[发明专利]一种抗冲蚀磨损的流体阀门零件制备方法

说明书

本发明公开了一种抗冲蚀磨损的流体阀门零件制备方法，该方法为采用热喷涂和物理气相沉积方法在铸造或锻造成型的流体阀门零件表面分别制备一层碳化钨基涂层和氮化物陶瓷层，然后通过真空热处理和脉冲电磁场后处理方式消除涂层中的孔洞等组织缺陷、降低残余应力以及增强涂层与基体、外层涂层与内层涂层的结合。本发明方法操作简单，易于实施，获得的双工艺双层复合涂层流体阀门零件兼具抗磨和抗蚀的作用，在含砂液体的冲蚀工况下具有持久的使用寿命。

技术领域

本发明属于阀门制造技术领域，具体涉及一种抗冲蚀磨损的流体阀门零件制备方法。

背景技术

腐蚀与磨损失效是油气开采与输送、化工、污水处理等领域用阀门及管道面临的关键问题之一，即使是使用马氏体不锈钢制造的阀门零件，服役寿命也存在较大局限性。为了提高流体阀门的耐磨性和耐腐蚀性能，通常采用表面渗氮、镀铬、堆焊、热喷涂等方法在阀门零件表面制备一层耐磨和防腐涂层。其中，热喷涂技术由于工艺灵活、操作方便、喷涂材料品种多、生产效率高等优点被广泛应用。相比普通阀门，涂层阀门的使用性能和服役寿命成倍提高。尽管如此，热喷涂涂层也存在一些缺陷，比如，涂层中存在孔洞、裂纹、夹杂等，在实际应用中，这些缺陷为液体浸入涂层以及进而破坏涂层提供了便利条件，涂层一旦失效，阀门本体的抗腐蚀和耐磨性能大幅降低。因此，现有方法制备的阀门的耐腐蚀性，尤其是耐冲蚀磨损性能仍有限。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种抗冲蚀磨损的流体阀门零件制备方法。

为达此目的，本发明提供的技术方案是：提供一种抗冲蚀磨损的流体阀门零件制备方法，所述流体阀门零件为构成阀门的且与流体直接相接触并承受流体冲刷的零件，包括但不限于阀座、阀体、阀芯、球体、阀瓣、闸板，首先采用铸造或者锻造方法成型流体阀门零件，随后采用热喷涂方法在流体阀门零件与流体相接触的表面喷涂一层碳化钨基涂层，光整表面后采用物相气相沉积方法继续在碳化钨基涂层表面再沉积一层氮化物陶瓷层，然后将涂层后的流体阀门零件放入真空炉中进行真空热处理，最后再将流体阀门零件进行电磁场处理。

其中，所述热喷涂工艺为超音速火焰喷涂或为等离子喷涂或为等离子喷焊，制备的碳化钨基涂层是由平均粒径在50~200μm范围内的特粗颗粒WC、W₂C和亚微米级Cr₇C₃、Cr₂₃C₆均匀分布在镍基粘结相中组成的，涂层中的 WC和W₂C硬质相的总体积分数为40~60%，涂层中的 Cr₇C₃和Cr₂₃C₆弥散强化相的总体积分数为10~30%，镍基粘结相中Ni的质量分数为80~90%，其余为Cr、Fe和Si，镍基粘结相的物相为FeNi₃、CrSi₂和Cr₃Si，碳化钨基涂层厚度为0.3~1.0mm。

其中，所述物相气相沉积工艺为在背底真空低于5.0×10^-3Pa时向涂层沉积室通入氩气，在-300~-800V的偏压电场条件下利用气体离子和金属离子对碳化钨基涂层表面产生强烈的轰击，经过至少60min后开启工作靶沉积氮化物陶瓷层，氮化物陶瓷层为高铝含量的AlCrN和AlTiN涂层，涂层组织为致密的非柱状结构，涂层中的Al/Cr和Al/Ti原子含量比为1~2，氮化物陶瓷层厚度为2~5μm。

其中，所述真空热处理的保温温度为900~1100℃，保温时间1~3h，真空度＜2.0×10^-1Pa。

其中，所述电磁场后处理是对流体阀门零件进行耦合脉冲电磁场处理，处理工艺为脉冲磁场强度为1~2T，脉冲磁场频率1~2Hz，磁场脉冲数为35~60，脉冲电流能量密度10~20A/cm²，脉冲电场频率40~60，电流脉冲数为10~20。