Estado de la investigación de la tecnología de tratamiento de superficies para la refabricación de válvulas

Se presentan las tecnologías y procesos de tratamiento de superficies más utilizados en el proceso de refabricación de válvulas y se analiza la situación actual de la industria de refabricación de válvulas. Se resume el estado de desarrollo de la tecnología de tratamiento de superficies por plasma y la tecnología de tratamiento de superficies por láser, se destaca la aplicación del método de tratamiento de superficies por plasma y el método de tratamiento de superficies por láser en la industria de refabricación de válvulas y, por último, la dirección de desarrollo futuro de las perspectivas de la tecnología de tratamiento de superficies de refabricación de válvulas.

0. Introducción

Con la creciente industrialización de la industria manufacturera, la demanda de válvulas industriales está aumentando, y varios válvulas se utilizan en diversas industrias. En cambio, cada vez son más las válvulas que se desechan o eliminan por averías o daños. Debido a la escasa capacidad técnica de la industria china de fabricación de válvulas, muchas válvulas clave de grandes instalaciones tienen que importarse del extranjero, sobre todo en condiciones extremas de uso de las válvulas. La refabricación de válvulas puede resolver mejor estos problemas; la refabricación de válvulas es también una medida eficaz para hacer frente al proteccionismo comercial. La refabricación de válvulas se refiere al proceso de producción a granel de reparación de válvulas usadas y sus componentes. Al mismo tiempo, se debe exigir que los productos remanufacturados tengan la misma calidad y rendimiento que el producto original. Por lo tanto, mejorar el nivel de las válvulas remanufacturadas y su capacidad se convierte en un problema urgente. Entre ellos, la tecnología de tratamiento de superficies de válvulas es la clave del proceso de refabricación de válvulas. Mediante la refabricación de válvulas usadas, un tratamiento eficaz de la superficie puede mejorar la dureza de la superficie de la válvula, su resistencia, su resistencia al desgaste y a la corrosión, etc., para prolongar la vida útil de la válvula y reducir la probabilidad de que falle.

1. Proceso tradicional de tratamiento de superficies

1.1 Galvanoplastia

La galvanoplastia se refiere al proceso de principio electrolítico en la superficie de la pieza de trabajo chapado una capa de aleación de metal, película de metal de aleación puede mejorar la resistencia al desgaste de la pieza de trabajo, resistencia a la corrosión, resistencia a la oxidación y resistencia a la fatiga. Una de las aleaciones más utilizadas en la industria es la formada por zinc y metales del grupo del hierro. Existen 2 tipos principales de aleaciones zinc-hierro para aplicaciones industriales: una es una aleación con alto contenido en hierro, y la otra es una aleación zinc-hierro con trazas de hierro. Liu Jian et al. estudiaron la relación entre el contenido de oro, cobre y níquel en la solución de revestimiento y la composición de la capa de revestimiento tras el revestimiento de aleaciones de oro, cobre y níquel en la superficie de sustratos de cobre cuando el contenido de oro, cobre y níquel alcanza un determinado nivel, la capa de revestimiento de la aleación tiene mejor resistencia al desgaste y a la corrosión.

1.2 Fosfatado

El fosfatado es el proceso de reacción química y electroquímica para formar una película de conversión química de fosfato en la superficie de la pieza de trabajo. El objetivo del fosfatado es proteger el metal base de la pieza para evitar la corrosión, el desgaste o la oxidación del metal base de la pieza. El fosfatado también puede mejorar la adherencia de la capa de la película de pintura al tiempo que desempeña una función lubricante en el proceso de trabajo en frío del metal. Yi Xiaoyong et al. estudiaron el engranaje helicoidal de válvula mediante el pretratamiento fosfatado de la superficie de la película lubricante sólida de la pieza de trabajo. Combinando el sustrato con un whisker de titanato potásico se puede mejorar la resistencia al desgaste y la resistencia superficial de la pieza de trabajo. El coeficiente de fricción de la superficie de la pieza de trabajo es inferior a 50% del coeficiente de fricción de la superficie sin tratamiento de fosfatado.

