模板法纳米碳化钨粉体的合成及其在WC/Ni复合涂层中的应用研究

【摘要】：本文探索了制备纳米WC粉体的方法,以多孔碳质材料为模板,钨酸和氨水为原料,原位合成纳米WC粉体。采用非均相沉淀法对纳米WC颗粒进行Ni包裹,制成包裹粉。将不同含量的纳米包裹粉和微米级WC粉与F102粉混合,用火焰喷焊加激光重熔的工艺制备WC/Ni复合涂层,并研究了涂层的耐磨性能。 研究了不同碳质材料、W/C配比、保温时间对WC粉体形貌和粒径的影响。研究结果表明:采用膨胀石墨做碳源,反应的时间比较长,且粉体中除WC外还有少量W_2C的存在,而用活性炭做碳源制备的WC粉体成份比较纯,粒径比较小,大约几十纳米;当W/C摩尔比为1:2时,产物均为WC。当保温时间为90min时产物的成份比较单一(活性炭模板),且粉体的分散性好,粒径比较小,BET分析表明粒径大小为92nm。并对实验过程进行理论分析,根据传统热力学理论,由Gibbs计算可得,在大于1200K时,该反应能自发进行,且该反应为吸热反应。通过动力学分析表明该反应主要是扩散反应。 讨论了不同制备工艺对涂层组织和形貌的影响。结果表明:火焰喷焊微米WC涂层的气孔等缺陷比纳米WC涂层的少,且颗粒分布均匀;经激光重熔后涂层变得致密,但微米WC/Ni涂层表面有少量裂纹。火焰喷焊制备的纳米级WC/Ni涂层与两种工艺制备的微米级WC/Ni涂层的成份相似,主要是由γ-Ni,BNi_3,WC,W_2C,M_6C,M_(23)C_6等相组成;但是激光重熔后的纳米级WC/Ni涂层中除了以上组成相外,还有Cr_4Ni_(15)W存在。 研究了WC粒径、添加量等对复合涂层的硬度及耐磨性的影响。结果表明,当微米WC的添加量为4vol.%时,复合涂层的硬度和耐磨性能较好,激光重熔可提高微米强化涂层的硬度和耐磨性,且可将微米WC的添加量提高到6vol.%;当纳米WC的添加量为6vol.%时,涂层耐磨性较好,激光重熔可有效减少纳米WC/Ni涂层中的气孔,从而提高耐磨性能。相同的WC添加量条件下,激光重熔处理后的纳米WC/Ni复合涂层耐磨性能优于微米WC/Ni复合涂层。