CN102787288A

CN102787288A - 一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺

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Publication number: CN102787288A
Application number: CN2012103027276A
Authority: CN
Inventors: 黄红霞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2012-11-21

Abstract

一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺，涉及阀门制造领域，包括机械预加工、表面净化、表面粗化、预热处理、热喷涂、精磨抛光等工艺环节，热处理采用真空电炉，将阀杆预热至80～150℃，采用超音速火焰热喷涂，热喷涂时对阀杆基体采用强制风冷装置进行冷却，抛光后在阀杆表面形成光滑致密、耐磨耐腐蚀、高结合强度、低孔隙率的高性能金属陶瓷涂层。本工艺喷涂效率高，无污染，涂层结合强度高，孔隙率低，在不改变阀杆整体尺寸精度的前提下，很大程度地提高了阀杆表面的耐磨耐腐蚀性能及抗高温热振性能，极大地提高了阀杆的使用性能，其使用寿命可以提高2～5倍，可应用于汽轮机机组的蒸汽阀门，电站专用阀门以及其他阀门。

Description

一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺

技术领域：

本发明涉及阀门制造领域，特别是一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺，该阀杆可用于汽轮机机组的蒸汽阀门，电站专用阀门以及其他阀门。

背景技术：

阀杆是阀门中的重要部件，用于传动，上接执行机构或者手柄，下面直接带动阀芯移动或转动，以实现阀门开关阀杆在阀门启闭过程中不但是运动件、受力件，而且是密封件，在工作中会受到各种腐蚀和磨损带来的损坏。如在高温蒸汽中受到的腐蚀，在高温环境下产生的热振磨损，介质的冲击和腐蚀，填料的摩擦磨损，并且填料还会对阀杆产生电化学腐蚀。不但腐蚀介质能使阀杆腐蚀损坏，而且一般的水蒸气和水也能使阀杆与填料接触处产生斑点，也因为填料潮湿，或空气潮湿，产生电化学腐蚀，另外，填料与阀杆之间缺乏氧气，跟周围比较，存在着氧的浓度差，这就构成了氧浓差电池，成为又一种电化学腐蚀的形式。因此在选择阀杆材料时，必须保证它在规定的温度下有足够的强度、良好的冲击韧性、抗擦伤性、耐腐蚀性。并且要对阀杆进行表面处理，如镀铬、镀镍、渗氮、渗硼、渗锌等。

在实际的应用中，为了提高阀杆的使用性能和使用寿命，也都对其做了一定的处理。如汽轮机主蒸汽阀门和蒸汽调节阀门上使用的阀杆，材料为马氏体耐热钢(如1Cr11MoV等)，在阀杆的密封部位堆焊一层司太立合金并对阀杆表面进行渗氮处理，堆焊司太立合金可以防止蒸汽对密封面的冲蚀与磨损，阀杆表面进行渗氮处理可以一定程度上提高阀杆的耐磨性能与抗氧化性能。这种阀杆在使用过程中，经常发生阀杆卡死甚至断裂，主要是由于虽然表面进行渗氮处理，但在高温(538℃或566℃)经水蒸气的作用下，会发生腐蚀和氧化，从而发生卡死甚至断裂。如专利号ZL200310104129.9提供的一种汽轮机阀门用阀杆及其热处理方法，对阀杆的材料进行了改进，选用NiFeCrMoTiB合金代替12％Cr马氏体耐热钢，在阀杆的表面也也是采用渗氮处理进行表面强化，其在一定程度上解决了阀杆卡死，断裂的问题，但是其表面采用的渗氮处理，仍不具备很高的耐磨性能及耐高温腐蚀性能。又如对阀杆表面进行喷焊、等离子喷涂、激光熔覆、电镀铬、电镀镍等强化处理，其中喷焊容易对整体产生变形，且热应力大容易产生裂纹，等离子喷涂的火焰温度高但速度低，容易对粉末造成氧化影响涂层性能，且涂层的结合力较低，激光熔覆成本高，能量高很难避免因为热应力而产生裂纹，电镀铬及电镀镍可以对阀杆表面起到一定的保护，但其强度低，抗热振磨损性能差，而且产生划痕后的普通涂层阀杆很容易因电化学产生整体剥落，而且整个加工工艺大多比较复杂，化学镀还存在很大的污染。

发明内容：

本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺，可以在阀杆表面制备出满足其使用要求的高性能涂层。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺，包括机械预加工、表面净化、表面粗化、预热处理、热喷涂、精磨抛光等工艺环节，通过有机溶剂除油、水洗、烘干对阀杆表面进行净化处理，采用喷砂处理对其表面进行粗化至Ra2.5～13μm，预热处理采用真空电炉，将阀杆预热至80～150℃，热喷涂时对阀杆基体采用强制风冷装置进行冷却，抛光后在阀杆表面形成光滑致密、耐磨耐腐蚀的高性能金属陶瓷涂层。

