一种基于高速激光熔覆技术的高耐磨球阀及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于高速激光熔覆技术的高耐磨球阀及其制备方法，包括：球阀基体：为球形空心结构，具有外周面；过渡层：低硬度镍基合金层；功能层：耐磨的合金熔覆层，冶金结合在球阀基体外周面；所述过渡层和功能层均匀分布在球阀基体外周面上。制备方法如下：⑴将球阀表面粗车，预留熔覆层尺寸余量；⑵利用高速激光熔覆技术在球阀表面先做一层过渡层；⑶在过渡层基础上再精准熔覆一层目标厚度的，特定的高硬度合金粉末；⑷激光熔覆完的功能层经宽光斑激光扫描重熔，再次提高表面质量；⑸将球阀表层的熔覆层进行磨削处理，使其满足外形尺寸和光洁度要求。本技术解决了传统激光熔覆制作高耐磨合金层需预热，以及易产生裂纹等缺陷的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高速激光熔覆技术的高耐磨球阀及其制备方法
本专利技术涉及快速激光加工领域，涉及一种高耐磨球阀，具体涉及一种基于高速激光熔覆技术的高耐磨球阀及其制备方法。
技术介绍
球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要做旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。最适宜做开关、切断阀使用。其使用工况复杂，在工作中长期承受交变应力，因此要求球阀具有高强度、高耐磨性、耐腐蚀性。高速激光熔覆技术，即通过改变激光与粉末的作用过程，在熔池之上将粉末熔融成半熔融状态的液体流送入熔池内，从而实现熔覆效率和表面质量的提升，形成冶金结合的表面熔层。由于熔层厚度可精准控制，避免了传统熔覆高硬材料产生裂纹缺陷的问题。宽光斑激光重熔技术的引入，可使激光熔覆层表面质量得到更加优化。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对球阀表面易于腐蚀、氧化和磨损，球阀表面密封性下降甚至失效的特点，提供了一种新的制作工艺，即通过高速激光熔覆技术精准控制熔层厚度以及增加过渡层，并引进激光重熔技术进一步提高表面质量的工艺路线，从而彻底解决传统激光熔覆高硬材料时容易产生裂纹等缺陷的问题。为实现上述技术目标，本专利技术所采用的技术方案。一种基于高速激光熔覆技术的高耐磨球阀，包括球阀基体，为球形空心结构，具有外周面。过渡层和耐磨耐蚀的功能层，均冶金结合于所述球阀基体外周面。所述过渡层和功能层均匀分布在所述球阀外周面上。上述阐述中，高速激光熔覆精准可控制熔覆目标厚度，所述过渡层和功能层的厚度均为0.5-0.55mm。上述球阀中，形成所述过渡层和功能层的熔覆粉末均为预定成分。上述的球阀中，所述外周面为球型结构。本专利技术具有以下技术效果：在球阀表面具有与其呈现冶金结合的金属熔覆层，使球阀在使用环境下，具有更优的承受耐磨损、腐蚀性能。球阀基材可使用普通碳素钢代替高合金钢，从而减少合金材料的消耗，降低企业的生产成本，延长球阀的使用寿命。根据下文结合附图对本专利技术具体实施的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施案例，附图中相同的附图标记了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图说明图1是本专利技术的球阀的剖面图。具体实施方式图1是本专利技术的球阀的剖面图，如图1所示，本专利技术提供一种基于高速激光熔覆技术的耐磨球阀，包括球阀基体100，为球型结构，具有外周面。过渡层是200，功能合金熔覆层300，均冶金结合在所述外周面。功能合金熔覆层的存在，使球阀在使用环境下，具有更优的耐磨损、腐蚀性能。在本专利技术的一个实施例中，所述过渡层200和功能层300用材料为金属粉末，所述粉末的粒度为100-300目，其厚度均为为0.5-0.55mm，。在本专利技术的一个实施例中，形成所述过渡层使用的镍基粉末，其中中C≤0.1%；Si:3.0-4.0%；B:1.0-2.0%；Cr:5.0-10%；Fe≤4.0%；Ni余量。功能层的熔覆粉末包括以下预定成分：铁基合金粉末，C:1-3%；Cr:2-6%；Mn:1-3%；Ni:1-4%；Mo：1-3%；W:8-15%；V:1-5%；Nb:1-5%；Fe余量。在本专利技术的一个实施例中，所述过渡层200为中间层，功能层300均匀分布在所述球阀外周面上。在本专利技术的一个实施例中，球阀基体为碳素钢，从而在合金熔覆层保障了性能的条件下，球阀基体由普通碳素钢代替高合金钢，从而减少了合金材料的消耗，降低企业的生产成本，延长球阀的使用寿命。在本专利技术中，提供了一种基于高速激光熔覆技术制备高耐磨球阀的方法，包括以下步骤：步骤一、将球阀毛坯料加工至单边较成品尺寸小1mm。步骤二、使用高速激光熔覆技术进行熔覆制备过渡层，功率为2000-4000W，光斑大小为直径2mm圆型光斑，扫描速度为100-500mm/s，搭接率为60-80%，根据需求精准控制熔覆目标厚度，制备厚度设定在0.5-0.55mm范围内。步骤三、使用高速激光熔覆技术进行熔覆制备功能层，功率为2000-4000W，光斑大小为直径2mm圆型光斑，扫描速度为100-500mm/s，搭接率为60-80%，根据需求精准熔覆目标厚度，制备厚度设定在0.5-0.55mm范围内。功能层制备完成后，利用Ф18mm*1.5mm矩形光斑对表面进行激光重熔，功率为2000-4000W，扫描速度为8-12mm/s，搭接率为60-80%，进一步提高熔覆层表面质量。步骤四、保温缓冷。步骤五、将毛坯磨削加工至成品尺寸。上述方法生产的球阀不会因结合问题发生脱落现象，熔覆层耐磨损、腐蚀性能优异，延长了球阀的使用寿命。在一些说明性实施例中，所述激光束采用激光波长1.06μm，功率为2000-4000W，光斑为Ф1-2mm圆光斑和Ф18mm*1.5mm矩形光斑。在一些说明性实施例中，高速激光熔覆扫描速度为100-500mm/s，可实现精准熔覆目标厚度；宽光斑激光重熔可提高熔覆层表面质量。本专利技术的显著效果是：利用高速激光熔覆技术，实现精准目标厚度熔覆，制备功能厚度设定在0.5-0.55mm范围内，不仅避免了熔覆裂纹缺陷的产生，而且磨削量极少，同时节约合金粉末的使用。宽光斑激光重熔技术的应用，大大提高了激光熔覆层表面质量。取代了传统的激光熔覆，解决了传统激光熔覆高硬材料易出现裂纹缺陷的问题。采用激光直接在球阀表面熔覆，不仅实现了球阀的硬密封，改善了球阀的密封性，同时还改善密封层与球阀本体的结合性能，实现球阀表面与熔覆层之间的冶金结合，并引入激光重熔技术提高熔层表面质量和性能，大大提升了球阀的使用寿命。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高速激光熔覆技术的高耐磨球阀，其特征在于，包括：/n球阀基体：为球形空心结构，具有外周面；/n过渡层：低硬度镍基合金层；/n功能层：耐磨的合金熔覆层，冶金结合在球阀基体外周面；/n所述过渡层和功能层均匀分布在球阀基体外周面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于高速激光熔覆技术的高耐磨球阀，其特征在于，包括：
球阀基体：为球形空心结构，具有外周面；
过渡层：低硬度镍基合金层；
功能层：耐磨的合金熔覆层，冶金结合在球阀基体外周面；
所述过渡层和功能层均匀分布在球阀基体外周面上。


