lol乐鱼体育体育：
导航：X技术最新专利工程元件,部件;绝热;紧固件装置的制造及其应用技术
本发明针对球阀阀芯耐磨性差、易冲蚀的问题，提出在金属本体表面加工锯齿形凹槽并填充镍基碳化钨涂层的解决方案。通过真空钎焊工艺制备涂层，使碳化钨颗粒均匀分布，结合强度达375MPa，明显提升耐磨及耐冲蚀性能。该方法工艺简单、成本低，适用于多种工业场景。
本发明涉及阀门技术领域，更具体地说，本发明涉及一种耐磨及耐冲蚀的球阀阀芯及其制造方法。
金属硬密封球阀材料一般为碳钢或不锈钢，由于材料本身的限制，在存在强磨损和强冲蚀工况下球阀阀芯常常会因为磨损和冲蚀造成失效。采用表面强化技术对阀芯进行表面改性，提高阀芯耐冲蚀性能，是提高金属硬密封球阀常规使用的寿命和可靠性的重要方法。
但传统耐磨涂层工艺最重要的包含喷焊、堆焊、热喷涂涂。喷焊所适用材料范围较窄，基体材料变形严重，喷焊层的成分与原始成分有一定差别。堆焊工艺局部的高温会导致受热不均匀，温度梯度大，会造成较大焊接残余应力及变形，焊接涂层会局部开裂甚至形成贯穿裂纹，导致涂层脱落。热喷涂的涂层厚度在0.2～0.6mm，涂层与基体结合力较低，孔隙率较高，热效率低，操作环境较差。可见，传统耐磨涂层技术亟待改进以便制备出高性能的耐磨、耐冲蚀涂层的球阀阀芯。
本发明还有一个目的是提供一种耐磨及耐冲蚀的球阀阀芯及其制造方法，采用真空钎焊工艺使碳化钨柔性布在金属球阀外表明产生镍基碳化钨涂层，然后脱除球形陶瓷模具再经过简单的磨削加工最终制得耐磨及耐冲蚀球阀阀芯，以提高球阀的常规使用的寿命和可靠性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种耐磨及耐冲蚀的球阀阀芯，包括：
镍基碳化钨涂层，其均匀覆盖在所述金属本体的球形外表面，所述镍基碳化钨涂层的厚度为3mm～6mm；
优选的，所述镍基碳化钨涂层由59.8wt%的碳化钨粉末、33.77wt%的镍粉、2.41wt%的铬粉、1.21wt%的硼粉、1.6wt%的硅粉以及1.21wt%的铁粉制成，所述镍基碳化钨涂层的厚度为5mm。
优选的，所述凹槽为正方锯齿波结构，相邻锯齿间距为2.5mm～3.0mm，相邻两条所述凹槽的间距为1.5mm～2.7mm，所述凹槽的宽度为0.2mm～0.8mm，所述凹槽的深度为0.2mm～0.7mm。
优选的，若干条所述凹槽等间距平行设置，每一条所述凹槽为首尾封闭的锯齿波结构，所述凹槽与所述金属本体的通孔同心设置。
优选的，所述凹槽的宽度为0.5mm，所述凹槽的相邻锯齿间距2.8mm，相邻两条平行凹槽的间距为2mm，所述凹槽深度为0.5mm。
优选的，所述凹槽内壁上设置有若干凸起，所述凸起的高度在0.03mm～0.15mm。
步骤二、按原料混合粉末总质量的1.39wt%～2.08wt%称取聚四氟乙烯粉末加入原料混合粉末中混合均匀，将混合后的粉末压制成碳化钨柔性布；
步骤三、将阀芯的金属本体表明上进行喷砂和去油处理，并在金属本体表面间隔加工出若干条锯齿形凹槽；
