摘要：不锈钢阀门网。介绍了铸渗技术的工艺特点及其工作原理。给出了 Y 形浆料截止阀实施铸造表面合金化的工艺要求、适用材料及其操作过程。
1 概述
JL45Y25-DN250mm Y 形浆料截止阀主要用于钢厂及电厂输送炉渣的管道控制系统中。该阀由可分开的左阀体和右阀体组成，两阀体用高强度的螺栓紧固成一体，弥补了常规截止阀密封面损坏不宜拆换的问题，解决了直通式截止阀流体阻力大，弯道处容易积渣的问题，避免了闸阀由于凹槽存料而关闭不到位的问题，既有利于清洗阀门，又方便拆换密封件。不锈钢阀门网。
但使用中也出现了一些问题。主要是阀体不耐冲刷，使用寿命较短（3 个月左右）。尽管设计时在右阀体内腔的阀座出口处带有护圈，以避免阀门开启时矿浆对右阀体的冲刷，但在工作过程中，高压水流输送的炉渣仍对阀瓣和阀座边缘及内腔表面产生强烈的冲刷，形成大量的沟槽，特别是右阀体被磨穿，降低了阀门的使用寿命。
2 改进
针对 Y 形浆料截止阀使用中阀体磨穿的实际情况，采用了多种处理方法，如热喷涂、表面堆焊 Co 基合金、内镶衬铸石等等，但因为阀门内腔结构复杂，不便实施。所以采用了铸渗工艺进行复合强化，达到了提高阀体内腔表面耐冲刷性能、降低 生产成本、方便实用、缩短生产周期的目的。
3 铸渗法原理
铸渗法（熔铸法）制备表面复合材料是将一定成分的合金粉末调成涂料或预制成块，涂刷或放置在铸型的特定部位（需要提高表面性能的部位）。通过浇注时母材（基体）金属液浸透涂料或预制块的毛细孔隙，并依靠金属液热量使合金粉末熔解、熔化，与基体金属融合为一体，在铸件表面形成具有耐磨、耐热、耐腐蚀等特殊性能的表面复合层。不锈钢阀门网。
铸渗技术与其他非铸造方法的表面强化技术，如热喷涂、气相沉积、堆焊、原位反应液相烧结和复合镀层等相比，具有不需要专用设备，复合层厚，工艺简单，生产周期短、成本低廉等优点。尽管铸渗技术存在着气孔、夹渣及表面复合层厚度不均等问题，但通过选择合适浇注温度、溶剂种类和数量、粘结剂种类和数量等，对铸造工艺进行优化，可以减轻铸造过程中存在的问题。
4 铸渗材料
(1) 基体金属
Y 形浆料截止阀（图 1）阀体材料为 WCB，成分范围要求是 0.21% ～ 0.26 % C、0.35% ～ 0.55% Si、0.55% ～ 0.85% Mn、P 或 S ≤ 0.040%，属于焊接用高温碳素钢。铸钢件强度高，塑性好，且对 Mo 和 B 等渗剂材料有良好的润湿性和一定溶解度，能保证界面呈冶金结合，提高了结合强度。但由于铸钢凝固温度高，速度快，钢水流动性差，因而形成合格渗合金层难度较大。
(2) 铸渗剂
为获得高性能的表面复合层，铸渗剂选用硬度高，刚度好，且粒度适中的金属粉末或陶瓷。铸渗剂合金粉末粒度 150 ～ 200 目为宜。
5 铸渗操作
5.1 溶剂性能
(1) 润湿性
溶剂润湿性直接影响铸渗层的形成强度，因此溶剂与基体金属要有一定的润湿性。合金粉末在室温和升温过程中表面会产生氧化膜如 FeO、Fe2O3、MoO2 等。氧化膜的存在会破坏金属液与合金粉末的润湿，影响结合品质，应去除，如加入还原剂和溶剂等。
(2) 溶剂
溶剂的作用在于浇注时包裹合金颗粒使之不被氧化，受热熔化后能去除合金颗粒表面的氧化膜，清洁渗剂表面，从而增加金属液对渗剂的浸润能力。不同的溶剂及不同的加入量对铸渗的影响是不同的。研究表明，溶剂的加入量要适当。过少则不能有效改善金属液的润湿能力；过多则会因其所占的体积大，易在熔化后留下较大的孔洞，降低合金层的品质。在一定范围内提高溶剂加入量可以改善铸渗层的品质。不锈钢阀门网。
