靠性及服役寿命。采用表面工程技术制造高性能长寿命的阀门密封面，是核电装备制造企业的当务之急。核阀密封面实施镍基或钴基合金粉末激光熔覆的方法，是目前研制高参数核阀的主要方法之，采用该方法所获熔覆层具有组织致密，覆层热畸变小厚度成分和稀释率可控性好等传统堆焊方法所不具备的的相对优势，且覆层具有高的耐磨性耐腐蚀抗氧化热气蚀和冲蚀性能。本文在基本解决了激光熔覆层变形开裂气孔等缺陷，以及工艺参数可保证稳定地得到较为平整的熔覆道的基础上，基于激光熔覆层截形常呈半月形环形密封面熔覆层会出现定程度的失圆熔覆层由表及里存在硬度梯度的事实，综合考虑密封面熔覆层经机加工后必须最终得到足够宽的密封面尺寸匹配理想的表面硬度值等因素，以核阀密封面钴基合金激光熔覆层为研究对象，开展熔覆层截形与显微硬度的调控研究。本文首先提出了制订核阀密封面激光熔覆带宽度工艺尺寸的理念其次采用预涂覆法通过核阀密封面钴基合金激光熔覆实验得到了等厚度的钴基合金激光熔覆层再利用大型工具显微镜，维氏显微硬度计对熔覆层的检测数据，分别建立了相关度很高的熔覆层截形曲率半径数学模型熔覆层显微硬度曲线数学模型最后，以最少钴基合金粉末用量为目标函数，以激光功率扫描速度为设计变量，以核阀密封带宽度工艺尺寸激光功率扫描速度熔覆层厚度熔覆层截形曲率半径熔覆层面积熔覆层维氏硬度之间的关系为约束条件，建立了熔覆层截形与显微硬度关系调控的数学模型，并基于开发了熔覆层截形与显微硬度关系调控的应用程序。该应用程序的特点表现在通过改变输入参数即密封带最终宽度的值，可得到指导生产的设计参数和工艺参数密封面熔覆层表面的最终硬度值可根据阀体与阀盖应存在的合理硬度差及激光熔覆的设计和工艺参数来调整确定。本文的研究意义在于厘清了密封面几何参数机械性能参数与激光加工参数的关系构建了等厚度熔覆条件下以粉末用量为目标函数的优化设计模型，实万方数据现了覆层截形与显微硬度关系的调控对于以激光熔覆为手段制备高性能长寿命的高参数核阀密封面具有理论意义和应用价值。本文的研究方法和路线亦可推广至相关研究领域。关键词核阀密封面激光熔覆覆层截形显微硬度调控与优化万方数据面损伤叫做“冲击咬蚀”。气蚀的产生则是由于核阀工作介质中气泡破裂形成的振动波引起固体表面局部变形和被磨去的这样种现象，气蚀产生会使核阀内表面粗糙化。腐蚀破坏也是核阀密封面产生失效的个重要的原因，这是因为核阀在具有高的腐蚀性与放射性的工作介质作用下，发生氧化还原反应，使核阀密封面产生麻点穿孔等破坏形式。需要说明的是，目前很难找到种适用于所有腐蚀介质的阀门密封面材料，尤其是在高温条件下，腐蚀性介质的活性会随温度的升高而增加，这样会加速阀门密封面的腐蚀破坏，表为各类阀门密封面特点及主要失效形式。表各类阀门密封面特点及主要失效形式阀门类型堆焊部位密封面形式主要失效形式闸阀阀座闸板平面主要擦伤，有冲蚀止回阀阀座阀瓣平面冲蚀垫伤高温球阀阀座锥面主要擦伤，有冲蚀蝶阀阀座蝶板锥面冲蚀截止阀阀座阀瓣平面或锥面主要冲蚀，有划伤节流阀阀座阀瓣锥面冲蚀气蚀安全阀阀座阀瓣平面冲蚀垫伤减压阀阀座阀瓣平面或锥面冲蚀气蚀针对核阀密封面的主要失效形式，为使核阀密封面具有良好的综合服役性能，满足其使用性能要求，通常对阀门密封面进行表面工程处理，使核阀的工作层具有抗垫伤抗划伤耐腐蚀耐磨损耐冲蚀等各项性能，以提高核阀密封面表面性能。