專利名稱：一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面Ni-WC復(fù)合涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電站閥門用鋼密封面表面復(fù)合涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
電站閥門應(yīng)用較為廣泛，應(yīng)用數(shù)量較大，一臺(tái)300麗電站超臨界機(jī)組，配套閥門約 2000只，其中1/10工作在超臨界狀態(tài)，工作環(huán)境非常惡劣。如我國現(xiàn)階段超臨界機(jī)組，主汽閥工作的典型蒸汽參數(shù)為25. 4MPa/566°C /566°C，超超臨界機(jī)組主汽閥工作的典型蒸汽參數(shù)已達(dá)沈.25MPa/600°C /600°C。這種工作環(huán)境下的電站高溫高壓閥門，其密封面的工作條件相當(dāng)惡劣，因此對(duì)于密封面的性能有較高的要求。為了延長電站閥門在工況下的使用壽命，密封面的性能將直接影響工程應(yīng)用中的安全性，因此提高電站閥門密封面耐磨損、耐腐蝕等性能是電站閥門行業(yè)重要的發(fā)展方向之一。目前閥門制造用的鋼材并不能滿足這些需求，所以在閥門密封面制造上采用表面改性技術(shù)在閥門用鋼材上形成硬質(zhì)涂層來解決這一問題，而廣泛采用的是堆焊技術(shù)。但是閥門密封面堆焊材料一般為含鈷合金，而我國是鈷資源十分缺乏的國家，鉆礦儲(chǔ)量小于2% 的世界儲(chǔ)量，所需鈷資源主要靠進(jìn)口鈷精礦和回收利用含鈷廢料，成本很高，因此用無鈷合金替代目前的鈷基合金已是必然趨勢。同時(shí)，電站高溫高壓閥門堆焊層的耐腐蝕性能，也已不能滿足高參數(shù)閥門密封面日益增長的性能需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的電站閥門用鋼密封面表面制備成本高、耐腐蝕性差的技術(shù)問題，而提供一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法。本發(fā)明的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法按以下步驟進(jìn)行一、按質(zhì)量百分比稱取60 % 85 %的Ni60合金粉末與15 % 40 % WC粉末，混合均勻，得到混合粉末；二、按混合粉末質(zhì)量的0. 5% 5%稱取聚乙烯醇并加入到步驟一稱取的混合粉末中，調(diào)制成膏狀，均勻涂覆于電站閥門用鋼密封面上，涂層的厚度為Imm 2mm ；三、將經(jīng)步驟二處理的電站閥門用鋼放入干燥爐中，以2V /min 20°C /min速度升溫至90°C 110°C并保持0. 5h 1. 5h ；四、將經(jīng)步驟三處理的電站閥門用鋼放入真空熱處理爐內(nèi)，先抽真空至KT4Pa 10_3Pa，然后以5°C /min 60°C /min的速度升溫至1100°C 1150°C并保持0. 5h 10h，降至室溫后，得到電站閥門用鋼密封面表面Ni-WC復(fù)合涂層。真空燒結(jié)法合金制備涂層的方法，以真空爐為熱源，在真空條件下將涂覆在基體表面的自熔性合金粉末或金屬-陶瓷型復(fù)合粉末集中加熱至一定溫度，使之熔融并潤濕基體表面，與基體發(fā)生擴(kuò)散互溶、界面反應(yīng)，最后冷卻結(jié)晶凝固的過程，可以改變基體材料表面的成分與組織，從而用表面冶金的方法得到致密、與基體結(jié)合牢固的，具有耐磨損、耐腐蝕及耐高溫等特殊性能的表面結(jié)構(gòu)涂層。本發(fā)明以M60合金粉末、WC粉末和有機(jī)粘結(jié)劑聚乙烯醇調(diào)成膏狀后，均勻涂覆于鋼基體表面，厚度控制在Imm 2mm范圍內(nèi)，以利于涂層耐沖擊、耐腐蝕能力，同時(shí)有助于避免涂層中缺陷的產(chǎn)生。在干燥及燒結(jié)過程中，升溫速度較慢，以防止涂層開裂，同時(shí)有利于涂層與基體中元素的擴(kuò)散，同時(shí)防止涂層產(chǎn)生裂紋等缺陷。Ni60合金粉末具有較好的耐蝕性、耐磨性，但如果使用溫度較高，會(huì)導(dǎo)致硬度下降，加入硬質(zhì)相陶瓷顆粒WC，則可避免上述缺點(diǎn)，從而顯著提高其硬度、耐磨性等。本發(fā)明采用燒結(jié)技術(shù)在電站閥門密封面上制備M-WC復(fù)合涂層，采用價(jià)格便宜的 Ν 60合金粉末與WC粉末，使成本降低，減少了由于磨損和腐蝕造成的電站閥門密封面上的材料流失過程，從而避免短時(shí)間內(nèi)大量更換閥門所造成的不必要的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失， 滿足工況要求。


圖1是具體實(shí)施方式
十九制備的電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層橫截面的掃描電鏡照片；圖2是具體實(shí)施方式
