前言
目前易结晶易结疤介质使用的阀门主要有:球阀、旋塞阀、截止阀、浆液阀等,材质主要是:碳钢、不锈钢、钥二钦。它们共同的特点是使用周期短,容易内、外漏。一般结晶结疤所产生的物质硬度较大,易对密封面材质造成破坏,而球阀、旋塞阀、截止阀、浆液阀等又不具备自身除疤除结晶体的功能,这就造成密封面容易损坏,发生泄漏,造成母液外泄,腐蚀周围设备,增加工人劳动负荷。阀门的检修因无法切断而被迫工序短暂停车,造成生产被动。外漏增加现场管理的难度,到处挂“糊子”,考虑到现场管理问题,要经常冲洗,环保问题难以彻底解决。因系统结疤造成阀门无法切断、部分阀门(浆液阀等)开关费时费力等同样也给正常的生产管理带来诸多的困难。阀门频繁检修和更换,使跑、冒、滴、漏增加。因此,各易结晶易结疤介质的生产管理人员、操作人员、维修人员都感到因阀门问题而带来的诸多工作不便。在含固体颗粒介质及开闭次数较多等恶劣工况下,采用普通的金属密封材料制作密封面,阀门使用寿命短,更换频繁,由于更换阀门造成的短暂停产,使得生产运行不稳定,既浪费人力、物力,又不利于生产高效有序的运行。因此,寻找新工艺,延长阀门产品的使用寿命,势在必行。
热喷涂技术具有广泛的应用领域,与其他技术相比,有许多优越性‘,州,20世纪80年代出现的超音速火焰喷涂更促进了热喷涂技术的发展,扩大了其应用领域{5一61。氧与燃料以高速、高压喷人燃烧室,燃烧后产生2727℃的高温和1500m/:的高速膨胀气流、喷涂粉末送人这种气流中,粉末颗粒被加热并加速喷射到基体上,不仅能提高效率,得到高质量的涂层,而且大大降低了生产成本。由于其优良的性能、技术的改进及可喷涂材料的拓宽,超音速火焰喷涂得到了越来越广的应用。根据易结晶易结疤介质实际工况,我公司尝试了超音速火焰喷涂技术在高硬质合金密封节能半球阀上的应用。
2、工作原理
超音速火焰喷涂系统是通过高压燃料气体与氧气燃烧产生超音速火焰而实现喷涂的。系统工作可靠稳定,适用于喷涂金属陶瓷、金属及合金涂层,涂层致密、结合性能优异。其工作原理如下图所示:
超音速火焰喷涂技术的特点是:焰流速度极快,可达到2100m/s,这要比其他热喷涂工艺的焰流速度快5一7倍;由于速度快,粉末粒子携带强大的动能打击在基体上,使涂层致密度极高;高速度带来的另一个好处是:在粒子打击基体的瞬间,动能几乎全部转化为热能,使粒子再一次获得加热的机会,部分地补偿了焰流温度的不足,粒子的高速飞行使涂层的结合机理更偏重于机械锚固结合,也使亚冶金结合的比例增大,这使得那些极易氧化的软材料如:铝、钦、铜基体上变得容易附着涂层,超音速火焰喷涂的焰流温度适中,在喷涂碳化物陶瓷时,只把陶瓷粒子加热至半熔融状态,使涂层保持了材料原有的物理性能和化学性能。超音速火焰喷涂涂层的高硬度、高致密度、高结合强度使得涂层的耐磨损、耐腐蚀、耐冲刷等特性都远远超过了其他热喷涂工艺,从北京工业大学材料学院的检测结果可以看出:超音速火焰喷涂涂层耐磨性能是相对于加G的四倍,它正在受到越来越多技术领域的重视
3、喷涂工艺
采用偏心半球阀结构,基体材料选用304。喷涂前,工件必须经过表面清洁处理和粗化处理。针对易结晶易结疤介质对密封面磨损、腐蚀及冲蚀严重的问题,本次试验提出了喷涂Ni60及wC粉末的试验方案。
(l)清洁处理
清除表面污渍及油污,为后续处理做准备。
(2)粗化处理
采用喷砂处理对需要喷涂的部位进行粗化处理,提高表面粗糙度,改善喷涂效果。
(3)喷涂处理
喷涂处理采用DF一3000超音速火焰喷涂设备,该系统由DF一3000型喷枪、DF一3000型控制柜和送粉器及冷却系统构成。本系统通过氧气和燃气燃烧产生超音速火焰。空气和水为冷却介质,送粉气体可以使用氮气或氢气。在整个点火过程中,加入氢气,使点火更易实现。
喷涂工艺条件:
¹电:38OV20KW三相交流电º冷却方式:水冷(到工作面时工作压力大于住ZMPa)»空气压力及流量:o刀a44oL/min¼丙烷、氧气、氮气、氢气等½喷涂工件的位置离主机放置位置的距离不超过巧m抖)高温重熔技术使用专门的重熔枪对完成的喷涂层进行重熔,使合金粉末充分在火焰中熔融,在工件表面上产生塑性变形的沉积层,重熔必须在喷涂后立即进行。用中性焰或弱碳化焰的大功率柔软火焰,喷距约20-3omm,火焰与表面夹角为600一750,从距涂层约30mm处开始,适当掌握重熔速度,将涂层加热,直至涂层出现“镜面”反光为度,然后进行下一个部位的重熔。采用高温重熔后,涂层结构异常致密,涂层表面几乎不存在空隙,有效提高了涂层的防磨防腐性能。
4、实验结果
Ni60和wC在常温下硬度较高,特别是热硬度很好,至1000℃其硬度也下降很少,如图4所示:切国H侧目、、、、门钊门钊门自凸曰门n4Q\1300600瑞试验沿度七/℃图4温度一硬度曲线通过对比基体、喷涂Ni60及wc三种阀门的使用寿命,发现经过喷涂wc处理的阀门,抗冲蚀能力更强,使用寿命是采用基体材料阀门的
3.9倍,是喷涂Ni60材料阀门的1.5倍。
5、结语超音速火焰喷涂技术在高硬质合金密封节能半球阀上的应用,大大提高了阀门的使用寿命。通过对比基体、喷涂Ni60及WC三种阀门的使用寿命,发现经过喷涂wC处理的阀门,抗冲蚀能力更强,使用寿命是采用基体材料阀门的3.9倍,是喷涂Ni60材料
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