高溫高壓氧閥密封面耐磨涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及耐磨涂層及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高溫高壓氧閥密封面耐磨涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，大型石化裝置、化工裝置的參數(shù)在不斷提高，高溫高壓氧氣閥門的參數(shù)范圍也在不斷提高，氧氣閥門的需求量和需求范圍也在不斷擴(kuò)大，高溫高壓氧氣閥門已成為大型石化裝置、化工裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能的好壞直接影響著整套裝置的安全、可靠運(yùn)行，影響著生產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)。
[0003]在實(shí)際使用過程中，高溫高壓狀態(tài)下，純氧氣對閥體造成應(yīng)力腐蝕和氧化腐蝕，同時(shí)還存在著密封比壓作用下的密封面與球體之間的摩擦磨損，造成密封面磨損嚴(yán)重而導(dǎo)致泄漏。為了保證高溫高壓氧氣閥門的密封性，延長其服役壽命，應(yīng)盡可能提高閥門密封面耐磨耐蝕性，降低其摩擦系數(shù)。
[0004]表面工程技術(shù)是高端閥門普遍采用的一種提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長服役壽命的先進(jìn)工藝。目前，閥門產(chǎn)品絕大部分采用普通火焰噴熔技術(shù)或超音速火焰噴涂技術(shù)在其表面制備耐磨涂層，然而對于高溫高壓氧閥來說，其基體材料一般采用美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM A494規(guī)定的鎳絡(luò)合金(Inconel xxx)或鎳銅合金(Monel xxx)，傳統(tǒng)火焰噴恪工藝并不適宜此種基體材料，而采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備單一WC或Cr3C2涂層，由于其工藝特點(diǎn)，涂層中存在1%左右的孔隙，在高壓狀態(tài)下使用無法保證閥門100%無泄漏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高溫高壓氧閥密封面耐磨涂層的制備方法，提高閥門密封面耐磨性，降低摩擦系數(shù)，延長其服役壽命。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高溫高壓氧閥密封面耐磨涂層的制備方法，順序包括以下步驟:
S100、球體基體預(yù)處理；
S200、使用超音速火焰噴涂工藝制備涂層底層；
S300、球體磨削、研磨；
S400、超聲波清洗球體；
S500、離子清洗球體；
S600、采用磁控濺射工藝在球體表面制備涂層面層；
上述的方法，其中，在所述步驟S100中，包括步驟:
S110，采用棉布或鬃毛刷蘸取丙酮清洗閥門球體表面油污；以及S120，采用射吸式噴砂機(jī)對球體表面進(jìn)行噴砂粗化，砂粒選用24?60目白剛玉，所述噴砂毛化工藝參數(shù):噴砂距離80?10mm，噴砂角度45?60°，壓縮空氣壓力0.2?0.4MPa。
[0007]上述的方法，其中，在所述步驟S200中，包括步驟: S210，優(yōu)選25%NiCr-Cr3C2粉末作為耐磨涂層底層用噴涂粉末，粉末粒度15?45um，噴涂前將粉末放置于鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度90?100°C，干燥時(shí)間2?3h;
S220，將閥門球體安裝在臥式轉(zhuǎn)臺上，采用超音速火焰噴涂工藝在閥門球體表面制備耐磨涂層。所述超音速火焰噴涂的工藝參數(shù)為:氧氣流量:1800?2000scfh，煤油流量:5?6.5gph，載氣流量:19?23scfh，送粉率:5?8rpm，噴涂距離:350?380mm，噴槍移動(dòng)速度40?50m/min,預(yù)熱溫度為90?120°C，所述耐磨涂層底層厚度為250?300um。