二十制備的電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層橫截面的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC 復(fù)合涂層的方法按以下步驟進(jìn)行一、按質(zhì)量百分比稱取60% 85%的Ni60合金粉末與 15% 40% WC粉末，混合均勻，得到混合粉末；二、按混合粉末質(zhì)量的0. 5% 5%稱取聚乙烯醇并加入到步驟一稱取的混合粉末中，調(diào)制成膏狀，均勻涂覆于電站閥門用鋼密封面上，涂層的厚度為Imm 2mm ；三、將經(jīng)步驟二處理的電站閥門用鋼放入干燥爐中，以2V / min 20°C /min速度升溫至90°C 110°C并保持0. 5h 1. 5h ；四、將經(jīng)步驟三處理的電站閥門用鋼放入真空熱處理爐內(nèi)，先抽真空至KT4Pa 10_3Pa，然后以5°C /min 60°C /min 的速度升溫至1100°C 1150°C并保持0. 5h 10h，降至室溫后，得到電站閥門用鋼密封面表面Ni-WC復(fù)合涂層。本實(shí)施方式以Ni60合金粉末、WC粉末和有機(jī)粘結(jié)劑聚乙烯醇調(diào)成膏狀后，均勻涂覆于鋼基體表面，厚度控制在Imm 2mm范圍內(nèi)，以利于涂層耐沖擊、耐腐蝕能力，同時(shí)有助于避免涂層中缺陷的產(chǎn)生。在干燥及燒結(jié)過程中，升溫速度較慢，以防止涂層開裂，同時(shí)有利于涂層與基體中元素的擴(kuò)散，同時(shí)防止涂層產(chǎn)生裂紋等缺陷。M60合金粉末具有較好的耐蝕性、耐磨性，但如果使用溫度較高，會(huì)導(dǎo)致硬度下降，加入硬質(zhì)相陶瓷顆粒WC，則可避免上述缺點(diǎn)，從而顯著提高其硬度、耐磨性等。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中的M60合金粉末的粒徑為140μπι 325μπι。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中的Μ60合金粉末的粒徑為200μπι。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是步驟一中的 WC粉末的粒徑為0. Ιμπι ΙΟμπι。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是步驟一中的 WC粉末的粒徑為5 μ m。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是步驟二中的電站閥門用鋼為12CrMoV鋼和25#鋼。其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是步驟一中按質(zhì)量百分比稱取65% 80%的Ni60合金粉末與20% 35% WC粉末，混合均勻，得到混合粉末。其它與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是步驟一中按質(zhì)量百分比稱取75%的Ni60合金粉末與25% WC粉末，混合均勻，得到混合粉末。其它與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八之一不同的是步驟二中按混合粉末質(zhì)量的 4%稱取聚乙烯醇。其它與具體實(shí)施方式
一至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至八之一不同的是步驟二中按混合粉末質(zhì)量的3%稱取聚乙烯醇。其它與具體實(shí)施方式
一至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十之一不同的是步驟二中涂層的厚度為1. Imm 1.9mm。其它與具體實(shí)施方式
一至十之一相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十之一不同的是步驟二中涂層的厚度為1.5mm。其它與具體實(shí)施方式
一至十之一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十二之一不同的是步驟三中干燥爐以5°C /min 17°C /min速度升溫至95°C 105°C并保持0. 8h 1. 2h。其它與
具體實(shí)施方式
一至十二之一相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十二之一不同的是步驟三中干燥爐以10°c /min速度升溫至100°C并保持1. Oh。其它與具體實(shí)施方式
一至十二之一相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十四之一不同的是步驟四中真空熱處理爐抽真空至2 X IO-4Pa 8 X 10_4Pa。其它與具體實(shí)施方式
一至十四之一相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十四之一不同的是步驟四中真空熱處理爐抽真空至5X10_Va。其它與具體實(shí)施方式
一至十四之一相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十六之一不同的是步驟四中真空熱處理爐以10°c /min 50°C /min的速度升溫至1110°C 1140°C并保持0. 8h 他。其它與具體實(shí)施方式
一至十六之一相同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十六之一不同的是步驟四中真空熱處理爐以30°C /min的速度升溫至1120°C并保持池。其它與具體實(shí)施方式
