专利名称：气阀闸板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及天然气设备技术领域，特别涉及一种气阀闸板及其制造方法。
背景技术：
天然气输送管道的阀门一般称作气阀，如图I所示，气阀中的闸板101在使用过程中，闸板101面向管道的两个工作面需要承受阀门开合时的磨损以及天然气中各种腐蚀性气体的腐蚀等破坏行为，其质量不仅对环境、人员安全有重要影响，而且对生产效率、经济效益有重要影响。闸板101作为天然气阀门中的重要部件，需要良好的抗腐蚀性能，尤其是抗硫化氢性能要求很高。
目前，国内的气阀闸板产品通常采用42铬钥钢(42CrMo)制造，或者在普通金属表面堆焊一层镍基合金。
但是42CrMo和镍基合金的耐磨、抗腐蚀性能较差无论是42CrMo还是Ni基合金， 当气体中硫化氢等腐蚀性气体达到一定量时，薄弱部分开始腐蚀，脆性变大，腐蚀到一定程度后，容易在开关过程中因破碎或者失去密封性而报废，使用寿命较短。
另外，在气阀频繁开关的过程中，现有产品表面抗磨损性能也较差，其与对偶件的摩擦系数较高，导致阀门开关困难，尤其是开始腐蚀以后开关很困难，操作不易。
再有，当气阀闸板报废后，尤其是整体采用42CrMo材料制造的气阀闸板，当闸板表面腐蚀后，如果闸板报废，则剩余材料均被浪费，使得现有的气阀闸板成本很高。发明内容
本发明提供了一种气阀闸板及其制造方法，能够使气阀闸板拥有更好的耐磨和耐腐蚀性能。
为达上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的
一种气阀闸板，包括闸板基体，所述闸板基体上覆盖有金属陶瓷层；
所述金属陶瓷层以质量百分比记，包括
铬15 20%、硅5 10%、铁30 35%、碳5 10%、镍40 44%。
优选地，所述金属陶瓷层以质量百分比记，包括
铬 16%、硅 6%、铁 30%、碳 8%、镍 40%ο
优选地，所述闸板基体材料为45号钢。
优选地，所述金属陶瓷层厚度为广I. 5毫米。
优选地，所述金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体的两个工作面上。
一种气阀闸板的制造方法，该方法包括
在闸板基体上涂覆金属陶瓷材料粉末；
其中，所述金属陶瓷材料粉末以质量百分比记，包括
铬15 20%、硅5 10%、铁30 35%、碳5 10%、镍40 44% ；
将所述金属陶瓷材料粉末结合形成金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体上。
优选地，所述金属陶瓷层以质量百分比记，包括
铬16%、硅 6%、铁 30%、碳 8%、镍 40%。
优选地，所述将所述金属陶瓷材料粉末结合形成金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体上，包括
通过激光融覆将所述金属陶瓷材料粉末结合形成金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体上。
优选地,所述激光融覆包括
所述激光的波长为100(Tl060nm ;能量密度为6(T80J/mm2，在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4飞分钟。
优选地，所述金属陶瓷材料粉末的粒度为15CT300目。
由上述技术方案可见，本发明的这种气阀闸板及其制造方法，在闸板基体上覆盖耐磨性能和耐腐蚀性能较高的金属陶瓷层；其中，所述金属陶瓷层以质量百分比记，包括 铬15 20%、硅5 10%、铁30 35%、碳5 10%、镍40 44%，该金属陶瓷层具有硬度高，耐磨性、耐腐蚀性能优异等特点，经测定该金属陶瓷层的洛氏硬度标准C (HRC)达到67 70，而42CrMo 一般在HRC50以下，镍基耐磨合金如Ni-Cr合金、Ni-Cr-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、Ni-Cu合金、Ni-P和Ni-Cr-P合金、Ni-Cr-Mo-Fe合金等，一般在HRC60以下，而硬度提高即带来了耐磨性能的提升，而对于腐蚀性气体，如硫化氢的耐受性能，也较42CrMo和镍基合金更好。经过使用验证，本发明的气阀闸板的使用寿命是现有一般产品的5倍以上。
