1 概述
提高金属密封球阀球体表面硬度的方法有许多种,其各自都有不同的特点。¹球体表面堆焊司太立合
金,硬度可达40HRC以上,但工艺复杂,生产效率低。º球体表面镀铬,硬度60~65HRC,厚度0107~0110mm,其
几何形状不容易保证,长期使用镀层容易脱落。»球体采用等离子氮化,表面硬度60~65HRC,氮化层厚度
0120~0140mm,几何形状不变,氮化层不脱落。¼表面超音速喷涂(HVOF)碳化钨合金,硬度70~75HRC,结合强
度高,厚度0130~0140mm。HVOF是一种新的加工工艺,本文对此加以介绍。
2 超音速喷涂
2.1 原理
HVOF是将燃料气在氧气中燃烧后产生高压高速气流,然后将合金粉末送入此气流中,喷涂工件表面(
图1)。
HVOF的特点是合金粉末粒子速度超过音速,甚至是音速的2~3倍,气流速度是音速的4倍。
2.2 操作
Jet1kote是最早的HVOF系统, Jet1koteÒ是比较成熟的HVOF系统, 20世纪80年代在美国广泛应用。
Jet1koteÒNovaA是优化改进的HVOF系统(图2)。采用HVOF工艺,涂层与工件之间是机械结合,结合强度高
(77MPa),涂层孔隙率低(<1%)。该工艺对工件加热温度低(<93e),工件不变形,可进行冷喷涂。喷涂时火
焰温度高(2 650~2 870e),粉末粒子速度高(1 370m/s),无热影响区,工件的成分和组织无变化,涂层硬度
高,可机加工。
该系统使用JK3000喷枪(图3),该装置结构紧凑合理,枪体材料多样,喷嘴形式多样,寿命长,沉积率高,
火焰集中,密封合理,安全可靠,独特的直角加速设计。
2.3 材料
HVOF常用的喷涂材料均为粉末,主要有JK112、JK117、JK120、JK135和JK576等(表1)。
2.4 HVOF工艺方法
HVOF工艺按以下步骤操作。表面处理喷砂喷涂(磨加工)
3 分析
3.1 工艺性能HVOF涂层和镀铬涂层的工艺性能见表2.
3.2 耐磨性
涂层的耐磨性是一项非常重要的指标,用HVOF方法喷涂的WC-Co/NiCrMo涂层的耐磨性是镀铬的215倍以上
(图4)。用HVOF方法喷涂的WC-CoCr (JK120)涂层的磨损量较小.
313 耐蚀性
腐蚀试验包括ASTM B117盐雾试验、GM9540P/B循环腐蚀试验及大气腐蚀试验。将4340钢表面采用镀
铬、HVOF WC-Co和HVOFTribaloy400处理,在500h盐雾试验后, WC-Co涂层的耐蚀性较好。据介绍, HVOF
WC-Co、WC-Co-Cr、Cr2O3和WC-17Co (JK117)等涂层的耐盐雾腐蚀能力优于镀铬层。HVOF WC-CoCr
(JK120)涂层经750h盐雾腐蚀后,没有腐蚀现象。在经过18个月的大气腐蚀试验后, WC-Co涂层几乎没有
变化。
314 耐疲劳性
镀铬涂层中存在拉应力,因此对基体的耐疲劳特性有非常不利的影响。但是,对HVOF涂层来说,通过
精确控制沉积工艺,可以确保沉积的HVOF涂层处于压应力状态。试验结果表明,HVOF涂层对于基体的耐疲
劳性影响小。通过对电镀铬试样和HVOF涂层进行室温高周(HCF)和低周(LCF)疲劳试验(图6)显示, HVOF
喷涂试验的疲劳强度有一点降低,而电镀铬试样有明显降低,说明应用HVOF涂层对疲劳寿命的影响将会比
电镀铬小。
315 涂层性能
HVOF涂层与电镀铬层的性能比较见表3。
性能JK112 JK135镀铬
显微硬度/HV 1 100~1 400 900~1 000 800~1 000
涂镀态粗糙度/RMS 140~170 180~200 40~50
磨削态粗糙度Ra/Lm 10 10 16~32
干磨料磨损率/% 012 014 110
最高使用温度/e540 980 430
4 结语
HVOF可以对单个零件进行喷涂,也可对多个零件同时进行喷涂。我公司于2001年开发的整体阀座金属密封球阀,球体和阀座使用HVOFJK112涂层,硬度\70HRC,寿命试验2万次,密封情况良好,用户使用获得了良好的效果,整体阀座金属密封球阀可真正的消除泄漏,提高工作效率,并使维护更安全,停工时间更短。
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