【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及阀座磨削抛光工艺，具体为多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺及强化方法。
技术介绍
1、在多晶硅生产过程中，多晶硅球形调节阀作为关键部件，需频繁应对含硅粉、煤灰等颗粒介质的恶劣工况。传统的多晶硅球形调节阀阀座，因硅粉硬度高、具有强冲刷性，普通材料的阀座极易磨损，导致阀门密封性能下降，频繁泄漏，严重影响生产效率与稳定性。同时，多晶硅生产环境中的化学物质，也易对阀座造成腐蚀，进一步缩短其使用寿命。
2、经大量检索，公开号为cn105525288b，公开了一种强化球阀阀座的制备方法，包括以下步骤：在粗加工后的球阀阀座密封面车削出深度为2mm的梯形环槽；对球阀阀座表面预处理；对阀座密封面进行探伤检测等，现有的技术中制备方法在使用时，可以降低企业的生产成本，且显著提高球阀阀座的使用寿命。
3、然而，上述制备方法仍旧存在合金耐腐蚀性不足和熔覆层抗磨损性能有限的问题，这些问题将导致阀座在高温、强腐蚀或多晶硅颗粒冲刷工况下易发生表面腐蚀与磨损失效的情况，为此提出一种多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺及强化方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺及强化方法，具备耐强腐蚀、抗高磨损、工艺精度高和使用寿命长的优点，并可以有效解决传统球阀阀座在高温含氟或硝酸介质中易腐蚀失效、多晶硅颗粒冲刷下表面快速磨损剥落以及激光熔覆层界面结合强度不足导致的热应力开裂的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：多晶硅调节
3、阀座预处理：采用超声波清洗结合化学除油剂去除表面油污及杂质后，使用粒径为0.5mm至1mm的氧化铝砂粒喷砂处理，使表面粗糙度达到ra12.5μm至ra25μm；
4、合金粉末制备：按质量百分比计，合金粉末成分为铬20%至25%、镍10%至15%、碳化钨颗粒15%至20%、钼3%至5%、铈0.5%至1%，余量为铁；通过行星式球磨机将粉末粒度控制在50μm至100μm，球磨时间4h至6h，球料比为5:1至8:1；
5、激光熔覆：采用基模或低阶模光纤激光器，光束质量因子m²≤1.3，搭配同轴送粉器，在阀座密封面进行多层熔覆，激光功率1500w至2500w，扫描速度80mm/min至120mm/min，光斑直径3mm至4mm，搭接率50%至60%，每层熔覆厚度0.3mm至0.5mm，送粉量30g/min至50g/min；
6、梯度热处理：
7、去应力退火：根据合金材料的热处理特性曲线，结合实际生产经验，确定在550℃至650℃范围内，保温2h至3h能够有效释放熔覆层内部应力，同时避免过度退火导致的材料性能下降；
8、氩气保护：气体流量5l/min至10l/min，升温速率5℃/min至10℃/min，降温速率3°c/min至5°c/min；
9、油淬：850℃至950℃保温后浸入40℃至60℃快速淬火油；
10、分段回火：第一阶段200℃至250℃保温1h至1.5h，第二阶段250℃至300℃保温1h至1.5h；
11、精加工：采用金刚石砂轮磨削，砂轮线速度20m/s至30m/s，进给量0.01mm/r至0.03mm/r，化学机械抛光液抛光，抛光液ph值8至10，压力0.1mpa至0.3mpa，使表面粗糙度达ra0.2μm至ra0.4μm。
12、优选的，所述碳化钨颗粒为球形，平均粒径10μm至20μm，通过行星式球磨机均匀分散于基体合金中，球磨能量密度为0.8j/g至1.2j/g，其中球磨能量密度由公式e=0.5·m·v²/t计算得出，m为磨球质量，v为线速度，t为时间。
13、采用上述技术方案时，通过优化碳化钨颗粒的球磨工艺参数，确保其在基体合金中均匀分散。这种控制方法提升了熔覆层的整体硬度和耐磨性，同时避免颗粒团聚导致的局部应力集中，使材料性能更加稳定可靠。
14、优选的，所述激光熔覆中，激光焦点位置控制在阀座表面上方0.2mm至0.5mm，熔池马兰戈尼数小于等于-0.5，其中马兰戈尼数由公式ma=δγ·l/μ·κ计算得出，δγ为熔池表面张力梯度，l为熔池特征长度，μ为熔体粘度，κ为热扩散率，且μ与κ为相乘关系。
15、采用上述技术方案时，通过精准调节激光焦点位置和熔池流动特性，有效抑制熔覆过程中的熔体飞溅和缺陷形成。这种控制手段增强了熔覆层的致密性，减少气孔和裂纹的产生，确保表面质量满足高精度工况需求。
16、优选的，所述分段回火后熔覆层残余应力≤200mpa，且碳化钨颗粒与基体界面结合强度≥350mpa。
17、采用上述技术方案时，通过采用分段回火工艺逐步释放熔覆层内部应力，显著降低残余应力水平，同时强化碳化钨与基体界面的结合强度。这一方法提升了材料在复杂工况下的抗疲劳和抗冲击能力。
18、优选的，所述行星式球磨机采用氧化锆磨球，磨球直径5mm至10mm，球磨罐内壁为聚氨酯衬里，转速200r/min至300r/min。
19、采用上述技术方案时，通过选择特定材质的磨球和衬里，并控制球磨转速，减少粉末污染并改善颗粒形貌。这种工艺优化保证了合金粉末的流动性和均匀性，为后续熔覆工艺提供高质量原料。
20、优选的，所述合金粉末中，铈元素通过晶界偏聚抑制碳化钨氧化，晶界铈浓度为基体浓度的5倍以上，通过eds能谱测定。
