本发明涉及一种高温球阀耐磨粒的Al2O3 TiO2和WC-Co涂层喷涂方法。
背景技术：
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近年来，激光等离子喷涂技术应用于机械零部件再制造研究已引起了广泛的关注。采用激光等离子喷涂耐磨材料覆盖磨蚀表面，不仅可以恢复使用失效的零件，而且可以提高材料的使用寿命，具有重要的应用价值和较好的经济效益。金属硬密封球阀能适用于高温、高压工况，具有流动阻力小、启闭迅速、使用压力、温度范围广等特点。但是，当通过球阀介质为液固或气固混合物料且固体颗粒硬度又很高时，调节阀球阀球体和阀体密封面对耐磨性能要求较高，特别是气固混合介质引起的球体与阀座间的干摩擦，极易造成密封面的过度磨损或拉伤而最终导致失效。某企业重整催化剂再生系统采用美国某公司的高温球阀，其寿命短则几天，长则不到1个月。目前，解决的办法是更换球阀或对球体和阀座密封面进行研磨后重新投入使用，但如此频繁地更换或维修，不仅增加了生产成本和维护人员的劳动强度，且每年因阀门频繁失效，造成停工、检修所带来的经济损失达数百万元。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种高温球阀耐磨粒的Al2O3 TiO2和WC-Co涂层喷涂方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种高温球阀耐磨粒的Al2O3 TiO2和WC-Co涂层喷涂方法，该方法包括如下步骤：采用阀芯球体材料40Cr13马氏体不锈钢作为喷涂基体材料，尺寸为ϕ60mm×15mm；其化学成分（以质量分数计，下同）为：0.38%C、0.62%Si、0.80%Mn、0.050%P、0.030%S、12.87%Cr，经检测，阀芯球体已经过淬火及低温回火处理，其组织为回火马氏体，硬度512～545HV0.2；
等离子喷涂喂料分别为纳米Al2O3-13%TiO2与WC-12%Co粉末，其粉末粒度为50～500nm，2种涂层的厚度均约为50μm。采用维氏显微硬度计测量涂层试样表面的维氏硬度，试样经打磨，抛光，加载时间5s，饱载时间10s，每个试样连续测定5个点，取算术平均值，两压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘的距离不小于3mm；
上试样为采用电刷镀处刷镀高速镍钨镀层的阀座材料CY5SnBiM镍基合金（ASME标准材料）销（ϕ5mm×12.7mm），下试样为喷涂有Al2O3-TiO2与WC-Co金属陶瓷涂层的40Cr13钢盘（ϕ60mm×15mm），在试验前试样均经过精磨，使其表面粗糙度Ra为0.2～0.3μm，试验在大气条件和干摩擦条件下进行，试验温度为室温，载荷20N，滑动速度4.6m/s，滑动总行程为1920m，在试验前后，将试样放入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5min，干燥后用精度为0.1mg的赛多利斯BS224S电子天平称量销试样磨损前后的质量损失；用精度为2μm的AF-LI型接触与非接触式表面轮廓测量仪测量盘试样磨损表面凹坑宽度和深度，通过计算得到销和盘的磨损体积损失。选用稳定阶段的平均摩擦系数作为试验结果，所有磨损量取3次试验结果的算术平均值；
用WE250型液压拉伸验机测定涂层与基体的结合强度，涂层热震试验是将试样放入800℃温度条件下的箱式电热炉中，保温20min，然后取出，放入室温冷水中迅速冷却至室温，如此反复循环，进行100次循环试验或直到涂层出现脱落现象，观察每1个热循环后涂层的变化情况，记录第1次出现裂纹和第1次出现脱落现象所经历的热循环次数。
本发明的有益效果：
1、通过激光等离子喷涂涂层的耐磨性、显微硬度、结合强度和抗热震性性能试验研究表明，本发明的Al2O3－TiO2金属陶瓷涂层的综合性能要优于WC－Co金属陶瓷涂层，可采用Al2O3－TiO2金属陶瓷涂层作为高温球阀再制造的喷涂涂层。
2、在本发明喷涂方法下的2种金属陶瓷涂层均具有较高的显微硬度和较小的孔隙率，组织致密，无明显裂纹，呈典型的层状结构。
3、由金属陶瓷涂层组成的摩擦副配对的耐磨性较原摩擦副配对有明显提高。涂层摩擦副磨损机理是以磨粒磨损为主；原摩擦副配对是以疲劳磨损为主。
具体实施方式：
实施例1：
一种高温球阀耐磨粒的Al2O3 TiO2和WC-Co涂层喷涂方法，该方法包括如下步骤：采用阀芯球体材料40Cr13马氏体不锈钢作为喷涂基体材料，尺寸为ϕ60mm×15mm；其化学成分（以质量分数计，下同）为：0.38%C、0.62%Si、0.80%Mn、0.050%P、0.030%S、12.87%Cr，经检测，阀芯球体已经过淬火及低温回火处理，其组织为回火马氏体，硬度512～545HV0.2；
等离子喷涂喂料分别为纳米Al2O3-13%TiO2与WC-12%Co粉末，其粉末粒度为50～500nm，2种涂层的厚度均约为50μm。采用维氏显微硬度计测量涂层试样表面的维氏硬度，试样经打磨，抛光，加载时间5s，饱载时间10s，每个试样连续测定5个点，取算术平均值，两压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘的距离不小于3mm；
上试样为采用电刷镀处刷镀高速镍钨镀层的阀座材料CY5SnBiM镍基合金（ASME标准材料）销（ϕ5mm×12.7mm），下试样为喷涂有Al2O3-TiO2与WC-Co金属陶瓷涂层的40Cr13钢盘（ϕ60mm×15mm），在试验前试样均经过精磨，使其表面粗糙度Ra为0.2～0.3μm，试验在大气条件和干摩擦条件下进行，试验温度为室温，载荷20N，滑动速度4.6m/s，滑动总行程为1920m，在试验前后，将试样放入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5min，干燥后用精度为0.1mg的赛多利斯BS224S电子天平称量销试样磨损前后的质量损失；用精度为2μm的AF-LI型接触与非接触式表面轮廓测量仪测量盘试样磨损表面凹坑宽度和深度，通过计算得到销和盘的磨损体积损失。选用稳定阶段的平均摩擦系数作为试验结果，所有磨损量取3次试验结果的算术平均值；
用WE250型液压拉伸验机测定涂层与基体的结合强度，涂层热震试验是将试样放入800℃温度条件下的箱式电热炉中，保温20min，然后取出，放入室温冷水中迅速冷却至室温，如此反复循环，进行100次循环试验或直到涂层出现脱落现象，观察每1个热循环后涂层的变化情况，记录第1次出现裂纹和第1次出现脱落现象所经历的热循环次数。