另外，由于具有金属陶瓷层作为耐磨耐腐蚀层，闸板基体无需使用耐磨耐腐蚀的材料，可以使用较为廉价的45号钢制造,相比全部由42CrMo制造的气阀闸板,成本大大降低。
由于只在闸板基体的两个工作面覆盖金属陶瓷层，当工作面磨损后，可以在闸板基体的工作面再次覆盖一层金属陶瓷材料，就可以继续使用，大大节约了原材料成本。
再有，通过激光融覆将金属陶瓷材料粉末结合形成金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体上时，可以使金属陶瓷材料粉末中的铬和碳形成硬质相碳化铬，成为该金属陶瓷材料主要的耐磨成分，提高材料的耐磨和耐腐蚀性能。铁、镍是液相烧结，基本杜绝粉末之间的空隙，避免出现缺陷，并且与闸板基体金属形成少量化合物，提高与闸板基体之间的结合力； 非金属材料成分硅可以提高金属材料成分的浸润性能和扩散速度，通过激光融覆，使金属陶瓷材料与金属闸板基体形成冶金反应，有很高的结合强度，可以在金属闸板基体表面形成致密的金属陶瓷层，不易从闸板基体上脱落，减少了因涂层脱落造成的闸板提前报废。
图I为现有气阀及气阀闸板的结构示意图。
图2为本发明实施例的气阀闸板主视图。
图3为本发明实施例的气阀闸板俯视图。
图4为本发明实施例的气阀闸板制造方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图2为本发明实施例的气阀闸板主视图，包括闸板基体201和金属陶瓷层202，其中，所述金属陶瓷层202以质量百分比记，包括铬15 20%、硅5 10%、铁30 35%、碳5 10%、 镍40 44%。
例如，可以是，铬15%、硅5%、铁30%、碳10%、镍40% ；
或者是铬11%、硅5%、铁35%、碳5%、镍44% ；
或者是铬20%、硅5%、铁30%、碳5%、镍40% ；
或者是铬10%、硅 10%、铁 31%、碳 5%、镍 44% ；
其中，为达最佳耐磨耐腐蚀性，所述金属陶瓷层202以质量百分比记，包括铬 16%、硅 6%、铁 30%、碳 8%、镍 40%ο
其中，闸板基体201可以采用任意现有闸板材料，为了可以与金属陶瓷层202之间的紧密结合，闸板基体201优选采用金属材料，例如铁、铜、锡等，为了节省成本同时兼顾使用性能，所述闸板基体201可以采用45号钢，从而达到成本和性能的一个平衡。
另外，所述金属陶瓷层201的厚度可以为广I. 5毫米，该厚度数值是根据产品使用寿命设计的，在该厚度下，气阀闸板的性价比较高；如果厚度太薄，当有粗、硬颗粒如铁削等时容易被划穿；如果厚度太厚，产品制造难度加大，而且产品磨损I毫米后会使阀门压力密封下降，阀门也会报废，此时剩余的材料均会被浪费，所以经过实验和寿命考虑，Γ1. 5毫米为较佳值，当然如果不考虑成本和使用寿命的因素，金属陶瓷层201的厚度则可以任意设置。
如图2所示，从成本上考虑，所述金属陶瓷层202可以覆盖在所述闸板基体201的两个工作面上，即接触管道中气体的面上，其它非工作面可以不覆盖，当然，如果进一步从成本上考虑，还可以根据管道内的气体流向，仅在气体直接冲击的一个工作面上覆盖金属陶瓷层202，如果不考虑成本，也可以在闸板基体201表面完全覆盖金属陶瓷层202。
另外，作为一个较佳实施例，也可以在气体直接冲击的一个工作面上覆盖较厚的金属陶瓷层202，在另一面覆盖较薄的金属陶瓷层202，具体两个工作面上覆盖金属陶瓷层 202的厚度，可以根据实际使用情况确定，例如一面是I. 5毫米，另一面O. 5毫米。当然两个工作面上金属陶瓷层202的厚度均采用气体直接冲击的情况设计也有好处，在一个面磨损腐蚀后，可以将该气阀闸板两个工作面交换，从而继续使用，可以延长气阀闸板的使用寿命O
