CN109321864A - 在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法 - Google Patents

在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨‑镍铬碳化铬混合涂层的方法。该方法是将碳化钨粉末和镍铬碳化铬粉末通过一定质量混合比例混合后，使用超音速HVAF喷涂设备和翻转及固定装置，在阀板阀座密封面喷涂碳化钨‑镍铬碳化铬混合合金，喷涂后的碳化钨‑镍铬碳化铬混合涂层厚度0.12‑0.18毫米，涂层硬度能大于HV1300，孔隙率小于1.0%，耐热温度能大于1500摄氏度。本发明使用HVAF超音速喷涂碳化钨‑镍铬碳化铬混合涂层的方法，在阀板或阀座密封面喷涂碳化钨‑镍铬碳化铬混合涂层，使涂层既有足够的硬度可以满足阀板阀座抗摩擦耐冲蚀的要求，又有足够的耐高温性能，可以满足石油化工行业1200摄氏度以上夹杂流体输送需求。

Description

在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂 层的方法
技术领域
本发明涉及超音速喷涂领域,特别是一种在石油化工领域高温夹杂流体用阀板或阀座的两密封面HVAF超音速喷碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法。
背景技术
在石油化工领域高温夹杂流体（简称高温流体）用阀板或阀座的生产中，为提高使用寿命，一般都对密封面采用超音速喷涂碳化钨涂层的方法来提高阀板阀座的抗摩擦耐冲蚀能力，但是碳化钨涂层的使用温度需要在200摄氏度以下，无法满足石油化工行业中1200摄氏度以上高温夹杂流体的输送需求。为此有人采用喷涂镍铬碳化铬涂层的方法，镍铬碳化铬涂层耐热温度可以达到1500摄氏度以上，能够满足石油化工行业中1200摄氏度以上高温流体的输送需求，但是镍铬碳化铬涂层的硬度小于HV800，又无法满足石油化工行业高夹杂高温流体阀板阀座对耐磨性耐冲蚀性的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种使用HVAF超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，在阀板或阀座密封面喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，使涂层既有足够的硬度可以满足阀板阀座抗摩擦耐冲蚀的要求，又有足够的耐高温性能，可以满足石油化工行业1200摄氏度以上夹杂流体输送需求，并且阀板和阀座喷涂变形细微，磨削加工余量需求小，节约成本，便于加工。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述在阀板阀座两密封面喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特点是：将碳化钨粉末和镍铬碳化铬粉末按一定质量混合比例混合后，使用HVAF超音速喷涂设备、用于固定和翻转阀板阀座的翻转及固定装置，在阀板或阀座的两密封面轮流喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，喷涂后的碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的厚度0.12-0.18毫米，硬度能达到大于HV1300，孔隙率小于1.0%，耐热温度能达到大于1500摄氏度。
进一步技术方案：阀板或阀座的两密封面轮流喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法包括以下步骤：
（一）、喷涂前先将阀板或阀座安装到翻转及固定装置上；
（二）、清洗阀板或阀座的两密封面；
（三）、使用HVAF超音速喷涂设备喷砂粗化阀板或阀座的两密封面，两密封面分别为密封面一和密封面二；
（四）、利用HVAF超音速喷涂设备和翻转及固定装置轮流在阀板或阀座两密封面喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，喷涂时，碳化钨粉末与镍铬碳化铬粉末粒度均为5-38um；控制空气流量80-90SLM，丙烯流量70-75SLM，氮气流量25-35SLM，氢气流量25-35SLM，喷距140-160mm，送粉量100-120g/min；喷涂后的碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层硬度大于HV1300，孔隙率小于1.0%，结合强度大于70MPa。
