一种硅行业用金属硬密封耐磨控制阀制造方法技术

本发明专利技术公开了一种硅行业用金属硬密封耐磨控制阀制造方法，其特征是先在硬质相粉末表面包覆前驱体层并经过固相烧结气氛还原形成Ti4O7，通过预紧实形成团聚体颗粒，在热喷涂中原位形成Ti3SiC2，在粘结相中引入Mo并在喷涂时氧化形成正交相α

【技术实现步骤摘要】
混合气体，气体流速200~300 mL/min，升温到1000~1100℃并保温1~2h；烧结过程中硬质相粉末表面包覆的TiO2层被还原成具有自润滑性的Magneli相Ti4O7，球形粉末团聚体中PEG2000被脱除并完成固相烧结，烧结后的粉末经过破碎和气流分级，粉末组成为硬质相+Magneli相+MAX相前驱体+粘结相，其中硬质相为WC或Cr3C2，Magneli相为Ti4O7，MAX相前驱体为Ti
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Si
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C，粘结相为FCC高熵合金，从而制得粒度为50~60μm的含Magneli自润滑相的粉末喂料；（5）热喷涂及MAX自润滑相形成：含Magneli自润滑相的粉末喂料在金属硬密封耐磨控制阀的球体和阀座表面进行超音速火焰喷涂，喷涂时氧气流量50~60L/h，煤油流量20~25L/h，喷距350~400mm，送粉率65~75g/min；喷涂过程中原位形成具有自润滑性的MAX相Ti3SiC2，Mo元素被氧化成具有自润滑性的正交相α
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MoO3，高熵合金粘结相保持FCC结构，涂层孔隙率0.1~0.5%，涂层厚度200~350μm，涂层中物相组成为硬质相+复合自润滑相+粘结相，其中硬质相为WC或Cr3C2，复合自润滑相为Magneli相Ti4O7、MAX相Ti3SiC2和正交相α
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MoO3，粘结相为FCC高熵合金；（6）密封面自润滑转移膜形成及硅行业用金属硬密封耐磨控制阀制造：首先，将涂层后的球体和阀座进行精磨和对研；然后将阀座与球体贴合并进行高速预摩擦处理，摩擦的载荷为5~10N，转速为1000~1500r/min，摩擦总时间为10~20min，球体和阀座经过摩擦后自润滑相在表面形成复合自润滑转移膜，其物相组成为Magneli相Ti4O7+MAX相Ti3SiC2+正交相α
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MoO3，复合自润滑转移膜的厚度为0.1~0.15μm；涂层的摩擦系数为0.08~0.12；最后，将表面形成了复合自润滑转移膜的球体和阀座零件与配套的阀体、阀杆、弹簧、轴承装配完好，耐磨控制阀的工作温度范围为
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196~660℃，最大工作压力45MPa，涂层硬度950~1600HV，涂层结合强度85~95MPa，即制造出硅行业用金属硬密封耐磨控制阀。
[0006]本专利技术的硅行业用金属硬密封耐磨控制阀制造方法，其进一步的特征在于：（1）表面包覆Magneli相前驱体层的硬质相粉末制备时，搅拌速率均为100~200 r/min；表面包覆分相型溶胶的硬质相粉末在真空炉中处理时真空度为0.1~1Pa，升温速率1~5℃/min;（2）MAX相前驱体粉末颗粒制备时，混合粉末颗粒在高真空状态下进行热处理时的升温速度为1~5℃/min，真空度为0.01~0.1Pa；（3）含Mo高熵合金粘结相粉末制备时，球磨介质为无水乙醇，其加量为粉末总重量的25%，球磨过程中充入0.05~0.10MPa氩气进行保护，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在90~95℃下进行干燥，并经过100目过筛；（4）含Magneli自润滑相的粉末喂料制备时，球磨机中无水乙醇和PEG2000加量与原料粉末的质量比分别0.3:1和0.02:1，球磨机转速为200r/min；喷雾干燥时雾化盘转速5000~7000r/min,干燥温度为120~130℃；喷雾干燥后粉末团聚体烧结过程中，升温速度5~10℃/min，500~550℃烧结的真空度为1~5Pa，1000~1100℃保温结束后随炉冷却；（5）热喷涂及MAX自润滑相形成：超音速火焰喷涂前，金属硬密封耐磨控制阀的球体和阀座表面磨加工到粗糙度为Ra0.4~0.8μm；（6）密封面自润滑转移膜形成及硅行业用金属硬密封耐磨控制阀制造中，对研后的阀球和阀座表面粗糙度为Ra0.1~0.2μm。
