專利名稱：一種核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，特別涉及一種核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝。
背景技術(shù)：
能源問(wèn)題是影響國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)關(guān)系的焦點(diǎn)和核心，是影響國(guó)家安全和國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的永恒主題，發(fā)展核電等新能源，減少對(duì)日益減少的不可再生化石能源的依賴是解決能源問(wèn)題的重要內(nèi)容與方向。日本核泄漏事故以來(lái)，災(zāi)難性事故條件下核電站安全性和核電裝備的運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性引起世界各國(guó)的高度重視，進(jìn)一步提高核電閥門關(guān)鍵零部件的耐磨性、疲勞壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，影響深遠(yuǎn)，意義重大。對(duì)比分析各種同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，針對(duì)核閥閥桿滑動(dòng)軸承摩擦副支承部分無(wú)法進(jìn)行潤(rùn)滑、在高溫工況中運(yùn)行(350°C高溫環(huán)境長(zhǎng)期使用)軸系熱脹冷縮量大，容易發(fā)生軸承卡澀現(xiàn)象的瓶頸問(wèn)題，本發(fā)明提出基于激光熔覆和激光重熔工藝的復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)代替現(xiàn)有的CO2氣體保護(hù)焊乙炔氣堆焊(CoCrW)工藝，在摩擦副表面形成深度的殘余壓應(yīng)力和匹配特性(應(yīng)力、硬度)優(yōu)良的摩擦副表面組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，改善表面接觸狀況，提高抗粘著磨損能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝，解決在350°C高溫環(huán)境長(zhǎng)期使用調(diào)節(jié)下，閥桿滑動(dòng)軸承摩擦副無(wú)潤(rùn)滑運(yùn)行、極易發(fā)生粘著磨損的瓶頸問(wèn)題。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝，包括以下步驟:(1)用二氧化碳激光器先在核電閥門閥桿的軸承位置熔覆一層鎳基合金粉末作為打底層，再熔覆一層碳化鎢粉末作為表面層；(2)用大功率Nd: YAG激光器對(duì)閥桿熔覆區(qū)域進(jìn)行激光重熔處理。本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置在于，步驟(I)包括以下子步驟:(1.1)對(duì)閥桿待熔覆區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理；(1.2)分別制備鎳基合金粉末和碳化鎢粉末，并將鎳基合金粉末預(yù)置在閥桿待熔覆區(qū)域表面；(1.3)用二氧化碳激光器作為熱源在閥桿表面輻照形成熔池，在高溫的環(huán)境中鎳基合金粉末熔覆在閥桿工作面上，形成致密的打底層；(1.4)將碳化鎢粉末預(yù)置在閥桿熔覆后的區(qū)域，然后用二氧化碳激光器進(jìn)行熔覆。本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置在于，步驟(2)包括以下子步驟:(2.1)用砂紙打磨閥桿熔覆區(qū)域，并對(duì)熔覆區(qū)域進(jìn)行清洗；(2.2)待閥桿干燥后，利用大功率Nd: YAG激光器對(duì)閥桿熔覆區(qū)域進(jìn)行激光重熔處理；
(2.3)對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理后的閥桿進(jìn)行常規(guī)機(jī)械加工，使閥桿滿足尺寸及粗糙度要求，即得到具有優(yōu)異耐摩擦耐腐蝕性能的核電閥門閥桿。本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置在于，步驟(1.3)和步驟(1.4)中，在激光處理過(guò)程中，采用氬氣作為保護(hù)氣體。本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置在于，步驟(1.1)所述的預(yù)處理是指在閥桿的軸承位置澆工業(yè)酒精作初步清洗，再澆丙酮作最終清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干或自然風(fēng)干。