一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及用于硬面堆焊(焊接或钎焊)材料，具体为一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料及其制备方法。硬面材料包括具有包覆层的碳化钨颗粒和基体合金，碳化钨颗粒至少包括铸造碳化钨、渗碳碳化钨、宏晶碳化钨和烧结碳化钨中的一种，碳化钨颗粒尺寸在20微米以上，碳化钨颗粒的包覆层至少包括金属碳化物、金属硼化物、金属氮化物或它们的复合化合物中的一种。硬面的制备是通过堆焊方法，至少用电弧、氧乙炔、激光、等离子转移弧、加热炉或感应加热方法之一。本发明专利技术还涉及制备具有包覆层碳化钨颗粒的卤化物激活固体粉末装箱法。碳化钨颗粒上的包覆层消除或减少在硬面制备过程中碳化钨颗粒的溶解，提高硬面的耐磨损及抗冲击性能。

A hard material containing tungsten carbide coating and preparation method thereof

The invention relates to a method for hardfacing (welding or brazing) materials, in particular to a hard material containing tungsten carbide coating and preparation method thereof. Hard material including tungsten carbide coating and matrix alloy, tungsten carbide particles including at least one casting tungsten carbide, tungsten carbide, carburizing Acer crystal tungsten carbide and tungsten carbide sintering of tungsten carbide particle size in more than 20 microns, coated tungsten carbide particles including at least one kind of metal carbide, metal boride and metal nitride or their composite compounds. Hardfacing is prepared by arc welding methods, at least, oxygen acetylene, laser, plasma transferred arc, one of the heating furnace or induction heating method. The present invention also relates to the preparation of a halide activated solid powder packing method with coated tungsten carbide particles. Tungsten carbide particles on the coating layer to eliminate or reduce the dissolved in hard preparation of tungsten carbide particles in the process of improving wear resistance and impact resistance of hardfacing.

【技术实现步骤摘要】
一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料及其制备方法
本专利技术涉及用于硬面堆焊(焊接或钎焊)材料，具体为一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料及其制备方法，它用于提高金属材料工具和工件表面耐磨损、抗冲击和耐腐蚀性能。
技术介绍