[0008]上述的方法，其中，在所述步驟S300中，包括步驟:
S310，將噴涂好的閥門球體安裝在球形磨床上，采用立方氮化硼砂輪將閥門球體磨削至圖紙要求尺寸，所述磨削工藝參數(shù)為:立方氮化硼砂輪粒度:80?100#，砂輪旋轉(zhuǎn)速度:25?35m/s，軸向進(jìn)給量:0.5?lm/min，球體旋轉(zhuǎn)速度:10?20m/min;
S320，將磨削好的工裝放置在研磨工裝上，球體與閥座配合研磨，優(yōu)選金剛石研磨膏作為研磨劑；
上述的方法，其中，在所述步驟S400中，包括步驟:
S410，將研磨好的閥門球體依次經(jīng)過清潔劑、自來水、丙酮、去離子水進(jìn)行超聲波清洗，各工序清洗時(shí)間均為10?15min;
S420，將經(jīng)過超聲波清洗后的閥門球體在烘箱中烘干，烘干溫度:90?120°C，烘干時(shí)間10?15min;
上述的方法，其中，在所述步驟S500中，包括步驟:
S510，將烘干后的閥門球體裝入磁控濺射真空室旋轉(zhuǎn)支架，抽真空至2?5 X KT1Pa，然后向真空室通入Ar氣；
S520，在真空室壓力為2?5Pa時(shí)開啟旋轉(zhuǎn)支架和偏壓電源，利用氬離子對工件表面進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間1?15min;
上述的方法，其中，在所述步驟S600中，包括步驟:
S610，通入N2氣，在球體表面制備CrN面層，所述CrN面層制備工藝參數(shù)為:Ar: N2流量比為1:1.5?1:3之間，工作總氣壓:0.5?10?3，負(fù)偏壓:-200?-800￥，弧電流:50?8(^，沉積溫度:250?350°C，沉積時(shí)間:45?60min。
[0009]本發(fā)明的有益功效在于:
使用本發(fā)明在高溫高壓氧閥球體表面制備的耐磨涂層硬度高、耐磨性好，摩擦系數(shù)低，涂層致密無孔隙，高壓狀態(tài)下試壓閥門100%無泄漏。
[0010]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【附圖說明】
[0011]圖1為本申請的高溫高壓氧閥密封面耐磨涂層的制備方法流程圖；
圖2為本申請的高溫高壓氧閥涂層性能及密封性試驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
[0013]實(shí)施例1: 本實(shí)施例中，閥門球體材料選用MoneI K500，閥門公稱尺寸為I英寸，在該球體表面制備復(fù)合耐磨涂層，制備方法具體如下:
(1)利用鬃毛刷蘸取丙酮溶液將加工好的MonelK500閥門球體表面油污清洗干凈；
(2)將清洗后的閥門球體安裝在噴砂專用工裝上，利用射吸式自動(dòng)化噴砂設(shè)備對球體進(jìn)行毛化處理，優(yōu)選白剛玉作為噴砂材料，砂粒粒徑32目，噴砂距離100mm，噴砂角度45°，壓縮空氣壓力0.2MPa。
[0014](3)將噴砂毛化后的閥門球體安裝在超音速火焰噴涂工裝上，采用超音速火焰噴槍對閥門球體進(jìn)行噴涂，噴涂材料優(yōu)選25%NiCr-Cr3C2粉末，粉末粒度15?45um，噴涂前粉末充分干燥。開啟超音速火焰噴槍，采用不送粉方式對閥門球體進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度90?120°C(采用紅外測溫儀檢測預(yù)熱溫度)，當(dāng)閥門球體溫度達(dá)到設(shè)定預(yù)熱溫度時(shí)開啟送粉器開始噴涂，噴涂參數(shù)如下:氧氣流量:1850scfh，煤油流量:5.5gph，載氣流量:19scfh，送粉率:5rpm，噴涂距離:3801111]1，噴槍移動(dòng)速度501]1/1]1；[11。循環(huán)噴涂直至涂層厚度達(dá)到250?300111]1。
[0015](4)將噴涂完成后的閥門球體安裝在球形磨床上，采用80#立方氮化硼砂輪進(jìn)行磨削，砂輪旋轉(zhuǎn)速度:35m/s，軸向進(jìn)給量:0.5m/min，球體旋轉(zhuǎn)速度:20m/min ；
