專利名稱：一種WC－NiCrMoAl超硬無磁涂層復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳基超硬復(fù)合材料及其制備方法，更特別的是一種無磁、耐磨、耐腐蝕的WC-NiCrMoAl的涂層材料及其在金屬機(jī)械零部件上制成無磁、超硬、耐磨、耐腐蝕的涂層的方法。
背景技術(shù)：
在地質(zhì)勘探、模具制造、石油、選礦、電子測(cè)試儀器、化工等工業(yè)中，存在很多無磁材料制造的零部件，當(dāng)這些零部件在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦磨損。此類零件往往價(jià)格昂貴，因此在零部件制造時(shí)需要有無磁耐磨防護(hù)層，或者在發(fā)生磨損后需要采用無磁材料進(jìn)行修復(fù)或再制造。無磁零件使用時(shí)面臨的問題除了磨損之外還有腐蝕問題，因此采用無磁耐磨抗腐蝕的涂層提高無磁零件的使用壽命是有效措施之一。粉末冶金硬質(zhì)合金通常由WC做為硬質(zhì)相而Ni或Co做為粘結(jié)劑，但是在粉末冶金硬質(zhì)合金中WC的含量都比較高，一般均在75%以上。美國專利5273571發(fā)明了一種采用粉末冶金方式制造的WC含量60%-98%的無磁硬質(zhì)合金。而實(shí)踐證明，用于粉末冶金的高含量WC粉末材料不適合于激光熔覆等表面技術(shù)，原因在于自熔性比較差且裂紋開裂傾向極高，基本難以應(yīng)用于熔覆焊。因此開發(fā)適合于熔覆用的無磁涂層材料至關(guān)重要。相對(duì)鐵基材料而言，鎳基材料的磁性相對(duì)鐵基較弱一些，并且鎳基材料的抗腐蝕性優(yōu)于鐵基材料。制備WC做為強(qiáng)化相而鎳基合金作為金屬粘結(jié)劑的涂層材料有較明顯的優(yōu)越性，可獲得高硬度、耐磨、抗腐蝕的涂層材料。美國專利2010/0009089A1發(fā)明了一種鎳基無磁涂層，WC含量30% -65%，但該涂層材料含有i^、Co等元素，將影響到無磁性能的穩(wěn)定性。針對(duì)激光熔覆技術(shù)，本發(fā)明在降低WC含量的情況下，采用自熔性較好的合金元素及強(qiáng)化元素，涂層材料中不含有Fe、Co等元素，涂層具有高硬度、較高的耐磨和抗腐蝕性能及優(yōu)良的無磁性能，涂層裂紋傾向大大降低，材料成分也顯著降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要為了提高材料的耐磨、抗腐蝕性能，且明顯降低材料成本，提供一種WC-NiCrMoAl超硬無磁涂層復(fù)合材料及其制備方法，大大提高材料的耐磨性能、抗腐蝕性能，涂層材料無磁性能穩(wěn)定。一種WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料，其特征在于質(zhì)量百分比如下碳化鎢25 40wt%,Cr :11 18wt%、Mo 4 8wt%、Al :1. 5 5. Owt%，余量 Ni。上述的一種WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)按上述組分的質(zhì)量百分比選取原料；(2)采用水霧化、氣霧化或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，稱量碳化鎢粉末以及NiCrMoAl合金粉末，其中碳化鎢粉末質(zhì)量百分比25 40%，粉末粒度均為-140 +325目；
(3)將上述碳化鎢粉末與NiCrMoAl合金粉末在球磨機(jī)里面混合1 3小時(shí)，實(shí)現(xiàn)均勻化；(4)選取機(jī)械零部件載體，利用激光熔覆等表面技術(shù)在機(jī)械零件表面上制備成涂層，實(shí)現(xiàn)零部件的強(qiáng)化或修復(fù)；激光熔覆功率1. 5 4. 5KW，圓光斑尺寸為3 6mm或矩形光斑尺寸2 X 8mm，光束掃描速度為180 450mm/min，激光熔覆過程采用流量為8 16L/min的氬氣保護(hù)。本發(fā)明制備而成的超硬復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率在1. 003 ^ ur ^ 1. 012之間，硬度達(dá)到HRC55-65，25°C鹽霧腐蝕的腐蝕率小于0. 38g/m2 · h。


