一种自润滑硬质合金涂层及其制备工艺的制作方法

本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种自润滑硬质合金涂层及其制备工艺。

背景技术：

1、硬质合金是将微米级别的高硬度难熔化的碳化物如碳化钨（wc）、碳化钛（tic）和碳化铬（cr3c2）等和过渡族金属钴（co）、镍（ni）等以及其他微量元素粉末用粉末冶金的方法，制备获得的一种金属-陶瓷材料。其也常常作为一种涂层应用在表面工程中，以其良好的性能，已经广泛应用在许多领域。硬质合金涂层在材料表面领域的应用，成倍的提高基体材料的耐磨、耐腐蚀和其他性能，极大的降低了生产成本和提高了生效率。在制备wc硬质合金涂层的工艺中hvof喷涂法相比于其它喷涂方法，不论在工作效率还是涂层质量上都有较大的优势，是目前制备wc基涂层最主要的方法。

2、hvof喷涂法制备获得的wc硬质合金涂层有耐磨性、耐腐蚀性好的特点，在航空、机械等许多领域都成功取代电镀硬铬工艺，但是其也存在气体消耗大，粉末价格高，喷涂时沉积率偏低等缺陷，再加上涂层硬度很高而导致的高昂的后期加工费用，导致hvof喷涂wc涂层存在价格高问题。使得hvof喷涂wc涂层在大范围应用存在较大困难。当前对于wc涂层的研究主要集中在提升涂层性能方面，很少考虑到在满足使用要求的情况下，如何降低替代涂层的制备成本。

3、基于wc硬质合金涂层的特点，其磨损是一个非常常见的问题，几乎涉及到机械零部件所有的运动过程。由于磨损导致的失效和更换，极大的降低了零部件的使用寿命和生产运行效率。wc涂层以其优良的耐磨性在工业领域有着大量的应用。硬质相wc颗粒提高了平均硬度，co、ni、cr等粘结相连接碳化物颗粒起到提高材料的韧性的作用，硬质相和粘结相复合得到wc-co和wc-co-cr等耐磨涂层的摩擦磨损性能，一方面受到粉末类型、涂层的机械性能、微观结构、喷涂工艺以及磨损条件的影响。另一方面还因为实际应用中面对不同的工况，经受不同类型的磨损。通常对涂层机械磨损过程中的磨损类型分为腐蚀磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损和粘着磨损等，真实情况下的磨损常常是两种或者两种以上磨损类型理想化作用的结果。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明期望提供一种自润滑硬质合金涂层及其制备工艺，利用廉价的碳化物cr3c2和tic部分替代wc，廉价的粘结相ni部分替代co，在保证性能的情况下，实现原料成本价格的下降，从而在整体上降低其生产成本，使得大规模应用成为可能。

2、本发明实施例的技术方案是这样实现的：

3、一种自润滑硬质合金涂层，其特殊之处在于：其组成包括设置在钢材表面的合金涂层，包括质量百分百含量(wt/%)的下述元素：wc：20-30%、tic：0-10%、co：1-5%、ni：10-14%、cr：1-5%，余量为cr3c2。

