在核废料处理等对材料性能要求极高的领域，高温合金因具备优异的耐高温、耐腐蚀及高强度特性而被广泛应用于各类设备。然而，高温合金制成的螺纹在装配与使用过程中，常因高温、高压力、强腐蚀等复杂工况出现咬合现象，严重影响设备的可靠性与使用寿命。因此，探索有效的高温合金螺纹抗咬合处理工艺，成为保障设备稳定运行的关键环节。
高温合金螺纹咬合的成因
高温合金螺纹在工作时，接触表面的微观凸起部分在压力作用下发生塑性变形，导致实际接触面积增大 。在高温环境中，合金表面原子活性增强，当螺纹相互旋合或受到振动、摩擦时，这些接触点处的金属原子容易发生扩散并粘结在一起，进而引发咬合 。此外，强腐蚀介质会破坏螺纹表面原本具有保护作用的氧化膜，露出新鲜的金属表面，使金属间的直接接触更为频繁，进一步加剧咬合倾向 。以核废料处理设备的高温合金螺纹连接件为例，在含有高浓度硝酸等强氧化性介质的环境中，氧化膜的破坏速度加快，螺纹咬合的风险显著增加 。
表面处理工艺提升抗咬合性能
固体润滑涂层技术
二硫化钼（MoS₂）涂层
二硫化钼是一种典型的层状固体润滑剂，通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）工艺，可在高温合金螺纹表面形成均匀且致密的 MoS₂涂层 。MoS₂的层间结合力较弱，在螺纹旋合与相对运动过程中，层与层之间能够发生滑动，从而有效降低摩擦系数，减少螺纹表面的磨损 。在模拟核废料处理设备高温（300℃）、强腐蚀（含 10mol/L 硝酸）环境的测试中，涂覆 MoS₂涂层的高温合金螺纹，其摩擦系数从无涂层时的 0.8 降低至 0.1，显著抑制了咬合现象的发生 。
类金刚石碳（DLC）涂层
DLC 涂层兼具高硬度和低摩擦系数的特性，其内部的 sp³ 杂化碳原子赋予涂层高硬度，而 sp² 杂化碳原子则提供润滑性能 。采用离子束沉积等先进技术制备的 DLC 涂层，与高温合金螺纹基体具有良好的结合力 。在高温、高湿度且含有氯离子的腐蚀环境中，DLC 涂层能够有效隔离合金与腐蚀介质的接触，同时降低螺纹间的摩擦，防止咬合。研究表明，在该环境下使用 DLC 涂层处理的高温合金螺纹，使用寿命延长了 2 - 3 倍 。
金属涂层应用
电镀硬铬
电镀硬铬工艺是在高温合金螺纹表面镀覆一层硬度较高的铬层，铬层硬度可达 HV800 - 1200 ，能够在螺纹表面形成一道耐磨、耐腐蚀的防护屏障 。铬层可以减少螺纹金属之间的直接接触，降低咬合风险 。但电镀硬铬存在一定局限性，如铬层的脆性相对较大，在螺纹受到较大变形或冲击时，铬层易出现裂纹，且该工艺对环境存在一定污染 。
化学镀镍 - 磷（Ni - P）
化学镀镍 - 磷工艺可在高温合金螺纹表面形成非晶态的 Ni - P 涂层，该涂层具有良好的均匀性、耐腐蚀性和较低的摩擦系数 。根据磷含量的不同，Ni - P 涂层可分为低磷、中磷和高磷涂层，其中高磷 Ni - P 涂层（磷含量在 10% - 12%）的耐腐蚀性和抗咬合性能尤为突出 。在核废料处理设备中，应用高磷 Ni - P 涂层处理的高温合金螺纹，在接触强碱性介质时，能够有效抵御腐蚀，减少咬合问题，保障设备的正常拆装与运行 。
材料优化增强抗咬合能力
合金成分调整
在高温合金的成分设计中，适当添加特定元素可改善螺纹的抗咬合性能 。例如，添加微量的铅（Pb）、铋（Bi）等低熔点元素，这些元素在摩擦过程中会在螺纹表面形成润滑膜，降低摩擦系数，从而减少咬合 。但由于铅、铋等元素会对合金的力学性能产生一定负面影响，因此需严格控制添加量 。此外，增加合金中铬、钼等元素的含量，可增强合金表面钝化膜的稳定性，提高其在腐蚀环境下的抗咬合能力 。
微观组织改善
通过合适的热处理工艺优化高温合金的微观组织，能够提高螺纹的抗咬合性能 。例如，采用固溶处理和时效处理相结合的方式，可使合金中的第二相均匀分布，细化晶粒组织 。细小均匀的晶粒组织能够增加晶界面积，阻碍金属原子的扩散，减少咬合的发生 。同时，均匀分布的第二相粒子可以强化合金基体，提高螺纹的耐磨性和抗变形能力，降低因磨损导致的咬合风险 。
工艺改进降低咬合风险
螺纹加工精度控制
提高高温合金螺纹的加工精度，能够减少螺纹表面的微观缺陷和粗糙度 。采用高精度的数控加工设备和先进的刀具，严格控制螺纹的螺距、牙型角、中径等参数，确保螺纹的配合精度 。研究表明，将螺纹表面粗糙度从 Ra3.2μm 降低至 Ra0.8μm，可使螺纹间的摩擦系数降低约 20%，有效减少咬合现象 。此外，合理设计螺纹的牙型，如采用特殊的锯齿形牙型或优化牙型角，也有助于改善螺纹的受力分布，降低咬合倾向 。
装配工艺优化
在高温合金螺纹的装配过程中，采用合理的装配工艺对预防咬合至关重要 。涂抹合适的润滑剂是常用的方法之一，除了上述提到的固体润滑涂层，在装配时还可使用高温抗咬合剂，如含有二硫化钼、石墨等成分的膏状润滑剂 。这些润滑剂能够在螺纹表面形成连续的润滑膜，进一步降低摩擦 。同时，控制装配扭矩和拧紧速度也十分关键，避免因扭矩过大或拧紧速度过快导致螺纹表面局部压力过高，引发咬合 。在核废料处理设备的高温合金螺纹装配中，通过精确控制装配扭矩，并采用分步拧紧的方式，可有效减少咬合问题的出现 。
高温合金螺纹抗咬合处理工艺的不断发展与完善，将为核废料处理等领域的设备稳定运行提供有力保障。随着材料科学与加工技术的持续进步，未来还将有更多创新型抗咬合处理工艺涌现，进一步提升高温合金螺纹的性能与可靠性 。