一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体及其制备方法和应用，属于化工机械领域。本发明专利技术首先将锆合金球/球缺体坯进行表面塑性变形处理，得到锆合金球/球缺体前驱体坯；将锆合金球/球缺体前驱体坯进行热氧化处理，得到耐磨耐蚀锆合金球/球缺体。本发明专利技术所提供的制备方法得到的耐磨耐蚀锆合金球/球缺体的表面硬度可达到HV1000～1300，具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，且氧化锆陶瓷层致密度高，完整性好。

A kind of wear-resistant and corrosion-resistant zirconium alloy ball / ball defect body and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体及其制备方法和应用
本专利技术涉及化工机械领域，尤其涉及一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体及其制备方法和应用。
技术介绍
锆与锆合金由于其独特的理化性质和力学性能，在核工业、航天、航空领域有着重要的应用，此外由于锆与锆合金在大多数有机酸、无机酸、强碱和某些熔盐中都有优良的耐腐蚀性能，在化工领域可用来制作热交换器、洗涤塔、反应器、泵阀和腐蚀介质管道等，特别是在醋酸工业中，有着镍及镍基合金、钛和钛合金等高耐蚀材料都无法比拟的优异抗腐蚀性能，其耐蚀性甚至比镍合金高一个或者几个数量级。因此，被广泛用来制作醋酸工业用泵阀，具有不可替代的作用。在醋酸等工业中大量应用的锆合金阀门主要有球阀和旋塞阀，而这些阀门的阀芯表面为球面或者弧面，要求精度高，表面光滑，与阀门内腔配合严密，除要求耐醋酸腐蚀外，还要求耐磨损，目前常规的做法是采用R60702、R60705等耐腐蚀的锆合金加工制作，然而锆合金硬度低，耐磨损性能低下，较快的磨损将导致密封不严，致使阀门过早失效。为了提高阀门的耐磨性，业界研究人员开发了堆焊锆合金阀门，即在锆合金阀门密封面和阀芯的球面上表面堆焊司太立合金(Stellite)，以期提高阀门的耐磨性能，然而在锆合金上施焊的工艺复杂，难度大，堆焊质量不易控制，后续加工也相当困难，且目前被用于堆焊的司太立合金硬度只有HRC40-50左右，耐磨性有待提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体及其制备方法和应用，本方法所提供的制备方法能够在锆合金球/球缺体表面形成氧化锆陶瓷层，从而得到具有高耐磨和高耐蚀性的锆合金球/球缺体，且该制备方法简单，易于实施。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体的制备方法，包括如下步骤：将锆合金球/球缺体坯进行表面塑性变形处理，得到锆合金球/球缺体前驱体坯；将所述锆合金球/球缺体前驱体坯进行热氧化处理，得到耐磨耐蚀锆合金球/球缺体。优选地，所述表面塑性变形处理的方式为球磨、抛丸加工或豪克能表面加工。优选地，当所述表面塑性变形处理的方式为球磨或抛丸加工时，表面塑性变形处理后，还包括对表面塑性变形处理后的锆合金球/球缺体坯进行表面平滑处理。优选地，所述球磨的料球质量比为1:30～50；所述球磨的转速为临界转速的75～90％；所述球磨用研磨球为GCr15轴承钢球。优选地，所述抛丸加工的弹丸速度为10～70m/s，抛丸量为10～30kg。优选地，所述豪克能表面加工的振动冲击频率≥2万次/秒，加工线速度为5～80m/min，进给量为0.1～0.5mm/r。优选地，所述锆合金球/球缺体前驱体坯的表面粗糙度为0.05～0.2μm。优选地，所述热氧化处理在空气氛围中进行，所述热氧化处理的温度为500～600℃，时间为2～6h。本专利技术还提供了一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体，由上述技术方案所述的制备方法制备得到。本专利技术还提供了上述技术方案所述的耐磨耐蚀锆合金球/球缺体作为阀芯的应用。本专利技术提供了一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体的制备方法，包括如下步骤：将锆合金球/球缺体坯进行表面塑性变形处理，得到锆合金球/球缺体前驱体坯；将所述锆合金球/球缺体前驱体坯进行热氧化处理，得到耐磨耐蚀锆合金球/球缺体。本专利技术将锆合金球/球缺体坯进行表面塑性变形处理，在球/球缺体坯表面形成塑性变形层，然后再进行热氧化处理，表面形成致密的非化学计量比的氧化锆陶瓷层，从而有效提高锆合金球/球缺体的耐磨和耐蚀性。此外，本专利技术所提供的制备方法简单，易于实施，适合工业化应用。实验结果表明，本专利技术所提供的制备方法得到的锆合金球/球缺体的表面硬度可达到HV1000以上，具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，且氧化锆陶瓷层致密度高，完整性良好。