Co3C)的形成，还通过利用Cr3C2颗粒的熔化和弥散分布实现了基体与硬质颗粒双相强化，能够同时大幅度提高涂层的硬度和断裂韧性；利用本发明专利技术金属陶瓷粉末制备的涂层具有硬质相含量高、涂层与基体界面结合紧密、碳化物颗粒与粘结相结合紧密性好等特点；本发明专利技术公开的金属陶瓷粉末制备方法，操作简单，实施可行性高，为金属陶瓷粉末的发展和应用奠定了基础。属陶瓷粉末的发展和应用奠定了基础。属陶瓷粉末的发展和应用奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料加工、冶金、机械、化工等领域的硬质合金涂层材料，具体涉及一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末及其制备方法。

技术介绍

[0002]在表面失效引起的零件报废总量中，磨损约占零件表面失效总量的60～80％，造成了巨大的经济损失。由于磨损通常是由表面开始的，在金属表面施加兼具高耐磨性和良好强韧性的涂层，就成为延长金属零件寿命的主要途径之一。
[0003]在众多耐磨材料中，金属陶瓷由金属(或合金)粘结相与陶瓷颗粒组成，即具备一定的强韧性，又具有高硬度和高耐磨性，已经广泛应用于金属切削、模具等块体耐磨件。因此，采用金属陶瓷作为耐磨涂层，有望解决金属零件磨损失效过快、使用寿命过短的现象。热喷涂方法是工业生产中制备金属陶瓷涂层的最常用方法之一，然而，热喷涂时温度高达上千度，且热喷涂工艺通常在富氧环境中进行，WC-Co等金属陶瓷易发生分解、氧化的现象，且常常与金属粘结相生成多元硬脆相，进而降低涂层的性能。因此，如何克服热喷涂过程中金属陶瓷氧化分解等问题，并在此基础上，通过涂层微观组织的改善进一步提高其综合力学性能，是开发兼具高耐磨性与良好强韧性金属陶瓷涂层的关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末及其制备方法，与传统团聚金属碳化物陶瓷粉末相比：本专利技术金属陶瓷粉末具有包覆层核壳结构，可降低陶瓷粉末沉积过程中WC的氧化，进而避免热喷涂过程中WC颗粒的分解和有害三元硬脆相(W6Co6C，W3Co3C)的形成，还通过利用Cr3C2颗粒的熔化和弥散分布实现了基体与硬质颗粒双相强化，能够同时大幅度提高涂层的硬度和断裂韧性；利用本专利技术金属陶瓷粉末制备的涂层具有硬质相含量高、涂层与基体界面结合紧密、碳化物颗粒与粘结相结合紧密性好等特点；本专利技术公开的金属陶瓷粉末制备方法，操作简单，实施可行性高，为金属陶瓷粉末的发展和应用奠定了基础。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是设计一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，所述陶瓷粉末为球形颗粒状粉末，由内核和包覆在内核表面的外壳组成；所述内核由内核浆料依次经团聚、造粒、烧结、筛分而成，所述内核浆料由微米级内核硬质相、含稀土的内核粘结相、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置而成；所述陶瓷粉末由上述内核与外壳浆料依次经制壳、致密化及分选步骤制成，所述外壳浆料由纳米级外壳硬质相、外壳粘结相、粘结剂、分散剂和去离子搅拌配置而成。
[0006]优选的技术方案是，所述陶瓷粉末中内核的半径设为R1、外壳的外半径设为R2，则R2/R1＝{1+[(b％/(a％)-1)]×
(P1/P2)}
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，其中，a％为所述陶瓷粉末中硬质相的平均百分含量，b％为所述陶瓷粉末的内核中微米级内核硬质相的平均百分含量，P1为内核的理论
密度，P2为外壳的理论密度。
[0007]进一步优选的技术方案还有，在所述陶瓷粉末的外壳中：所述纳米级外壳硬质相的原料粉末粒径≤500nm，选自Cr3C2或VC合金粉末中的一种；所述外壳粘结相的原料粉末粒径≤0.2μm，分别包括Co、Ni、Fe金属粉末中的一种，CoCr、NiCr、CoNi合金粉末中的一种；
[0008]在所述陶瓷粉末的内核中：所述微米级内核硬质相的原料粉末为WC粉末，其粒径范围为1.5～2.5μm；所述含稀土的内核粘结相的原料粉末粒径≤0.5μm，分别包括Co、Ni、Fe金属粉末中的一种，CoCr、NiCr、CoNi合金粉末中的一种，以及La2O3或Y2O3稀土氧化物粉末中的一种。
[0009]进一步优选的技术方案还有，在所述陶瓷粉末的内核中，稀土氧化物粉末的百分含量为所述含稀土的内核粘结相质量的1.2～1.5％。
[0010]为了便于上述一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的顺利制备和应用实施，现提出一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1：球磨及筛分，将上述的微米级内核硬质相、含稀土的内核粘结相、纳米级外壳硬质相、外壳粘结相分别于惰性气氛保护或真空条件下球磨一段时间，并筛分得到粒径范围为1.5～2.5μm的微米级内核硬质相原料粉末、粒径≤0.5μm的含稀土的内核粘结相原料粉末、粒径≤500nm的纳米级外壳硬质相原料粉末、粒径≤0.2μm的外壳粘结相原料粉末；
[0012]S2：球形颗粒状粉末的结构设计，根据造粒工艺条件和所述陶瓷粉末成品的合格参数指标确定外壳的外半径R2，并依据公式R2/R1＝{1+[(b％/(a％)-1)]×
