[發明專利]提高高溫干摩擦條件下閥桿表面耐磨性的方法

在審

• 申請號: 201710407195.5
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107236950A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 馮愛新;張津超;薛偉;楊海華;趙瑩;程好;陳歡;賈天代;劉勇
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 王玉國

技術領域

本發明涉及一種提高高溫干摩擦條件下閥桿表面耐磨性的方法。

背景技術

核電汽輪機組中的再熱雙閥組能夠保障汽輪機安全運行，其閥桿工作于400℃、16.7MPa的高溫高壓環境下，且處于干摩擦狀態。在運行過程中，一方面閥桿在高溫、高壓流場中承受蒸汽沖擊和來自橫向或縱向的振動；另一方面閥桿材料在高溫下硬度下降、塑性增加，致使閥桿極易發生磨損，嚴重影響其工作性能和服役壽命。因此，要求其具有的良好的耐高溫、抗磨損和高溫自潤滑等性能，以滿足惡劣的生產使用條件。

目前對閥桿的表面處理方法主要有兩大類：(1)高溫自潤滑耐磨涂層的制備；(2)表面織構化，專利號為ZL200810224310.6的發明專利公開了一種高溫耐磨自潤滑涂層用復合粉體的制備的方法，采用超音速火焰噴涂的方法制備NiCr/Ni-Cr₃C₂-BaF₂/CaF₂包覆型復合粉體。專利號為ZL201210242669.2的發明專利公開了一種固體自潤滑高溫耐磨粉末組合物及其復合涂層制備方法，采用激光熔覆的方法制備以NiCr-Cr₃C₂為金屬基體，鎳包覆WS₂為固體潤滑相的復合材料涂層。這些方法能夠獲得硬度高、自潤滑的涂層，提高零件的高溫耐磨性能。然而工作一段時間后，隨著硬質顆粒的脫落，磨屑會擠入磨損表面對其進行二次微觀切削，致使磨損加劇，工作表面失效。近年來，激光微織構技術在摩擦件上已經得到應用，如活塞環、密封圈、發動機氣缸等。在工件表面刻蝕溝槽，一方面能夠提高微溝槽內及溝槽壁的硬度，另一方面摩擦磨損過程中收集磨屑，從而減少了摩擦磨損。但激光刻蝕的硬化層淺，提高硬度有限，耐磨性提高的幅度受到限制。因此，在高溫高壓干摩擦的工作環境下，單一使用激光處理技術不能滿足要求。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種提高高溫干摩擦條件下閥桿表面耐磨性的方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

提高高溫干摩擦條件下閥桿表面耐磨性的方法，特點是：先采用激光熔覆技術在閥桿表面形成具有高溫自潤滑的耐磨涂層，再對其進行激光微織構使涂層表面產生規則分布的微溝槽，實現儲屑減摩作用；包括以下步驟：

(1)閥桿表面預處理：采用機加工方式使閥桿直徑尺寸小于設計尺寸1～2mm；

(2)閥桿表面激光熔覆涂層的制備：采用激光熔覆的方法獲得厚度為2～3mm的涂層，工藝為：

a)對機加工后的表面進行除油清污處理，并用酒精清洗干凈，然后對閥桿預熱，預熱溫度為300～500℃，預熱時間為2～3小時；

b)配置熔覆粉末，基體材料為Ni60M合金粉末，潤滑相為CaF₂粉末，復合粉末質量百分比為：Ni60M合金粉末85％～95％，CaF₂粉末5％～15％，放入球磨機中混合均勻，攪拌時間為2～3小時；

c)采用光纖激光器、以同軸送粉的方式對閥桿表面實施多道單層熔覆；并同步使用惰性氣體保護激光熔覆區域；激光熔覆工藝參數為：激光功率為2～3kW，閥桿轉動線速度為400～600mm/min，離焦量為+2～+4mm，送粉速率為0.4～0.8g/s，搭接率為20％～40％，保護氣體流量為3～4L/min；

(3)激光熔覆后表面的后處理：將經激光多道熔覆后的涂層放入熱處理爐中進行退火處理，消除殘余應力，退火溫度為400～600℃，時間為6～10小時；出爐后對熔覆涂層進行機加工、打磨、拋光，使閥桿直徑尺寸大于設計尺寸50～100μm；

(4)激光刻蝕微溝槽：采用超快激光器對處理后的熔覆涂層刻蝕微溝槽，其工藝參數為：平均輸出功率為2～4W，脈沖頻率為50～200kHz，掃描速度為50～150mm/s，掃描次數為20000～50000次，離焦量為-0.5～-1.5mm；

(5)對激光刻蝕微溝槽的表面進行精珩磨和清洗處理，去除微溝槽邊緣和內部的殘留物。

進一步地，上述的提高高溫干摩擦條件下閥桿表面耐磨性的方法，其中，所述步驟(2)中的Ni60M合金粉末，其成分按重量百分比為：C0.8％、Cr17％、Si4％、Fe15％、B3.2％，余量為Ni，粒度為100～325目。