圖1是不同WC含量的熔覆層的磁滯回線①碳化鎢含量為25%無磁涂層的磁滯回線②碳化鎢含量為33%無磁涂層的磁滯回線③碳化鎢含量為40%無磁涂層的磁滯回線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)選取典型的WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料配方，碳化鎢25wt Cr llwt%,Mo :4wt%,Al :1. 5wt%，余量 Ni。(2)采用氬氣霧化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，采用精度為0. Img的電子天平稱量碳化鎢粉末以及NiCrMoAl合金粉末，粉末粒度為-140 +325目。(3)將上述碳化鎢顆粒與NiCrMoAl合金粉末混合料，在球磨機(jī)里面混合1. O小時(shí)。(4)選取無磁鋼316L作為熔覆基體材料，利用(X)2激光熔覆在基材表面上制備熔覆層，設(shè)置(X)2激光輸出功率4. 5KW，矩形光斑尺寸2 X 8mm，光束掃描速度為450mm/min，激光熔覆過程采用流量為8L/min的氬氣保護(hù)。下面對(duì)本實(shí)施例得到的WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料進(jìn)行各種性能測(cè)試。1、腐蝕實(shí)驗(yàn)將無磁涂層材料在YW/R-150鹽霧實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，NaCl的質(zhì)量濃度為(5士0. 1) %，pH值為6. 5 7. 2，得到涂層材料的腐蝕率為0. 28g/m2 · h(測(cè)試條件250C X16 !)，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。2、顯微硬度用HR-150A型顯微洛氏進(jìn)行硬度測(cè)試，對(duì)激光熔覆層表面進(jìn)行進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試并計(jì)算平均值，其硬度為HRC55。3、磁性能檢測(cè)在Lake Shore7410型振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行WC-NiCrMoAl材料磁性能測(cè)試，得到材料的相對(duì)磁導(dǎo)率為1. 003，見圖1。以上數(shù)據(jù)均說明激光熔覆制備的WC-NiCrMoAl涂層為無磁超硬復(fù)合材料，且性能優(yōu)異。實(shí)施例2(1)選取典型的WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料配方，碳化鎢33. Owt %、Cr 14. 0wt%,Mo 6. 0wt%,Al :3. Owt%，余量 Ni。(2)采用水霧化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，采用精度為0. Img的電子天平稱量碳化鎢粉末以及NiCrMoAl合金粉末，粉末粒度為-140 +325目。(3)將上述碳化鎢顆粒與NiCrMoAl合金粉末混合料，在球磨機(jī)里面混合1. 5小時(shí)。(4)選取無磁鋼N1310作為熔覆基體材料，利用半導(dǎo)體激光熔覆在基材表面上制備熔覆層，設(shè)置半導(dǎo)體激光輸出功率1. 5KW，圓光斑尺寸3mm，光束掃描速度為ISOmm/min，激光熔覆過程采用流量為12L/min的氬氣保護(hù)。下面對(duì)本實(shí)施例得到的WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料進(jìn)行各種性能測(cè)試。1、腐蝕實(shí)驗(yàn)將無磁涂層材料在YW/R-150鹽霧實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，NaCl的質(zhì)量濃度為(5士0. 1) %，pH值為6. 5 7. 2，得到涂層材料的腐蝕率為0. 33g/m2 · h(測(cè)試條件250C X16 !)，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。2、顯微硬度用HR-150A型顯微洛氏進(jìn)行硬度測(cè)試，對(duì)激光熔覆層表面進(jìn)行進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試并計(jì)算平均值，其硬度為HRC60。3、磁性能檢測(cè)在Lake Shore7410型振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行WC-NiCrMoAl材料磁性能測(cè)試，得到材料的相對(duì)磁導(dǎo)率為1. 006，見圖1。以上數(shù)據(jù)均說明激光熔覆制備的WC-NiCrMoAl涂層為無磁超硬復(fù)合材料，且性能優(yōu)異。實(shí)施例3(1)選取典型的WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料配方，碳化鎢40. Owt %、Cr 18. Owt%,Mo 8. Owt%,Al :5. Owt%，余量 Ni。