[发明专利]镍基合金和具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍基合金和具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门及制备方法，属于金属材料的表面改性领域。

背景技术

不锈钢因具有优良的耐蚀性和力学性能，广泛用于石油化工、反应堆及核电站中各种耐酸阀门及高温高压阀门的制造。由于运行过程中各种介质具有较强的腐蚀性甚至放射性，同时阀门密封面在启闭过程中频繁经受摩擦、挤压和撞击作用，阀门的密封面很容易遭到破坏，而大大缩短阀门的使用寿命，而且介质的渗漏可能造成停工停产、环境污染甚至造成恶性事故的发生。因此，不锈钢阀门的密封面不仅要求具有良好的抗腐蚀性，而且具有高的硬度、抗擦伤能力和抗热震性能及抗撞击性能。

不锈钢阀门的密封面一般采用直接在阀体上进行电弧、火焰堆焊及等离子堆焊高性能合金层的工艺进行强化，所用的合金原料主要为Fe基、Ni基及Co基自熔合金粉末，这些自熔合金粉末在基体元素的基础上，添加Cr、B、Si、C、Mo、W等元素，合金粉末的熔点低，自熔性好，具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等性能。而有些应用场合对密封面强化层的成分有严格的要求，如核工业用阀考虑阀门使用寿命的长期可靠性，常采用钴基合金作密封面，但是钴可因中子辐照引起二次放射，而不利于反应堆工作；B具有很强的中子吸收能力，容易产生辐照脆化和肿胀效应。Stellite公司开发出不含B的Tribaloy T-700合金，其成分为(wt.％)：Fe≤3.0，Mo：32.5，Cr：15.5，Si：3.4，Co：1.5，C≤0.08，Ni：余量。

与现有电弧、火焰堆焊及等离子堆焊工艺相类似，激光熔覆技术通过高功率激光熔化同步输送的熔覆材料，同时基体表面一薄层发生熔化，利用基体自身的冷却作用在基体表面获得与基体结合良好的合金层。激光熔覆与上述工艺技术相比具有如下特点和优势：1.可以实现高精度的熔覆沉积，材料利用率高；2.熔覆层的厚度和宽度可通过多层多道搭接熔覆进行可靠控制；3.能量集中，对基体的热输入小，熔覆层的稀释率低，对基体的热影响和变形小；4.激光熔覆合金强化层与基体为完全的冶金结合，结合强度高；5.激光熔覆过程是一快速凝固过程，熔覆层的组织完全致密、无气孔，具有更高的硬度和耐磨耐蚀性能。

目前针对不锈钢阀门密封面激光熔覆强化主要采用预置钴基及镍基合金粉末的粉末供给方法。粉末预置方法一般只适合在材料表面熔覆一层材料，熔覆层的厚度受到限制，粉末如铺置太厚，熔覆时很难保证涂层与基体的冶金结合和良好的涂层性能；粉末预置方法在进行多层熔覆制备较厚合金层时，不能保证熔覆过程的连续性，工艺较为繁琐；通过实验发现，在激光熔覆Tribaloy T-700合金时，由于合金层的韧性较差，熔覆层极易开裂；另外，Tribaloy T-700合金及上述的钴基及镍基合金中含有Co或者B，不能满足某些核工业用阀门密封面强化层不能含有B和Co的严格要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于不锈钢阀门密封面合金层的镍基合金。

本发明的另一个目的是提供一种具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门，该镍基合金层密封面不含B和Co、具有高硬度、良好抗热震和抗撞击性能。

本发明的再一个目的是提供一种制备具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案达到的：

一种用于不锈钢阀门密封面合金层的镍基合金，该镍基合金的成分和含量为：C：1.0-1.5wt％，Cr：17.5-19.5wt％，Mo：7.0-9.0wt％，W：3.5-4.5wt％，Nb：1.5-2.5wt％，Si：2.0-3.0wt％，Ni：余量。所述镍基合金粉末成分中不含B和Co。

上述的镍基合金为粉末状，粉末粒度范围为-100目～+325目。

一种具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门，将上述的镍基合金的粉末通过激光熔覆方法在不锈钢阀门上形成密封面镍基合金层。

在本发明的具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门中，所述的镍基合金层与不锈钢基体为冶金结合，无裂纹、气孔；所述的镍基合金层包含有镍基固溶体枝晶、枝晶间金属碳化物和金属硅化物，该镍基合金层的硬度为HRC43-49。

在本发明的具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门中，所述的不锈钢基体为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢材料。

一种制备具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门的方法，其特征在于：采用激光熔覆同步输送上述的镍基合金的粉末，在不锈钢阀门上制备出所需长度、厚度和宽度的镍基合金层密封面。