一至十六之一相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面 Ni-WC復(fù)合涂層的方法按以下步驟進(jìn)行一、按質(zhì)量百分比稱取65%的Ni60合金粉末與 35% WC粉末，混合均勻，得到混合粉末；其中Ni60合金粉末的粒徑為140 μ m 325 μ m, WC粉末的粒徑為0. 1 μ m 10 μ m ；二、按混合粉末質(zhì)量的1 %稱取聚乙烯醇并加入到步驟一稱取的混合粉末中，調(diào)制成膏狀，均勻涂覆于電站閥門用鋼12CrMoV鋼密封面上，涂層的厚度為2mm;三、將經(jīng)步驟二處理的電站閥門用鋼放入干燥爐中，以5°C /min速度升溫至100°C并保持Ih ；四、將經(jīng)步驟三處理的電站閥門用鋼放入真空熱處理爐內(nèi)，先抽真空至 IX 10_3Pa，然后以20°C /min的速度升溫至1150°C并保持2h，降至室溫后，得到電站閥門用鋼密封面表面m-wc復(fù)合涂層。本實(shí)施方式制備的電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層橫截面的掃描電鏡照片如圖1所示，從圖1可以看出，基體與涂層之間存在過渡熔合層且較寬，表明涂層與基體之間發(fā)生了良好的擴(kuò)散，從而保證了涂層與基體的良好接觸，避免脫落。WC顆粒在高溫真空燒結(jié)過程中，部分WC顆粒發(fā)生完全熔融，在冷卻的過程中與其他元素形成化合物析出， 且彌散分布在M基合金中，進(jìn)而起到彌散強(qiáng)化的作用，對(duì)提高M(jìn)基涂層硬度、耐磨性具有重要意義。采用中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所開發(fā)的HT-1000型高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)來測試復(fù)合涂層的摩擦磨損性能。本實(shí)驗(yàn)中室溫、高溫摩擦磨損分別采用GCrl5鋼球及SiN 陶瓷球進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為載荷500g，磨損時(shí)間20min，電機(jī)頻率7. 14，電機(jī)轉(zhuǎn)速399r/min， 摩擦半徑2mm，高溫磨損選擇溫度500°C。采用極化曲線外推法測量涂層電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)中的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度，來測試復(fù)合涂層的耐腐蝕性。通過對(duì)比12CrMoV鋼基體、12CrMoV鋼表面堆焊鈷合金和12CrMoV鋼表面Ni-WC 復(fù)合涂層的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果和耐腐蝕性試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過燒結(jié)法在12CrMoV鋼表面制備的Ni-WC復(fù)合涂層的耐磨損、耐腐蝕性能均遠(yuǎn)優(yōu)于12CrMoV鋼基體，而Ni-WC復(fù)合涂層的耐磨損性能達(dá)到12CrMoV鋼表面堆焊鈷合金的水平，Ni-WC復(fù)合涂層的耐腐蝕性優(yōu)于 12CrMoV鋼表面堆焊鈷合金的耐蝕性能，說明本發(fā)明采用的方法可以有效地改善電站閥門用12CrMoV鋼密封面表面的耐腐蝕性能，與12CrMoV鋼表面堆焊鈷合金相比也降低了成本。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面 Ni-WC復(fù)合涂層的方法按以下步驟進(jìn)行一、按質(zhì)量百分比稱取63%的Ni60合金粉末與 37% WC粉末，混合均勻，得到混合粉末；其中Ni60合金粉末的粒徑為140 μ m 325 μ m, WC粉末的粒徑為0. 1 μ m 10 μ m ；二、按混合粉末質(zhì)量的2 %稱取聚乙烯醇并加入到步驟一稱取的混合粉末中，調(diào)制成膏狀，均勻涂覆于電站閥門用鋼25#鋼密封面上，涂層的厚度為1. 5mm ；三、將經(jīng)步驟二處理的電站閥門用鋼放入干燥爐中，以10°C /h速度升溫至 105°C并保持1. 2h ；四、將經(jīng)步驟三處理的電站閥門用鋼放入真空熱處理爐內(nèi)，先抽真空至 IX 10-3Pa，然后以25°C /min的速度升溫至1140°C并保持1. 5h，降至室溫后，得到電站閥門用鋼密封面表面m-wc復(fù)合涂層。本實(shí)施方式得到的電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層橫截面的掃描電鏡照片如圖2所示，從圖2可以看出，從基體到涂層方向，分為三個(gè)明顯區(qū)域，過渡層和Ni-WC 復(fù)合涂層，涂層靠近過渡層一側(cè)組織較為粗大，且呈板條狀，而涂層內(nèi)部組織較為細(xì)小、均勻，過渡層厚度約為200 μ m。Ni元素由涂層向基體內(nèi)部擴(kuò)散量大，并且擴(kuò)散平緩；同時(shí)基體中的狗元素向涂層發(fā)生擴(kuò)散，并且擴(kuò)散量較大，涂層與25#基體之間為牢固的冶金結(jié)合。采用中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所開發(fā)的HT-1000型高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)來測試復(fù)合涂層的摩擦磨損性能。