1 .概要
金属密封球阀广泛应用于石油、化工、冶金和城市建设。 通过选择不同的材质，金属硬密封球阀可应用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、尿素等多种介质。 通过结构上的优化设计，金属硬密封球阀没有摩擦，可以实现低转矩的开闭。 使用中，金属硬密封球阀的主要失效形式是冲蚀磨损。 但采用表面热处理和硬质合金堆焊等方法可以提高金属硬密封球阀的使用寿命和抗划伤性能，但不能满足输送钢灰、煤粉、硅粉、氧化铝粉末等特殊介质的要求。 应用超音速火焰喷涂技术处理球体，可以在球体表面形成碳化物金属陶瓷涂层，该涂层与基体的结合强度可达70MPa，孔隙率可达1000HV，耐磨耐蚀性好，有良好的机械力学性能，显著改善了球阀的使用性能
2 .工作原理
图1HVO/AF超音速喷涂装置
超音速喷涂以煤油为燃料，氧气和压缩空气为助燃剂。 控制装置将煤油和助燃剂以一定的压力和流量输送到喷枪，用高性能雾化喷嘴雾化混合成液雾喷入喷枪燃烧室，液雾用火花塞点火燃烧成高温高压气体，拉瓦尔喷嘴将其加速至超音速。 送粉系统由拉包尔喷枪喷嘴低压区输送超音速射流，经射流加温加速后，由喷枪喷出，高速喷到工件表面形成涂层。 多功能超音速喷涂技术可使用氧气和压缩空气两种助燃剂，同时具备HVOF和HVAF功能，火焰速度和温度大范围连续可调。
3 .涂装工序
涂装前，工件需经过表面清洁处理和喷砂粗化处理，一般涂装材料为WC-12Co，WC和Co的质量百分率Wt分别为88%和12%，采用烧结破碎法制造。 碳化钨常温下硬度高，热硬度特别好，到1000C硬度下降也少(图2 )。
图2温度-硬度曲线
将WC-12Co涂层与基体试样在30和90下的冲蚀磨损试验进行比较，30时为基体的4.5倍，90时为基体的5.2倍。 其结合力强、硬度高，涂层有完整的耐磨显微结构，因此耐冲蚀磨损性高。 试验表明，WC-12Co涂层的冲蚀呈现部分塑性冲蚀特征。 粘结相Co通过自身的塑性变形，可以吸收塑性冲蚀粒子的一部分能量，而硬质相WC对冲蚀粒子有抵抗作用，两者相辅相成，使得涂层具有较好的抗冲蚀磨损性能。
4 .应用在石油、化工、焦化装置中，由于管线温度高，介质容易附着或粘结在阀门内腔和密封表面，在普通硬密封球阀(图3 )中，球体表面的粘结往往会导致密封严重或堵塞。 因此，通过将阀座密封面的结构改为具有锐利边缘的刮铲形，可以在阀的开闭中刮掉球体表面的附着物和粘结层，确保副密封的可靠密封。
图4刮板式高温金属硬密封球阀
试制中，球体采用F304锻件，表面氮化处理提高硬度。 阀座材质为F304，为肉盛司太立硬质合金。 使用后发现，在常温状态下，介质清洁时，能保证可靠的密封，介质温度上升到400！ 综上所述，由于板条合金热固性不高，球体经过表面渗氮处理，耐磨性差，在刮除粘结物的同时，容易损伤阀座密封面和球体表面，难以满足工况要求。 通过分析，改为采用超音速喷涂技术在球体表面喷涂WC-12Co，形成了厚约0.3mm的抗冲蚀磨损涂层，硬度60~62HRC。 阀座面基体仍被加工成刮刀状，其表面也涂有0.3mm厚的涂层。 通过改变涂装工艺，使其涂层硬度为55~58HRC，阀座密封面的硬度与球体表面形成一定的硬度差。 涂装结束后，用金刚石砂轮将球体磨削至表面粗糙度Ra0.8m后，用手研磨阀座的密封面和球体。 配合材料使用油酸配制的天然金刚石粉末(粒度1200目)，将密封面的表面粗糙度研磨至Ra0.2m后，进行组装试验，常温下密封可靠。 利用特制的加热设备，阀门加热至设计上限温度540c后保温8小时，进行操作测试，阀门开关灵活，密封试验正常。 经过多次实验，球面没有明显的变化。 超音速喷涂的WC-12Co涂层具有良好的热固性和抗冲蚀磨损性，在使用过程中即使温度上升到设计上限540c以上也能很好地保持抗冲蚀和耐磨性，并且刮板表面硬度与球面之间存在约5HRC的硬度差。 阀座边缘刮削球体表面的粘结物时，不会损伤球体表面和阀座密封面，可以保证密封性能和寿命。
5结语
超音速喷涂技术应用于硬密封球阀，大大提高了阀门的适用范围和使用寿命。 选用司太立合金粉末等其他材料，即可制备出满足不同工况要求的金属涂层。 用户反馈显示，采用超音速喷涂技术进行喷涂处理的硬密封球阀在水、蒸汽、油等介质中的寿命可提高约20倍，在煤粉、硅粉管线等侵蚀严重的情况下平均寿命也可提高5倍以上。
