一种采用稀土改性钴基WC陶瓷涂层的制备方法技术

本发明专利技术属于海洋石化设备表面涂层材料应用领域，涉及一种通过掺杂稀土材料来提高钴基WC陶瓷涂层耐腐蚀性能的方法，主要目的在于不牺牲钴基复合涂层的耐磨性同时，进一步提高涂层的耐海水腐蚀性能。首先将基材表面的氧化皮及油污去除，然后选用钴基合金中应用广泛的Stellite6作为粉末主体，添加高硬度的WC陶瓷颗粒作为强化剂，将稀土材料中用途广泛的CeO2作为改良剂，首次实现陶瓷颗粒WC与稀土氧化物CeO2在钴基合金体系中的兼容制备；本发明专利技术在一定程度上解决钴基陶瓷复合涂层在提高耐磨性的同时，其耐蚀性能下降的问题，实现了钴基高硬度强耐磨陶瓷复合涂层在强腐蚀环境中的投入使用。入使用。

【技术实现步骤摘要】
一种采用稀土改性钴基WC陶瓷涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于海洋石化设备表面涂层材料应用领域，涉及一种通过掺杂稀土材料来提高钴基WC陶瓷涂层耐腐蚀性能的方法。

技术介绍

[0002]陶瓷颗粒WC是一种高熔点(2870℃)、高硬度(2200HV)及高耐磨性材料。Stellite 6作为一种广泛应用于高温、高磨损、强腐蚀性恶劣工况环境的钴基合金，往其激光熔覆层中添加WC能够显著提升钴基合金的硬度和耐磨损性能。然而WC颗粒的添加虽然能显著提升钴基合金涂层的硬度及耐磨性能，但同时也使得涂层的耐腐蚀性能降低，这使得涂层在恶劣工况环境中的使用十分受限，考虑到许多石油化工设备的机械零部件长期需要和腐蚀介质共存，因此涂层将受到高磨损和强腐蚀工况的双重考验。