(5)將磨削至圖紙規(guī)定尺寸的閥門球體與對應(yīng)閥座配合安裝在研磨工裝上，選用W20、WlO、W5三種規(guī)格金剛石研磨膏對密封面進(jìn)行研磨；
(6)將研磨好的閥門球體依次經(jīng)過清潔劑、自來水、丙酮、去離子水進(jìn)行超聲波清洗，各工序清洗時(shí)間均為15min，清洗好后的閥門球體放入干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度90°C，干燥時(shí)間15min;
(7)將清洗好后的球體裝入磁控濺射真空室旋轉(zhuǎn)支架，抽真空至5X 10—1Pa,然后向真空室通入高純Ar氣，當(dāng)真空室壓力達(dá)到2Pa時(shí)開啟旋轉(zhuǎn)支架和偏壓電源，利用氬離子對工件表面進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間15min ；
(8)通入N2氣，Ar:N2流量比為1:1.5，工作總氣壓:0.5Pa，在閥門球體表面制備CrN面層，設(shè)定負(fù)偏壓:-200V，弧電流:50A，沉積溫度:350°C，沉積時(shí)間:45min。
[0016](9)沉積結(jié)束后，閥門球體隨爐冷卻至50°C以下取出，閥門球體表面即可獲得致密耐磨涂層。對制備的涂層進(jìn)行顯微硬度測試及摩擦系數(shù)測試，實(shí)測結(jié)果見圖2所示，將閥門球體安裝在閥體上利用純仏進(jìn)行密封性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力分別選取低壓0.6MPa，中壓6.3MPa及高壓15MPa，試壓結(jié)果見圖2所示。
[0017]實(shí)施例2:
本實(shí)施例中，閥門球體材料選用MoneI K500，閥門公稱尺寸為2英寸，在該球體表面制備復(fù)合耐磨涂層，制備方法具體如下:
(1)利用鬃毛刷蘸取丙酮溶液將加工好的MonelK500閥門球體表面油污清洗干凈；
(2)將清洗后的閥門球體安裝在噴砂專用工裝上，利用射吸式自動(dòng)化噴砂設(shè)備對球體進(jìn)行毛化處理，優(yōu)選白剛玉作為噴砂材料，砂粒粒徑24目，噴砂距離80mm，噴砂角度45°，壓縮空氣壓力0.4MPa。
[0018](3)將噴砂毛化后的閥門球體安裝在超音速火焰噴涂工裝上，采用超音速火焰噴槍對閥門球體進(jìn)行噴涂，噴涂材料優(yōu)選25%NiCr-Cr3C2粉末，粉末粒度15?45um，噴涂前粉末充分干燥。開啟超音速火焰噴槍，采用不送粉方式對閥門球體進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度90?120°C(采用紅外測溫儀檢測預(yù)熱溫度)，當(dāng)閥門球體溫度達(dá)到設(shè)定預(yù)熱溫度時(shí)開啟送粉器開始噴涂，噴涂參數(shù)如下:氧氣流量:2000scfh，煤油流量:6.5gph，載氣流量:22scfh，送粉率:7rpm，噴涂距離:3501111]1，噴槍移動(dòng)速度401]1/1]1；[11。循環(huán)噴涂直至涂層厚度達(dá)到250?300111]1。
[0019](4)將噴涂完成后的閥門球體安裝在球形磨床上，采用80#立方氮化硼砂輪進(jìn)行磨削，砂輪旋轉(zhuǎn)速度:30m/s，軸向進(jìn)給量:0.5m/min，球體旋轉(zhuǎn)速度:15m/min ；
(5)將磨削至圖紙規(guī)定尺寸的閥門球體與對應(yīng)閥座配合安裝在研磨工裝上，選用W20、WlO、W5三種規(guī)格金剛石研磨膏對密封面進(jìn)行研磨；
(6)將研磨好的閥門球體依次經(jīng)過清潔劑、自來水、丙酮、去離子水進(jìn)行超聲波清洗，各工序清洗時(shí)間均為15min，清洗好后的閥門球體放入干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度90°C，干燥時(shí)間15min;
(7)將清洗好后的球體裝入磁控濺射真空室旋轉(zhuǎn)支架，抽真空至5X 10—1Pa,然后向真空室通入高純Ar氣，當(dāng)真空室壓力達(dá)到5Pa時(shí)開啟旋轉(zhuǎn)支架和偏壓電源，利用氬離子對工件表面進(jìn)