万方数据现行核阀密封面的表面工程技术表面工程技术是指对材料表面经过表面涂覆表面改性或多种表面技术复合处理，以改变固体金属或非金属表面的形态化学成分组织结构，以获得表面所需性能的这系统工程。表面工程技术无需改变整体材质，就能获得本体材料所不具备的抗刮伤抗冲蚀耐腐蚀耐磨损耐压等特殊性能，并且可获得的表面覆盖层厚度般可以从几十微米到几毫米。表面工程技术有表面改性表面处理表面涂覆复合表面工程纳米表面工程技术，其按学科特点分类如表，按工艺特点分类如表。表按学科特点表面工程的分类定义常见手段表面涂镀技术将液态涂料涂覆在材料表面或将镀料原子沉积在材料表面形成涂层或镀层热喷涂堆焊电镀化学镀气相沉积和涂装技术表面改性技术利用热处理机械处理离子处理和化学处理等方法，改变材料表面的成分及性能的技术热扩渗转化膜表面合金化离子注入和喷丸强化薄膜技术采用各种方法在工件表面上沉积厚度为至或数微米薄膜的技术气相沉积技术表按工艺特点表面工程的分类工艺实现手段电镀合金电镀复合电镀电刷镀非晶态电镀和非金属电镀涂装特殊用途特殊类型的新涂料和涂装工艺堆焊埋弧自动堆焊振动电弧堆焊保护自动堆焊和等离子堆焊热喷涂火焰喷涂电弧喷涂等离子喷涂和爆炸喷涂热扩渗固体渗液体渗气体渗和等离子渗化学转化膜化学氧化阳极氧化磷酸盐膜和铬酸盐膜彩色金属整体着色吸附着色及电解着色气相沉积化学气相沉积和物理气相沉积三束改性激光束改性电子束改性和离子束改性表面工程技术的应用非常广泛尤其在材料要求具备耐腐蚀抗氧化强化耐磨耐热等方面起着重要作用。从节核阀密封面性能要求与技术要求，节阀门密封面主要失效形式，内容阐述可知，阀门密封面应必须具有良好的综合性能，这种要求是采用单材质和处理工艺很难达到。为使阀门密封面达到良好的综合服役性能，通常需对阀万方数据门的密封面进行激光表面处理。常用激光表面工程方法有热喷涂喷焊堆焊激光溶覆等。现简要介绍各方法的特点及其应用。热喷涂方法的特点及应用，热喷涂是利用热源燃烧火焰等离子电弧将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法，其原理如图。图热喷涂原理示意简图热喷涂方法的特点可以在各种基体材料上喷涂，涂层材料广泛，基体材料喷涂过程中热影响小，不易变形且操作灵活方便，可以大面积喷涂，也可局部喷涂，涂层厚度范围广可以从至几毫米。热喷涂方法虽然在机械电子冶金能源交通航空航天食品石油，化工等领域得到了广泛的应用，但是，由于涂层与基体为机械式结合，涂层结合力较低，不能承受大的交变力，且孔隙率较高涂层均匀性较差，因此，核阀密封面性能的改善通常不用热喷涂，这是由于核阀的特殊要求和其工作介质的特殊性以及在工作过程中核阀必须可以承受压力和温度交变下的各种载荷力作用所决定的。喷焊方法的特点及应用，喷焊用喷枪把加热到熔化状态的合金粉末喷到零件的表面上，再用火焰使涂层重新熔化，从而使涂层与金属零件的表面熔焊在起。根据采用的热源不同，喷焊技术有，氧乙炔火焰喷焊及等离子喷焊两种。其原理简图如图图。