步骤四、将金属本体同心放置在球形模具中，所述球形模具内腔壁和金属本体外表面的间隙为6mm；
步骤五、将所述碳化钨柔性布剪成2mm×2mm的正方形填充在所述球形模具与金属本体的间隙中并压实；
步骤六、将填充有碳化钨柔性布的所述球形模具和金属本体放置到真空钎焊炉内烧结，制得表面覆盖有镍基碳化钨涂层的球阀阀芯；其中，钎焊炉内的线Pa等级，烧结曲线.5～1小时，再以10℃/分钟～15℃/分钟的速度升温至1000℃～1100℃保温0.5～1小时，然后再以10℃/分钟～20℃/分钟的速度降温至室温；
金属本体4，其球形外表面上间隔开设有若干条锯齿形凹槽41，所述金属本体的轴向开设有用于导流的通孔，本实施例中所述凹槽41为正方锯齿波结构，能够理解的是凹槽可以是其他形状的锯齿波结构，比如流线所示，同一条凹槽的折弯角为90°，相邻锯齿间距L2为2.5mm～3.0mm，优选的为2.8mm，相邻两条所述凹槽的间距L3为1.5mm～2.7mm，优选的为2mm，所述凹槽的宽度L1为0.2mm～0.8mm，优选的为0.5mm，所述凹槽的深度为0.2mm～0.7mm，优选的为0.5mm；
镍基碳化钨涂层，其均匀覆盖在所述金属本体4的球形外表面，且将所述凹槽完全填充，镍基碳化钨涂层的耐磨合耐冲蚀的综合机械性能优异，其中耐磨损性能是304不锈钢球阀阀芯的400倍，是表面热喷涂Ni55材料的2倍，耐冲蚀性能是表面通过超音速喷涂碳化钨涂层的1.5倍；所述镍基碳化钨涂层的厚度为3mm～6mm，优选镍基碳化钨涂层的厚度为5mm，远超通过超音速喷涂的耐磨涂层0.2～0.3mm的厚度，且镍基碳化钨涂层中碳化钨颗粒分布均匀，如图3所示，粒径在um等级，涂层致密度高，涂层内部无缺陷、表面无裂纹，气孔率很小，从而很好的与阀芯本体结合成一体结构，不易脱落，体现了优异的耐磨及耐冲蚀综合性能，且耐磨涂层厚、加工方便、制造成本低，有效提升了球阀的常规使用的寿命和可靠性。
在金属本体和镍基碳化钨涂层的界面上利用电火花加工形成正方锯齿形凹槽，增加了碳化钨涂层与金属本体的接触面积，以增强碳化钨涂层与金属本体的结合力，同时，涂层与阀芯本体的结合为冶金结合，结合强度达到375MPa，结合金属本体和镍基碳化钨涂层界面上的正方锯齿形凹槽，逐渐增强镍基碳化钨涂层与金属本体的结合力，涂层与阀芯本体不易脱落。
另一种实施例中，所述镍基碳化钨涂层由48.83wt%～73.13wt%的碳化钨、26.87wt%～51.17wt%的镍、1.19wt%～3.66wt%的铬、0.59wt%～2.19wt%的硼、0.91wt%～2.56wt%的硅以及0.59wt%～2.19wt%的铁制成，本实施例中，具体的，所述镍基碳化钨涂层由59.8wt%的碳化钨粉末、33.77wt%的镍粉、2.41wt%的铬粉、1.21wt%的硼粉、1.6wt%的硅粉以及1.21wt%的铁粉制成，成型后，所述镍基碳化钨涂层的厚度为5mm，该原料配比的镍基碳化钨涂层具有超高强度的耐磨及耐冲蚀性能，从而对阀芯表明上进行改性，使得阀芯具有超高的耐磨及耐冲蚀性能，以增强常规使用的寿命和可靠性。