2.根据权利要求1所述的球阀，其特征在于：高耐磨球阀外圆面较成品单边预留1mm余量，用于增加激光熔覆层，表面使用无水乙醇进行清洗。


3.根据权利要求1所述的球阀，其特征在于：所述过渡层和功能层用材料为金属粉末，所述粉末的粒度为100-300目。


4.根据权利要求1所述的高耐磨球阀，其特征在于：
过渡层使用的镍基粉末，其中C≤0.1%；Si:3.0-4.0%；B:1.0-2.0%；Cr:5.0-10%；Fe≤4.0%；Ni余量。
功能层为铁基合金粉末，其中C:1-3%；Cr:2-6%；Mn:1-3%；Ni:1-4%；Mo：1-3%；W:8-15%；V:1-5%；Nb:1-5%；Fe余量。


5.根据权利要求1所述的高耐磨球阀，其特征在于：通过高速激光熔覆精准控制熔层目标厚度，所述过渡层和功能层制备厚度均为0.5-0.55mm。


6.根据权利要求1所述的高耐磨球阀，其特征在于：
采用高速激光熔覆技术制备过渡层和功能层，其工艺参数如下：
激光波长1....

【专利技术属性】
技术研发人员：苏红文，
申请(专利权)人：山西华晟增材制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14