[发明专利]提高高温干摩擦条件下阀杆表面耐磨性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高高温干摩擦条件下阀杆表面耐磨性的方法。

背景技术

核电汽轮机组中的再热双阀组能够保障汽轮机安全运行，其阀杆工作于400℃、16.7MPa的高温高压环境下，且处于干摩擦状态。在运行过程中，一方面阀杆在高温、高压流场中承受蒸汽冲击和来自横向或纵向的振动；另一方面阀杆材料在高温下硬度下降、塑性增加，致使阀杆极易发生磨损，严重影响其工作性能和服役寿命。因此，要求其具有的良好的耐高温、抗磨损和高温自润滑等性能，以满足恶劣的生产使用条件。

目前对阀杆的表面处理方法主要有两大类：(1)高温自润滑耐磨涂层的制备；(2)表面织构化，专利号为ZL200810224310.6的发明专利公开了一种高温耐磨自润滑涂层用复合粉体的制备的方法，采用超音速火焰喷涂的方法制备NiCr/Ni-Cr₃C₂-BaF₂/CaF₂包覆型复合粉体。专利号为ZL201210242669.2的发明专利公开了一种固体自润滑高温耐磨粉末组合物及其复合涂层制备方法，采用激光熔覆的方法制备以NiCr-Cr₃C₂为金属基体，镍包覆WS₂为固体润滑相的复合材料涂层。这些方法能够获得硬度高、自润滑的涂层，提高零件的高温耐磨性能。然而工作一段时间后，随着硬质颗粒的脱落，磨屑会挤入磨损表面对其进行二次微观切削，致使磨损加剧，工作表面失效。近年来，激光微织构技术在摩擦件上已经得到应用，如活塞环、密封圈、发动机气缸等。在工件表面刻蚀沟槽，一方面能够提高微沟槽内及沟槽壁的硬度，另一方面摩擦磨损过程中收集磨屑，从而减少了摩擦磨损。但激光刻蚀的硬化层浅，提高硬度有限，耐磨性提高的幅度受到限制。因此，在高温高压干摩擦的工作环境下，单一使用激光处理技术不能满足要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种提高高温干摩擦条件下阀杆表面耐磨性的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

提高高温干摩擦条件下阀杆表面耐磨性的方法，特点是：先采用激光熔覆技术在阀杆表面形成具有高温自润滑的耐磨涂层，再对其进行激光微织构使涂层表面产生规则分布的微沟槽，实现储屑减摩作用；包括以下步骤：

(1)阀杆表面预处理：采用机加工方式使阀杆直径尺寸小于设计尺寸1～2mm；

(2)阀杆表面激光熔覆涂层的制备：采用激光熔覆的方法获得厚度为2～3mm的涂层，工艺为：

a)对机加工后的表面进行除油清污处理，并用酒精清洗干净，然后对阀杆预热，预热温度为300～500℃，预热时间为2～3小时；

b)配置熔覆粉末，基体材料为Ni60M合金粉末，润滑相为CaF₂粉末，复合粉末质量百分比为：Ni60M合金粉末85％～95％，CaF₂粉末5％～15％，放入球磨机中混合均匀，搅拌时间为2～3小时；

c)采用光纤激光器、以同轴送粉的方式对阀杆表面实施多道单层熔覆；并同步使用惰性气体保护激光熔覆区域；激光熔覆工艺参数为：激光功率为2～3kW，阀杆转动线速度为400～600mm/min，离焦量为+2～+4mm，送粉速率为0.4～0.8g/s，搭接率为20％～40％，保护气体流量为3～4L/min；

(3)激光熔覆后表面的后处理：将经激光多道熔覆后的涂层放入热处理炉中进行退火处理，消除残余应力，退火温度为400～600℃，时间为6～10小时；出炉后对熔覆涂层进行机加工、打磨、抛光，使阀杆直径尺寸大于设计尺寸50～100μm；

(4)激光刻蚀微沟槽：采用超快激光器对处理后的熔覆涂层刻蚀微沟槽，其工艺参数为：平均输出功率为2～4W，脉冲频率为50～200kHz，扫描速度为50～150mm/s，扫描次数为20000～50000次，离焦量为-0.5～-1.5mm；

(5)对激光刻蚀微沟槽的表面进行精珩磨和清洗处理，去除微沟槽边缘和内部的残留物。

进一步地，上述的提高高温干摩擦条件下阀杆表面耐磨性的方法，其中，所述步骤(2)中的Ni60M合金粉末，其成分按重量百分比为：C0.8％、Cr17％、Si4％、Fe15％、B3.2％，余量为Ni，粒度为100～325目。