另一种实施例中，若干条所述凹槽等间距平行设置，如图1所示，每一条所述凹槽为首尾封闭的锯齿波结构，且所述凹槽与所述金属本体的通孔同心设置，如地球纬度线一样均匀开设在金属本体球形外表上，增加凹槽的覆盖面积，同时当所述镍基碳化钨涂层与金属本体结合时，所述镍基碳化钨涂层通过凹槽与金属本体有更多的接触面，以提高结合强度，同时，各条凹槽均匀布置在球体表面，所述镍基碳化钨涂层与金属本体的结合力更加均衡的布置在金属本体上，从而所述镍基碳化钨涂层与金属本体均衡的结合，防止局部的脱落。
另一种实施例中，所述凹槽内壁上设置有若干凸起，也就是在开槽时，尽量将槽壁开成毛糙面，从而在槽面上布满有凸起，所述凸起的高度分布在0.03mm～0.15mm，所述镍基碳化钨涂层完全填充在凹槽内，以进一步增加所述镍基碳化钨涂层与凹槽的结合力，因为槽壁越光滑，所述镍基碳化钨涂层与凹槽的结合力越小，还是容易整体脱落，槽壁上保留有凸起，则很好的解决了这样的一个问题，提高了结合强度。
步骤四、将金属本体表面清洁后，同心放置在球形模具中心，金属本体的通孔纵向设置，所述球形模具由上半部1和下半部2拼装而成的陶瓷模具，如图2所示，下半部为碗状，上半部为无底碗形状，两者通过接触面上的定位槽进行拼装，将金属本体等间距包覆在模具内部，所述球形模具内腔壁和金属本体外表面的间隙处处为6mm，也即是说模具的内半径比金属本体的球半径大1mm；
步骤五、将所述碳化钨柔性布3剪成2mm×2mm的正方形填充在所述球形模具与金属本体的间隙中并压实，具体的，将上半部1和下半部2分开，在下半部底部外周放置有一圈6mm宽的碳化钨柔性布用于金属本体的定位，将金属本体4通孔方向垂直放置在下半部底部中央，底部外表面与事先放置在下半部底部的碳化钨柔性布贴合，从而使得金属本体与模具内腔壁之间的距离保持为6mm，随后往间隙中填入碳化钨柔性布，边填边压实，直到下半部完全填充完毕，随后将上半部沿着接触面上的定位槽进行拼装，继续往间隙中填充碳化钨柔性布，直到碳化钨柔性布完全填充间隙，最后用工具将碳化钨柔性布压实在间隙中，减小间隙内的空隙，使得碳化钨柔性布均匀布置在金属本体外周；
Pa，烧结制得表面覆盖有镍基碳化钨涂层球阀阀芯；其中，在烧结过程中，钎焊炉内的线Pa等级，具体烧结曲线℃保温1小时，而后再以15℃/分钟速度降温至室温；步骤七、将镍基碳化钨涂层进行磨削加工，制得耐磨及耐冲蚀球阀阀芯。
烧结过程中，聚四氟乙烯粉挥发，涂层收缩致密，烧结后，6mm的碳化钨柔性布收缩到5mm厚的镍基碳化钨涂层，均匀覆盖在金属本体的外表面，且不易脱落，从图3中能够准确的看出，镍基碳化钨涂层致密度高，且镍基碳化钨涂层中碳化钨颗粒分布均匀，粒径在um等级，涂层内部无缺陷、表面无裂纹，气孔率很小，热效率更高，各个碳化钨柔性布之间的间隙收缩致密，与金属本体很好的与阀芯本体结合成一体结构，不易开裂和脱落，体现了优异的耐磨及耐冲蚀综合性能，且耐磨涂层厚、加工方便、制造成本低，有效提升了球阀的常规使用的寿命和可靠性。
