[发明专利]一种核主泵零部件用WC-Ni硬质合金涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核主泵零部件用WC-Ni硬质合金涂层制备方法，属于材料表面工程技术领域。

技术背景

核主泵中关键零部件，如水润滑轴承、机械密封部件以及轴与其它部件的装配配合副等，工作在高温、高压、高速、核辐射等极其苛刻的环境下，要求零部件表面满足耐磨损、抗腐蚀、耐热冲击性及抗辐射等性能要求，保证关键零部件使役寿命及系统的稳定性，以达到长期安全稳定运转。热喷涂技术是通过热源将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，并加速（或雾化后加速）形成高速熔滴，撞击基体经扁平化、快速冷却凝固沉积在基体表面形成覆层的一种材料成形方法，可使工件满足耐高温、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损及抗冲击等性能要求，从而几倍甚至几十倍地提高工件的使用寿命，已广泛的应用于军事、航空、航天、机械、电力以及生物工程等领域。热喷涂技术可以喷涂各种金属及合金、陶瓷、塑料及非金属等大多数固态工程材料，能制备具有各种性能的功能涂层，并且施工灵活，适应性强，不受成形件尺寸及形状的限制；WC-Ni硬质合金涂层是一种耐磨抗蚀性能优良的硬质涂层，同时具有良好的抗氧化性、耐热冲击性以及在中子辐射下不产生放射性。采用热喷涂技术在核主泵关键零部件表面制备WC-Ni硬质合金涂层，可满足核主泵中关键零部件耐磨抗蚀配合副的制造需求，完全适于核主泵高压、高温、腐蚀介质及放射性环境下的关键零部件的表面强化与防护。但热喷涂WC-Ni硬质合金涂层存在涂层孔隙率较高、致密度低和结合强度差等问题，解决热喷涂涂层的致密性和结合强度问题成为该技术发展的关键。

热等静压技术是一种有效的材料致密化方法，其实质是一种使用高温高压压制材料的方法，把通常装在包套内的工件置于高压釜中，在热和压力的双重作用下，使材料内部的孔洞等缺陷减少或消失，从而有效的提高材料的致密性及抗磨损性能。热等静压处理作为硬质合金生产过程的最后处理工序，已成为生产优质硬质合金的主要手段。热等静压处理可以降低烧结态硬质合金的孔隙，获得几乎完全致密的合金，同时减少了形成合金断裂源的缺陷尺寸，显著提高了合金的强度性能，大幅度延长了合金的使用寿命。热等静压处理可以闭合精铸件中的铸造疏松，消除与改善合金元素偏析，使材料力学性能分散度大大减小，充分发挥材料性能的潜力，国外已普遍作为航空发动机零件制作的必要工序。2000年，钢铁研究总院侯豁然等把热等静压与热喷涂结合起来，通过热等静压的作用，减少涂层的孔隙，显著提高其致密度，同时涂层与基体发生元素扩散，形成扩散连接，提高涂层的结合强度，热等静压处理大幅改善了涂层的力学性能，耐磨性提高了近7倍，但热等静压处理通常需要制备包套（或模型），要求包套在热等静压工艺温度必须是柔软的且是气密的，而且包套的形状一般比较复杂，难以机加工制造，热等静压包套的设计与制造一直是限制热等静压技术发展的一大难题。2012年，中南大学熊翔等采用二步热等静压法来处理等离子体喷涂钨异型件，首先利用低压热等静压大幅度降低喷涂层表面开孔率，起到了与包套处理类似的作用，然后利用高压热等静压使涂层微观缝隙及空隙愈合。二步热等静压处理后，钨构件致密度由热喷涂85.6%提高至95.6%，显微硬度和拉伸强度分别由HV_0.25N341.7、55.04MPa增加至HV_0.25N 547.8、245.25MPa，优于单一的低压热等静压或高压热等静压处理。尽管该方法可省去常规包套的工序，避免包套材料扩散而影响工件的成形质量，但这种方法并未实际形成热等静压包套结构，其减少涂层孔隙，提高其致密度的作用仍然有限。