本發(fā)明所述的核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝先采用不同的材料梯度激光熔覆的方法對(duì)閥桿表面材料進(jìn)行改性，使基體表面殘余拉應(yīng)力水平降低，得到具有良好耐磨損、耐腐蝕性的熔覆層，然后采用激光重熔的方法改善熔覆層的質(zhì)量，使熔覆層晶粒更加細(xì)化，組織結(jié)構(gòu)更為均勻而致密，具有更好的界面結(jié)合強(qiáng)度，使核閥閥桿工作面具有更好的耐磨損、耐腐蝕性能，減少了材料的磨損量，更大程度的延長(zhǎng)了閥桿的使用壽命。本發(fā)明的有益效果如下:1.在保證整體的機(jī)械力學(xué)性能并且不增加很多生產(chǎn)成本的前提下，僅在核電閥門閥桿易受磨損和腐蝕的軸承位置進(jìn)行激光復(fù)合強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)了核閥閥桿的延壽，工藝及產(chǎn)品的性價(jià)比更高。 2.在閥桿軸承位置先激光熔覆鎳基合金粉末作為打底層，再激光熔覆碳化鎢粉末作為強(qiáng)化層，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合梯度強(qiáng)化，硬度更高，耐磨性更好。3.在所有熔覆材料中鎳基合金材料使用最為廣泛，與鈷基合金相比，價(jià)格便宜，作為打底層性價(jià)比高。同時(shí)在鎳基合金材料上激光熔覆碳化鎢粉末這種堅(jiān)硬的表面材料作為表面層，極大的提高了零部件的耐磨性。4.整個(gè)激光熔覆過(guò)程都是在氬氣保護(hù)環(huán)境下操作，保證了復(fù)合強(qiáng)化層中不會(huì)出現(xiàn)氧化渣等初始缺陷，保證了復(fù)合強(qiáng)化層的性能均勻性。采用氬氣作為保護(hù)氣體，在閥桿軸承位置形成深度的殘余壓應(yīng)力和匹配特性(應(yīng)力、硬度)優(yōu)良的摩擦副表面組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，改善表面接觸狀況，提高抗粘著磨損能力。5.通過(guò)激光重熔，可以降低熔覆層表面的粗糙度，晶粒細(xì)化組織均勻，形成致密的重熔層，提高了涂層的結(jié)合強(qiáng)度。6.通過(guò)激光重熔，克服了激光熔覆無(wú)法熔透的缺點(diǎn)，同時(shí)在重熔后仍然保留了特有的梯度結(jié)構(gòu)，因此所得的涂層的結(jié)合性能更好。7.本發(fā)明不僅能在核閥閥桿工作面上得到高耐磨、高抗腐蝕的強(qiáng)化層，減少備件的報(bào)廢率，節(jié)省生產(chǎn)成本，而且可使核閥閥桿具有更長(zhǎng)的使用壽命和更平衡的運(yùn)行性能，避免了核閥閥桿工作面因腐蝕、磨損而引起的跳動(dòng)。8.本發(fā)明既適用于加工新的核閥閥桿，也適用于修復(fù)報(bào)廢的核閥閥桿，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與廣泛的經(jīng)濟(jì)前景。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖；圖2是經(jīng)過(guò)激光復(fù)合強(qiáng)化后的核電閥門閥桿剖視圖；1-核電閥門閥桿，2-強(qiáng)化層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做一個(gè)詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝，包括以下步驟:(I)用二氧化碳激光器先在核電閥門閥桿的軸承位置熔覆一層鎳基合金粉末作為打底層，再熔覆一層碳化鎢粉末作為表面層；(1.1)對(duì)閥桿待熔覆區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理，在閥桿的軸承位置澆工業(yè)酒精初步清洗，再澆丙酮最終清洗，以清洗該工作面的油污和雜質(zhì)，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干或自然風(fēng)干。(1.2)分別制備鎳基合金粉末和碳化鎢粉末，并將鎳基合金粉末預(yù)置在閥桿待熔覆區(qū)域表面。 (1.3)在氬氣氣氛中，用二氧化碳激光器作為熱源在閥桿表面輻照形成熔池，在高溫的環(huán)境中鎳基合金粉末熔覆在閥桿工作面上，形成致密的打底層。(1.4)為了獲得更好的耐摩擦性能，在閥桿工作面上再熔覆碳化鎢這種更堅(jiān)硬的材料作為抗磨抗蝕的表面層，實(shí)現(xiàn)梯度強(qiáng)化。