密封面硬化技術

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介

萊斯得閥門有限公司

1、概述  
    在火力發電廠、石油化工系統、煤化工領域，溫度超過200℃，或者高粘性流體、帶粉塵及固體顆粒狀的混合流體、強腐蝕的流體等介質中，球閥需要選用金屬硬密封球閥，所以選用合適的金屬硬密封球閥的閥球和閥座的硬化工藝十分重要。
2、金屬硬密封球閥閥球和閥座的硬化方式
    目前金屬硬密封球閥密封面常用的硬化工藝主要有以下幾種：
    （1）密封面堆焊STL硬質合金，硬度可達40HRC以上，堆焊STL的優點是耐酸、耐腐蝕，耐穿透。缺點是密封表面堆焊硬質合金工藝復雜，生產效率低，且大面積堆焊易使零件產生變形，因為造價偏高，目前對密封面堆焊的工藝使用較少，主要用在特定的介質管線如穿透性特別強的介質才會選用，其他情況一般會用超音速（HVOF）工藝噴涂STL代替。  

（2）密封面鍍硬鉻，硬度可達60～65HRC，厚度0.07～0.10mm，鍍鉻層硬度高、耐磨、并能長期保持表面光亮，工藝相對簡單，成本較低。但在部分腐蝕介質作用下也會造成鍍層脫落，而且硬鉻鍍層的硬度在溫度升高時會因其內應力的釋放而迅速降低，其工作溫度不能高于427℃（廠家不建議用在溫度這么高的管道上），另外鍍鉻層結合力低，鍍層易發生脫落。
    （3）密封面采用等離子氮化，表面硬度200~250HB（只有15~26HRC左右），氮化層厚度0.20～0.40mm，等離子氮化處理硬化工藝由于高溫氮化反應后耐腐蝕性較差，不能在化工強腐蝕等領域使用,由于表面硬度200~250HB并不算太高，密封面容易劃傷造成泄漏。
   （4）密封面超音速噴涂（HVOF）工藝，WC碳化鎢硬度最高可達70～75HRC，NI60與NI55鎳基合金硬度最高可達60～55HRC，集合強度高，厚度0.25～0.4mm，超音速噴涂也是密封面硬化主要工藝手段之一。由于噴涂（HVOF）STL工藝成本造價低于第（1）種堆焊STL，性能也比較接近，常見噴涂（HVOF）STL代替堆焊STL.

在火力發電廠、石油化工系統、煤化工領域的高粘性流體；帶粉塵及固體顆粒狀的混合流體、強腐蝕的流體介質中大部分使用該硬化工藝。
  超音速噴涂（HVOF）工藝是氧燃料燃燒產生高速氣流加速粉末粒子撞擊工件表面，形成致密表面涂層的一種工藝方法。在撞擊過程中，由于粒子的速度較快（500～750m/s）且粒子溫度較低（-3000℃），因此撞擊工件表面后，可以獲得高結合強度、低空隙率、低氧化物含量的涂層。HVOF的特點是合金粉末粒子速度超過音速，甚至是音速的2～3倍，氣流速度是音速的4倍。
  超音速噴涂（HVOF）是一種新的加工工藝，噴涂厚度0.3～0.4mm，涂層與工件之間是機械結合，結合強度高（77MPa），涂層孔隙率低（＜1%）。該工藝對工件加熱溫度低（＜93℃），工件不變形，可進行冷噴涂。噴涂時，粉末粒子速度高（1370m/s），無熱影響區，工件的成分和組織無變化，涂層硬度高，可進行機加工。
 （5）密封面離子噴焊（NI鎳基硬質合金）工藝，硬度最高可達55～65HRC（NI55、NI60、NI65鎳基合金牌號），集合強度高，厚度0.40～0.5mm，離子噴焊工藝是密封面硬化最主要工藝手段。噴焊是一種金屬材料表面熱噴涂處理工藝。它是通過熱源將粉末（金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加熱到熔融或達到高塑性狀態后，依靠氣流將其噴射，沉積到預先處理過的工件表面上，形成一層與工件表面（基材）結合牢固的涂（焊）層。  
3、硬密封球閥閥球和閥座接觸面的硬度配合
  金屬滑動接觸面一般需具有一定的硬度差，否則容易發生咬死現象。在實際運用中，一般閥球和閥座的硬度差在5HRC左右，該硬度差使球閥能具有較好使用壽命。由于球體加工復雜，加工成本高，為保護球體不易受到損壞和磨損，一般選擇球體的硬度高于閥座表面的硬度。
  閥球和閥座接觸表面硬度配合使用比較廣泛的有兩種硬度配合：

1、閥球表面硬度60HRC，閥座表面55HRC，閥球表面可采用噴焊NI60，合金硬度60±3HRC，閥座表面可采用噴焊NI55，閥座表面硬度55±3HRC，該硬度配合是金屬密封球閥使用最廣范的硬度配合，能滿足金屬硬密封球閥常規磨損要求；該配合性價比高，鎳基合金造價便宜，性能硬度比高，又能耐一定的腐蝕性，缺點是不耐強酸、強腐蝕。

2、閥球表面硬度58HRC，閥座表面53HRC，閥球表面可采用超音速噴涂Stellite20#，閥座表面可采用超音速噴涂Stellite12合金，該配合廣泛使用在高溫≤650℃與耐腐蝕的領域，具有較高的耐磨性和使用壽命，擁有襯氟閥門不具有的優勢，缺點是造價高，性能硬度比NI合金還低。

3、在專業的研磨技術下，在國內外有使用閥球和閥座表面硬度相同的配合，閥球和閥座表面均采用超音速噴涂WC碳化鎢工藝，表面硬度均大于72HRC，在超高硬度情況下，閥球和閥座接觸表面不易發生咬死。

4、硬密封球閥閥球和閥座硬化注意問題
  工件密封表面超音速噴涂（HVOF）工藝的金屬硬密封球閥閥球和閥座材料一般都選擇不銹鋼或耐腐蝕材料，否則硬質合金與閥座（或閥球）結合層容易被介質腐蝕，發生硬質合金層脫落，影響球閥壽命。而噴焊和堆焊硬化工藝中硬質合金與基體均具有熔融過程，硬質合金與基體集合處有熱融區，噴焊NI60系列由于1500度噴焊火焰作用下，合金粉與碳鋼A105材料結合強度與結合力好，所以碳素鋼A105材質表面硬化適用熱噴焊工藝，而超音速噴涂（HVOF）工藝一般選擇用不銹鋼或耐腐蝕材料。
   另外針對不同的閥座（或閥球）材料應選擇合適的硬化工藝，在煤化工領域中不銹鋼材料被廣泛使用，常見煤化工專用球閥配置為WCB閥體、F316噴焊NI60鎳基合金球體、F316噴焊NI55鎳基合金閥座、F316閥桿。在部分沖刷厲害的位置可以采用超音速噴涂WC碳化鎢來噴涂球體跟閥座的密封面，提高閥門壽命。

5、金屬閥門的密封面采用合理的硬化工藝，可提高直接決定金屬硬密封閥門的使用壽命和使用性能。

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許秀章 13736967991

2020-6-13