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超音速喷涂技术在硬密封球阀中的应用
- 2020-09-14-

  1概述

  金属硬密封球阀已广泛用于石油,化工,冶金和城市建设。 通过选择不同的材料,金属硬密封球阀可应用于各种介质,例如水,蒸汽,油,硝酸,乙酸和尿素。 通过结构优化设计,金属硬密封球阀可实现无摩擦,低扭矩的启闭。 在使用中,金属硬密封球阀的主要失效模式是腐蚀和磨损。 尽管诸如表面热处理或硬质合金堆焊之类的方法可以提高金属硬密封球阀的使用寿命和耐刮擦性,但它们仍不能满足输送特殊介质(如钢灰,煤粉,硅粉和氧化铝粉)的要求。  。 如果使用超音速火焰喷涂技术处理球体,则可以在球体表面形成碳化金属陶瓷涂层。 涂层与基材的结合强度可达70MPa,孔隙率小于2%,结构均匀致密,比较完整。 硬相WC的特性,硬度> 1000HV,良好的耐磨性和耐腐蚀性,良好的机械性能,可以显着提高球阀的性能。

  2.工作原理

  超音速喷涂设备使用煤油作为燃料,使用氧气和压缩空气作为助燃剂。 该控制装置以一定的压力和流量将煤油和助燃剂输送到喷枪,并通过高性能雾化喷嘴雾化并混合成液体。 雾被喷入喷枪的燃烧室后,液雾被火花塞点燃并燃烧,形成高温高压气体,被拉瓦尔喷枪加速至超音速。 送粉系统将喷粉从拉瓦尔喷枪喷嘴的低压区域送入超音速射流,经射流加热加速后从喷枪中喷出,喷在喷枪表面 工件高速形成涂层。 由于多功能超音速喷涂技术可以使用氧气和压缩空气作为两种助燃剂,并且具有HVOF和HVAF的功能,因此可以在大范围内连续调节火焰的速度和温度。

  3.喷涂工艺

  在喷涂之前,必须对工件进行表面清洁处理和喷砂粗化处理。 一般喷涂材料为WC-12Co。  WC和Co的质量百分比分别为88%和12%,并且是通过烧结和粉碎制造的。 碳化钨在室温下具有很高的硬度,尤其是热硬度,其硬度下降到1000°C几乎没有。

  通过比较WC-12Co涂层和基体样品在30°和90°下的腐蚀磨损试验,它是30°下基体的4.5倍和90°下基体的5.2倍。 由于其强大的结合力,高硬度,并且涂层具有完整的耐磨微观结构,因此具有很高的耐蚀性。 测试表明,WC-12Co涂层的腐蚀是部分塑性腐蚀的特征。 结合相Co由于其自身的塑性变形而可以吸收塑性侵蚀颗粒的部分能量,而硬相WC具有抵抗侵蚀颗粒的作用。 两者互补,因此涂层具有良好的耐蚀性。  。

  4.申请

  在石油,化学和焦化厂,由于管道温度高,介质很容易在阀腔和密封件表面上粘附或焦化。硬密封球阀通常由于球表面结焦而导致密封不良甚至堵塞。 因此,阀座密封表面的结构被更改为具有锋利边缘的刮刀形状(,这可以在阀的打开和关闭过程中刮掉球表面上的粘附或结焦层, 从而确保密封对的可靠密封。  。

  在试生产过程中,球采用F304锻件,表面经过渗氮处理以提高硬度。 阀座材料为F304,表面涂有司太立硬质合金。 已经发现,当在室温下清洁介质时,可以确保可靠的密封。 当介质温度升高到400!以上时,由于Stellite合金的低热硬度,球体的表面被氮化并且耐磨性差。 在刮除焦炭时,很容易损坏阀座密封表面和球体表面,因此很难满足工作条件的要求。 经过分析,采用超音速喷涂技术将WC-12Co喷涂到球体表面,形成厚度约为0.3mm,硬度为60-62HRC的耐腐蚀涂层。 阀座密封面的基体仍被加工成刮刀形状,并在其表面喷涂0.3毫米厚的涂层。 通过改变喷涂工艺,涂层的硬度为55〜58HRC,使阀座密封面和球体表面的硬度形成一定的硬度差。 喷涂后,用金刚石研磨工具将球磨至Ra0.8μm的表面粗糙度,并手动匹配并研磨阀座和球的密封表面。 研磨材料由添加油酸制备的天然金刚石粉末(粒度为1200目)制成,将密封面的表面粗糙度打磨至Ra0.2μm,然后进行组装试验。 在室温下密封是可靠的。 使用专用加热设备,将阀门加热到设计上限温度540°C,并保持8小时。 运行测试表明,该阀可灵活打开和关闭,密封测试正常。 经过反复测试,球形表面无明显变化。 由于超音速喷涂WC-12Co涂层的热硬度和耐蚀性,即使在使用过程中温度升高到设计上限540°C以上,它仍可以保持良好的耐蚀性和耐磨性。 此外,刮板的表面硬度和球形表面之间的硬度差约为5HRC。 当阀座的边缘刮擦球体表面上的焦化材料时,不会损坏球体的表面和阀座的密封面,从而可以保证密封性能和使用寿命。

  5结论

  超声喷涂技术在硬密封球阀中的应用大大提高了该阀的应用范围和使用寿命。 例如,司太立合金粉末和其他材料可用于生产满足不同工作条件要求的金属涂层。 根据用户反馈,使用超音速喷涂技术进行喷涂处理的硬密封球阀的使用寿命已在水,蒸汽,油和其他介质中以及在煤粉和硅等恶劣条件下提高了约20倍。 粉末管道。 平均寿命也可以增加5倍以上。