常用的溶剂有硼砂、硼酸、碳酸钠、NaF、NaCl 等。其中硼砂应用最为广泛，而 NaF 效果较好。因为 NaF 是一种比重小的造渣剂，能溶解和吸收高熔点氧化物，同时 NaF 又是一种表面活性剂，能减少钢液的表面张力，而且造渣后上浮，从而改善铸渗层质量。NaF 加入量过多会出现浇注时合金粉下沉现象，适宜的加入量是 3%（占合金粉末重量）左右。本铸渗涂料中 NaF 加入量为 2.5%。
(3) 粘结剂
粘结剂能改善金属液与涂料或膏块间的润湿性。加入粘结剂后能保证涂料附着在型壁上，膏块本身有一定的强度，保证在浇注时不变形或被高温金属液冲散，能形成稳定的毛细空隙。粘结剂的加入量过多则金属液不能使其及时全部分解，燃烧气化，结果残留在复合层中形成夹渣，影响强化效果。粘结剂的加入量过少则粘结力低、强度低、浇注时易被金属液冲散，不能形成复合层。
研究表明，为减少铸渗层的气孔和夹渣缺陷，应尽量减少粘结剂用量。常用粘结剂种类有水玻璃、桐油、树脂、聚乙烯醇缩合物等。
5.2 工艺
(1) 涂料层厚度
涂料层厚度应根据铸件渗层的具体要求确定。渗层厚度随涂刷厚度的增加而增厚。铸件厚度与合金粉厚度之比 λ 应大于 10。λ 值较大，金属液可以提供充足热量促进融合，并使铸渗层较长时间保持高温状态，便于合金化元素进行原子扩散。当涂刷厚度过小时，合金粉末易于熔化，并被金属液稀释，甚至无法形成铸渗层。涂料涂刷时要分多次涂刷，每次 0.3 ～ 0.5mm 为宜，以保证形成平整、均匀的涂料层。铸渗涂料层涂刷完成后只能自然干燥或进窖烘烤，不能点火燃烧。为避免刷涂料时粘沙，可以先刷一层醇基涂料并点燃后再刷铸渗涂料。
(2) 浇注温度
浇注温度影响铸渗层厚度和融合质量，因为浇注温度越高，基体金属液粘度越小，向涂料层渗透能力就越强。但浇注温度过高，溶剂元素烧损严重，基体晶粒粗大。浇注温度过低则结合强度低，渗层易脱落，扩散层薄或不形成扩散层。同一合金粉在不同浇注温度下得到不同厚度的渗层。不同合金粉在同一浇注温度下所得到的渗层也是有差异的。铸钢件浇注温度一般控制在 1530 ～ 1550℃。
(3) 铸造
由于 JL45Y25-DN250mm Y 形浆料截止阀易冲刷部位位于分型面上下，涂料层基本上位于侧面，有利于铸渗层的形成，同时由于涂料中有机物发气量较大应加强排气工作。
(4) 砂芯预热
砂型预热对于无论湿性或干性，也无论粘土砂型或树脂砂型，在一定工艺条件下均可以获得良好的表面合金层质量。砂芯在涂料涂覆后进窑烘干。砂芯烘干温度一般以 200 ～ 240℃ 为宜，保温 2 ～ 4h，烘烤后即出窑合箱浇注。砂芯烘干温度过低，粘结剂达不到应有的粘结强度。合金粉粘结强度低，在浇注过程中合金粉易脱落，形成的合金层不均匀。砂芯烘干温度过高，粘结剂过烧，失去粘结强度，合金粉脱落，渗层厚度不均匀。铸型预热后浇注有利于减少钢水降温，有利于保持钢水液态时间，从而保证渗层质量。
6 应用
为提高 JL45Y25-DN250mm Y 形浆料阀使用寿命，在阀体铸造过程中采用了铸渗工艺，其铸渗剂选用 Mo 粉、B-Fe 粉和 Fe2O3 粉等，溶剂选用 NaF（加入量为合金粉末质量的 35%，粘结剂选用聚乙烯醇缩丁醛（PVB，加入量 3%），涂料层厚度 1.5 ～ 2mm。铸渗法铸造工艺在阀体内腔表面形成了三元硼化物 (Mo2FeB2) 基金属陶瓷覆层。铸渗层铸态组织为 Mo2FeB + Fe 基体，铸渗层强度 ≥ 58 HRC，铸渗层与铸件钢结合为冶金结合，耐磨性为钢基体的 3 倍左右。原来阀门使用寿命最长为 3 个月，经表面铸渗处理后已使用 6 个月，使用寿命大为提高。不锈钢阀门网。
7 结语
铸渗工艺具有成本低，工艺简单，操作方便，生产周期短等特点。与基体相比，合金层耐磨性大为提高。采用铸渗技术后不但提高了浆料阀内表面的耐冲刷性能，而且降低了生产成本，缩短了生产周期，经济效益显著。铸渗层的熔合质量关键是工艺控制得当。目前存在的主要问题仍是铸渗层质量稳定性不够，有待进一步改进。