本實(shí)驗(yàn)中室溫、高溫摩擦磨損分別采用GCrl5鋼球及SiN 陶瓷球進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為載荷500g，磨損時(shí)間20min，電機(jī)頻率7. 14，電機(jī)轉(zhuǎn)速399r/min， 摩擦半徑2mm，高溫磨損選擇溫度500°C。采用極化曲線外推法測量涂層電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)中的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度，來測試復(fù)合涂層的耐腐蝕性。通過對(duì)比25#鋼基體、25#鋼表面堆焊鈷合金和25#鋼表面Ni-WC復(fù)合涂層的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果和耐腐蝕性試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過燒結(jié)法在25#鋼表面制備的M-WC復(fù)合涂層的耐磨損、耐腐蝕性能均遠(yuǎn)優(yōu)于25#鋼基體，而M-WC復(fù)合涂層的耐磨損性能達(dá)到25#鋼表面堆焊鈷合金的水平，Ni-WC復(fù)合涂層的耐腐蝕性優(yōu)于25#鋼表面堆焊鈷合金的耐蝕性能，說明本發(fā)明采用的方法可以有效地改善電站閥門用25#鋼密封面表面的耐腐蝕性能， 與25#鋼表面堆焊鈷合金相比也降低了成本。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面Ni-WC復(fù)合涂層的方法按以下步驟進(jìn)行一、按質(zhì)量百分比稱取60% 85 %的Ni60合金粉末與15% 40% WC粉末，混合均勻，得到混合粉末； 二、按混合粉末質(zhì)量的0. 5% 5%稱取聚乙烯醇并加入到步驟一稱取的混合粉末中，調(diào)制成膏狀，均勻涂覆于電站閥門用鋼密封面上，涂層的厚度為Imm 2mm;三、將經(jīng)步驟二處理的電站閥門用鋼放入干燥爐中，以2 V /min 20°C /min速度升溫至90°C 110°C并保持0. 5h 1.證；四、將經(jīng)步驟三處理的電站閥門用鋼放入真空熱處理爐內(nèi)，先抽真空至 KrVa l(T3Pa，然后以5°C /min 60°C /min的速度升溫至1100°C 1150°C并保持0. 5h IOh,降至室溫后，得到電站閥門用鋼密封面表面Ni-WC復(fù)合涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于步驟一中的Ni60合金粉末的粒徑為140 μ m 325 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于步驟一中的WC粉末的粒徑為0. ιμπ ομπ 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于步驟二中的電站閥門用鋼為12CrMoV鋼和25#鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于步驟一中按質(zhì)量百分比稱取65% 80%的Ni60合金粉末與20% 35% WC粉末，混合均勻，得到混合粉末。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于步驟二中按混合粉末質(zhì)量的 4%稱取聚乙烯醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于步驟二中涂層的厚度為1. Imm 1.9mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于步驟三中干燥爐以5°C /min 17°C /min速度升溫至95°C 105°C 并保持0. 8h L2h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于步驟四中真空熱處理爐抽真空至2X 10_4Pa 8X 10_4Pa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面M-WC復(fù)合涂層的方法，其特征在于步驟四中真空熱處理爐以10°c /min 50°C /min的速度升溫至 1110°C 1140°C并保持 0. 8h 8h。
全文摘要
一種燒結(jié)法制備電站閥門用鋼密封面表面Ni-WC復(fù)合涂層的方法，它涉及電站閥門用鋼密封面表面復(fù)合涂層的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的電站閥門用鋼密封面表面制備的成本高、耐腐蝕性差的技術(shù)問題。本方法將Ni60合金粉末與WC粉末，混合均勻，調(diào)成膏，涂在電站閥門用鋼密封面上，干燥后，放在真空熱處理爐內(nèi)真空燒結(jié)，得到復(fù)合涂層。本發(fā)明的涂層可用于電站閥門行業(yè)。
文檔編號(hào)B22F7/04GK102284702SQ20111028060
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者孔凡濤, 張乃波, 王志亮, 陳玉勇 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 黑龍江北方閥業(yè)有限責(zé)任公司