1.概述

金屬（shǔ）硬密封球閥在石油、化工、冶金和城市建（jiàn）設中得到了（le）廣泛的應用。通過選（xuǎn）用不同的材質,金屬硬（yìng）密封球閥可以適用於水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸和尿素等多種介質。通過結構上的優化（huà）設計,金屬硬密封球閥可以實現（xiàn）無摩擦和低扭矩啟（qǐ）閉。在使用中,金屬硬密封球閥的主要失效形式是衝蝕磨損（sǔn）。雖然,通過表麵熱處理或堆焊硬質合金等方法能提高金屬硬密封球閥的使用壽命（mìng）和耐擦傷性能,但仍然不能滿（mǎn）足（zú）輸送鋼灰、煤粉、矽粉和氧化鋁粉末等特定介質的要求。如果應用超音速火焰噴塗技術處理球體,能在球體表（biǎo）麵形成碳化物金屬（shǔ）陶瓷塗層,該塗層與基體結合強度可（kě）達70MPa,孔隙率<2%,具有均勻致密的結構,比較完整的保持了硬（yìng）質相WC的特性,硬度>1000HV,防磨耐（nài）蝕性能好,有很好的機械力學性能,可（kě）以很好改變球閥的使用性能。

2.工作原理（lǐ）

圖1HVO/AF超音速噴塗裝置

超音速噴塗裝置(圖（tú）1)利用煤（méi）油為燃料,利用（yòng）氧氣和壓縮空氣為助燃劑,控製裝置（zhì）將（jiāng）煤油和助燃劑以特定的壓（yā）力和流量輸送到噴槍,經高性能霧化噴嘴霧化混合（hé）成液霧後噴入噴槍燃燒室,液霧經火花塞點（diǎn）火燃燒（shāo）後形成高溫高壓的燃氣,拉伐爾噴槍將其加速到超音速。送粉係（xì）統將噴塗粉（fěn）末從（cóng）拉伐爾噴槍嘴的（de）低壓區送入超音速（sù）射流,經射流加溫加速後（hòu）從噴槍（qiāng）噴出,高速噴向工件表麵沉積形成（chéng）塗層。由於超音速噴塗技術可以使用氧氣和壓縮空氣兩種助燃（rán）劑,同時具備HVOF和HVAF的功（gōng）能,焰流的速度和溫度在大的範圍內連續可調。

3.噴塗工藝

噴塗前,工件要經過表麵清（qīng）潔處理和噴砂粗化處理,一般噴塗材料為WC-12Co,WC與Co的（de）質量百分（fèn）數Wt分別為88%和12%,燒結破碎法製造。碳化（huà）鎢在（zài）常溫下硬度較高,特（tè）別是熱硬度（dù）很（hěn）好,至1000°C其硬度下降也（yě）很少(圖2)。

圖2溫度-硬度曲線

通過對WC-12Co塗層和基體試樣（yàng）在（zài）30∀和（hé）90∀的衝蝕磨損試驗對比（bǐ）,在30∀時為基體的4.5倍,在90∀時為基體的5.2倍。因其結合力強,硬度（dù）高,塗層有完整的防磨顯微結構,因（yīn）而抗衝蝕磨損性能（néng）較高。試（shì）驗表明,WC-12Co塗層的衝蝕呈部分（fèn）塑性衝（chōng）蝕的特征。粘結相（xiàng）Co由於自身的塑性變形,可以吸收部分塑性衝蝕粒（lì）子的能量,而硬質相WC具有抵擋衝蝕（shí）粒子的作用,二者相互補充,所以塗層具有很好的耐衝蝕磨損性能。

4.應用

在石油、化工和焦化裝置中,由於管線溫度高,介質容易（yì）在閥門內（nèi）腔（qiāng）和密封件表麵粘附或結焦,普通硬密封球閥(圖3)經（jīng）常會出現因球體表麵結焦而密封不（bú）嚴甚至卡塞。為此,將閥座密封麵結構改為帶有（yǒu）鋒利刃（rèn）口的刮刀形(圖4),可（kě）以在閥門啟閉過程（chéng）中刮削掉球體表麵的粘附物或結焦（jiāo）層,從而保證密封副的可靠密（mì）封。

圖（tú）4刮刀式高溫金屬（shǔ）硬密封球閥

在試製過程中（zhōng）,球體采用（yòng）F304鍛件,表麵氮化處理以提高硬度。閥座材質為F304,堆焊司太立硬（yìng）質（zhì）合金。使用發現（xiàn）,在常溫狀態,介質清潔（jié）的情況下,能保證可靠密封,當介質溫度升高到400!以上,由於（yú）司太立合金的熱硬（yìng）性不高,球體為表（biǎo）麵氮化處理,防磨性差,在刮（guā）削結（jié）焦物的（de）同時,很容（róng）易（yì）損壞閥座密封麵和（hé）球體表麵,故很難滿足工況要求。通（tōng）過（guò）分析（xī）,改為利用超音速噴塗技術（shù）在球體表麵（miàn）噴塗WC-12Co,形成厚約0.3mm的耐衝蝕磨損塗層,硬度60~62HRC。閥（fá）座密封麵基體仍加工成刮刀形,在其表麵也噴塗上0.3mm厚度的塗層。通過改變噴塗工藝,使其塗層硬度（dù）為（wéi）55~58HRC,使閥座密封麵硬度與球體表麵形成硬度差。噴塗完成後,球體經（jīng）金剛石磨具磨削,至表麵粗糙度Ra0.8μm後,將閥座密封麵（miàn）與球體（tǐ）手工配研。配研材料采用（yòng）加油酸（suān）調製的金剛石粉末(粒度（dù）1200目),研（yán）磨（mó）密封麵表麵粗糙度至Ra0.2μm後裝配試驗,在常溫下密封可靠。利用特定的加熱設（shè）備,將閥門加熱至（zhì）設計（jì）上限溫度540°c後,保溫（wēn）8h,操作測試,閥門啟閉靈活（huó）,密（mì）封試（shì）驗正常。經過反複多次試（shì）驗後,球（qiú）麵無明顯變化。由於超音速噴塗的（de）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（dù）升高到設計上限的540°c以（yǐ）上（shàng）,仍能保持很（hěn）好的耐衝蝕和耐擦傷（shāng）性能,而且,刮刀表麵硬度與球麵之間（jiān）具有約5HRC的硬度（dù）差。當閥座（zuò）的（de）刃口刮削球體表麵的結焦物（wù）時不會損壞球（qiú）體表麵和閥座密（mì）封麵,能保（bǎo）證密封性能和使用壽命。

5結語

超音速噴塗技術應用在硬密封（fēng）球閥中,大大提高了閥門的適用範圍和使（shǐ）用壽命。如選用（yòng）司太立（lì）合金粉末（mò）等其他材料可（kě）以製造出滿足（zú）不同工況要求的金屬塗層。根據（jù）用戶反饋信（xìn）息,使（shǐ）用超（chāo）音速噴塗技術進行噴塗處理的硬密封球閥在水、蒸汽及（jí）油品等介質中使用（yòng）壽命提高了約20倍,在煤粉、矽粉管線（xiàn）等衝蝕惡劣的工況下平均壽命也能提高5倍以上。