陶瓷层密封阀应用技术研究
孙新新
中国知网
摘 要
球锥面密封结构是航空航天及化学工业中普遍采用的密封结构，对其密封性能研究及改进具有一定的工程应用价值。球锥面加注管接头是航天器发射前，推进液加注的关键零件。现行使用的加注管接头零件，材料为 1Cr18Ni9Ti，加工好的加注管接头仅仅经过酸洗处理，以增加表面的光洁度及抗氧化能力，并未经过其它特殊热处理工艺，且多为单次加注设计，不能满足推进液体的在轨多次加注服务；使用加注管接头时，未按照严格的拧紧力矩规范，一旦重复使用后，其密封性能下降，重复使用的次数有限；此外，加注管接头球锥面的材料均为不锈钢材质，空间环境下使用时，接触表面极易发生冷焊现象及严重磨损，导致密封失效。
针对以上问题，本文综合采用涂层表面处理技术、特殊热处理技术及拧紧力矩管理方案，在密封性实验装置上探索了性能最佳的加注管接头方案及使用方法；借助 ANSYS有限元软件，模拟分析了接触表面的应力分布情况；利用扫描电镜，对密封失效的加注管球面结构进行表面形貌分析，以研究其密封失效机理。
密封实验研究结果表明：TiN 涂层锥面+真空固溶处理球面配合形式下的加注管接头，在严格的拧紧力矩管理方案下，重复使用效果最好。有限元仿真结果显示：集中力载荷一定的条件下，随着涂层厚度的增加，接触表面的最大应力逐渐减小。当基体弹性模量与涂层弹性模量接近时，接触表面的应力最小。通过表面电镜分析得出：原材料及真空固溶处理后的加注管接头，粘着磨损及磨粒磨损现象较为严重；对带涂层的加注管接头，犁耕切削和脆性剥落现象较为严重。
关键词：密封；涂层；真空固溶处理；拧紧力矩规范
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