金属硬密封Y型三通球阀球体及阀座表面的硬化技术

在某些Y型管路特殊工况介质场合，如含有大量固体硬颗粒的介质，传统的阀类，如闸阀、截止阀无法适用。对于同时存在高温、高压、含固体颗粒介质的场合，金属硬密封Y型三通球阀是目前被普遍认可的一种阀门。金属硬密封Y型三通球阀是近年来技术发展较快的阀类之一。随着其技术的发展，金属硬密封Y型三通球阀的应用的领域与范围将更加广泛。下面我们主要来探讨下金属硬密封Y型三通球阀球体及阀座表面的硬化技术。

金属硬密封Y型三通球阀球体及阀座表面的硬化技术曾经被应用过的有表面的镀硬铬、表面硬化热处理、渗氮处理、堆焊Stillite硬质合金等，目前 这些表面硬化技术已经很少使用。目前比较常用的技术由超音速火焰喷涂技术（HVOF）、镍基合金热喷涂技术及激光熔覆技术等。

1、超音速火焰喷涂技术（HVOF）

超音速火焰喷涂（HVOF）主要是通过极高的速度将耐磨粉末涂层材料喷涂到基体材料表面，喷涂时的气流速度在很大程度上决定了喷涂的质量，喷枪能够产生更高的气流速度，则耐磨粉末涂层就能够获得更高的运动速度，从而耐磨粉末涂层与基体材料就能够获得更高的结合力和更高的致密性，因此也就具有更好的耐磨性能和耐腐蚀性能。

超音速喷涂的优点是可以喷涂超硬的涂层材料，涂层的硬度甚至可以达到HRC74以上，因此涂层具有很好的抗擦伤性能和耐磨性能。另外，超音速喷涂时，基体材料不需要进行高温加热，因此基体材料不会发生热变形。由于超音速喷涂主要是通过耐磨粉末涂层与基体材料的高速撞击而产生的物理结合，结合强度比镍基合金的热喷涂要低一些，通常结合力在68～76MPa左右，因此，对于高压球阀（如CLASS1500～CLASS2500的球阀）的球体，采用超音速喷涂技术其涂层在使用中有脱落的可能。

对于超音速火焰喷涂（HVOF），涂层的性能主要有以下几个方面的指标：孔隙率、氧化物含量、显微硬度、结合强度、金相结构、涂层应力状况、涂层加工性能、涂层的均匀性等

常用的超音速喷涂材料有：碳化钨钴、碳化钨钴铬、镍基合金、碳化铬、陶瓷等。碳化钨钴及碳化钨钴铬的使用温度一般不超过540℃，要适用于更高的温度，通常可以采用碳化铬及陶瓷等喷涂材料。

考虑到超音速喷涂的结合力以及喷涂的成本，喷涂层的厚度通常控制在0.3mm左右，为了确保涂层的均匀性，Y型三通球阀球体喷涂前的圆度以及喷涂的均匀性非常重要，一般需要通过研磨以保证球体喷涂前的圆度，采用电脑控制的机械手对喷枪进行控制能够确保涂层的均匀性，而采用人工控制喷枪的方法则很难保证涂层的均匀性。

2、镍基合金热喷涂技术

镍基合金热喷涂是目前在金属硬密封Y型三通球阀上成功应用的一种密封面硬化方法，镍基合金耐磨、耐腐蚀、耐温等，其综合性能优良，根据我们的实践，镍基合金适用于灰水、黑水、煤浆、煤渣等多种工况介质。

镍基合金是一种自溶合金，主要成分包括镍、铬、硼、硅，其中镍是主要成分，也是耐磨材料与基体材料的粘合剂，根据配比成分的不同，可以获得不同的硬度，金属硬密封球阀一般采用HRC55～64的硬度。通过对基体材料及镍基合金材料的高温加热，能够使基体与密封面耐磨材料达到冶金结合，因此，镍基合金热喷涂具有结合强度高的特点。与超音速火焰喷涂相比，镍基合金热喷涂的另一个优点是涂层的厚度较大，一般为0.5～1.0mm。

对于镍基合金的热喷涂，喷涂工艺对于基体与镍基合金材料的结合力有很大的影响，Y型三通球阀球体及镍基合金材料加热温度的控制非常重要，温度过低，基体材料与镍基合金材料不能真正实现冶金结合，容易引起涂层材料的脱落。而温度过高，会导致镍基合金材料的熔化流失。对于大口径球体，由于球体各部位的壁厚很不均匀，因此，要精确均匀的控制球体的加热温度难度很大，这是镍基合金热喷涂的主要难点，为此，我们采取了中频感应球体加热的专利技术，取得了很好的效果。

3、激光熔覆技术

采用激光熔覆技术进行Y型三通球阀球体表面的合金喷焊也具有很好的效果，采用该技术，球体的热影响区很小，喷焊层的硬度比镍基热喷涂更高，但是喷焊效率较低，而且喷焊后的球体表面光洁度较低，加工量较大。

金属硬密封Y型三通球阀球体及阀座表面耐磨层的硬化技术应该根据使用工况条件、介质硬度、制造厂的工艺条件来进行合理的选择和应用。