[發(fā)明專利]一種閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化方法與設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310437999.1
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103710700A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉立君
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B23K26/02;B23K26/34
• 代理公司: 寧波市鄞州甬致專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33228
• 代理人: 代總炯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

閥門是氣體、液體、粉末材料輸送系統(tǒng)中的控制元件，具有導(dǎo)流、截流、節(jié)流調(diào)節(jié)、防止倒流、分流或溢流卸壓等功能。閥門一般應(yīng)具有密封性能、強(qiáng)度性能、調(diào)節(jié)性能、動作性能和流通性能。目前，我國閥門企業(yè)約6000余家，其中年產(chǎn)值超過500萬元的有900家。國內(nèi)上市的閥門公司3家，即中核科技、洪城股份、廣東明珠。去年，中核科技主營業(yè)務(wù)收入3.7億元，而洪城股份和廣東明珠主營業(yè)務(wù)收入均低于中核科技。這些企業(yè)在產(chǎn)品質(zhì)量上與國外同類企業(yè)尚有較大差距。我國閥門行業(yè)每年有100多億元的市場被國外閥門企業(yè)占領(lǐng)，而其中主要份額又在于核閥等高參數(shù)閥門。到2020年我國將開工51座百萬千瓦級核電機(jī)組，到2020年末中國核電裝機(jī)容量將達(dá)到4000萬千瓦(2020年末核電運行規(guī)模4000萬千瓦，尚有1800萬千瓦結(jié)轉(zhuǎn)下個五年計劃)。也就是說，從2007年起中國每年將至少批準(zhǔn)建設(shè)二個百萬千瓦級核電機(jī)組。即今后13年中，中國每年都要建設(shè)一座像“大亞灣”一樣的核電站。其中需要核閥約100萬臺，總額超過200個億。再加上海外市場，開發(fā)前景將十分廣闊。如前所述，閥門密封面是閥門的關(guān)鍵部位，是閥門最重要的工作面，提高閥門密封面的耐磨性、耐蝕性、耐高溫等綜合性能直接延長閥門的使用壽命，避免發(fā)生過早失效，從而挽回生產(chǎn)中不必要的損失，將會大大推動工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。

????陶瓷熔注技術(shù)目前已經(jīng)被認(rèn)為是制備金屬基復(fù)合材料層最為理想的方法之一，是激光或等離子弧局部熔化金屬基體，同時將陶瓷粉末注入到熔池中，陶瓷粒子在熔池的快速凝固中被凍結(jié)，實現(xiàn)了基體上層顆粒增強(qiáng)，提高金屬表面耐磨性和硬度，顯示了激光熔注技術(shù)在金屬基體表面制備顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料層的優(yōu)勢。

自然界中生物體表經(jīng)過千百萬年的進(jìn)化，形成了非常獨特的結(jié)構(gòu)，生物體表是由凹坑、凸包、波紋、花紋、條狀、網(wǎng)絡(luò)或鱗片等幾何結(jié)構(gòu)組成的非光滑表面，生物體表單元體大小從幾十微米到幾十毫米，生物的非光滑體表具有減粘、降阻、耐磨的作用，在運動過程中具有很好的耐磨性。將生物表面耐磨、抗開裂原型應(yīng)用在閥門密封面強(qiáng)化領(lǐng)域，具有良好發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個方面：提供一種閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化設(shè)備，所述設(shè)備由控制單元、仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(shù)控工作臺組成，控制單元分別與仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺的通訊接口系統(tǒng)相連。控制單元包括一臺工業(yè)控制計算機(jī)，該計算機(jī)具有多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊、閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計模塊和閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊；所述多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊包括加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫和仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元，所述數(shù)據(jù)庫中每一條數(shù)據(jù)記錄包括材料的牌號、原始顯微組織，激光功率、掃描速度、熔注陶瓷速度、離焦量、陶瓷材料、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)、陶瓷彌散形態(tài)，化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、摩擦、磨損和熱疲勞；所述仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元主要接受視覺硬件系統(tǒng)圖像信號，處理陶瓷熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形狀態(tài)，從而控制陶瓷熔注工藝參數(shù)和五軸數(shù)控工作臺聯(lián)動狀態(tài)；所述閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計模塊是選擇具有耐磨抗裂功能的生物為生物原型，運用相似理論，對生物體幾何尺寸、外形、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征進(jìn)行模擬和參數(shù)優(yōu)化，建立相應(yīng)生物模型，針對閥門密封表面不同特征，通過計算機(jī)數(shù)值模擬和特征參數(shù)優(yōu)化，從減小閥門密封表面強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變角度，設(shè)計仿生單元體和不同單元體按一定規(guī)律偶聯(lián)構(gòu)成仿生結(jié)構(gòu)體；仿生單元體設(shè)計包括仿生單元體的形態(tài)、幾何尺寸、化學(xué)成分、組織形態(tài)、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)和陶瓷彌散形態(tài)設(shè)計；仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計包括各仿生單元體耦合形式和偶聯(lián)結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計；所述閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊能夠根據(jù)設(shè)計好的閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體自動形成數(shù)控加工程序，驅(qū)動三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺；也能夠在其它計算機(jī)設(shè)計好閥門密封面表面仿生結(jié)構(gòu)體，生成數(shù)控加工程序，然后導(dǎo)入該示教系統(tǒng)中；