1.3 Pasivación

La pasivación consiste en oxidar una superficie metálica utilizando agentes oxidantes fuertes o métodos electroquímicos para inactivar la superficie metálica. La pasivación permite la formación de una gruesa película de óxido sobre la superficie metálica que es estable y puede repararse a sí misma en el aire. Cheng Yawei y otros estudiaron el método de tratamiento de pasivación de las válvulas de motores de cohetes de propulsión líquida, analizaron la bobina de la válvula con métodos de tratamiento de pasivación y de superficie brillante mediante una prueba de detección de resistencia a la corrosión, y finalmente concluyeron que las válvulas con método de tratamiento de pasivación pueden cumplir los requisitos de uso. Sun Guocai y otros análisis de la válvula en el proceso de pasivación de decapado, debido a la limpieza incompleta y la corrosión de las causas perno de la válvula, la brecha de conexión perno de la válvula en la pasta de pasivación residual y el ácido es la principal influencia de los factores de corrosión.

1.4 Refuerzo del tratamiento térmico

El tratamiento térmico es el proceso de calentar, mantener y enfriar metales sólidos y aleaciones de acuerdo con requisitos predeterminados para cambiar su organización interna y obtener las propiedades pertinentes. Entre ellos, el propósito del temple es hacer que la austenita subenfriada para la transformación de martensita o bainita a martensita o bainita organización, y luego con diferentes temperaturas del proceso de templado, para mejorar significativamente la rigidez, dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la fatiga, y la tenacidad del acero para satisfacer los requisitos de diversas piezas mecánicas y herramientas. El proceso de templado superficial es ampliamente utilizado en piezas de acero templado de carbono medio y hierro dúctil porque el acero templado de carbono medio, después del pretratamiento, y luego el templado superficial, no sólo puede hacer que la pieza de trabajo tenga mejores propiedades mecánicas en general, sino también que la superficie de la pieza de trabajo tenga una mejor dureza y resistencia al desgaste, etc. Por ejemplo, el carrete de la válvula es a menudo tratada térmicamente para fortalecer su dureza superficial y resistencia al desgaste, el fortalecimiento de tratamiento térmico con una operación simple, de bajo costo y alta eficiencia, sin embargo, después de fortalecer por tratamiento térmico, la pieza de trabajo en sí será la deformación y agrietamiento y otros problemas, la necesidad de pruebas no destructivas de la superficie de la pieza de trabajo después de fortalecer el tratamiento térmico para garantizar que la pieza de trabajo tiene buena integridad.

1.5 Superficie

La soldadura por recubrimiento de superficies es un proceso de tratamiento de superficies muy eficaz que se ha utilizado ampliamente en el proceso de fabricación y reparación de piezas en diversas industrias. Fu Huiming et al. introdujeron el proceso de superposición y los principios de selección de materiales de superposición de superficie de sellado de válvulas, compararon las normas de selección de superficie de sellado de válvulas nacionales y extranjeras pertinentes, y el rendimiento de algunos materiales de superposición de válvulas lanzaron un análisis del estudio. Liu Ying comparó las diferentes normas de evaluación del proceso de recubrimiento de válvulas y encontró los diferentes puntos de evaluación del proceso de recubrimiento de válvulas en términos de requisitos de prueba, criterios de aceptación y cobertura. Hu Gaolin et al. utilizaron la soldadura por recubrimiento automática de aleaciones con base de Co mediante soldadura con electrodo de fusión protegido por gas en válvulas. Analizaron la composición química, la microestructura y la calidad superficial de las muestras de recubrimiento automático de juntas de válvulas duras. He Fen estudió el proceso de soldadura automática por recubrimiento de la superficie de sellado de válvulas de turbinas nucleares. En el equipo de soldadura automática por recubrimiento especificado, se selecciona 16Mn en lugar de G20Mo5 y se seleccionan los parámetros adecuados del proceso de soldadura para que la calidad final de la soldadura pueda cumplir los requisitos de las normas pertinentes.

1.6 Carburación

La carburación es el proceso de utilizar algún método para hacer que los átomos de carbono se infiltren en la capa superficial del metal; después de carburar la capa superficial del metal con alto contenido de carbono, y a continuación se templa y revenido a baja temperatura para que la capa superficial de la pieza tenga buena resistencia al desgaste y alta dureza. En cambio, la parte interior de la pieza sigue manteniendo la tenacidad y plasticidad del acero con bajo contenido en carbono. Yanyan Zhang et al. estudiaron la bobina de acero inoxidable tratada con un proceso de endurecimiento superficial por cementación iónica con pantalla activa y analizaron la dureza, la resistencia a la corrosión y el espesor de la capa de cementación de la bobina, y descubrieron que el proceso de tratamiento no afectaba a la resistencia a la corrosión superficial de la bobina y mejoraba eficazmente la resistencia superficial de la bobina. Liu Wei estudió la aplicación de un proceso de carburación iónica a baja temperatura, el uso de un proceso de carburación iónica a baja temperatura para piezas de válvulas de acero inoxidable austenítico para el tratamiento de endurecimiento superficial, y encontró que se obtenía un buen efecto de endurecimiento por carburación.

