[发明专利]一种用于核电阀门密封面强化涂层的无钴镍基合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种无钴镍基合金，尤其涉及一种应用于核电阀门密封面强化涂层的无钴镍基合金。

背景技术

阀门在机械产品中占有相当大的比重，尤其是在核电、火电、石化、冶金等行业中，阀门更是起着关键作用，用量非常大。随着科学技术的进步，近年来国内外各阀门行业用阀，在向高参数，如大尺寸、耐高温高压、耐强腐蚀强摩擦、高可靠性和高寿命方向发展。

高参数阀门的使用条件相当苛刻，而所要求的安全性和可靠性又非常高。例如对核级阀门，要求其综合使用寿命达40年以上(第三代压水堆核电站的核级阀门使用寿命要求60年)。据统计，核电等行业典型阀门最常见的故障类型为内、外泄漏和密封面损坏。阀门密封面的质量，包括耐磨性、耐蚀性、耐高温等综合性能直接影响到阀门的可靠性和使用寿命。

迄今为止，核阀密封面堆焊材料一般均为含钴合金，如Stellite 6或Stellite21等。Stellite钴基合金具有良好的高温性能、极好的低摩擦和抗磨损特性、优异的耐热腐蚀性及耐热疲劳性能，特别是在热态下具有优越的耐擦伤性能，因而常用来堆焊临界或超临界参数的蒸汽阀门，以及堆焊使用条件比较恶劣，抗磨损、抗腐蚀性能要求较高的阀门密封面。然而，由于钴基合金价格昂贵，且我国钴资源缺乏，我国科技工作者一直都在寻求钴基合金的替代品。另外，对于在核环境下工作的阀门，钴基合金凸现出一个很大的缺陷：由钴基合金磨损和腐蚀碎片中的Co59受到中子照射后激发将形成Co60同位素，Co60是半衰期极长的强放射源，在停堆检修时造成检修时间的增加和对维修人员的威胁，也会大大增加核燃料屏蔽的难度和成本。

因此有需要研究开发一系列具有自主知识产权的、成本相对低廉、制备工艺相对简单、可以用做核级阀门密封面强化材料的无钴合金材料。

发明内容

本发明目的是提供一种无钴镍基合金粉末，替代目前在核阀密封面上普遍使用的堆焊钴基合金涂层材料；保证所述镍基合金的基本性能，如高温耐磨性、与摩擦配偶件的摩擦相容性和服役寿命等指标能够达到或接近Stellite家族钴基合金，同时节约贵重稀有金属钴，降低成本，满足核环境特殊需要等。

本发明的另一目的是提供采用所述无钴镍基合金粉末制备核电阀门密封面强化涂层的方法。

为达到上述目的，本发明具体技术方案是，一种镍基合金粉末混合物，所述合金粉末混合物的重量百分数为：

铬(Cr)        37.5～38.5％，

碳(C)         5.0～6.0％，

硅(Si)        2.0～2.5％，

硼(B)         1.0～1.5％，

氧化钇(Y₂O₃)  0.5～1.5％，

其余为镍。

上述技术方案中，所述合金粉末的粒度均为200～300目。

采用上述镍基合金混合粉末制备核电阀门密封面强化涂层，制备核电阀门密封面强化材料涂层的方法有以下几种，例如：

方法一：

(1)按下述重量百分比配制粉末：铬(Cr)37.5～38.5％；碳(C)5.0～6.0％；硅(Si)2.0～2.5％；硼(B)1.0～1.5％；氧化钇(Y₂O₃)0.5～1.5％；其余为镍(Ni)。用机械球磨法获得该镍基合金粉末混合物，粉末粒度均为200～300目，并烘干；

(2)采用功率密度为10⁴～10⁵W/cm²的激光束辐照基体材料(1Cr18Ni9Ti不锈钢)表面形成熔池，采用惰性气体同步送粉方式将混合粉末送入熔池，同时采用惰性气体保护熔池以避免氧化；所述激光采用CO₂气体激光，激光束扫描速度为3.3～6mm/s；

(3)根据核电阀门密封面强化涂层所需面积大小，采用单道激光扫描或多道搭接激光扫描即可获得无钴镍基合金核电阀门密封面强化涂层。

上述方案中，步骤(2)中所述混合粉末送入熔池的速率为：20～30g/min。

上述方案中，步骤(3)中所述多道搭接的搭接率为50％。

方法二：

(1)按下述重量百分数配制粉末：铬(Cr)37.5～38.5％；碳(C)5.0～6.0％；硅(Si)2.0～2.5％；硼(B)1.0～1.5％；氧化钇(Y₂O₃)0.5～1.5％；其余为镍(Ni)。用机械球磨法获得镍铬合金粉末混合物，粉末粒度达到200～300目，并烘干；