图火焰喷焊原理简图万方数据图等离子喷焊原理简图喷焊方法的特点涂层与基体之间可形成无孔隙的冶金结合，结合强度较高，组织致密，冶金缺陷很少，但是喷焊所用材料的范围窄，而且基材热影响区大，变形比热喷涂大得多而且喷焊层的稀释率约，故热喷焊层的成分与原始粉末成分有定差别。喷焊方法不仅可以用来修复表面磨损的零件，也可以用于新零件表面的强化和装饰，使零件的使用性能更好，寿命更长，但是，基材热影响区大，基体与金粉末交互作用，对流传质较大，这使得经喷焊处理后工件变形大并且喷焊层的稀释率高，喷焊层性能下降，因此，核阀密封面性能的改善通常不用喷焊。堆焊方法的特点及应用，堆焊是在金属表面利用热源熔化专用覆层材料，以增大或恢复焊件尺寸或使材料表面达到要求所具有特殊的物理化学与机械综合性能。传统的堆焊方法有，电弧堆焊等离子狐堆焊点渣堆焊及氧乙炔焰堆焊，其方法与性能特点如表。电弧堆焊受电弧吹力影响较大，为使堆焊效率提高必导致热输入的增加，这样基材的熔深会增大，堆焊层性能下降，很难同时达到高效和低稀释率的目标等离子弧堆焊虽然可以获得较低的稀释率，但是堆焊效率较低，且不适合于小而深的孔组织结构不理想等缺陷电渣堆焊及氧乙炔焰堆焊效率也不高，而且堆焊层性能不稳定。万方数据表各种不同堆焊方法特点堆焊方法稀释率熔覆速度最小堆焊层厚度特点氧乙炔焰堆焊设备简单，成本低。火焰温度较低，稀释率小。堆焊层表面光滑，用于堆焊批量不大的零件。手工电弧堆焊设备简单，成本低，是种主要的堆焊方法。常用于小型或复杂形状零件的全位置堆焊修复。钨极氩弧堆焊设备简单，堆焊层质量高。熔化气体保护电弧堆焊成本低，熔覆率高。单丝埋弧堆焊质量稳定，熔敷率高，劳动条件好，稀释率大。多丝埋弧堆焊用双丝或多丝同时堆焊，熔敷率高，稀释率比单丝低。带极埋弧堆焊熔深浅，熔敷率高，堆焊层外形美观。等离子弧堆焊稀释率低，外形美观，堆焊零件变形小，易实现自动化。电渣堆焊适合大型工件厚堆焊层。堆焊技术的应用范围几乎遍及所有的制造业，如矿山机械输送机械冶金机械动力机械汽车石油设备化工设备以及金属构件的制造与维修等，但是，截止阀高温球阀蝶阀闸阀等钢制高参数核阀，其密封面材料要求具有耐冲蚀耐磨蚀耐擦伤耐磨损高温抗氧化性和红硬度等性能，因此这类高参数阀门密封面若采用常规堆焊方法制造很难达到物理化学与机械综合性能的要求。激光熔覆方法的特点及应用，激光熔覆是利用高能密度的激光束辐照，使具有特殊性能的材料快速熔凝快速冷却，并在基材表面熔覆层具有特殊物理化学和力学性能的材料，从而产生与基体成分和性能完全不同的高性能合金熔覆层，以增强基材性能的这工艺过程。激光熔覆工艺方法有两种，种是预置法，另种是同步送粉法，其原理简图如图图。激光熔覆为代表的高能束表面工程技术能弥补喷涂喷焊及常规堆焊等技术存在的缺点与不足，其可获得高性能的合金熔覆层，并且组织极细覆层成分及万方数据分类号密级编号硕士学位论文核阀密封面钴基合金激光熔覆层截形与显微硬度的调控研究研究生姓名艾金山指导教师姓名职称李必文教授学科专业名称机械设计及理论研究方向特种加工年月万方数据南华大学学位论文原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名年月日南华大学学位论文版权使用授权书本学位论文是本人在南华大学攻读博硕士学位期间在导师指导下完成的学位论文。本论文的研究成果归南华大学