韩守鹏 *

（上海市特种设备监督检验技术研究院）

随着制造行业工业化程度不断提高，工业阀门的需求量越来越大，各式各样的阀门被应用在各行各业中，同时越来越多的阀门因为故障或者损坏被报废或淘汰。由于之前我国阀门制造行业技术能力较弱，很多重大装置关键的阀门都需要从国外进口，特别是在极端工况下使用的阀门。通过阀门再制造可以较好地解决这些问题，阀门再制造也是应对贸易保护主义的有效措施。阀门再制造是指将废旧阀门及其零部件进行专业化修复的批量化生产过程，同时再制造产品应需到与原有产品相同的质量和性能。因此，提高再制造阀门水平和能力成为亟待解决的问题。其中，阀门再制造过程的关键就是阀门的表面处理技术。通过废旧阀门的再制造，利用有效的表面处理可以提高阀门表面硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性等，延长阀门使用寿命，降低阀门故障概率。

1.1 电镀

电镀是指根据电解原理在工件表面镀一层金属合金的过程，合金金属薄膜可以提高工件的耐磨性、抗腐蚀性、抗氧化性及抗耐疲劳性等。其中工业应用比较广泛的是锌族和铁族金属形成的合金。目前，工业应用的锌铁合金主要有2种：一种是铁含量高的合金；
另一种是含微量铁的锌铁合金。刘建等[1]研究了铜基材表面进行金、铜、镍合金的电镀后，电镀液中金、铜、镍含量与镀层成分的关系，当金、铜、镍含量达到一定水平时，合金镀层具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。

1.2 磷化

磷化是通过化学与电化学反应在工件表面形成磷酸盐化学转化膜的过程。磷化的目的是给工件基体金属提供保护，防止工件基体金属被腐蚀、磨损或氧化等。磷化也可以提高漆膜层的附着力，同时在金属冷加工工艺中起润滑作用。易小勇等[2]研究了阀门蜗轮蜗杆通过磷化预处理后工件表面的固体润滑膜和基体的结合情况，通过加入钛酸钾晶须可以有效提高工件的耐磨性和表面强度，并且工件表面的摩擦系数仅为未磷化处理的表面摩擦系数的50%以下。

1.3 钝化

钝化是指利用强氧化剂或电化学方法对金属表面进行氧化处理，使金属表面变为不活泼态的过程。钝化能够使金属表面形成的致密的氧化膜，该氧化膜性能稳定，并且在空气中具有一定的自行修复能力。程亚威等[3]研究了液体火箭发动机阀门钝化处理方法，并且通过抗腐蚀筛选试验分别对表面采用钝化和光亮两种处理方法的阀芯进行分析，最终得到通过钝化处理方法的阀门能满足使用要求的结论。孙国才等[4]分析了阀门在酸洗钝化过程中，由于清洗不彻底而导致阀门螺栓锈蚀的原因，阀门螺栓连接处的缝隙中残留钝化膏和酸液是腐蚀的主要影响因素。

1.4 热处理强化

热处理是将固态金属及合金按照预定的要求进行加热、保温和冷却，从而改变其内部组织结构，获得相关性能的工艺。其中，淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变为马氏体或贝氏体组织，然后配合不同温度的回火过程，从而大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，满足各种机械零件和工具的使用要求。表面淬火工艺广泛应用于中碳调质钢和球墨铸铁制的工件，因为中碳调质钢经过预处理以后，再进行表面淬火，既可以使工件内部具有较好的综合机械性能，又可使工件表面具有较好的硬度和耐磨性等。例如，阀门中的阀芯常通过热处理来强化其表面的硬度和耐磨性，热处理强化具有操作简单、成本低和效率高等特点；
但是，通过热处理强化后，工件本身会出现变形和开裂等问题，需要对热处理强化后的工件表面进行无损检测，确保工件具有良好的完整性。

1.5 表面堆焊

表面堆焊是一种高效率的表面处理工艺，已经被广泛应用于各个行业零件的制造和修复过程。傅慧明等[5]介绍了阀门密封面堆焊材料的堆焊工艺及选材原则，对比了国内外相关的阀门密封面的选材标准，并对部分阀门堆焊材料的性能展开了分析研究。刘莹[6]对比了不同阀门堆焊工艺评定标准，发现了阀门堆焊工艺评定在试验要求、接受准则和覆盖范围等方面的不同点。胡高林等[7]对阀门采用熔化极气体保护焊自动堆焊Co基合金，并对阀门硬密封自动堆焊样件的化学成分、显微组织和表面质量进行了分析研究。何芬等[8]研究了核电汽轮机阀门密封面自动堆焊工艺，并在指定的自动堆焊设备上选用 16Mn代替G20Mo5，并选择合适的焊接工艺参数，最终焊接质量可满足相关标准的要求。

1.6 渗碳

渗碳是指利用某种方法使碳原子渗入到金属表层的过程，经过渗碳处理的金属表层具有较高的含碳量，然后经过淬火和低温回火，使工件的表层具有好的耐磨性和较高的硬度，而工件的内层部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。张颜艳等[9]研究了使用活性屏离子渗碳表面硬化工艺处理后的不锈钢阀芯，并对阀芯的硬度、耐腐蚀性和渗碳层厚度进行分析，发现该处理工艺不影响阀芯表面耐腐蚀性，并且有效地提高了阀芯的表面强度。刘伟[10]研究了低温离子渗碳工艺的应用情况，采用低温离子渗碳工艺对奥氏体不锈钢阀门零件进行了表面硬化处理，发现获得了良好的渗碳硬化效果。