本发明中碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例为：1：0.5至1：5。当碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例小于1：0.5时，混合粉末中过高的碳化钨含量会降低混合涂层的耐高温性能，从而影响阀板或阀座的使用寿命；当碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例大于1：5时，混合粉末中过低的碳化钨含量会降低混合涂层的硬度，从而影响阀板或阀座的使用寿命。
优选比例为：1：2至1：4。当高温流体（指的是高温夹杂流体）温度小于600摄氏度时，碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例选择1：2。因为碳化钨涂层的最高使用温度不超过200摄氏度，适当混入一些镍铬碳化铬粉末可以提高混合涂层的耐高温性能，同时混合涂层中的碳化钨能使混合涂层有更高的硬度和耐磨性。当高温流体温度大于800摄氏度时，碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例选择1：4，混合涂层中较高的镍铬碳化铬含量能使涂层有更好的耐高温性能，同时因为仍然含有一定量的碳化钨也可以使混合涂层的硬度和耐磨性得到提高。
本发明采用专用的多种措施，实现对阀板阀座喷涂时两面基体温度和温度均匀性的控制，最大限度地减少阀板阀座喷涂时因温度升高和不均匀造成的变形，满足阀板阀座最终的磨削加工和使用要求，如采用翻转及固定装置安装固定阀板或阀座，在喷涂过程中通过编制持枪机器人的纵横走枪程序，在阀板或阀座的密封面一先横向走枪喷涂一遍，翻转后在阀板或阀座的密封面二横向走枪喷涂一遍，再翻转后在阀板或阀座的密封面一纵向喷涂一遍，再翻转后在阀板或阀座的密封面二纵向喷涂一遍，依次类推反复两面纵横交错喷涂。这样轮流翻转喷涂的措施能最大限度地减少阀板阀座喷涂时因温度升高和不均匀造成的变形。两密封面轮流喷涂直至涂层厚度0.25-0.32毫米，磨削抛光后成品涂层厚度0.12-0.18毫米。
为使本发明中的翻转及固定装置结构简单和操作方便，上述翻转及固定装置包括旋转工作台、装置于旋转工作台上的翻转装置及用于固定阀板阀座的紧固螺丝和顶梁，所述翻转装置包括装置于旋转工作台上的两个支撑座，两支撑座之间的间距能根据阀板或阀座的情况调节，上述阀板或阀座通过设置于两端的转轴能翻转地装置于两支撑座上，各支撑座上相应的设有轴孔，所述紧固螺丝能与顶梁配合实现对阀板或阀座的侧边顶紧。上述翻转及固定装置还可以是包括旋转工作台、装置于旋转工作台上的翻转装置，所述翻转装置包括能转动地装置于旋转工作台上的两个支撑座，上述阀板或阀座装置于两支撑座上，两支撑座之间的间距能根据阀板或阀座的情况调节，各支撑座的底部设有能通过螺丝锁紧于旋转工作台上的底盘，在松开螺丝对底盘的锁紧时能转动支撑座实现对阀座或阀板的翻转。
本发明将碳化钨粉末和镍铬碳化铬粉末通过一定的质量混合比例混合，使用超音速HVAF系统喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，满足石油炼化行业管道输送及密封1200摄氏度以上高温夹杂流体的需求；再加上采用专用的多种措施，实现对阀板阀座喷涂时两面基体温度和温度均匀性的控制，最大限度地减少阀板阀座喷涂时因温度升高和不均匀造成的变形，满足阀板阀座最终的磨削加工和使用要求。形成的混合涂层耐热温度可达1500摄氏度以上，硬度可达HV1300以上，既能够满足石油化工行业中1200摄氏度以上高温夹杂流体的输送需求，又能够大幅度提高阀板阀座使用寿命的新一代涂层。
本发明具有以下优点：
1、碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层能够满足1500摄氏度以上工作环境中阀板阀座耐摩擦耐冲蚀性的要求，涂层孔隙率低密封性好，结合强度高，填补了碳化钨涂层无法满足高温阀板阀座表面强化处理的空白，填补了镍铬碳化铬涂层无法满足夹杂流体耐磨性耐冲蚀性的空白。
2、喷涂时采用HVAF超音速喷涂设备喷砂处理，喷砂粗化均匀，并且一次装夹完成喷砂喷涂，生产效率高。
3、通过喷涂设备结合翻转及固定装置轮流喷涂阀板阀座两密封面，在大面积阀板和阀座，特别是长度大于2米、宽度大于1米的大面积阀板喷涂时，两面温度变化均匀，热变形细微，喷涂后磨削抛光加工余量小，节约成本。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明中的阀板安装固定于翻转及固定装置一实施例上的结构示意图。
具体实施方式
本发明所述在阀板阀座两密封面喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法是：将碳化钨粉末和镍铬碳化铬粉末按一定质量混合比例混合后，使用HVAF超音速喷涂设备、用于固定和翻转阀板阀座的翻转及固定装置，在阀板或阀座的两密封面轮流喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，喷涂后的碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的厚度0.12-0.18毫米，硬度能达到HV1300以上（大于HV1300），孔隙率小于1.0%，耐热温度能达到1500摄氏度以上（大于1500摄氏度）。
