1.概述

金屬硬密（mì）封球閥在石油、化工、冶（yě）金（jīn）和城（chéng）市（shì）建設中得到了廣泛的應用。通過（guò）選用不同（tóng）的材質,金屬硬密封球閥可（kě）以（yǐ）適用於水、蒸（zhēng）汽、油品、硝酸、醋酸和尿（niào）素等多種介質。通過結構上的（de）優化設計,金屬硬（yìng）密封球閥可以（yǐ）實現無摩擦和低扭矩啟（qǐ）閉。在（zài）使用中,金（jīn）屬硬密封球（qiú）閥的（de）主（zhǔ）要失（shī）效形式（shì）是衝蝕磨損。雖然（rán）,通過表（biǎo）麵（miàn）熱（rè）處理或堆（duī）焊（hàn）硬（yìng）質（zhì）合金等方法能提高金屬硬密封球閥的使用（yòng）壽命和耐擦傷性（xìng）能（néng）,但仍然（rán）不能滿足輸送鋼灰（huī）、煤（méi）粉（fěn）、矽粉（fěn）和氧化鋁粉末等特（tè）定介質的要求。如果（guǒ）應用（yòng）超（chāo）音速火焰噴（pēn）塗技術處理球體,能在（zài）球體表麵形成碳化物金屬陶瓷（cí）塗層,該（gāi）塗層與基體結（jié）合強度可達70MPa,孔隙率<2%,具有均勻致密的結構,比較完整的保持了硬質相WC的特性,硬度>1000HV,防磨耐蝕（shí）性能（néng）好,有很好（hǎo）的（de）機械力學性能,可以很好改變球（qiú）閥的使用性能。

2.工作原理

圖1HVO/AF超音速（sù）噴塗裝置

超（chāo）音（yīn）速噴（pēn）塗裝置(圖1)利用煤油為（wéi）燃（rán）料,利用氧氣和壓縮空氣為助燃劑,控製裝置將煤油和助燃劑以特定的壓力（lì）和流量輸送到噴槍,經高性能霧化噴嘴霧化混合成液霧後噴入噴槍燃燒室,液（yè）霧經火花塞點火燃燒（shāo）後（hòu）形成高溫高壓的（de）燃氣,拉伐爾噴槍將其加速到（dào）超音速。送粉係統將噴（pēn）塗粉（fěn）末（mò）從拉伐爾噴槍（qiāng）嘴的低壓區送入超音速射流（liú）,經射流加溫加速後從噴（pēn）槍（qiāng）噴（pēn）出（chū）,高速噴向工件表麵沉積形成塗（tú）層。由於（yú）超音速噴塗技術可（kě）以使用（yòng）氧氣和壓縮空氣兩種（zhǒng）助燃劑,同時具備HVOF和HVAF的功能,焰流的速（sù）度和溫度在大的範圍內連續（xù）可調（diào）。

3.噴（pēn）塗（tú）工藝

噴塗前,工件要經過表麵（miàn）清潔處理（lǐ）和噴（pēn）砂（shā）粗化處理,一般噴塗材（cái）料（liào）為（wéi）WC-12Co,WC與Co的質量百分數Wt分別為88%和12%,燒結（jié）破碎法製造。碳化鎢在常溫下硬度較高,特別是熱硬度很好,至1000°C其硬度下降也很少(圖2)。

圖（tú）2溫度-硬度曲線（xiàn）

通過（guò）對WC-12Co塗層（céng）和基體試樣在30∀和90∀的衝蝕磨損試驗對比,在（zài）30∀時為基（jī）體的4.5倍,在90∀時為基體（tǐ）的5.2倍（bèi）。因其結合力強（qiáng）,硬度高,塗（tú）層有（yǒu）完整的防磨顯（xiǎn）微結構,因而抗衝蝕磨損性能較高。試驗表明,WC-12Co塗層（céng）的衝蝕呈部分（fèn）塑（sù）性衝蝕（shí）的（de）特征。粘結相Co由於自身的塑性變形,可以吸收部（bù）分（fèn）塑性衝蝕粒子的能量（liàng）,而硬質（zhì）相WC具（jù）有（yǒu）抵擋衝蝕粒（lì）子的作用,二者相（xiàng）互（hù）補充,所以塗（tú）層具有很好的耐衝蝕磨損性（xìng）能（néng）。

