本發(fā)明涉及一種高耐磨硼化物覆層制備方法，具體為一種用于硬密封閥門密封面的高耐磨硼化物覆層制備方法。

背景技術(shù)：

在工業(yè)自動化過程控制的管道流體控制中，閥門作為一種用來實現(xiàn)管路系統(tǒng)通斷及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金等眾多領(lǐng)域中得到廣泛地應(yīng)用。在火力發(fā)電廠、石油化工、煤化工等領(lǐng)域的高粘性流體、帶粉塵及固體顆粒物的混合流體、強腐蝕流體等介質(zhì)中，閥門密封面需要采用金屬硬密封，以解決在惡劣工況下閥門易磨損、頻繁更換的問題。

金屬硬密封閥門的閥體和閥座材料一般都選擇不銹鋼這類耐腐蝕材料，否則密封面容易被介質(zhì)腐蝕，發(fā)生硬化層脫落，影響球閥壽命。另外針對不同的閥體及閥座材料，密封面的硬化工藝以及表面硬度，則決定了密封的可靠性和使用壽命。

目前市場上已知的閥門技術(shù)中，硬密封的硬化工藝主要有以下幾種：

(1)表面堆焊硬質(zhì)合金，硬度可達(dá)60hrc以上。但堆焊層凸凹不平嚴(yán)重，后續(xù)研磨加工困難，生產(chǎn)效率低，且大面積堆焊易使零件產(chǎn)生變形，目前此工藝使用較少。

(2)表面鍍硬鉻，硬度可達(dá)40～55hrc，厚度0.07～0.10mm。鍍鉻層硬度較高、耐磨、耐蝕并易于研磨拋光，工藝相對簡單，成本較低。但硬鉻鍍層的硬度在溫度升高時會因其內(nèi)應(yīng)力的釋放而迅速降低，其工作溫度不能高于430℃。另外鍍鉻層與基材結(jié)合力低，易發(fā)生脫落。

(3)表面滲氮，普通滲氮處理后表面硬度可達(dá)50～60hrc，滲氮層厚度0.20～0.40mm，滲氮硬化工藝由于耐腐蝕性較差，不能在化工強腐蝕等領(lǐng)域使用。低溫滲氮處理的不銹鋼球閥，表面硬度可達(dá)60～70hrc，耐腐蝕性保持不變，但滲氮層厚度只有0.02～0.05mm，不能滿足抗磨粒磨損的工況要求。

(4)表面熱噴涂及噴焊工藝，硬度可達(dá)60～70hrc，與基體結(jié)合強度較高。但熱噴涂或噴焊后的表面粗糙度較差，后續(xù)研磨處理工藝難度大，成本高。

上述各種硬化工藝方法處理的不銹鋼閥門硬密封面，硬度最高也很難達(dá)到72hrc，在含高硬度固體顆粒物的流體介質(zhì)環(huán)境下，現(xiàn)有硬化工藝仍然無法滿足閥門的抗磨粒磨損和抗沖蝕需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是市場上現(xiàn)有的硬化工藝方法處理的不銹鋼閥門硬密封面，硬度最高也很難達(dá)到72hrc，在含高硬度固體顆粒物的流體介質(zhì)環(huán)境下，現(xiàn)有硬化工藝仍然無法滿足閥門的抗磨粒磨損和抗沖蝕需求的缺陷，提供一種用于硬密封閥門密封面的高耐磨硼化物覆層制備方法，從而解決上述問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于硬密封閥門密封面的高耐磨硼化物覆層制備方法，所述硼化物硬質(zhì)合金覆層是采用擴散滲透法制備，其制備方法包括以下步驟：

s1，將閥體及閥座擺放在耐熱鋼罐中，然后用含硼元素的粉體介質(zhì)將閥球及閥座完全覆蓋；

s2，將裝有零件和粉體介質(zhì)的滲罐置于真空氣氛加熱爐中；

s3，將加熱爐預(yù)抽真空，然后通入氮氣；

s4，將加熱爐升溫至800～950℃保持5～10h，使粉體介質(zhì)受熱分解出活性硼原子，活性硼原子在此溫度下經(jīng)擴散滲入不銹鋼表面形成硬質(zhì)硼化物層。

進(jìn)一步的，所述s1步驟中的硼元素的粉體介質(zhì)由供硼劑、活化劑和填充劑組成，其配比為(質(zhì)量百分比wt.％)：2～25％供硼劑+1～10％活化劑+65～90％填充劑。

進(jìn)一步的，所述供硼劑可選用碳化硼、非晶硼及硼鐵粉，通常選用其中的一種即可，活化劑選用氟化鋁或氟化鎂，它們可以單獨使用或者組合在一起使用。所述的填充劑系由碳化硅與金屬鎳粉或鎳鐵合金粉混合組成。

進(jìn)一步的，所述s4步驟中制得的硬質(zhì)硼化物層，系由fe2b和少量ni2b組成，由于fe2b和ni2b具有相同的體心四方結(jié)構(gòu)，因此它們可以互溶形成單相固溶體，這種單相硼化物層韌性好，且與不銹鋼基體結(jié)合牢固，具有很高的抗剝落性能和抗疲勞強度。