所述的喷涂前对其表面进行的机械预加工，是在所需喷涂的部位下切到公称尺寸，根据所需喷涂的涂层厚度确定下切的公称尺寸。

所述的热喷涂采用超音速火焰热喷涂，火焰的温度为2800～3100℃，粉末颗粒的速度为700～1200m/s，喷涂距离为130～1000mm，喷涂粉末采用Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷粉末。

所述的对涂层进行抛光处理，使得表面光滑、致密，阀杆整体尺寸保持一致，其尺寸精度满足装配及使用需求。

所述的涂层的结合强度高于70MPa，孔隙率低于1％。

本发明的有益效果在于：

(1)喷涂效率高，其成本低于激光表面处理，且避免了激光表面熔覆涂层开裂的情况，喷涂过程绿色环保，不会如电镀那样产生污染。

(2)整个加工的过程不会对阀杆整体产生变形，只提高其表面的性能，经过预加工，及喷涂后的抛光加工，阀杆整体与原来保持一致，对工件的使用不会产生任何的影响。

(3)采用如Cr₃C₂-NiCr等的金属陶瓷粉末，可在阀杆表面形成金属陶瓷涂层，其具有高硬度，耐磨耐腐蚀，并且适用于高温环境，具有高温抗氧化，高热硬度等特性。

(4)喷涂过程对阀杆基体进行风冷，可以降低阀杆整体的温度，防止涂层与基体之间产生高热应力，防止涂层过热开裂，而且可以避免涂层被氧化脱碳，提高涂层结合强度及涂层的综合性能。

(5)采用本工艺对阀杆表面进行超音速热喷涂处理，其制备的涂层结合强度高，不会产生剥落，涂层光滑致密，孔隙率低，在不改变阀杆整体尺寸精度的前提下，很大程度地提高了阀杆表面的耐磨耐腐蚀性能及抗高温热振性能，极大地提高了阀杆的使用性能，其使用寿命可以提高2～5倍。

附图说明：

图1为阀杆表面超音速火焰热喷涂过程示意图

图中：1——阀杆，2——喷涂表面，3——喷涂火焰，4——旋转支架，5——冷系统。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明。以一种阀杆表面喷涂Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷粉末为例，其具体的工艺如下：

机械预加工，根据阀杆(1)容易被磨损或被腐蚀的部位，确定所需喷涂的表面范围，在喷涂表面两端留肩，喷涂表面尽量避免在轴的端面，在所需喷涂的部位(2)下切深度为0.25mm，下切深度根据所需喷涂的涂层厚度0.2～0.3mm确定，预留一定余量。

表面净化，通过有机溶剂除油、水洗、烘干对所需喷涂表面进行净化处理。

表面粗化，采用喷砂设备对所需喷涂表面进行喷砂处理，其表面粗化至Ra2.5～13μm，喷砂要求均匀，喷砂完成后用压缩空气，清理残留在表面的砂子颗粒。

预热处理，采用真空电炉，将阀杆预热至80～150℃，防止预热过程对其产生氧化。

热喷涂，采用超音速(煤油型)火焰热喷涂，火焰的温度为2800～3100℃，粉末颗粒的速度为700～1200m/s，喷涂距离为130～1000mm，喷涂粉末采用Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷粉末，将工件夹持在可以转动的工装夹具上(4)，对不需喷涂的部位进行遮蔽，然后进行喷涂，喷涂时，保持阀杆以300～1000mm/s的线速度旋转，同时喷枪以10～100mm/s的线速度左右移动，喷涂过程中粉末在火焰中熔化并产生极高的速度，冲击到阀杆表面后与基体结合，堆积起来形成涂层(3)，涂层厚度为0.3～0.35mm，为精加工留出一定余量，喷涂过程对阀杆基体进行风冷(5)，可以降低阀杆整体的温度，防止涂层过热，提高涂层质量。

精磨抛光，喷涂完成后对涂层进行抛光，使得表面光滑、致密，阀杆整体尺寸保持一致，其尺寸精度可达Ra0.8～3.2μm，满足装配及使用需求。

通过本工艺对阀杆表面进行强化，可以很大程度地提高阀杆的耐磨耐腐蚀性能及抗高温热振性能，延长其使用寿命2～5倍。

Claims

1.一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺，包括机械预加工、表面净化、表面粗化、预热处理、热喷涂、精磨抛光等工艺环节，其特征是预热处理采用真空电炉，将阀杆预热至80～150℃，热喷涂时对阀杆基体采用强制风冷装置进行冷却，抛光后在阀杆表面形成光滑致密、耐磨、耐腐蚀、高结合强度、低孔隙率的高性能金属陶瓷涂层。

2.根据权利要求1所述的一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺，其特征是喷涂前对其表面进行机械预加工，在所需喷涂的部位下切到公称尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺，其特征是采用超音速火焰热喷涂进行喷涂，喷涂粉末可优先选用Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷粉末。

4.根据权利要求1所述的一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺，其特征是涂层抛光后，表面光滑、致密，阀杆整体尺寸保持一致，其尺寸精度满足装配及使用需求。

5.根据权利要求1所述的一种阀杆表面金属陶瓷涂层热喷涂工艺，其特征是涂层的结合强度高于70MPa，孔隙率低于1％。