[发明专利]一种激光组合制造专用合金粉末及其在硬密封球阀中的应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种材料与激光加工，尤其涉及激光组合制造专用合金粉末及其在制备耐磨煤制油化工硬密封球阀中的应用。

(二)背景技术

煤制油化工在我国尚属新兴产业，但是煤制油和煤化工在中国的发展却是迅猛而深入。煤液化分为直接液化和间接液化，无论是直接液化还是间接液化，工艺介质中不仅有煤粉，而且还含有H₂S、H₂、O₂、CO、NH₃、CO₂、Cl^-等易燃易爆及腐蚀性介质。由于液化煤复杂的成分与工况的要求，对其装置中使用的阀门从材料到制造都会提出一些特殊的要求。在煤制油化工上，采用大量的金属硬密封球阀，直接液化上采用的金属硬密封耐磨阀门在使用过程中极容易出现高温抱死、高温泄漏、冷态阀门无法启闭的现象。常温常压状态下，有些阀门由于频繁开启或处于半开关状态，以至快速毁损，寿命极低。

鉴于煤制油化工阀门对材料性能的高要求，钴基合金以其材料耐高温、耐磨损、耐腐蚀性能而被广泛用于阀门行业中。但目前，国内外在高品质阀门上均采用表面堆焊强化处理、超音速火焰喷涂、等离子喷涂等工艺。堆焊工艺多为氧-乙炔火焰堆焊，这种堆焊方法生产效率低而且热影响区大，稀释率大，焊接质量不稳定，废品率高达6％～10％。超音速火焰喷涂(HVOF)技术也广泛用于阀门表面的涂层，但超音速火焰喷涂涂层由于涂层较高的孔隙率、高压蒸汽的渗透、涂层与基体的结合强度较低、残余应力的存在，涂层质量普遍不高。等离子喷涂以其零件无变形不改变基体金属的热处理性质、涂层的种类多、工艺稳定涂层质量高等特点在高性能阀门上的应用也很广泛，但等离子喷涂的涂层一直存在一些问题：涂层与界面结合强度偏低、涂层的表面粗糙度较大，耐应变性差，在交变弯曲应力或重载条件下易引起涂层剥落、涂层的孔隙率高，显微硬度低，降低了涂层的耐磨性。

激光组合制造是在零件的关键部位进行选区性材料的成形，进行优化结构设计、优化选材及优化制造，激光组合制造更强调与基体材质的不同，多组元功能性结构，实现异质材料的结合，以及制造层内部材料的梯度变化，亦可以利用报废的部件作为母体，实现全生命周期的循环利用，并节材降耗。实现了材料组合、方法组合和功能组合。随着煤制油化工行业的不断发展，球阀使用环境的日益苛刻，常用工艺下球阀表面处理因磨损或涂层与基体结合力不足等问题使得使用寿命不高。而激光组合制造由于是在零件的关键部位进行选区性材料的成形，可以利用报废零件作为母体进行激光组合再制造，所以激光组合制造的这些特性使其很适合在球阀密封面强化与再制造上使用。本发明中激光组合制造阀门密封面在合适的参数下可以获得常规工艺处理很难获得高硬度、高结合力、耐腐蚀、耐磨损与擦伤的密封面熔覆层，从而能够有效延长阀门的使用寿命。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种适用于煤制油化工恶劣工况的激光合金混合物，并在球阀易失效部位，如密封面或因各类磨损、表面擦伤、微裂纹引起的损伤部位采用预设工艺进行激光组合制造。经激光组合制造处理后的球阀具备高硬度、耐磨损与擦伤、耐冲击，从而延长球阀的使用寿命。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种激光组合制造专用合金粉末，所述合金粉末由如下质量配比的原料制成：碳(C)1.8～2.0％，铬(Cr)28～31％，钨(W)8～10％，钼(Mo)2-3％，镍(Ni)3～4％，铁(Fe)3～5％，硅(Si)1～2％，锰(Mn)1～2％，硼(B)0.1～1％，钴(Co)余量。

进一步，优选所述激光合金混合物由如下质量配比的原料制成：碳1.8％，铬29.5％，钨8.8％，钼3％，镍3.3％，铁4.4％，硅1.7％，锰1.7％，硼0.7％，钴45.1％。

进一步，优选所述合金粉末由如下质量配比的原料制成：碳2％，铬31％，钨9.9％，钼3％，镍4％，铁5％，硅2％，锰2％，硼1％，钴40.1％。

本发明所述激光组合制造专用合金粉末制备方法为：将配方量的激光组合制造专用合金粉末各组分混合，通过真空感应熔炼、除渣、精炼、均匀化后惰性气体雾化，获得激光组合制造专用合金粉末。

本发明所述的具有高硬度、抗磨损与擦伤、耐腐蚀的激光合金混合物成分设计原理为：

(1)碳C：1.8～2.0％