1.7 Nitruración

La nitruración es un proceso de tratamiento térmico químico a una temperatura de entre 400 y 600 ℃en el medio para que los átomos de nitrógeno penetren en la capa superficial de la pieza. Xia Shengjian et al. estudiaron el proceso de nitruración por plasma incandescente a baja temperatura de piezas de acero inoxidable austenítico para válvulas, compararon la rugosidad de la superficie, la tolerancia de posición y la dureza de la pieza antes y después de la nitruración, y también después de la prueba de niebla salina de nitruración, los resultados muestran que: el acabado superficial y la tolerancia de posición de la pieza de trabajo después de la nitruración de plasma de baja temperatura se redujo ligeramente, la dureza aumentó significativamente, la superficie de la pieza de trabajo después de la prueba de niebla salina ningún fenómeno de corrosión. Zhang Min et al. utilizaron láser pulsado Nd: YAG para nitrurar válvulas de aleación TC4 en diferentes proporciones de mezcla de gas argón y nitrógeno y estudiaron el efecto de la concentración de nitrógeno en la resistencia a la corrosión y la dureza del tejido de la capa de nitruro.

2. Nuevas técnicas de tratamiento de superficies

2.1 Pulverización de plasma

La pulverización de plasma se refiere al uso de plasma o chorro de plasma para calentar algunos materiales de aleación metálica o materiales cerámicos para fundir o fundir parcialmente y luego disparar a alta velocidad a la superficie de la pieza de trabajo para formar un recubrimiento adherido a la superficie de la pieza de trabajo. La tecnología de pulverización de plasma tiene las ventajas de su bajo coste, alta eficiencia de producción, alta calidad de recubrimiento y una amplia gama de materiales de recubrimiento. Xu Weipu et al. presentaron las principales tecnologías de pulverización térmica, como la pulverización de plasma, la pulverización de llama y la pulverización de arco, explicaron las características de los tres recubrimientos de pulverización térmica y sus aplicaciones en la industria de las válvulas, y compararon los principios y procesos de las tres tecnologías de pulverización térmica. Gao Mingyu, etc., presentó los avances y el estado de la investigación de la tecnología de pulverización de plasma en materiales de cobre y aleaciones de cobre, y comparó y analizó las ventajas e inconvenientes de varias tecnologías de tratamiento de superficies. Se estudian el equipo, el proceso y los parámetros de la pulverización de plasma para que el revestimiento tenga una gran fuerza de adherencia con el sustrato.

2.2 Recubrimiento con plasma

El revestimiento por plasma es un proceso que utiliza un arco de plasma con transferencia de argón como fuente de calor para fundir el polvo de aleación y la superficie de la pieza y formar un baño de fusión, formando así una capa de aleación fundida en la superficie de la pieza. El revestimiento por plasma también se utiliza habitualmente para refabricar piezas con estructuras complejas y elevados requisitos de superficie. Shi Yun et al. presentan los avances actuales de la investigación en tecnología de revestimiento por plasma en términos de influencia del proceso de revestimiento por plasma en la calidad de la capa revestida, revestimiento de aleación revestida por plasma, revestimiento compuesto de base metálica mejorado con partículas revestidas por plasma, métodos de control de calidad de la capa revestida por plasma y aplicaciones de la tecnología de revestimiento por plasma.