图3为本发明实施例的气阀闸板俯视图，如图3所示，包括
闸板上允许气体通过的通孔301，用于与闸板控制部件连接的连接装置302，工作面上覆盖的金属陶瓷层202。
闸板通过连接装置302与气阀中的闸板控制部件连接，从而使闸板可以在控制部件的控制下移动，实现阀门的开闭，闸板移动时，将通孔301移动到管道口径内时，气体可以通过闸板，实现阀门开启，将通孔301移动到管道口径外时，气体不能通过闸板，实现阀门闭合。
图2、3中仅给出了气阀闸板外形的一个例子，实际中气阀闸板的外形根据阀门和管道形状的不同，可以根据不同的需求任意制作。
本发明实施例还提供一种上述气阀闸板的制造方法，如图4所示，该方法包括
步骤401，在闸板基体上涂覆金属陶瓷材料粉末；
其中，所述金属陶瓷材料粉末以质量百分比记，包括铬15 20%、硅5 10%、铁 30 35%、碳 5 10%、镍 40 44% ；
步骤402，将所述金属陶瓷材料粉末结合形成金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体上。
其中，步骤401中，金属陶瓷材料粉末中各组分可以是
铬15%、硅 5%、铁 30%、碳 10%、镍 40% ；
或者是铬11%、硅5%、铁35%、碳5%、镍44% ；
或者是铬20%、硅5%、铁30%、碳5%、镍40% ；
或者是铬10%、硅 10%、铁 31%、碳 5%、镍 44% ；
较佳的，为达最佳耐磨耐腐蚀性，所述金属陶瓷材料粉末以质量百分比记，包括 铬 16%、硅 6%、铁 30%、碳 8%、镍 40%ο
其中，所述在闸板基体上结合覆盖金属陶瓷层的具体实现方法可以采用任意现有成熟方法，例如将金属陶瓷层的原料粉末涂覆在所述闸板基体上，通过保护气氛烧结，使所述金属陶瓷层的原料粉末形成金属陶瓷层并结合覆盖在所述闸板基体上。另外，也可以采用堆焊、喷涂、电镀和气相沉积等方式将所述金属陶瓷层的原料粉末形成金属陶瓷层并结合覆盖在所述闸板基体上。
较佳地，可以采用激光融覆法，即将所述金属陶瓷层的原料粉末涂覆在所述闸板基体上，通过激光融覆，使所述金属陶瓷层的原料粉末形成金属陶瓷层并结合覆盖在所述闸板基体上。采用激光熔覆法时，通过控制激光的波长、能量密度和在金属陶瓷材料粉末上辐照的时间，可以使闸板基体表层与金属陶瓷层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低， 与基体成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基层表面的耐磨性能和耐腐蚀性能。
其中，具体激光熔覆工艺可以采用预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。
预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料可以以粉、丝或板的形式预制在闸板基体上，其中以粉末的形式比较容易形成均匀的涂层表面。
同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料可以以粉末的形式送入，也可以采用线材或板材进行同步送料。
较佳地，原料粉末的粒度可以为150 300目，原料粉末的粒度控制在150 300目， 便于原材料粉末的均匀混合，混合的越均匀，最终形成的金属陶瓷层的耐磨性能、耐腐蚀性能的分布越平均，减少金属陶瓷层不同部位性能不同的情况。
其中激光融覆时，激光器可以使用二氧化碳(CO2)激光器和固体激光器等，
采用的激光的波长可以为100(Tl060nm ;能量密度可以为6(T80J/mm2，在金属陶瓷材料粉末上辐照的时间可以为4飞分钟。