1.7 渗氮

渗氮是在温度为400～600 ℃左右，在介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。夏胜建等[11]采用辉光等离子低温渗氮工艺对奥氏体不锈钢阀门工件进行了研究，对比了渗氮前后工件的表面的粗糙度、位置度公差和硬度，还进行了渗氮后盐雾试验，结果表明：经辉光等离子低温渗氮后的工件表面光洁度和位置度公差略微下降，硬度明显提升，经盐雾试验后的工件表面无腐蚀现象，提高了阀门工件在使用中的耐磨性和抗擦伤性，并满足耐腐蚀工况要求。张敏等[12]采用Nd : YAG脉冲激光在不同比例的氩和氮的混合气体中对TC4合金阀门进行氮化处理，研究了氮气浓度等对氮化层组织耐腐蚀性和硬度的影响。

2.1 等离子喷涂

等离子喷涂是指利用等离子体或者等离子射流将一些金属合金材料或者陶瓷材料加热到熔化或者部分熔化后，以高速射向工件表面形成附着在工件表面上的涂层的工艺。等离子喷涂技术具有成本低、生产效率高、涂层质量高和涂层材料范围广泛等优点。徐维普等[13]介绍了等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂等主要的热喷涂技术，并阐述了3种热喷涂涂层的特点以及其在阀门产业的应用情况，对比了3种热喷涂技术的原理和工艺。高铭余等[14]介绍了铜和铜合金材料方面的等离子喷涂技术的进展和研究现状，对比分析了几种表面处理技术的优劣。童幸生[15]以旋塞阀为研究对象，把氧化物陶瓷作为喷涂材料，对等离子喷涂设备、工艺和参数进行研究，使得涂层同基体有较高的结合强度。

2.2 等离子熔覆

等离子熔覆是以氩气转移型等离子弧为热源，将合金粉末和工件表面一起熔化形成熔池，从而在工件表面形成一层熔覆合金的工艺方法。等离子熔覆也常用于结构复杂和对表面要求程度较高的零件的再制造。时运等[16]从等离子熔覆工艺对熔覆层质量的影响、等离子熔覆合金涂层、等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层、等离子熔覆层质量调控方法、等离子熔覆技术应用等方面，对等离子熔覆技术当前的研究动态进行了介绍。

2.3 激光表面硬化

激光表面处理技术是将高能量密度的激光束作用在工件表面，使工件表面溶凝而改变材料的微观结构，在工件表面形成强化层，从而提高工件的耐蚀性、耐热性、耐磨性、抗热疲劳和抗氧化性等。激光表面硬化工艺可以降低工件废品率，提高工件的使用寿命，且工件表面硬度比传统火焰淬火后的工件更高。黄亮亮等[17]介绍了激光表面硬化及数值模拟的研究现状和国内外的发展及应用情况，同时对激光表面硬化技术的强化机理和特点进行了分析，指出了激光表面硬化数值模拟在现阶段存在的问题。王超等[18]对Cr12MoV钢表面用高功率半导体激光器进行硬化处理，研究了加热温度、扫描速度以及搭接率等工艺参数对Cr12MoV钢表面硬度以及淬硬层深度的影响。

2.4 激光表面熔覆

激光表面熔覆是指通外部材料添加至基体表面经激光辐照后形成的熔池中，并使二者共同快速凝固形成包覆层的工艺方法。激光熔覆工艺具有以下特点：（1）熔覆金属与工件基层结合度高；
（2）熔覆层致密和细化质量高；
（3）熔覆层厚度可控；
（4）加热区域小，对工件本身影响小。林继兴等[19]在阀门材料316不锈钢表面采用CO2激光器激光熔覆了Co基合金涂层，重点研究了激光功率对微观组织、耐腐蚀性能及涂层稀释率的影响。石世宏等[20]在石化阀门密封面奥氏体基体上熔覆Ni基自熔合金，经激光熔覆的石化阀门密封面能获得厚度为3.0 mm的合金层。

目前，低碳制造业快速发展，研究和发展阀门再制造表面处理技术对于实现阀门长期安全使用和阀门再制造生产有重要意义，由于传统表面处理技术效率低、能耗高、污染环境等，将逐渐被新型表面处理技术取代。随着绿色制造业不断发展，等离子表面处理技术、激光表面处理技术、机械产品再制造和3D打印技术等绿色制造方式将迎来广阔的发展前景。

等离子表面处理技术的使用成本低，使用方法简单，并且可以获得性能优良的表面涂层。等离子表面处理技术在阀门再制造行业有广阔的发展空间，研究和探索更加适用于阀门再制造行业的等离子表面处理技术势必成为热门方向。

激光表面处理在阀门再制造领域的技术研发集中于激光强化加工及表面修复技术、激光快速成形工艺技术、激光功能涂层及材料性能等方向，这些研究可为阀门关键零部件表面激光强化、再制造、激光快速成形等提供必要的材料和工艺支撑。随着激光表面处理基础理论研究不断深入，未来激光表面处理技术的机理、激光热处理技术、纳米表面工程技术等研究不断创新，激光表面处理技术将在阀门再制造行业发挥更大的作用。

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