[0007]本专利技术的优点在于：（1）本专利技术中通过在硬质相颗粒表面包覆Magneli相前驱体
TiO2层，然后喂料制备时固相烧结温度下还原TiO2从而原位形成具有自润滑性的Magneli相Ti4O7，避免了直接添加时易导致的氧化物向碳化物转变及界面相容性问题。（2）本专利技术通过原位引入活性碳元素及原始颗粒紧实化团聚化，从而在热喷涂中原位形成具有自润滑性的MAX相Ti3SiC2，避免了现有方法中在热喷涂时各种粉末容易分离，难以形成MAX相的问题，以及直接添加时的界面相容性问题；（3）粘结相高熵化有利于提高涂层的耐磨和耐温性能，同时，Mo的引入及含量控制可实现粘结相强化且不会改变其FCC结构，在喷涂过程中粘结相中Mo优先发生氧化形成具有自润滑性的正交相α
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MoO3，同时对Ti4O7起到保护作用，使其不被氧化而保持Magneli相。（4）复合自润滑相原位形成于硬质相表面、粘结相表面及添加的第二相中，可保证自润滑相分布均匀。（5）复合自润滑相原位形成，避免了直接添加存在的界面相容性问题，物相难以保持的问题，孔隙率增大的问题，润滑物容易脱落等问题。（6）通过预先进行的高速摩擦形成自润滑转移膜，在使用过程中可有效实现自润滑，降低磨损。（7）本专利技术的涂层中固体润滑相及形成的自润滑转移膜均具有高的耐温性能，在硅行业生产中的高温下仍具有高的自润滑性。
附图说明
[0008]图1 本专利技术的硅行业用金属硬密封耐磨控制阀制造方法示意图
具体实施方式
[0009]实例1：按以下步骤制造硅行业用金属硬密封耐磨控制阀：（1）表面包覆Magneli相前驱体层的硬质相粉末制备：第一步，对硬质相粉末进行表面粗化预处理，称取WC硬质相粉末并加入到无水乙醇中配制成混合液，WC硬质相粉末的重量百分比20%，搅拌10min后加入HCl，HCl的体积百分含量为3%，然后在50℃保温时间12h使硬质相粉末表面粗化，最后采用无水乙醇对混合液清洗5次以上，并在90℃下保温1h完成干燥，获得表面粗化的硬质相粉末；第二步，制备分相型Ti(OH)4溶胶，将TiCl4加入到无水乙醇中配制成溶液A，其中TiCl4占10vol.%；将聚乙二醇辛基苯基醚，异丙醇，正己烷加入到去离子水中，按重量百分含量聚乙二醇辛基苯基醚占15%，异丙醇占6%，正己烷占5%%，其余为离子水，在30℃下搅拌1h并然后放置1h，配制形成微乳液B；按体积比1:1量取两种溶液，将微乳液B放置在40 ℃恒温水浴中，然后将A溶液滴加到微乳液B中并保持连续搅拌，滴加速度为3ml/min，滴加完成后加入氨水调节溶液pH值到8，继续搅拌2h即制备出Ti(OH)4溶胶；向溶胶中加入1 wt.%的Tween 80，在80℃水浴中连续搅拌1~2h，溶胶中发生分相反应形成分相型Ti(OH)4溶胶，该溶胶包括以Ti(OH)4低聚体、Tween 80和聚乙二醇辛基苯基醚为主要组成的共轭相A，以及以溶剂混合物为主要组成的共轭相B；第三步，将经过表面粗化处理的WC硬质相粉末与分相型Ti(OH)4溶胶按质量比2:1混合，在80℃水浴中连续搅拌1h使分相型Ti(OH)4溶胶包覆在WC硬质相粉末表面，然后将表面包覆分相型Ti(OH)4溶胶的硬质相粉末放入干燥箱中，在100 ℃保温1h去本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅行业用硬密封耐磨控制阀制造方法，其特征在于依次包含以下步骤：（1）表面包覆Magneli相前驱体层的硬质相粉末制备：第一步，对硬质相粉末进行表面粗化预处理，称取WC或Cr3C2硬质相粉末并加入到无水乙醇中配制成混合液，WC或Cr3C2硬质相粉末的重量百分比20~30%，搅拌10min后加入HCl，HCl的体积百分含量为2~5%，然后在50~60℃保温时间12~24h使硬质相粉末表面粗化，最后采用无水乙醇对混合液清洗5次以上，并在90℃下保温1h完成干燥，获得表面粗化的硬质相粉末；第二步，制备分相型Ti(OH)4溶胶，将TiCl4加入到无水乙醇中配制成溶液A，其中TiCl4占10~20vol.