21、采用上述技术方案时，利用铈这种稀土元素的晶界偏聚特性，抑制碳化钨在高温加工过程中的氧化反应。该技术手段不仅保护了硬质颗粒的完整性，还细化了基体晶粒，进一步提升材料的耐腐蚀性和高温稳定性。
22、多晶硅调节阀阀座强化方法，还包括以下步骤：
23、步骤一、激光熔覆加工：
24、采用上述工艺对阀座密封面及易磨损部位进行激光熔覆，形成厚度为0.9mm至2.5mm的复合强化层；熔覆过程中实时监测熔池形貌，确保熔池宽度为光斑直径的1.2倍至1.5倍，且熔覆层表面无飞溅或气孔；
25、步骤二、内部缺陷检测：
26、使用频率2mhz至5mhz的超声波探伤设备对熔覆层进行全区域扫查，探伤灵敏度设置为基准灵敏度加6db，扫查速度为50mm/s至80mm/s；若检测到缺陷反射波幅超过基准波幅的50%且缺陷尺寸＞0.1mm，则判定为不合格；
27、步骤三、性能检测与分级：
28、硬度检测：在室温20℃±2℃、相对湿度60%±5%的条件下进行，在熔覆层表面沿周向均匀选取5个测试点，使用洛氏硬度计测量，要求表面硬度为hrc55至hrc60，且相邻测试点硬度差≤hrc2；在截面深度方向上每0.2mm测量一次，梯度差≤hrc5；
29、磨损检测：在无尘、恒温恒湿的实验室环境下进行，采用销盘式摩擦磨损试验机，对磨销为碳化钨材质，硬度≥hra85，端面粗糙度ra0.1μm至ra0.2μm；试验条件为载荷20n至本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，所述碳化钨颗粒为球形，平均粒径10μm至20μm，通过行星式球磨机均匀分散于基体合金中，球磨能量密度为0.8J/g至1.2J/g，其中球磨能量密度由公式E=0.5·m·v²/t计算得出，m为磨球质量，v为线速度，t为时间。
3.根据权利要求1所述的多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，所述激光熔覆中，激光焦点位置控制在阀座表面上方0.2mm至0.5mm，熔池马兰戈尼数小于等于-0.5，其中马兰戈尼数由公式Ma=Δγ·L/μ·κ计算得出，Δγ为熔池表面张力梯度，L为熔池特征长度，μ为熔体粘度，κ为热扩散率，且μ与κ为相乘关系。
4.根据权利要求1所述的多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，所述分段回火后熔覆层残余应力≤200MPa，且碳化钨颗粒与基体界面结合强度≥350MPa。
5.根据权利要求1所述的多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，所述行星式球磨机采用氧化锆磨球，磨球直径5mm至10mm，
6.根据权利要求1所述的多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，所述合金粉末中，铈元素通过晶界偏聚抑制碳化钨氧化，晶界铈浓度为基体浓度的5倍以上，通过EDS能谱测定。
7.多晶硅调节阀阀座强化方法，其特征在于，还包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的多晶硅调节阀阀座强化方法，其特征在于，所述步骤四中的局部激光重熔修复参数为：
9.根据权利要求7所述的多晶硅调节阀阀座强化方法，其特征在于，所述步骤三的磨损检测中，碳化钨销与阀座的接触面积为5mm²至10mm²，且销端面与熔覆层表面的接触压力为0.5MPa至1.0MPa；试验过程中每15min采集一次摩擦系数，若摩擦系数波动幅度＞0.2或出现突变，则判定熔覆层存在不均匀缺陷。
10.根据权利要求7所述的多晶硅调节阀阀座强化方法，其特征在于，若步骤三的腐蚀检测结果不满足要求，则采用以下钝化处理流程：
...【技术特征摘要】
1.多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，所述碳化钨颗粒为球形，平均粒径10μm至20μm，通过行星式球磨机均匀分散于基体合金中，球磨能量密度为0.8j/g至1.2j/g，其中球磨能量密度由公式e=0.5·m·v²/t计算得出，m为磨球质量，v为线速度，t为时间。
3.根据权利要求1所述的多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，所述激光熔覆中，激光焦点位置控制在阀座表面上方0.2mm至0.5mm，熔池马兰戈尼数小于等于-0.5，其中马兰戈尼数由公式ma=δγ·l/μ·κ计算得出，δγ为熔池表面张力梯度，l为熔池特征长度，μ为熔体粘度，κ为热扩散率，且μ与κ为相乘关系。
4.根据权利要求1所述的多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，所述分段回火后熔覆层残余应力≤200mpa，且碳化钨颗粒与基体界面结合强度≥350mpa。
5.根据权利要求1所述的多晶硅调节阀阀座激光熔覆工艺，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹高志，陈勇，阮荣亨，廖绪唐，
申请(专利权)人：凯瑞特阀业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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