其中，在阀板或阀座的两密封面轮流喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法包括以下步骤：
（一）、喷涂前先将阀板或阀座安装到翻转及固定装置上；
（二）、清洗阀板或阀座的两密封面；
（三）、使用HVAF超音速喷涂设备喷砂粗化阀板或阀座的两密封面，两密封面分别为密封面一和密封面二；
（四）、利用HVAF超音速喷涂设备和翻转及固定装置轮流在阀板或阀座两密封面喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，喷涂时，碳化钨粉末与镍铬碳化铬粉末粒度均为5-38um；控制空气流量80-90SLM，丙烯流量70-75SLM，氮气流量25-35SLM，氢气流量25-35SLM，喷距140-160mm，送粉量100-120g/min；喷涂后的碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层硬度大于HV1300，孔隙率小于1.0%，结合强度大于70MPa。
本发明中碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例为：1：0.5至1：5。优选比例为：1：2至1：4。当高温流体温度小于600摄氏度时，碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例选择1：2；当高温流体温度大于800摄氏度时，碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例选择1：4。
为实现对阀板阀座喷涂时两面基体温度和温度均匀性的控制，最大限度地减少阀板阀座喷涂时因温度升高和不均匀造成的变形，满足阀板阀座最终的磨削加工和使用要求，本发明采用专用的多种措施，如采用翻转及固定装置安装固定阀板或阀座，在喷涂过程中通过编制持枪机器人的纵横走枪程序，在阀板或阀座的密封面一先横向走枪喷涂一遍，翻转后在阀板或阀座的密封面二横向走枪喷涂一遍，再翻转后在阀板或阀座的密封面一纵向喷涂一遍，再翻转后在阀板或阀座的密封面二纵向喷涂一遍，依次类推反复两面纵横交错喷涂。这样轮流翻转喷涂的措施能最大限度地减少阀板阀座喷涂时因温度升高和不均匀造成的变形。两密封面轮流喷涂直至涂层厚度0.25-0.32毫米，磨削抛光后成品涂层厚度0.12-0.18毫米。
为使本发明中的翻转及固定装置结构简单和操作方便，上述翻转及固定装置包括旋转工作台1、装置于旋转工作台1上的翻转装置及用于固定阀板3或阀座的紧固螺丝4和顶梁5，所述翻转装置包括装置于旋转工作台1上的两个支撑座2，两支撑座2之间的间距能根据阀板3或阀座的情况调节，上述阀板或阀座通过设置于两端的转轴6能翻转地装置于两支撑座2上，各支撑座2上相应的设有轴孔，所述紧固螺丝4能与顶梁5配合实现对阀板或阀座的侧边顶紧。如图1所示，先将转轴6拧紧并固定在阀板3两端，然后将转轴6的另一端分别插入支撑座2的轴孔内，按阀板3长度调节两支撑座间距，合适后固定好两支撑座2；将阀板3在旋转工作台上置于竖直状态，调节上、下的顶梁上的紧固螺丝4，使紧固螺丝4顶紧阀板两侧面，将阀板固定在竖直状态。在完成阀板一面的喷涂后，松开上、下顶梁上的紧固螺丝4，翻转阀板3，再次锁紧紧固螺丝4，使紧固螺丝4顶紧阀板两侧面，将阀板固定在竖直状态，进行另一面的喷涂，依次类推实现阀板的不断翻转喷涂。上述翻转及固定装置还可以是包括旋转工作台、装置于旋转工作台上的翻转装置，所述翻转装置包括能转动地装置于旋转工作台上的两个支撑座，上述阀板或阀座装置于两支撑座上，两支撑座之间的间距能根据阀板或阀座的情况调节，各支撑座的底部设有能通过螺丝锁紧于旋转工作台上的底盘，在松开螺丝对底盘的锁紧时能转动支撑座实现对阀座或阀板的翻转。另外在喷涂阀座前，先用芯棒保护不需喷涂的阀座内孔，用盖板遮蔽保护不需喷涂的阀座外表面，将阀座安装在旋转工作台上。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
实施例1：
在阀板密封面依以下步骤超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层：