(P1/P2)}
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计算出内核的半径R1，其中内核的理论密度P1依据内核的成分配比确定、外壳的理论密度P2依据外壳的成分配比确定，硬质相的平均百分含量a％和内核中微米级内核硬质相的平均百分含量b％分别依据所述陶瓷粉末成品的合格参数指标确定；
[0013]S3：混料，根据步骤S2设计的所述陶瓷粉末中外壳的外半径R2、内核的半径R1、内核的理论密度P1和外壳的理论密度P2，计算出构造内核用微米级内核硬质相原料粉末和含稀土的内核粘结相原料粉末的重量比、构造外壳用纳米级外壳硬质相原料粉末和外壳粘结相原料粉末的重量比；然后将微米级内核硬质相原料粉末、含稀土的内核粘结相原料粉末、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置成内核浆料，将外壳中纳米级外壳硬质相原料粉末、外壳粘结相原料粉末、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置成外壳浆料；
[0014]S4：造核，将步骤S3制备的内核浆料依次经团聚、造粒、烧结、筛分，得平均粒径为R1的球形内核颗粒粉末；
[0015]S5：制壳，将步骤S3制备的外壳浆料和步骤S4制备的球形内核颗粒粉末按照步骤S2设计的重量比进行混合，并依次经团聚、造粒、烧结，得球形颗粒状粉末粗品；
[0016]S6：致密化及分选，将步骤S5制备的球形颗粒状粉末粗品依次经烘干、烧结、冷却、筛分，得平均粒径为R2的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末。其中，烘干可以将球形颗粒状粉末粗品进行有效的脱脂和脱水。
[0017]优选的技术方案还有，在所述步骤S2中，配置内核浆料时，粘结剂的添加量、分散剂的添加量均为微米级内核硬质相原料粉末与含稀土的内核粘结相原料粉末质量和的2～3％，去离子水的添加量为微米级内核硬质相原料粉末与含稀土的内核粘结相原料粉末质量和的0.45～0.55％；
[0018]在所述步骤S2中，配置外壳浆料时，粘结剂的添加量、分散剂的添加量均为纳米级外壳硬质相原料粉末与外壳粘结相原料粉末质量和的2～3％，去离子水的添加量为纳米级外壳硬质相原料粉末与外壳粘结相原料粉末质量和的0.45～0.55％。
[0019]本专利技术的优点和有益效果在于：
[0020]1、本专利技术的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，其特征在于，所述陶瓷粉末为球形颗粒状粉末，由内核和包覆在内核表面的外壳组成；所述内核由内核浆料依次经团聚、造粒、烧结、筛分而成，所述内核浆料由微米级内核硬质相、含稀土的内核粘结相、粘结剂、分散剂和去离子水搅拌配置而成；所述陶瓷粉末由上述内核与外壳浆料依次经制壳、致密化及分选步骤制成，所述外壳浆料由纳米级外壳硬质相、外壳粘结相、粘结剂、分散剂和去离子搅拌配置而成。2.如权利要求1所述的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，其特征在于，所述陶瓷粉末中内核的半径设为R1、外壳的外半径设为R2，则R2/R1＝{1+[(b％/(a％)-1)]
×
(P1/P2)}
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，其中，a％为所述陶瓷粉末中硬质相的平均百分含量，b％为所述陶瓷粉末的内核中微米级内核硬质相的平均百分含量，P1为内核的理论密度，P2为外壳的理论密度。3.如权利要求2所述的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，其特征在于，在所述陶瓷粉末的外壳中：所述纳米级外壳硬质相的原料粉末粒径≤500nm，选自Cr3C2或VC合金粉末中的一种；所述外壳粘结相的原料粉末粒径≤0.2μm，分别包括Co、Ni、Fe金属粉末中的一种，CoCr、NiCr、CoNi合金粉末中的一种；在所述陶瓷粉末的内核中：所述微米级内核硬质相的原料粉末为WC粉末，其粒径范围为1.5～2.5μm；所述含稀土的内核粘结相的原料粉末粒径≤0.5μm，分别包括Co、Ni、Fe金属粉末中的一种，CoCr、NiCr、CoNi合金粉末中的一种，以及La2O3或Y2O3稀土氧化物粉末中的一种。4.如权利要求3所述的一种具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末，其特征在于，在所述陶瓷粉末的内核中，稀土氧化物粉末的百分含量为所述含稀土的内核粘结相质量的1.2～1.5％。5.一种如权利要求1～4任一项所述的具有核壳结构的双硬质相双粘结相金属碳化物陶瓷粉末的制备方法，包括如下步骤：S1：球磨及筛分，将上述的微米级内核硬质相、含稀土的内核粘结相、纳米级外壳硬质相、外壳粘结相分别于惰性气氛保护或真空条件下球磨一段时间，并筛分得到粒径范围为1.5～2.5μm的微米级内核硬质相原料粉末、粒径≤0.5μm的含稀土的内核粘结相原料粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪岗昌，白小波，张梦贤，陈清宇，姚海龙，王洪涛，杨超，
申请(专利权)人：九江学院，
类型：发明
国别省市：