%；将聚乙二醇辛基苯基醚，异丙醇，正己烷加入到去离子水中，按重量百分含量聚乙二醇辛基苯基醚占15%～30%，异丙醇占5%～15%，正己烷占5%～15%，其余为离子水，在30～50℃下搅拌1～2h并然后放置1～2h，配制形成微乳液B；按体积比1:1量取两种溶液，将微乳液B放置在40~50 ℃恒温水浴中，然后将A溶液滴加到微乳液B中并保持连续搅拌，滴加速度为3ml/min，滴加完成后加入氨水调节溶液pH值到8～9，继续搅拌2~3h即制备出Ti(OH)4溶胶；向溶胶中加入1~3 wt.%的Tween 80，在80~90 ℃水浴中连续搅拌1~2h，溶胶中发生分相反应形成分相型Ti(OH)4溶胶，该溶胶包括以Ti(OH)4低聚体、Tween 80和聚乙二醇辛基苯基醚为主要组成的共轭相A，以及以溶剂混合物为主要组成的共轭相B；第三步，将经过表面粗化处理的WC或Cr3C2硬质相粉末与分相型Ti(OH)4溶胶按质量比2:1混合，在80~90℃水浴中连续搅拌1~2h使分相型Ti(OH)4溶胶包覆在WC或Cr3C2硬质相粉末表面，然后将表面包覆分相型Ti(OH)4溶胶的硬质相粉末放入干燥箱中，在100~110 ℃保温1~2h去除共轭相B；然后在真空烧结炉中450℃~550 ℃保温2h去除共轭相A中的Tween 80和聚乙二醇辛基苯基醚，使WC或Cr3C2硬质相粉末表面形成多孔结构的锐钛矿TiO2包覆层，表面TiO2包覆层是后续步骤中形成Magneli相的前驱体，包覆层中的孔径为100~500nm，将真空烧结炉中处理后的产物研磨成粉末并过筛400目后即制备出表面包覆Magneli相前驱体的硬质相粉末；（2）MAX相前驱体粉末颗粒制备：按摩尔比2:1:（3~4）称取C
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、0.5~1μm的高纯Si粉和0.5~1μm的Ti粉，将称取的C
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溶解于去离子水中配制成60~80wt%的溶液，将Ti粉、Si粉加入到溶液中并搅拌30min，然后在100~110℃真空干燥1h去除水；向干燥后的Ti、Si混合粉末中加入SD橡胶溶液和120号溶剂油，其加入量按重量百分比分别为6~8%和7~9%，经过双螺旋混合器搅拌和混合10~30min，并进行干燥和过筛；再将过筛后的混合粉末在400~600MPa压强下压制成厚度为0.5~1mm的紧实片状压坯，其致密度为45~50%；再采用400目筛网擦碎过筛获得紧实的混合粉末颗粒；最后，将混合粉末颗粒在高真空状态下进行热处理，在200~250℃保温1~2h，在300~350℃保温1~2h，C
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和SD橡胶分解并在粉末颗粒中残留下活性碳元素，活性碳元素的质量分数为15%~20%，从而制备出高紧实Ti
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C粉末颗粒，并作为后续步骤中形成MAX相的前驱体；（3）含Mo高熵合金粘结相粉末制备：按原子百分比Co:Cr:Fe:Ni:Mo= 1:1:1:1:(0.1~0.2)称取Co、Cr、Fe、Ni、Mo原料粉末，将所称取的原料粉末进行行星球磨，球磨转速300~400r/min，球磨的球料比为10:1，采用直径为5mm的Al2O3陶瓷磨球，球磨时间24~48h，球磨结束后经过过滤、干燥、过筛，制备出面心立方结构（FCC）的CoCrFeNiMo高熵合金粘结相粉末；（4）含Magneli自润滑相的粉末喂料制备：按重...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌华，丁瑞，刘洪德，蒋俊明，龙艳，
申请(专利权)人：四川苏克流体控制设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：