喷涂前在阀板两端安装转轴，调节翻转及固定装置上两支撑座间距，将阀板转轴插入支撑座的轴孔内，用紧固螺丝固定阀板；使用丙酮、酒精清洗阀板喷涂面（密封面一和密封面二），去除表面油污杂质；用HVAF超音速喷涂设备喷砂粗化喷涂面，砂粒选用180号白刚玉砂，密封面一喷砂粗化完成后超音速喷涂一遍碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，再松开阀板紧固螺丝，翻转阀板进行密封面二的喷砂粗化，粗化完成后超音速喷涂一遍碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层；然后轮流在两密封面喷涂混合涂层。当然也可将两密封面喷砂粗化后再轮流在两密封面喷涂混合涂层。喷涂时，碳化钨粉末与镍铬碳化铬粉末粒度均为5-38um，粉末质量混合比例选择1：2，空气流量85SLM，丙烯流量73SLM，氮气流量30SLM，氢气流量30SLM，喷距150mm，送粉110克/分钟，计算机控制持枪机器人的机械手持枪，走枪速度800毫米/秒，每个密封面喷涂完一遍后松开紧固螺丝翻转阀板喷涂另一面，两面轮流喷涂；使用磁吸式或涡流涂层涂层测厚仪测量喷涂涂层厚度；喷涂后的碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层厚度0.26mm，硬度HV1257，孔隙率0.78%，结合强度72MPa，变形量0.02mm，磨削抛光后成品涂层厚度0.15mm。
实施例2：
在阀板密封面依以下步骤超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层：
喷涂前将多块阀板串接固定后安装在翻转及固定装置的支撑座上，锁紧支撑座底盘螺丝；使用丙酮、酒精清洗阀板喷涂面（密封面一和密封面二），去除表面油污杂质；HVAF超音速装置喷砂粗化喷涂面，砂粒选用180号白刚玉砂，一个密封面喷砂粗化完成后采用超音速喷涂一遍碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，再松开支撑座底盘螺丝，转动底盘翻转阀板进行另一密封面的喷砂粗化和采用HVAF超音速喷涂设备喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层。当然也可将两密封面喷砂粗化后再轮流在两密封面喷涂混合涂层。喷涂时，碳化钨粉末和镍铬碳化铬粉末粒度均为5-38um，粉末质量混合比例选择1：2，空气流量88SLM，丙烯流量75SLM，氮气流量30SLM，氢气流量30SLM，喷距150mm，送粉103克/分钟，计算机控制机械手持枪，走枪速度600毫米/秒，每个密封面喷涂完一遍后松开支撑座底盘螺丝，转动底盘翻转阀板喷涂另一面，两面轮流喷涂；使用磁吸式或涡流涂层涂层测厚仪测量喷涂涂层厚度；喷涂后的碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层厚度0.28mm，硬度HV1235，孔隙率0.81%，结合强度74MPa，变形量0.02mm，磨削抛光后成品涂层厚度0.18mm。
实施例3：
在阀座密封面依以下步骤超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层：
喷涂前，先用芯棒保护不需喷涂的阀座内孔，用盖板遮蔽保护不需喷涂的阀座外表面，将阀座安装在旋转工作台上；使用丙酮、酒精清洗阀座喷涂面（密封面一和密封面二），去除表面油污杂质；HVAF超音速喷涂设备喷砂粗化喷涂面，砂粒选用180号白刚玉砂，一个密封面喷砂粗化完成后采用超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，直至要求涂层厚度，再调转阀座进行另一密封面的喷砂粗化和超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层。还可以是两密封面先喷砂粗化，然后再轮流进行喷涂混合涂层。采用HVAF超音速喷涂设备喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层时，旋转工作台转速220转/分钟，碳化钨粉末和镍铬碳化铬粉末粒度均为5-38um，粉末质量混合比例选择1：1，空气流量83SLM，丙烯流量70SLM，氮气流量30SLM，氢气流量30SLM，喷距150mm，送粉100克/分钟，计算机控制机械手持枪，走枪速度15毫米/秒；使用磁吸式或涡流涂层涂层测厚仪测量喷涂涂层厚度；喷涂后的碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层0.26mm，硬度HV1286，孔隙率0.62%，结合强度73MPa，变形量0.01mm，磨削研磨抛光后成品涂层厚度0.16mm。
尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特征在于：