4、上述合金涂层，包括硬质合金相和钴铬镍粘结相，并且钴铬镍粘结相以网状包围所述硬质合金相。

5、上述合金涂层，包括质量百分百含量(wt/%)的下述元素：wc：20%、co：1%、ni：10%、cr：5%，余量为cr3c2。

6、上述合金涂层，包括质量百分百含量(wt/%)的下述元素：wc：25%、co：3%、ni：14%、cr：5%，余量为cr3c2。

7、上述合金涂层，包括质量百分百含量(wt/%)的下述元素：wc：25%、tic：10%、co：1%、ni：12%、cr：5%，余量为cr3c2。

8、上述合金涂层，包括质量百分百含量(wt/%)的下述元素：wc：30%、tic：5%、co：1%、ni：14%、cr：5%，余量为cr3c2。

9、上述合金涂层，包括质量百分百含量(wt/%)的下述元素：wc：20%、co：1%、ni：14%、余量为cr3c2。

10、上述合金涂层，包括质量百分百含量(wt/%)的下述元素：wc：20%、h-bn：1-3%、co：1%、ni：14%、cr：5%，余量为cr3c2。

11、另一方面，一种自润滑硬质合金涂层的制备工艺，包括以下步骤：按照自润滑硬质合金涂层的元素组成进行备料，将各个原料进行混合后，通过喷雾造粒获得喷涂粉末；喷涂粉末通过超音速火焰进行喷涂，制得涂层。

12、超音速火焰进行喷涂，工艺参数为：空气流量104psi，丙烷流量97psi，喷涂距离180mm-220mm，送粉效率7.4。

13、上述的制备工艺，所述超音速火焰进行喷涂，工艺参数为：空气流量107psi，丙烷流量91psi，喷涂距离220mm，送粉效率7.4。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、本发明提供一种自润滑硬质合金涂层，利用廉价的碳化物cr3c2和tic部分替代wc，廉价的粘结相ni部分替代co，在保证性能的情况下，实现原料成本价格的下降，从而在整体上降低其生产成本，使得大规模应用成为可能；而且通过加入自润滑相，并探索其最佳的添加配比，降低摩擦系数，改善硬质合金涂层的耐磨减磨性能。同时本发明提供自润滑硬质合金涂层最佳的制备工艺，获得喷涂效率最高，性能最好的涂层。

1.一种自润滑硬质合金涂层，其特征在于：其组成包括设置在钢材表面的合金涂层，包括质量百分百含量的下述元素：wc：20-30%、tic：0-10%、co：1-5%、ni：10-14%、cr：1-5%，余量为cr3c2。

2.根据权利要求1所述的自润滑硬质合金涂层，其特征在于：所述合金涂层，包括硬质合金相和钴铬镍粘结相，并且钴铬镍粘结相以网状包围所述硬质合金相。

3.根据权利要求1所述的自润滑硬质合金涂层，其特征在于：所述合金涂层，包括质量百分百含量的下述元素：wc：20%、co：1%、ni：10%、cr：5%，余量为cr3c2。

4.根据权利要求1所述的自润滑硬质合金涂层，其特征在于：所述合金涂层，包括质量百分百含量的下述元素：wc：25%、co：3%、ni：14%、cr：5%，余量为cr3c2。

5.根据权利要求1所述的自润滑硬质合金涂层，其特征在于：所述合金涂层，包括质量百分百含量的下述元素：wc：25%、tic：10%、co：1%、ni：12%、cr：5%，余量为cr3c2。

6.根据权利要求1所述的自润滑硬质合金涂层，其特征在于：所述合金涂层，包括质量百分百含量的下述元素：wc：30%、tic：5%、co：1%、ni：14%、cr：5%，余量为cr3c2。

7.根据权利要求1所述的自润滑硬质合金涂层，其特征在于：所述合金涂层，包括质量百分百含量的下述元素：wc：20%、co：1%、ni：14%、余量为cr3c2。

8.根据权利要求1所述的自润滑硬质合金涂层，其特征在于：所述合金涂层，包括质量百分百含量的下述元素：wc：20%、h-bn：1-3%、co：1%、ni：14%、cr：5%，余量为cr3c2。

9.一种自润滑硬质合金涂层的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：按照自润滑硬质合金涂层的元素组成进行备料，将各个原料进行混合后，通过喷雾造粒获得喷涂粉末；喷涂粉末通过超音速火焰进行喷涂，制得涂层；

10.根据权利要求9所述的制备工艺，其特征在于：所述超音速火焰进行喷涂，工艺参数为：空气流量107psi，丙烷流量91psi，喷涂距离220mm，送粉效率7.4。