2.3 Endurecimiento superficial por láser

La tecnología de tratamiento de superficies por láser consiste en aplicar energía El proceso de endurecimiento superficial por láser puede reducir la tasa de desechos de la pieza de trabajo y mejorar su vida útil, y la dureza de la superficie de la pieza de trabajo es superior a la de la pieza de trabajo después del templado a la llama convencional. El proceso de endurecimiento superficial por láser puede reducir la tasa de desecho de la pieza de trabajo, mejorar la vida útil de la pieza de trabajo, y la dureza de la superficie de la pieza de trabajo es mayor que la de la pieza de trabajo después del temple a la llama convencional. Liangliang Huang et al. presentó el estado de la investigación de endurecimiento superficial por láser y simulación numérica y el desarrollo y la aplicación en el país y en el extranjero, y también analizó el mecanismo de fortalecimiento y las características de la tecnología de endurecimiento superficial por láser y señaló los problemas de la simulación numérica de endurecimiento superficial por láser en la etapa actual. Wang Chao et al. endurecieron la superficie de acero Cr12MoV con un láser semiconductor de alta potencia. Estudiaron los efectos de los parámetros del proceso, como la temperatura de calentamiento, la velocidad de barrido y la tasa de vuelta, sobre la dureza superficial del acero Cr12MoV y la profundidad de la capa endurecida.

2.4 Fusión de superficies por láser

El revestimiento superficial por láser es un proceso en el que se añade material externo al baño fundido formado por la irradiación láser en la superficie del sustrato. Ambos se solidifican rápidamente para formar una capa de revestimiento. El proceso de revestimiento por láser tiene las siguientes características:

• (1) Alta adherencia entre el metal fundido y la base de la pieza;
• (2) Alta calidad de la capa de revestimiento densa y fina;
• (3) Espesor controlable de la capa de revestimiento;
• (4) Pequeña área de calentamiento y bajo impacto en la propia pieza de trabajo. Lin Jixing et al. utilizaron CO₂ láser para revestir con láser un revestimiento de aleación a base de Co sobre la superficie de un material de válvula de acero inoxidable 316. Se centraron en el efecto de la potencia del láser sobre la microestructura, la resistencia a la corrosión y la tasa de dilución del revestimiento. Shi Shihong, etc., en la superficie de sellado de válvulas petroquímicas de fusión de matriz austenítica de aleación autofundente basada en Ni, la fusión por láser de la superficie de sellado de válvulas petroquímicas puede obtener un espesor de capa de aleación de 3,0 mm.

3. Perspectivas de la tecnología de tratamiento de superficies para la refabricación de válvulas

En la actualidad, el rápido desarrollo de la industria de fabricación con bajas emisiones de carbono, la investigación y el desarrollo de la tecnología de tratamiento de superficies de remanufactura de válvulas para la realización de un uso seguro a largo plazo de las válvulas y la producción de remanufactura de válvulas son de gran importancia debido a la tecnología tradicional de tratamiento de superficies, baja eficiencia, alto consumo de energía, contaminación del medio ambiente, etc., será reemplazada gradualmente por la nueva tecnología de tratamiento de superficies. El desarrollo continuo de la fabricación ecológica, la tecnología de tratamiento de superficies por plasma, la tecnología de tratamiento de superficies por láser, la remanufacturación de productos mecánicos y la tecnología de impresión 3D, así como otros métodos de fabricación ecológica, abrirán una amplia perspectiva de desarrollo.
El uso de la tecnología de tratamiento superficial con plasma es de bajo coste, fácil de usar y puede obtener un revestimiento superficial de excelente rendimiento. La tecnología de tratamiento superficial con plasma en la industria de refabricación de válvulas tiene un amplio espacio para el desarrollo, la investigación y la exploración de más aplicabilidad. La tecnología de tratamiento superficial con plasma está destinada a convertirse en una dirección popular.
El tratamiento de superficies por láser en el campo de la investigación y el desarrollo de la tecnología de refabricación de válvulas se centró en la tecnología de procesamiento reforzado por láser y reparación de superficies, la tecnología del proceso de conformación rápida por láser, el revestimiento funcional por láser y las propiedades de los materiales, y otras direcciones; estos estudios pueden proporcionar el material y el proceso de apoyo necesarios para el refuerzo por láser de la superficie de los componentes clave de las válvulas, la refabricación, la conformación rápida por láser, etc. A medida que se profundiza en la teoría básica de la investigación sobre el tratamiento superficial con láser, las futuras investigaciones sobre el mecanismo de la tecnología de tratamiento superficial con láser, el láser tecnología de tratamiento térmicoLa tecnología de tratamiento de superficies por láser, la tecnología de ingeniería de nano-superficies y otras investigaciones continúan innovando, la tecnología de tratamiento de superficies por láser desempeñará un papel más importante en la industria de la refabricación de válvulas.
Autor: Han Shoupeng