将碳化钨粉末和镍铬碳化铬粉末按一定质量混合比例混合后，使用HVAF超音速喷涂设备、用于固定和翻转阀板阀座的翻转及固定装置，在阀板或阀座的两密封面轮流喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，喷涂后的碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的厚度0.12-0.18毫米，硬度能达到HV1300以上，孔隙率能小于1.0%，耐热温度能达到1500摄氏度以上。
2.根据权利要求1所述在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特征在于：在阀板或阀座的两密封面轮流喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法包括以下步骤：
（一）、喷涂前先将阀板或阀座安装到翻转及固定装置上；
（二）、清洗阀板或阀座的两密封面；
（三）、使用HVAF超音速喷涂设备喷砂粗化阀板或阀座的两密封面，两密封面分别为密封面一和密封面二；
（四）、利用HVAF超音速喷涂设备和翻转及固定装置轮流在阀板或阀座两密封面喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层，喷涂时，碳化钨粉末与镍铬碳化铬粉末粒度均为5-38um；控制空气流量80-90SLM，丙烯流量70-75SLM，氮气流量25-35SLM，氢气流量25-35SLM，喷距140-160mm，送粉量100-120g/min；喷涂后的碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层硬度大于HV1300，孔隙率小于1.0%，结合强度大于70MPa。
3.根据权利要求1或2所述在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特征在于：碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例为：1：0.5至1：5。
4.根据权利要求3所述在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特征在于：碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例为：1：2至1：4。
5.根据权利要求4所述在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特征在于：当高温流体温度小于600摄氏度时，碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例选择1：2；当高温流体温度大于800摄氏度时，碳化钨与镍铬碳化铬粉末的混合质量比例选择1：4。
6.根据权利要求1或2所述在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特征在于：在喷涂前先采用翻转及固定装置安装固定阀板或阀座，并在喷涂过程中通过编制持枪机器人的纵横走枪程序，在阀板或阀座的密封面一先横向走枪喷涂一遍，翻转阀板或阀座，在阀板或阀座的密封面二横向走枪喷涂一遍，再翻转后在阀板或阀座的密封面一纵向喷涂一遍，再翻转后在阀板或阀座的密封面二纵向喷涂一遍，依次类推反复两面纵横交错喷涂，直至涂层厚度0.25-0.32毫米，磨削抛光后成品涂层厚度0.12-0.18毫米。
7.根据权利要求1或2所述在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特征在于：上述翻转及固定装置包括旋转工作台（1）、装置于旋转工作台（1）上的翻转装置及用于固定阀板（3）或阀座的紧固螺丝（4）和顶梁（5），所述翻转装置包括装置于旋转工作台（1)上的两个支撑座（2），两支撑座之间的间距能根据阀板（3）或阀座的情况调节，上述阀板（3）或阀座通过设置于两端的转轴（6）能翻转地装置于两支撑座（2）上，各支撑座（2）上相应的设有轴孔，所述紧固螺丝（4）能与顶梁（5）配合实现对阀板或阀座的侧边顶紧。
8.根据权利要求1或2所述在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特征在于：上述翻转及固定装置包括旋转工作台、装置于旋转工作台上的翻转装置，所述翻转装置包括能转动地装置于旋转工作台上的两个支撑座，上述阀板或阀座装置于两支撑座上，两支撑座之间的间距能根据阀板或阀座的情况调节，各支撑座的底部设有能通过螺丝锁紧于旋转工作台上的底盘，在松开螺丝对底盘的锁紧时能转动支撑座实现对阀座或阀板的翻转。
9.根据权利要求1或2所述在阀板阀座两密封面超音速喷涂碳化钨-镍铬碳化铬混合涂层的方法，其特征在于：在喷涂阀座前，先用芯棒保护不需喷涂的阀座内孔，用盖板遮蔽保护不需喷涂的阀座外表面，将阀座安装在旋转工作台上。
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