先將碳化鎢粉末預(yù)置在閥桿熔覆后的區(qū)域，然后用二氧化碳激光器進(jìn)行熔覆，在激光處理過(guò)程中，采用氬氣作為保護(hù)氣體，并且根據(jù)加工情況適當(dāng)調(diào)整保護(hù)氣體的流量。(2)用大功率Nd: YAG激光器對(duì)閥桿熔覆區(qū)域進(jìn)行激光重熔處理。(2.1)用1000#砂紙打磨閥桿熔覆區(qū)域，然后使用丙酮或酒精對(duì)熔覆區(qū)域進(jìn)行清洗，以達(dá)到去除油污和雜質(zhì)的目的。(2.2)待閥桿干燥后，利用大功率Nd: YAG激光器對(duì)閥桿熔覆區(qū)域進(jìn)行激光重熔處理。(2.3)對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理后的閥桿進(jìn)行常規(guī)機(jī)械加工，使閥桿滿足尺寸及粗糙度要求，即得到具有優(yōu)異耐摩擦耐腐蝕性能的核電閥門閥桿。如圖2所示，核電閥門閥桿I的兩端工作面上具有激光熔覆和重熔后的強(qiáng)化層2。
權(quán)利要求
1.一種核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝，其特征在于，包括以下步驟: (1)用二氧化碳激光器先在核電閥門閥桿的軸承位置熔覆一層鎳基合金粉末作為打底層，再熔覆一層碳化鎢粉末作為表面層； (2)用大功率Nd:YAG激光器對(duì)閥桿熔覆區(qū)域進(jìn)行激光重熔處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝，其特征在于，步驟(1)包括以下子步驟: (1.1)對(duì)閥桿待熔覆區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理； (1.2)分別制備鎳基合金粉末和碳化鎢粉末，并將鎳基合金粉末預(yù)置在閥桿待熔覆區(qū)域表面； (1.3)用二氧化碳激光器作為熱源在閥桿表面輻照形成熔池，在高溫的環(huán)境中鎳基合金粉末熔覆在閥桿工作面上，形成致密的打底層； (1.4)將碳化鎢粉末預(yù)置在閥桿熔覆后的區(qū)域，然后用二氧化碳激光器進(jìn)行熔覆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝，其特征在于，步驟(2)包括以下子步驟: (2.1)用砂紙打磨閥桿熔覆區(qū)域，并對(duì)熔覆區(qū)域進(jìn)行清洗； (2.2)待閥桿干燥后，利用大功率Nd: YAG激光器對(duì)閥桿熔覆區(qū)域進(jìn)行激光重熔處理；(2.3)對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理后的閥桿進(jìn)行常規(guī)機(jī)械加工，使閥桿滿足尺寸及粗糙度要求，即得到具有優(yōu)異耐摩擦耐腐蝕性能的核電閥門閥桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝，其特征在于，步驟(1.3)和步驟(1.4)中，在激光處理過(guò)程中，采用氬氣作為保護(hù)氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝，其特征在于，步驟(1.1)所述的預(yù)處理是指在閥桿的軸承位置澆工業(yè)酒精作初步清洗，再澆丙酮作最終清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干或自然風(fēng)干。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種核電閥門閥桿表面激光復(fù)合強(qiáng)化的工藝，使用二氧化碳激光器先在核電閥門閥桿的軸承位置熔覆一層鎳基合金粉末作為打底層，再熔覆一層碳化鎢合金粉末這種更堅(jiān)硬的表面材料作為表面層，然后利用大功率Nd:YAG激光器對(duì)熔覆涂層表面進(jìn)行激光重熔。同時(shí)采用氬氣作為保護(hù)氣體，實(shí)現(xiàn)核閥閥桿表面復(fù)合強(qiáng)化，使閥桿具有更長(zhǎng)的使用壽命和耐摩擦性能。本發(fā)明不僅能在核閥閥桿工作面上得到高耐磨、高抗腐蝕的強(qiáng)化層，減少備件的報(bào)廢率，節(jié)省生產(chǎn)成本，而且可使核閥閥桿具有更長(zhǎng)的使用壽命和更平衡的運(yùn)行性能，避免了核閥閥桿工作面因腐蝕、磨損而引起的跳動(dòng)，本發(fā)明既適用于加工新的核閥閥桿，也適用于修復(fù)報(bào)廢的核閥閥桿。
文檔編號(hào)C23C24/10GK103103520SQ201310013090
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者馮愛新, 薛偉, 朱亮, 顧永玉, 黃瑞 申請(qǐng)人:溫州大學(xué), 江蘇大學(xué)