HVOF超音速喷涂WC-10Co-4Cr在高压闸阀中的应用

    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

    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AxialIII，PraxairTAFA公司开发的SG100，它们的结构、特点及应用如下所述。

    1.1 AxialIII等离子喷枪

    AxialIII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

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

    

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    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。

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，即为试样的硬度值。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）

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。

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    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。

（a）孔隙率 =1.6%      （b）孔隙率 =1.4%

图3 WC-10Co-4Cr涂层孔隙率测试

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。