4.應用

在石油、化工和焦化裝置中,由於管線溫度高（gāo）,介質（zhì）容易在（zài）閥門內腔和（hé）密封件表麵粘附或（huò）結焦,普（pǔ）通（tōng）硬密（mì）封球閥(圖3)經（jīng）常會出（chū）現因球體表麵結（jié）焦而密封（fēng）不嚴甚至卡（kǎ）塞。為（wéi）此,將閥座密封麵結構改為帶有鋒利刃（rèn）口的刮刀形(圖4),可（kě）以在閥門啟閉過（guò）程中刮（guā）削掉球體表麵的粘附物或結焦層,從而保證密封副（fù）的可靠密封。

圖4刮（guā）刀式高溫（wēn）金屬硬密封球閥

在試（shì）製（zhì）過（guò）程中,球（qiú）體采用F304鍛件（jiàn）,表麵氮化處理以提高硬度。閥座材質為F304,堆焊司太立硬質（zhì）合金。使用發（fā）現（xiàn）,在常溫狀態,介質清潔（jié）的情況下,能保證（zhèng）可靠密封,當介質溫度（dù）升高到400!以上,由於司太立合（hé）金的熱硬（yìng）性不高,球體為表麵氮化（huà）處理（lǐ）,防（fáng）磨性差,在（zài）刮削結焦物的同時（shí）,很容易損壞閥（fá）座密封麵（miàn）和球體（tǐ）表麵,故（gù）很難滿足工（gōng）況要求（qiú）。通過分（fèn）析,改為利用超音速噴（pēn）塗技術在球體（tǐ）表麵噴塗WC-12Co,形成厚約0.3mm的（de）耐衝蝕磨（mó）損塗層,硬度（dù）60~62HRC。閥座密封麵基體仍（réng）加（jiā）工成（chéng）刮刀形,在其表（biǎo）麵也噴塗上0.3mm厚度的塗層。通（tōng）過改（gǎi）變（biàn）噴（pēn）塗（tú）工（gōng）藝,使（shǐ）其塗層硬度為（wéi）55~58HRC,使（shǐ）閥座密封（fēng）麵硬度與球體（tǐ）表麵形成硬度（dù）差。噴（pēn）塗完成後,球體經金剛石磨具（jù）磨削,至表麵（miàn）粗糙度Ra0.8μm後,將閥座密（mì）封麵與球體手工配研。配（pèi）研材料采用加油（yóu）酸調製的金剛石粉末(粒度1200目),研磨（mó）密封麵表麵粗糙度至Ra0.2μm後裝配試驗,在常溫下密封可（kě）靠。利用特（tè）定的加（jiā）熱（rè）設備,將閥門（mén）加熱至設計上限溫度540°c後,保溫8h,操作測試,閥門啟閉靈活,密封試驗（yàn）正常。經過反複（fù）多次試驗（yàn）後,球麵無明顯（xiǎn）變化。由於超音（yīn）速噴塗的WC-12Co塗層的熱硬性和耐衝蝕磨損性能好,在使用過程中即使溫度升高到設計上限（xiàn）的540°c以上,仍能保持很好的耐衝蝕和耐擦（cā）傷性能,而且,刮刀表麵硬度與球（qiú）麵之間具有約（yuē）5HRC的（de）硬度差。當閥座的（de）刃（rèn）口刮（guā）削球體表麵的結焦物時不會損壞球體表麵和閥座密封麵,能保證密封性能和使用壽命。

5結語

超音速噴塗技（jì）術（shù）應（yīng）用在（zài）硬密封球（qiú）閥中,大大提高了閥門（mén）的適用範圍和（hé）使用壽命。如選用司太（tài）立合金粉末（mò）等其他材料可（kě）以製造出滿足不同（tóng）工況（kuàng）要（yào）求的金屬塗層。根據用戶反饋（kuì）信息,使用超音速噴塗技術進行噴塗（tú）處理的硬密封球（qiú）閥（fá）在水（shuǐ）、蒸（zhēng）汽（qì）及（jí）油品等介質中使用（yòng）壽命提高了約（yuē）20倍,在（zài）煤粉、矽粉管線等衝蝕惡劣（liè）的工況下平均（jun1）壽命也能提高5倍以上（shàng）。