硬面(包括石油钻探和开采领域中的硬面带)是指在金属材料工具和工件表面上涂覆一高硬度涂层，它能提高表面的耐磨损、抗冲击和耐腐蚀性能，硬面广泛应用于机械、矿业、农业、建筑及石油钻探和开采等领域，它包括薄和厚两种硬面。其中，薄硬面是指厚度不超过50微米；而厚硬面厚度大于50微米，一般可达几毫米，甚至更大。厚硬面可以是单一的金属或合金，更常见的是金属基复合材料。在金属基复合材料硬面中，碳化钨颗粒是最常用的增强相，因为它有高硬度和良好的韧性。金属基复合材料硬面一般含有40～80wt.％的碳化钨颗粒分布在金属或合金基体中。具有高硬度的碳化钨颗粒是抗磨组元，而具有良好韧性的金属或合金基体起把持增强相作用，金属或合金基体一般是铁、钴、镍或它们的合金。有五种方法制备碳化钨颗粒增强的金属基复合材料硬面：(1)注入颗粒：在焊接过程中，直接向熔池中注入碳化钨颗粒，例如：自耗或非自耗电弧焊；(2)喷入粉末：在堆焊过程中，向工件表面喷涂碳化钨和基体合金混合粉末，例如：氧乙炔喷涂熔化、激光涂覆及等离子转移弧焊；(3)预涂覆：先在工件表面涂抹一层预制的含有碳化钨颗粒和基体材料膏、浆或者铺放堆焊布料，然后放入加热炉中或利用感应加热来实现钎焊，通常是在真空或惰性气体中进行；(4)焊条或焊丝：将碳化钨颗粒、脱氧剂及合金元素混合，填入金属管中，制成药芯焊条或焊丝，然后在工件表面上熔化它们，形成硬面；(5)焊带：焊带是由金属丝芯和表面药皮材料构成，表面药皮材料含有碳化钨颗粒、脱氧剂、合金元素及树脂粘结剂，在工件表面上熔化焊带，即形成硬面。在制备碳化钨颗粒增强金属基复合材料硬面时，部分碳化钨颗粒表面会蒸发、氧化或溶解而损失，铁、钴、镍及其合金基体熔体可溶解碳化钨。碳化钨损失不仅导致材料成本提高，而且它释放出的钨和碳原子进入金属或合金基体中，形成脆性相，例如η相(M6C)，这会严重损害硬面基体的韧性、使其脆化。在一美国专利中(August14,1962；U.S.Pat.No.3,049,435；ProcessforApplyingTungstenCarbideParticlestoaWorkpieceSurface)，用镍或镍磷合金包覆碳化钨颗粒，目的减少碳化钨在制备硬面过程中的损失。美国专利(Dec.4,2007；U.S.Pat.No.7,303,030B2；BarrierCoatedGranulesforImproveHardfacingMaterial)是关于钻井钻头硬面材料的，它用铁、钴、镍包覆烧结碳化钨颗粒，目的减少烧结碳化钨在硬面制备过程中的损失。虽然这些金属和合金包覆层可能会起一定保护作用，但是它们的熔点并不很高，并在金属或合金基体熔体中溶解度很大，在硬面制备过程中，会很快溶入至熔体中的，它们的保护作用是非常有限的。美国专利(November15,2011；U.S.Pat.No.8,056,652B2；BarrierCoatedGranulesforImprovedHardfacingMaterialUsingAtomicLayerDeposition)是另一涉及钻井钻头硬面材料的，它是用双层包覆烧结碳化钨颗粒，内层是纳米数量级厚的陶瓷材料(1～500纳米)，外层是金属或合金。正如前面指出的，金属或合金外层会很快溶解到基体熔体中的，它们并不能有效地起保护作用。内层陶瓷材料可分为两种，一种是有高稳定性、不溶于基体的，如氧化物；另一种是有较高稳定性、略溶于基体的，如碳化物、氮化物等。那些稳定性、不溶于基体的陶瓷不能被基体浸润，其与基体的界面是非共格的，因此它们的界面结合力会很弱。而较高稳定性、略溶于基体的陶瓷可被基体浸润，它们与基体的界面是共格或半共格的，它们会有强的界面结合力。但是，它们的厚度仅为纳米数量级，不足以保证它们能在基体熔体中存留足够时间，以保护碳化钨颗粒。虽然这些技术在一定程度上减轻了硬面制备过程中碳化钨的溶解蜕变，但结果并不令人满意。硬面材料仍需进一步改进，特别是对激光涂覆、等离子转移弧及电弧焊方法，因为这些过程中有非常高的热量输入。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料及其制备方法，克服现有碳化钨颗粒增强硬面材料存在的不足，以解决在硬面制备过程中碳化钨颗粒溶解蜕变及其引起的硬面性能恶化等问题。本专利技术的技术方案是：一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料，包括具有包覆层的碳化钨颗粒和基体合金，碳化钨颗粒至少包括铸造碳化钨、渗碳碳化钨包括渗碳铸造碳化钨、宏晶碳化钨和烧结碳化钨中的一种；碳化钨颗粒尺寸在20微米以上；碳化钨颗粒的包覆层至少包括金属碳化物、金属硼化物、金属氮化物或它们的复合化合物中的一种；碳化钨颗粒包覆层厚度在0.5微米以上。所述的碳化钨颗粒包覆层至少包括一种钛、铌、锆、钒、钽、铪、铬或铝的碳化物、硼化物、氮化物或它们的复合化合物。所述的碳化钨颗粒包覆层具有两层以上结构，其中至少一层是碳化物、硼化物、氮化物或它们的复合化合物。所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料，它是至少以焊条、焊丝、焊带、颗粒或粉末状、膏状、浆状或布状形态之一。