進(jìn)一步的，所述s1步驟中的閥體可以為316l的不銹鋼閥球和閥座、用于石化催化裂解再生器加料系統(tǒng)的球閥或時效硬化不銹鋼ph17-7的閥球和閥座。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該種用于硬密封閥門密封面的高耐磨硼化物覆層制備方法，制得的硼化物硬質(zhì)合金覆層，系由fe2b和少量ni2b組成，由于fe2b和ni2b具有相同的體心四方結(jié)構(gòu)，因此它們可以互溶形成單相固溶體，這種單相硼化物層韌性好，且與不銹鋼基體結(jié)合牢固，具有很高的抗剝落性能和抗疲勞強度。這樣制得的硼化物覆層硬度為2000～2800hv(81～86hrc)，硬化層厚度20～150μm，可大幅度地提高不銹鋼閥門的抗磨粒磨損和抗沖蝕能力。此外，本發(fā)明制備的硼化物硬質(zhì)合金覆層在850℃的高溫下仍然能保持其原有特性，因此可顯著提高不銹鋼閥門部件在高溫工況下的抗磨損和抗腐蝕能力。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1

本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種用于硬密封閥門密封面的高耐磨硼化物覆層制備方法，硼化物硬質(zhì)合金覆層是采用擴散滲透法制備，材質(zhì)為316l的不銹鋼閥球和閥座，按以下步驟進(jìn)行表面硼化物覆層處理：

(1)配料：將組分(質(zhì)量百分比)為2.5％b4c+5％alf3+20％ni+72.5％sic的粉體在混料機中混合均勻。

(2)裝罐：將閥球和閥座擺放在滲罐中，零件相互間留出10mm間隙。然后用混合好的粉體將閥球和閥座完全覆蓋，隨后移入保護(hù)氣氛加熱爐中。

(2)表面硼化：將加熱爐升溫至200℃并抽真空至爐內(nèi)壓力為-0.1mpa，隨后通入氮氣使?fàn)t內(nèi)壓力升至0.02mpa，然后將爐溫升至850±5℃，并在此溫度下保持6小時對閥球和閥座進(jìn)行硼化擴散滲覆處理。

經(jīng)過上述步驟滲覆后，在閥球和閥座表面得到銀灰色的硼化合物硬質(zhì)合金覆層。經(jīng)檢測硬化層厚度為30～50μm，硬化層硬度為2500hv0.5(85hrc)。經(jīng)壓力0.3mpa、介質(zhì)為100目的棕剛玉噴砂試驗，覆層無剝落現(xiàn)象。

實施例2

本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種用于硬密封閥門密封面的高耐磨硼化物覆層制備方法，硼化物硬質(zhì)合金覆層是采用擴散滲透法制備，用于石化催化裂解再生器加料系統(tǒng)的球閥，按以下步驟進(jìn)行表面硼化物覆層處理：

系統(tǒng)中氣體介質(zhì)壓力大于3.5kpa,氣體流速25～35m/s，氣流中含有催化劑氧化鋁(al2o3)顆粒，原工藝在密封面堆焊司太立合金，堆焊后密封面硬度48～52hrc，低于al2o3顆粒的硬度，使用壽命只有1個月。后將閥球和閥座材質(zhì)選為鎳基合金inconel718，采用本發(fā)明工藝對閥球和閥座整體進(jìn)行硼化物硬質(zhì)合金覆層處理。所用組分(重量百分比)為25％feb20+5％alf3+10％feni60+60％sic的粉末介質(zhì)，其中硼鐵粉feb20中硼的含量約20﹪，鎳鐵粉feni60中鎳的含量約60﹪。按實施例1所描述的工藝步驟在900±5℃保持10小時進(jìn)行硼化擴散滲透。處理后閥球和閥座外表呈銀白色，密封面粗糙度為ra0.3～0.4，經(jīng)手工輕微研磨后即可滿足密封要求，粗糙度可達(dá)到ra0.03～0.05。經(jīng)檢測硬化層厚度約120μm，表面硬度2850hv0.1(約86hrc)。經(jīng)上述工藝處理后，球閥使用壽命延長至1年半無需更換。

實施例3

本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種用于硬密封閥門密封面的高耐磨硼化物覆層制備方法，本發(fā)明提供的方法應(yīng)用在工業(yè)化批量生產(chǎn)中，粉體介質(zhì)(商品名稱為硼化劑)可以重復(fù)使用以降低成本并減少固體廢物排放。一般使用舊硼化劑為基料，在此基礎(chǔ)上添加一定比例的新硼化劑，每次根據(jù)所需硼化劑總量補加10％新硼化劑，同時加入5％比例的活化劑，對材料為時效硬化不銹鋼ph17-7的閥球和閥座進(jìn)行硼化物覆層處理，滲劑配料按以下配比：

85kg舊硼化劑+10kg新硼化劑+5kgalf3，其中新硼化劑按實施例1中的配料比例配制，并按實施例1所述工藝步驟在880℃擴散滲覆處理8小時。處理后閥球及閥座的表面硬度平均為2500～2700hv0.1，密封面經(jīng)研磨后粗糙度可達(dá)ra0.04的鏡面效果，尺寸變形公差在圖紙要求的公差范圍內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是：該種用于硬密封閥門密封面的高耐磨硼化物覆層制備方法，制得的硼化物硬質(zhì)合金覆層，系由fe2b和少量ni2b組成，由于fe2b和ni2b具有相同的體心四方結(jié)構(gòu)，因此它們可以互溶形成單相固溶體，這種單相硼化物層韌性好，且與不銹鋼基體結(jié)合牢固，具有很高的抗剝落性能和抗疲勞強度。這樣制得的硼化物覆層硬度為2000～2800hv(81～86hrc)，硬化層厚度20～150μm，可大幅度地提高不銹鋼閥門的抗磨粒磨損和抗沖蝕能力。此外，本發(fā)明制備的硼化物硬質(zhì)合金覆層在850℃的高溫下仍然能保持其原有特性，因此可顯著提高不銹鋼閥門部件在高溫工況下的抗磨損和抗腐蝕能力。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。