例如，激光的波长可以为IOOOnm ;能量密度可以为60J/mm2，在金属陶瓷材料粉末上辐照的时间可以为6分钟。
或者激光的波长可以为1060nm ;能量密度可以为80J/mm2，在金属陶瓷材料粉末上辐照的时间可以为4分钟。
或者，或者激光的波长可以为1030nm ;能量密度可以为70J/mm2，在金属陶瓷材料粉末上辐照的时间可以为5分钟。6
按照上述激光融覆方式，可以将金属陶瓷材料粉末熔融并结合覆盖在闸板基体上，形成与闸板基体紧密结合的致密耐磨耐腐蚀的金属陶瓷层。
另外，金属陶瓷层原料粉末形成的金属陶瓷层的厚度优选可以为f I. 5毫米。理由如产品实施例，这里不再赘述。
经上述激光融覆方式使金属陶瓷层与闸板基体结合，结合的强度更高，不容易脱落，且金属陶瓷层更加致密，耐磨耐腐蚀性能更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种气阀闸板，包括闸板基体，其特征在于，所述闸板基体上覆盖有金属陶瓷层； 所述金属陶瓷层以质量百分比记，包括铬15 20%、硅5 10%、铁30 35%、碳5 10%、镍40 44%。
2.如权利要求I所述的气阀闸板，其特征在于，所述金属陶瓷层以质量百分比记，包括铬 16%、硅 6%、铁 30%、碳 8%、镍 40%ο
3.如权利要求I所述的气阀闸板，其特征在于，所述闸板基体材料为45号钢。
4.如权利要求I所述的气阀闸板，其特征在于，所述金属陶瓷层厚度为广I.5毫米。
5.如权利要求I所述的气阀闸板，其特征在于，所述金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体的两个工作面上。
6.一种气阀闸板的制造方法，其特征在于，该方法包括在闸板基体上涂覆金属陶瓷材料粉末；其中，所述金属陶瓷材料粉末以质量百分比记，包括铬15 20%、硅5 10%、铁30 35%、碳5 10%、镍40 44% ；将所述金属陶瓷材料粉末结合形成金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体上。
7.如权利要求6所述的气阀闸板的制造方法，其特征在于，所述金属陶瓷层以质量百分比记，包括铬 16%、硅 6%、铁 30%、碳 8%、镍 40%ο
8.如权利要求6所述的气阀闸板的制造方法，其特征在于，所述将金属陶瓷材料粉末结合形成金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体上，包括通过激光融覆将所述金属陶瓷材料粉末结合形成金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体上。
9.如权利要求8所述的气阀闸板的制造方法，其特征在于，所述激光融覆包括所述激光的波长为100(Tl060nm ;能量密度为6(T80J/mm2，在所述金属陶瓷材料粉末上辐照的时间为4 6分钟。
10.如权利要求8所述的气阀闸板的制造方法，其特征在于，所述金属陶瓷材料粉末的粒度为150 300目。
全文摘要
本发明公开了一种气阀闸板，包括闸板基体，其特征在于，所述闸板基体上覆盖有金属陶瓷层；所述金属陶瓷层以质量百分比记，包括铬15~20%、硅5~10%、铁30~35%、碳5~10%、镍40~44%。本发明还公开了一种气阀闸板的制造方法，该方法包括在闸板基体上涂覆金属陶瓷材料粉末；其中，所述金属陶瓷材料粉末以质量百分比记，包括铬15~20%、硅5~10%、铁30~35%、碳5~10%、镍40~44%；将所述金属陶瓷材料粉末结合形成金属陶瓷层覆盖在所述闸板基体上。该气阀闸板及其制造方法能够使气阀闸板拥有更好的耐磨和耐腐蚀性能。
文档编号C23C24/10GK102935740SQ20121045441
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者李信, 鲁伟员, 邹小军, 邹国雄, 张先 申请人:四川久信科技集团有限公司