高性能WC基防护涂层的关键制备技术
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技术报告

n  成果单位

²  北京工业大学

n  成果简介

²  WC基硬质合金是以难熔金属碳化物为基体、过渡金属或合金为粘结相,通过粉末冶金方法制备的复合材料,其中以WC-Co类合金为最典型的硬质合金材料。近年来国内硬质合金年产量为2.2-2.5万吨,占全球总产量的40%以上;

²  我国硬质合金工业经过60多年的发展,生产量和消费量均占世界首位,已无可争议地成为世界硬质合金的大国,但还不是硬质合金行业的强国。与国际著名硬质合金企业相比,我国硬质合金工业的差距突出体现在高端产品较少和关键技术缺乏突破,尤其在近年来国际上快速发展的超细和纳米硬质合金领域;

²  该项目针对超细、纳米硬质合金领域的国际发展趋势、我国发展现状和瓶颈问题,开展了先进硬质合金材料设计制备与应用技术开发等系列工作。

n  技术方案

²  首次建立了低温固相原位合成超细、纳米WC-Co类复合粉末的制备技术;

²  创制出高流动性、纳米结构的WC基喷涂材料的制备技术,开发出具有纳米结构的耐磨耐蚀型WC-Co、WC-(Co, Cr)、WC-(为W-Co-C化合物)等系列WC基热喷涂粉料;

²  通过配碳量设计、独特热处理工艺、筛分和粒度重组、热喷涂工艺参数组合优化等,研制出高硬度、强耐磨耐蚀、高表面质量的硬质合金防护涂层。

n  技术优势

²  基于目前企业常规生产设备,显著简化了工艺路线、缩短生产周期1/3-1/2,低成本、短流程、节能减排;固相原位合成温度较常规碳化温度降低400-600℃,可有效控制显微组织粗化;彻底解决了纳米Co粉自发团聚的国际技术难题,原位合成的复合粉中硬质相和粘结相分布均匀;复合粉的热力学性质稳定,在加热中不易突发晶粒长大;工艺适用性强,原料可任选组合钨氧化物、钴氧化物或钨钴复合氧化物;

²  通过成分设计和创新造粒技术,从根本上解决了困扰多年的纳米粉末在热喷涂中发生严重分解、脱碳的国际性技术难题。根据目前国际上热喷涂材料和表面工程技术的发展趋势,开发出粒径分布准确可控的喷涂粉料产品,其球形度>95%,松装密度>4.2g/cm3,流速<18s/50g,达到或超过美国Praxair、德国Starck等同成分国际知名WC基热喷涂粉料产品的性能指标;

²  根据磨损、腐蚀等实际工况,结合成分设计与造粒、喷涂工艺的协同优化,制备的硬质合金涂层具有高的硬度、耐磨性、耐蚀性和优良的强韧性配合,平均硬度>1350HV0.3,结合强度>80MPa,断裂韧性>7.0MPa•m1/2。

商业报告

n  应用场景

²  高性能WC基硬质合金防护涂层就其应用范围而言,在航空航天、建材行业、汽车制造等对耐磨耐蚀性和表面质量有严格要求的高端技术领域具有常规粉末涂层无法替代的重要应用;

²  此外,在机械制造(如液压传动件)、水利电力(如水轮机叶片)、钢铁冶金(如结晶器、沉没辊)、石油化工(如抽油泵活塞)、纺织印刷(如涂布辊、网纹棍、瓦楞辊)等多种工业领域有非常广泛的应用,前景广阔。

n  商业模式

²  授权使用;

²  项目合作。

n  推广意义

²  基于该项目研发成果建立起来的低成本、短流程复合制造技术,在涉及表面耐磨蚀的各行业,包括矿山、电力、能源、海洋、冶金、机械等行业装备上关键耐磨蚀部件的制造和再制造,都可移植应用;

²  采用本项目研发成果,对于苛刻工矿条件下使用的大型、重型装备的关键部件,可提高使用寿命,减少装备的停产检修次数,降低设备的维护费用,提高装备的使用效率和单位产能,可产生巨大的经济效益;

²  以复合制造技术替代传统的耐磨铸件的长流程制造,可实现80%以上的部件基体材料的循环使用,可大幅度降低装备制造和使用维护成本,在降低资源、能耗和环境负荷方面将做出重大贡献。


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