技术实现思路

[0003]为了在不降低钴基陶瓷复合涂层的耐磨性能的前提下有效提升钴基陶瓷复合涂层的耐腐蚀性能，本专利技术的目的在于提供一种采用稀土改性钴基WC陶瓷涂层的制备方法，该方法针对激光熔覆钴基陶瓷复合涂层耐腐蚀性能下降的问题，通过掺杂微量稀土氧化物 CeO2来改良涂层的抗腐蚀性能。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下(见权利要求书)：
[0005]本专利技术的设计思想是：
[0006]本专利技术针对钴基陶瓷复合涂层耐腐蚀性能下降的问题，提出一种采用稀土改性钴基 WC陶瓷涂层的制备方法。首先将42CrMo合金钢基材表面的氧化皮和油污去除，然后称取不同含量的Stellite 6、WC、CeO2，将配置好的钴基复合粉末利用机械球磨进行均匀混合并干燥，采用激光熔覆技术并优化其工艺参数在42CrMo合金钢表面制备钴基复合涂层，并通过对涂层表面硬度进行测试和PT无损探伤的比对获得最高硬度且无裂纹的涂层，最后通过精密机加的方法使强化材料恢复至设计尺寸。本专利技术采用掺杂微量稀土氧化物和优化激光熔覆工艺，以提升激光熔覆中钴基陶瓷复合涂层的耐腐蚀性能。掺杂改性剂CeO2改变了钴基陶瓷复合涂层中的硬质颗粒WC的数量分布和形态，激光快速熔凝后在这些原始WC颗粒附近形成较大的残余应力，造成局部区域组织之间形成较大的电位差，易形成应力腐蚀。而掺杂微量的稀土氧化物CeO2之后，会加速这些颗粒的溶解，并是WC颗粒的边缘形状由尖锐转变为光滑状，使得WC颗粒边缘的局部应力得到释缓，降低了各区域间的电位差，减小的应力腐蚀倾向，再加上稀土元素Ce具有净化晶界、降低界面能的作用，微量的CeO2可降低发生晶间腐蚀的趋势。本专利技术对钴基陶瓷颗粒复合涂层的耐腐蚀性能有了明显的提升，实现了钴基高硬度强耐磨陶瓷复合涂层在强腐蚀环境中的投入使用。
[0007]本专利技术所达到的有益效果是：
[0008]1、本专利技术通过微调粉末材料成分来提升钴基陶瓷颗粒复合涂层耐腐蚀性能的方法，其关键点为通过引入微量稀土元素来改良涂层综合性能，采用了良好成型性的熔覆工
艺参数，通过稀土元素在熔池中产生的净化效果，从而达到不降低原涂层强度硬度的同时进一步提升复合涂层耐腐蚀性能的目的。
[0009]2、本专利技术提供的稀土改性钴基WC陶瓷复合涂层电化学腐蚀性能的方法，其改良效果显著，原料成本低廉。
附图说明
[0010]图1为本专利技术中显微硬度测试示意图；
[0011]图2为本专利技术中摩擦磨损测试示意图。
具体实施方式
[0012]在具体实施过程中，本专利技术首先将42CrMo合金钢工件表面进行清理，然后按重量百分比计，用电子天平分别称取80％～100％的Stellite 6，10％～20％的WC，0％～1％的CeO2，将配置好的复合粉末与磨球按照球料比4:1，球磨机转速300rpm，在真空环境下均匀混合 2h，将其置于110℃下干燥20min，用激光熔覆技术将复合粉末熔覆在基材表面，通过对涂层表面硬度进行测试和PT无损探伤的比对获得最高硬度且无裂纹的涂层，得出制备该涂层的最佳粉末配方及最适宜的熔覆工艺参数，最后用车床对表面强化后的工件按照预设的尺寸要求进行精密机加工。
[0013]以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0014]实施案例
[0015]本实施例中，按重量百分比计，推料板的化学成分如下：C0.41，Si0.22，Mn0.73，P0.015， S0.01，Cr1.10，Ni0.24，Mo0.21，N0.13，Fe余。
[0016]其表面强化方法包括如下步骤：
[0017](1)将42CrMo合金钢表面的氧化皮和油污去除；
[0018](2)调配Stellite 6、WC、CeO2合理占比；
[0019](3)均匀化混合粉末并干燥；
[0020](4)优化激光工艺参数，对42CrMo合金钢退料板表面进行激光熔覆，通过涂层表面硬度测试和PT无损探伤的比对获得最高硬度且无裂纹的涂层；
[0021](5)精加工。
[0022]步骤(1)中，将42CrMo合金钢推料板装夹在铣床上，采用清洗剂清洗风干后，将 42CrMo合金钢基材表面氧化皮铣加工掉，露出光亮的洁净金属表面。
[0023]步骤(2)中，用电子天平称取适量复合粉末，按重量百分比计，Stellite 6为68％， WC为10.5％；CeO2为0.6％；
[0024]步骤(3)中，利用行星式球磨机，将配置好的钴基复合粉末进行均匀混合，球粉质量比4:1，混合时间为2h，球磨机转速300rpm，环境为真空，将其置于110℃下干燥20min。
[0025]步骤(4)中，通过优化工艺制备钴基复合涂层，所使用的工艺参数为：激光功率为 1900W，采用氩气保护，保护气氩气流量为15L/min，激光扫描速度为5mm/s，送粉速度为17.5g/min，道与道之间的搭接率为50％。
[0026]步骤(5)中，对熔覆的涂层表面进行最后精加工，以42CrMo合金钢基材设计尺寸及
精度要求为准。
[0027]实施成果
[0028]PT无损探伤——裂纹检测
[0029]在42CrMo合金推料板上制备钴基稀土改性陶瓷涂层，无宏观裂纹出现。
[0030]显微硬度测试——载荷0.2N，加载时间10s
[0031]摩擦磨损测试——对磨材料：Al2O3陶瓷球；磨损时间：60min
[0032]钴基稀土改性WC陶瓷复合涂层的磨损体积为0.2292mm3，其耐磨性相比St6提升了 28.47％。
[0033]最后应说明的是以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，尽管参照前述实施例对本专利技术进行详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用稀土改性钴基WC陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将42CrMo合金钢基材表面的氧化皮和油污去除；(2)调配Stellite6、WC、CeO2合理占比；(3)均匀化混合粉末并干燥；(4)优化激光工艺参数，对42CrMo合金钢基材表面进行激光熔覆，通过涂层表面硬度测试和PT无损探伤的比对获得最高硬度且无裂纹的涂层；(5)精加工。2.根据权利要求1所述的采用稀土改性钴基WC陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将42CrMo合金钢基材装夹在铣床上，采用清洗剂清洗风干后，将42CrMo合金钢基材表面氧化皮铣加工掉，露出光亮的洁净金属表面。3.根据权利要求1所述的采用稀土改性钴基WC陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，用电子天平称取适量复合粉末，钴基复合粉末中的备选含量范围情况，按重量百分比计，Stellite6为80％～100％，WC为10％～20％，CeO2为0％～1％。4.根据权利要求1所述的采用稀土改性钴基WC陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，利用行星式球磨机，将配置好的钴基复合粉末进行均匀混合，球粉质量比4:1，混合时间为2h，球磨机转速300rpm，环境为真空，将其置于110℃下干燥20min。5.根据权利要求1所述的采用稀土改性钴基WC陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，通过优化工艺制备钴基复合涂层，所备选工艺参数范围为：激光功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：史望兴，迟长泰，陈书，曾增伟，林慧超，
申请(专利权)人：浙江翰德圣智能再制造技术有限公司，
类型：发明
国别省市：