(2)采用水霧化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，采用精度為0. Img的電子天平稱量碳化鎢粉末以及NiCrMoAl合金粉末，粉末粒度為-140 +325目。(3)將上述碳化鎢顆粒與NiCrMoAl合金粉末混合料，在球磨機(jī)里面混合3. O小時(shí)。(4)選取304不銹鋼作為熔覆基體材料，利用光纖激光熔覆法基材表面上制備熔覆層，設(shè)置光纖激光輸出功率3. OKff,圓光斑尺寸為6mm，光束掃描速度為300mm/min，激光熔覆過程采用流量為16L/min的氬氣保護(hù)。下面對(duì)本實(shí)施例得到的WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料進(jìn)行各種性能測(cè)試。1、腐蝕實(shí)驗(yàn)將無磁涂層材料在YW/R-150鹽霧實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，NaCl的質(zhì)量濃度為(5士0. 1) %，pH值為6. 5 7. 2，得到涂層材料的腐蝕率為0. 38g/m2 · h(測(cè)試條件250C X16 !)，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。2、顯微硬度用HR-150A型顯微洛氏進(jìn)行硬度測(cè)試，對(duì)激光熔覆層表面進(jìn)行進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試并計(jì)算平均值，其硬度為HRC65。3、磁性能檢測(cè) 在Lake Shore7410型振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行WC-NiCrMoAl材料磁性能測(cè)試，得到材料的相對(duì)磁導(dǎo)率為1.012，見圖1。 以上數(shù)據(jù)均說明激光熔覆制備的WC-NiCrMoAl涂層為無磁超硬復(fù)合材料，且性能優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料，其特征在于質(zhì)量百分比如下碳化鎢25 40wt%,Cr :11 18wt%、Mo 4 8wt%、Al :1. 5 5. Owt%，余量 Ni。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)按上述組分的質(zhì)量百分比選取原料；(2)采用水霧化、氣霧化或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化的方式得到MCrMoAl合金粉末，稱量碳化鎢粉末以及NiCrMoAl合金粉末，其中碳化鎢粉末質(zhì)量百分比25 40%，粉末粒度均為-140 +325目；(3)將上述碳化鎢粉末與NiCrMoAl合金粉末在球磨機(jī)里面混合1 3小時(shí)，實(shí)現(xiàn)均勻化；(4)選取機(jī)械零部件載體，利用激光熔覆等表面技術(shù)在機(jī)械零件表面上制備成涂層，實(shí)現(xiàn)零部件的強(qiáng)化或修復(fù)；激光熔覆功率1. 5 4. 5KW，圓光斑尺寸為3 6mm或矩形光斑尺寸2X8mm，光束掃描速度為180 450mm/min，激光熔覆過程采用流量為8 16L/min的氬氣保護(hù)。
全文摘要
一種WC-NiCrMoAl無磁涂層復(fù)合材料及其制備方法屬于激光領(lǐng)域，材料質(zhì)量百分比如下碳化鎢25～40wt％、Cr11～18wt％、Mo4～8wt％、Al1.5～5.0wt％，余量Ni。制備方法包括以下步驟采用水霧化、氣霧化或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化的方式得到NiCrMoAl合金粉末，稱量碳化鎢粉末以及NiCrMoAl合金粉末；將碳化鎢粉末與NiCrMoAl合金粉末在球磨機(jī)里面混合1～3小時(shí)，實(shí)現(xiàn)均勻化；選取機(jī)械零部件載體，利用激光熔覆等表面技術(shù)在機(jī)械零件表面上制備成涂層，實(shí)現(xiàn)零部件的強(qiáng)化或修復(fù)。涂層具有高硬度、較高的耐磨和抗腐蝕性能及優(yōu)良的無磁性能，涂層裂紋傾向大大降低。
文檔編號(hào)C22C32/00GK102560222SQ20121000230
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者楊膠溪 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)