制备的耐磨及耐冲蚀球阀阀芯表面光洁，无明显缺陷，厚度为5mm。涂层横断面的电镜照片如图3所示，碳化钨颗粒在镍基材料中分布均匀，无颗粒团聚和气孔出现。制备的耐磨及耐冲蚀球阀阀芯表现出优异的耐磨合耐冲蚀的综合机械性能，其中耐磨损性能是304不锈钢球阀阀芯的400倍，是表面热喷涂Ni55材料的2倍。耐冲蚀性能是表面通过超音速喷涂碳化钨涂层的1.5倍。可见，本发明的耐磨及耐冲蚀球阀阀芯大幅度提高了球阀在磨损和冲蚀工况下服役的寿命和可靠性。
由上所述，本发明的耐磨及耐冲蚀球阀阀芯本体是金属，金属外表面为镍基碳化钨涂层，金属本体和镍基碳化钨涂层的界面上加工有正方锯齿形凹槽，以增强镍基碳化钨涂层与金属本体的结合力。该耐磨及耐冲蚀球阀阀芯是将一个可拆卸的球形陶瓷模具包覆在金属球阀阀芯外，将碳化钨柔性布填充在陶瓷模具与金属球阀阀芯的间隙中，采用真空钎焊工艺使碳化钨柔性布在金属球阀外表明产生镍基碳化钨涂层，然后脱除球形陶瓷模具再经过简单的磨削加工最终制得耐磨及耐冲蚀球阀阀芯。本发明提供的耐磨及耐冲蚀球阀阀芯具备优秀能力的耐磨及耐冲蚀综合性能、耐磨涂层厚、加工方便、制造成本低。
本发明制备的得到的耐磨及耐冲蚀球阀阀芯，镍基碳化钨涂层中碳化钨颗粒分布均匀，涂层内部无缺陷、表面无裂纹，很好的与阀芯本体结合成一体结构，结合强度达到375MPa，且金属本体和镍基碳化钨涂层的界面上加工有正方锯齿形凹槽，以增强镍基碳化钨涂层与金属本体的结合力，涂层与阀芯本体不易脱落；进一步的，本发明制备的得到的耐磨及耐冲蚀球阀阀芯加工工艺简单、设备投资低、制造成本低，易于推广。
技术研发人员：于新海;王奕彤;杨留;张健;焦伦龄;涂善东;王超;方品田;
针对镍基碳化钨激光熔覆涂层中高碳化钨含量易导致裂纹、气孔等问题，提出梯度分层设计：功能层（80wt% WC）实现高耐磨性，过渡层（≤15wt% WC）缓解热膨胀差异降低界面应力，修复层（≤30...
传统球芯喷涂装夹需点焊固定，高温膨胀导致拆卸困难，影响效率。通过弹性撑杆与拉杆联动结构实现快速装夹与拆卸，利用第一弹性件驱动撑杆同步张合，配合托板自动收集功能，提升喷涂效率并简化操作流程。 ...
针对阀板阀座密封面在高温度高压力下易磨损的问题，提出采用碳化钨-镍铬碳化铬混合粉末通过HVAF超音速喷涂技术制备涂层的解决方案。通过优化粉末配比（1:1-1:2）及喷涂参数，使涂层硬度达HV130...
针对激光熔覆镍基碳化钨涂层时因基体与涂层热膨胀差异导致的开裂问题，提出采用盐浴加热实现阀板均匀预热的解决方案。通过将阀板置于方框中浸入熔盐，利用熔盐的高热容性和均匀传热特性，使阀板预热至400...
针对传统球阀表面处理工艺易产生裂纹、气孔等缺陷的问题，提出一种激光熔覆制备耐冲蚀涂层的新方法。通过预留球体内孔尺寸避免边缘过热，采用钨基合金粉末并优化激光功率、送粉速率等参数，配合预热与缓冷处...
针对传统球阀阀芯抵抗腐蚀能力差、寿命短的问题，提出通过喷涂镍基合金与石墨复合涂层的解决方案。创新性采用含特定比例Ti、Cr、Mo、Cu及复合稀土的镍基合金粉末，结合梯度冷却工艺，明显提升阀芯在氧化...