所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料，硬面的制备是通过堆焊方法，至少用电弧、氧乙炔火焰、激光、等离子转移弧、加热炉或感应加热方法之一。所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料的制备方法，采用卤化物激活固体粉末装箱法，碳化钨颗粒至少包括铸造碳化钨、渗碳碳化钨包括渗碳铸造碳化钨、宏晶碳化钨和烧结碳化钨中的一种；碳化钨颗粒的包覆层至少包括金属碳化物、金属硼化物、金属氮化物或它们的复合化合物中的一种；卤化物激活固体粉末装箱法包括在一密封容器中，加热欲反应金属或其合金粉末、卤化物粉末及碳化钨颗粒的混合物，在保温温度下、保持一定的时间，然后冷却至室温，破碎、过筛，分离出具有包覆层碳化钨颗粒。所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料的制备方法，欲反应金属或合金至少包括钛、铌、锆、钒、钽、铪、铬或其合金之一，卤化物为氯化铵。所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料的制备方法，保温温度是从750℃至1250℃；保持时间是从0.5小时至12小时。所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料的制备方法，在固体粉末装箱法处理之前或以后，碳化钨颗粒进行一种化学热处理包括渗碳、碳氮共渗、渗硼或渗氮。所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料的制备方法，包覆层具有两层以上结构，其中至少一层是金属碳化物、金属硼化物、金属氮化物或它们的复合化合物。本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术碳化钨颗粒上的包覆层消除或减少在硬面制备过程中碳化钨颗粒的溶解，提高硬面的耐磨性、冲蚀抗力和抗冲击性能，改进的硬面材料将会在机械、矿业、农业、建筑及石油钻探和开采领域中得到广泛应用。附图说明图1示意地显示了本专利技术的具有一层包覆层的碳化钨颗粒；图2示意地显示了本专利技术的一种具有两层包覆层的碳化钨颗粒；图3示意地显示了本专利技术的另一种具有两层包覆层的碳化钨颗粒；图4为本专利技术实施例2中的等离子转移弧法制备的已有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料，包括具有包覆层的碳化钨颗粒和基体合金，其特征在于：碳化钨颗粒至少包括铸造碳化钨、渗碳碳化钨包括渗碳铸造碳化钨、宏晶碳化钨和烧结碳化钨中的一种；碳化钨颗粒尺寸在20微米以上；碳化钨颗粒的包覆层至少包括金属碳化物、金属硼化物、金属氮化物或它们的复合化合物中的一种；碳化钨颗粒包覆层厚度在0.5微米以上。

【技术特征摘要】
2016.01.19 US 62/2802921.一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料，包括具有包覆层的碳化钨颗粒和基体合金，其特征在于：碳化钨颗粒至少包括铸造碳化钨、渗碳碳化钨包括渗碳铸造碳化钨、宏晶碳化钨和烧结碳化钨中的一种；碳化钨颗粒尺寸在20微米以上；碳化钨颗粒的包覆层至少包括金属碳化物、金属硼化物、金属氮化物或它们的复合化合物中的一种；碳化钨颗粒包覆层厚度在0.5微米以上。2.根据权利要求1所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料，其特征在于：所述的碳化钨颗粒包覆层至少包括一种钛、铌、锆、钒、钽、铪、铬或铝的碳化物、硼化物、氮化物或它们的复合化合物。3.根据权利要求1所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料，其特征在于：所述的碳化钨颗粒包覆层具有两层以上结构，其中至少一层是碳化物、硼化物、氮化物或它们的复合化合物。4.根据权利要求1所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料，其特征在于：它是至少以焊条、焊丝、焊带、颗粒或粉末状、膏状、浆状或布状形态之一。5.根据权利要求1所述的含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料，其特征在于：硬面的制备是通过堆焊方法，至少用电弧、氧乙炔火焰、激光、等离子转移弧、加热炉或感应加热方法之一。6.一种权利要求1至5之一所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文辉，
申请(专利权)人：姜文辉，
类型：发明
国别省市：辽宁,21