附图说明图1为实施例1所得耐磨耐蚀锆合金球体的氧化锆陶瓷层的SEM图；图2为实施例2所得耐磨耐蚀锆合金球体的氧化锆陶瓷层的SEM图；图3为实施例3所得耐磨耐蚀锆合金球体的氧化锆陶瓷层的SEM图。图4为实施例4所得耐磨耐蚀锆合金球体的氧化锆陶瓷层的SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体的制备方法，包括如下步骤：将锆合金球/球缺体坯进行表面塑性变形处理，得到锆合金球/球缺体前驱体坯；将所述锆合金球/球缺体前驱体坯进行热氧化处理，得到耐磨耐蚀锆合金球/球缺体。本专利技术将锆合金球/球缺体坯进行表面塑性变形处理，得到锆合金球/球缺体前驱体坯。本专利技术对所述锆合金球/球缺体坯的材质没有特殊限定，在本专利技术实施例中，所述锆合金球/球缺体坯的材质优选为阀芯用锆合金；所述阀芯用锆合金优选为一般工业级或者核级锆合金，更优选的，所述阀芯用锆合金中的锆质量百分含量≥90％，余量为Nb、Ti、Ta、Hf和Sn中的至少一种，所述阀芯用锆合金的组织优选为α单相组织或者α+β相组织，在本专利技术实施例中，所述阀芯用锆合金优选为牌号为Zr-5或Zr-2.5Nb的锆合金。本专利技术对所述锆合金球/球缺体坯的制备方法没有特殊限定，采用常规的锆合金球/球缺体坯的制备方法即可，在本专利技术实施例中优选先将锆合金成型为锆合金球/球缺体粗坯，然后进行粗加工，得到锆合金球/球缺体坯。本专利技术对所述成型的方法没有特殊限定，采用本领域常规的成型方法均可，如模锻法、机械加工法。在本专利技术实施例中，所述模锻法包括如下步骤：在锆合金棒材表面施涂防氧化涂料，然后在800～1050℃保温10～30min，置于锻模内锻造；锻造完成后，开模取球，冷却后，打磨去除飞边，得到锆合金球/球缺体粗坯。在本专利技术中，所述粗加工的程度优选以所述锆合金球/球缺体坯的表面粗糙度(Ra)≤6.3μm为准，更优选为0.8～6.3μm。在本专利技术中，所述表面塑性变形处理的方式优选为球磨、抛丸加工或豪克能表面加工。在本专利技术中，所述表面塑性变形处理能够在锆合金球/球缺体坯的表层产生塑性变形层，该塑性变形层为高度变形的纤维状组织，在热氧化过程中会再结晶成细小晶粒，有利于氧的扩散和高性能氧化锆陶瓷层的形成。当所述表面塑性变形处理的方式为球磨或抛丸加工时，表面塑性变形处理后，本专利技术优选还包括对表面塑性变形处理后的锆合金球/球缺体坯进行表面平滑处理，以得到表面更加光滑的锆合金球/球缺体坯。本专利技术对所述表面平滑处理的具体方式没有特殊限定，采用常规的表面平滑处理方法，能够得到所需的表面粗糙度即可，在本专利技术实施例中，所述表面平滑处理包括依次进行的机械精加工、打磨和抛光，或包括依次进行的打磨和抛光；本专利技术对所述机械精加工的具体方式没有特殊限定，与打磨和抛光配合，最终能够得到所需粗糙度的耐磨耐蚀锆合金球/球缺体坯即可；在本专利技术实施例中，所述机械精加工优选为车削或磨削，所述机械精加工所得锆合金球/球缺体坯的粗糙度优选为0.8～1.6μm，所述打磨优选为使用粒度依次减小的若干个砂纸进行打磨，所述打磨所得锆合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n将锆合金球/球缺体坯进行表面塑性变形处理，得到锆合金球/球缺体前驱体坯；/n将所述锆合金球/球缺体前驱体坯进行热氧化处理，得到耐磨耐蚀锆合金球/球缺体。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐磨耐蚀锆合金球/球缺体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将锆合金球/球缺体坯进行表面塑性变形处理，得到锆合金球/球缺体前驱体坯；
将所述锆合金球/球缺体前驱体坯进行热氧化处理，得到耐磨耐蚀锆合金球/球缺体。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面塑性变形处理的方式为球磨、抛丸加工或豪克能表面加工。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当所述表面塑性变形处理的方式为球磨或抛丸加工时，表面塑性变形处理后，还包括对表面塑性变形处理后的锆合金球/球缺体坯进行表面平滑处理。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的料球质量比为1:30～50；所述球磨的转速为临界转速的75～90％；所述球磨用研磨球为GCr15轴承钢球。


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【专利技术属性】
技术研发人员：汪瑞军，关成君，詹华，李振东，徐天杨，
申请(专利权)人：北京金轮坤天特种机械有限公司，中国农业机械化科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11