HVOF超音速喷涂WC-10Co-4Cr在高压闸阀中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京矿冶研究总院 作者:朱成才

  本文采用HVOF 超音速喷涂工艺、WC-10Co-4Cr 粉末,对高压闸阀阀板的工作面进行表面强化。实验结果表明,涂层的结合强度达到72.63Mpa,涂层与基体之间的结合状态良好;涂层的维氏硬度值(HV0.3)为1257.1,涂层的微观硬度值均匀,涂层致密度、韧性良好;涂层的孔隙率为1.5%左右,通过100Mpa 耐水压试验,阀板工作面未出现渗漏现象,说明涂层致密度好,该孔隙率水平下满足高压闸阀的工作需要。

  阀门广泛应用于石油、化工、冶金、电力、纺织、轻工、机械制造、建筑和国防军工等国民经济各部门, 已成为各种流体装置中不可缺少的控制设备。闸阀是指启闭体(阀板)由阀杆带动阀座密封面作升降运动的阀门,可接通或截断流体的通道。闸阀通常适用于不需要经常启闭,而且保持闸板全开或全闭的工况。闸阀相比于其它类型的阀门,具有以下优点:

  (1)流体阻力小;

  (2)开闭所需外力较小;

  (3)介质的流向不受限制;

  (4)全开时,密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小;

  (5)体形比较简单,铸造工艺性较好。

  同时,闸阀在工程应用过程中也存在如下不足之处:

  (1)外形尺寸和开启高度都较大。安装所需空间较大;

  (2)开闭过程中,密封面间有相对摩擦,容易引起擦伤现象;

  (3)闸阀一般都有两个密封面,给加工、研磨和维修增加困难。

  高压闸阀是指,工作介质一般处于常温或高温,压力很高,比如油田采油和注水用阀门等。工作介质一般有气体和液体介质。阀门一般按表1 所列标准界定。

表1 压力阀门的类别

压力阀门的类别

  本文针对国内外典型的内送粉等离子喷枪的应用现状进行了综述,以期为等离子喷涂从业人员提供一些参考和借鉴。

1、内送粉等离子喷涂枪的应用现状

  典型的内送粉等离子喷枪有加拿大NorthwestMettch 公司开发的Axial III,Praxair TAFA 公司开发的SG100,它们的结构、特点及应用如下所述。

  1.1、Axial III 等离子喷枪

  Axial III 是Mettch 公司开发的一种等离子喷枪,它采用三阴极、三阳极设计,以便实现轴向送粉,如图5 所示。

表2 WC-10Co-4Cr 喷涂粉末的物性参数

WC-10Co-4Cr 喷涂粉末的物性参数

喷涂工艺参数

表3 喷涂工艺参数

2、实验结果及讨论

  2.1、涂层结合强度

  本论文采用WDW100A 微机控制电子式万能试验机,对涂层的结合强度进行测试,检测标准按国标GB8642-2002 执行。实验条件:WDW100A 微机控制电子式万能试验机,粘胶:E7 胶,位移速度:1.0mm/min,室温:20℃。测试结果见表4。

表4 结合强度测试表

结合强度测试表

  由表中数据可知,涂层的平均结合强度为72.63Mpa,说明涂层结合强度良好。图1 为涂层横截面的SEM 照片。

WC-10Co-4Cr 涂层的SEM 照片

图1 WC-10Co-4Cr 涂层的SEM 照片

  由图可以看到,涂层与基体之间,未见氧化物夹杂,无较明显的空洞,同时基体具有良好的粗糙度,与涂层之间形成了理想的锯齿形咬合,这就保证了涂层与基体之间良好的结合强度。

  2.2、涂层硬度

  本文对涂层进行磨削、抛光处理后,使涂层的光洁度到达Ra≤1 的水平,然后直接对阀板的涂层工作面进行维氏硬度测试,测试压力为300g 力。测试方法为:在同一个视场下随机打五个点,得出的五个数值再取平均值,即为试样的度值。表5 为对两个试样测试的维氏硬度值。由表中数据可知,两个试样的平均硬度HV0.31200 以上。由图2 可知,涂层的压痕状态良好,压痕处无塌陷,说明涂层较为致密,硬度均匀,同时,沿压痕处无裂纹出现,说明涂层韧性较好。WC-10Co-4Cr 涂层良好的致密度、韧性,以及较为均匀的微观硬度,保证了涂层具有优异的耐磨损性能和良好的抗冲击性能。

表5 WC-10Co-4Cr 涂层的维氏硬度(HV0.3)

WC-10Co-4Cr 涂层的维氏硬度

涂层维氏硬度压痕的显微照片

图2 涂层维氏硬度压痕的显微照片

  2.3、涂层耐压密封实验

  本文首先采用图像分析技术,对涂层的孔隙率进行了半定量分析。图3 为通过JP8000 系统喷涂KF-65 粉末所获得的涂层的孔隙率测试结果。本实验随机选取涂层横截面的两个视场进行分析。由图可知,两个视场下的孔隙率分别为1.6%和1.4%,平均孔隙率1.5%。然后对喷涂后的进行了耐水压密封实验。实验前,将阀板工作面的涂层进行精磨、抛光,然后在水压为100Mpa(超高压)下的耐压试验,加压持续时间为30 分钟。加压结束后,实验结果显示,阀板工作面均未出现“出汗”、渗水现象,说明密封效果良好,在100Mpa 的水压力下不会出现泄漏现象。因此,获得孔隙率水平在1.5%左右的涂层,能够满足耐100Mpa 以下的水压密封要求。图4 为耐水压密封实验装置。

WC-10Co-4Cr 涂层孔隙率测试

(a)孔隙率=1.6% (b)孔隙率=1.4%

图3 WC-10Co-4Cr 涂层孔隙率测试

阀板耐水压密封实验装置

图4 阀板耐水压密封实验装置

3、总结

  采用HVOF 喷涂工艺,WC-10Co-4Cr 粉末喷涂材料,对阀板工作面进行喷涂强化,得出如下结论:

  (1)涂层的结合强度达到72.63Mpa,涂层与基体之间的结合状态良好;

  (2)涂层的维氏硬度值(HV0.3)为1257.1,涂层的微观硬度值均匀,涂层致密度、韧性良好;

  (3)涂层的孔隙率为1.5%左右,通过100Mpa耐水压试验,阀板工作面未出现渗漏现象,说明涂层致密度好,该孔隙率水平下满足高压闸阀的工作需要。

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