[发明专利]一种抗气蚀抗冲蚀的纳米碳化物增强碳化钨基复合粉末、涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗气蚀抗冲蚀的纳米碳化物增强碳化钨基复合粉末、涂层及其制备方法，该粉末由如下成分组成：碳化钨(WC)、金属粘结剂、纳米碳化物强化相，所述的纳米碳化物强化相为碳化钒(VC)、碳化铌(NbC)中的一种或多种。本发明的复合粉末可有效提高涂层的抗气蚀性能和抗冲蚀性能，同时该涂层还保持了良好的抗腐蚀、抗疲劳及抗磨损性能，此外复合涂层的制备方法工艺可靠，性能稳定，适合水轮机、水泵等抗冲蚀、抗气蚀领域应用推广，尤其适用于高泥沙水流环境中。

技术领域

本发明属于材料表面强化技术领域，涉及一种碳化钨基金属陶瓷粉末及涂层，尤其涉及一种抗气蚀抗冲蚀的纳米碳化物增强碳化钨基复合粉末、涂层及其制备方法。

背景技术

冲蚀磨损、汽蚀、腐蚀是导致水轮机等水力机械失效的主要形式之一，它广泛存在于水轮机、水泵等机械的过流部件中，造成水力机械效率设备运行效率低下，寿命缩短，严重影响机组的稳定性和安全运行，来巨大的资源和经济的浪费。热喷涂碳化钨金属陶瓷涂层具有良好的抗冲蚀性能和一定抗汽蚀和耐腐蚀性能，但在新疆、黄河等高泥沙水流中，热喷涂碳化钨金属陶瓷涂层的抗泥沙冲蚀仍有不足，特别是抗石英砂冲蚀。且在水力机械高速运行过程中会对碳化钨金属陶瓷涂层产生巨大的气蚀作用而导致其无法对基材起到抗气蚀抗冲蚀保护。有研究表明：在高泥沙水流中，由于砂粒的硬度大，在含沙水流的不断冲击作用下，砂粒首先对碳化钨基涂层的粘结相造成严重的切削作用。涂层的粘结相受到冲刷粒子的微切削和犁削作用而去除，导致WC颗粒裸露在涂层表面。随着表层粘结相的逐渐减少，粘结相对表层WC颗粒的粘结作用也渐渐减弱，并在随后的粒子的冲击下产生脱落，造成涂层的失效。因而，无法起到长期的抗气蚀抗冲蚀保护作用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种抗气蚀抗冲蚀的纳米碳化物增强碳化钨基复合粉末、涂层及其制备方法，以解决现有碳化钨基金属陶瓷涂层材料无法满足实际工程使用要求的问题，在兼顾良好抗疲劳、抗腐蚀、抗磨损性能的同时，提高设备的抗气蚀抗冲蚀性能。

本发明采用如下技术方案实现：

一种抗气蚀抗冲蚀的纳米碳化物增强碳化钨基复合粉末，其成分组成如下：

碳化钨(WC)：40～85wt％、金属粘结剂：5～50wt％、纳米碳化物强化相：2～10wt％，所述的纳米碳化物强化相为碳化钒(VC)、碳化铌(NbC)中的一种或多种。

上述技术方案中，所述的金属粘结剂为Co、Cr、Ni中的一种或两种的组合。

所述的碳化钨(WC)的颗粒度为0.5μm～8μm或40nm～200nm。

所述的纳米碳化物强化相颗粒度为20～100nm。

所述的复合粉末的颗粒尺度为10～55μm。

以该复合粉末为原料，采用煤油超音速火焰喷涂或大气超音速火焰喷涂该原料，可直接形成抗气蚀抗冲蚀的纳米碳化物增强碳化钨基复合涂层。

其具体的制备工艺如下：

1)将碳化钨、金属粘结剂、纳米碳化物强化相按一定的质量百分比进行配置，向配置好的配方原料添加酒精和聚乙二醇，在球磨机里进行充分混合20～30小时。

2)采用水雾化或酒精雾化对配好的料浆进行喷雾干燥造粒，将造粒好的原始复合粉末放入氢气保护气氛下的钼丝炉中进行烧结，烧结温度为1000～1250℃。烧结后进行破碎筛分得到抗气蚀抗冲蚀的纳米碳化物增强碳化钨基复合粉末。

3)将上述复合粉末，放在保温箱内进行烘干，保温温度为 60～100℃，烘干时间为1～2小时。

4)将碳钢或合金钢基材表面进行清洗、除锈、烘干，并对其表面喷砂毛化，喷砂后表面粗糙度为6.3～12.0μm。