等离子体喷涂法制备碳化钨涂层

钨具有高熔点、高强度、高硬度和高耐磨性的优点，此外，它的热膨胀系数小、抗蚀性和抗氧化性能好以及导电导热性能好，因此在尖端科学领域、国防工业和民用工业中都已得到了非常广泛的应用。

在硬面材料表面工程应用中，碳化钨可以通过热喷涂等热工艺技术将其涂覆在金属或工件表面，形成强化涂层，从而提高表面耐磨损、抗冲击、耐高温、耐腐蚀等性能，显著延长工件使用寿命，节约大量的金属材料和生产成本。例如用作汽车工业中作为汽车零件的表面耐磨保护层，核聚变装置中面向等离子体的装甲材料等。

目前制备碳化钨涂层的常用方法主要有化学气相沉积、物理气相沉积以及等离子喷涂等。相比较化学气相沉积技术和物理气相沉积技术，等离子喷涂技术具有独特的优势：操作简单易行，沉积效率高，易于制备厚涂层，而且还易于对受损涂层进行原位修复。因此，利用等离子喷涂技术制备钨、钼涂层作为耐磨耐高温涂层，聚变堆中面向等离子材料受到广泛的关注。

采用等离子体喷涂法制备碳化钨涂层的具体工艺步骤为：

a、原料的准备：以Φ40mm×8mm的无氧铜圆片、或铜合金片、或不锈钢片为喷涂基体，经过喷砂预处理，再经酒精或丙酮清洗，从而获得洁净、粗糙的表面。选择粒度为30nm～30μm的碳化钨粉。喷涂前粉末在100℃条件下烘干30min，以避免喂粉过程中的团聚和送粉管堵塞。

b、喷涂：使用大气等离子体喷涂的设备，设备的功率27KW-40KW。采用氩气为喷涂主气；氢气为辅气，以提高喷涂功率并防止涂层基体氧化；送粉方式采用内送粉，以提高熔化效率，抑制氧化。喷涂工艺参数为：电弧电压60-70V，电弧电流450-600A，主气采用氩气，流量为40-50L/min，氢气流量为4-7L/min，送粉速率为15-30g/min，喷涂距离约为100-120mm。

以28μm碳化钨粉喷涂的钨涂层为例。采用Φ40mm×8mm的无氧铜圆片为喷涂基体，经过喷砂预处理，再经酒精或丙酮清洗，从而获得洁净、粗糙的表面。将粒度为28μm的碳化钨粉在100℃条件下烘干30min后，采用大气等离子体喷涂技术喷涂到无氧铜基体上，大气等离子体喷涂设备的功率35KW，送粉方式采用内送粉。喷涂工艺使用的电弧电压为70V，电弧电流为500A，采用氩气为喷涂主气，氢气为辅气，氩气流量为45L/min，氢气流量为6L/min；送粉速率为25g/min，喷涂距离约为100mm，涂层厚度为1.5mm，所得涂层样品测得气孔率为7.5％，显微硬度为245.20HV，涂层的结合强度为35MPa。

采用等离子体喷涂技术制备碳化钨涂层，有较好的力学性能和抗热冲击性，适于机械部件的耐磨表面保护层，耐高温等离子体冲刷部件，如核聚变装置中的第一壁材料等。

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