球阀火焰喷涂涂层脱落原因分析

球阀火焰喷涂涂层脱落原因分析

杨时春2、熊翠3、王良峰

1、浙江海睿阀门有限公司          浙江省温州市   325000

2、正南阀门（浙江）有限公司浙江省温州市   325000

3、温州市良业阀门有限公司浙江省温州市   325000

摘要：针对于球阀火焰喷涂涂层来讲，如果球阀和阀杆交界处出现变形问题，那么就容易使球阀表面出火焰喷涂涂层出现脱落问题。在过程中可以使用多种方式来对涂层脱落原因进行分析，然后在提出相应的解决对策，如优化工艺、完善涂层制备、在硬封闭阀门中科学运用火焰喷涂技术以及积极进行维护控制等等，希望可以为相关人士提供参考和借鉴。

关键词：球阀 火焰喷涂 喷涂涂层 脱落原因 思考

   在诸多行业发展中，都会使用到球阀，其可以对管道内部介质流量进行控制，同时也可以进行开启、闭合，以便确保介质有效流通与截止。针对于机构运行来讲，球阀和阀座会长时间进行密封旋转，两者之间因滑动摩擦就容易出现减薄、磨损以及变形问题，这样就会直接影响到球阀对介质的调节控制。球阀外表面与阀座表面两者硬质图层表面改性十分关键，火焰喷涂可以提升涂层表面硬度及耐磨性，但也会出现涂层脱落情况，需要细致分析原因且提出解决措施。

一、分析球阀火焰喷涂涂层脱落原因

   阀杆借助矩形交接能够与球阀两者实现联动，进而使球阀在环形阀在垫上进行旋转，长时间使用就容易使阀杆与球阀接触处出现相对明显的变化，如阀杆矩形端口磨损严重、球阀矩形凹槽因挤压出现凹坑[1]。另外，交界处覆盖在球阀表面的硬质涂层也会随之出现裂碎或脱落情况。如果球阀表面涂层出现严重破碎问题，且主要集中在矩形凹槽的长边附近；凹槽内部和阀杆交界处变形严重；破裂涂层尖角明显；开裂形状为崩断，这样就可以确定这一球阀的加工工艺为火焰喷涂和矩形槽机械加工。

二、阐述球阀火焰喷涂涂层脱落的解决的对策

（一）工艺优化

   其一应先对球阀实施凹槽机械加工，然后在进行火焰喷涂，确保火焰喷涂涂层可以覆盖凹槽内部，使球阀的与阀杆旋转受力点硬度及抗变形能力都得到提升[2]；其二则是在对球阀进行凹槽机械加工以后，需要依照球阀变形点来确定其受力区域，然后在交接面受力区实施硬质合金内孔的激光熔覆改性，这样就可以提升交接处的硬度及抗变形能力。

（二）完善涂层制备

   在强化球阀涂层的过程中，可使用以煤油为燃料、氧气为助燃气体的设备在30CrMo钢中制备Cr3C2-NiCr涂层，依照火焰喷涂工艺可以优化结果，参数为表1所示，

表1 火焰喷涂工艺制备Cr3C2-NiCr涂层工艺参数

   在过程先使用低功率火焰对基体进行预热处理，之后在使用火焰喷涂方式，喷涂次数应达到10余次，确保沉积Cr3C2-NiCr涂层厚度约为0.25mm左右。在喷涂阶段，基体温度较低则容易使沉积率降低，反之则会使基体与涂层两者之间的膨胀系数有一定不差距，如收缩不同就容易使样品出现变形或开裂问题[3]。所以，为进一步规避基体过热，可使用间歇喷涂的方式来逐层实施，确保基体样品温度可以控制在的60℃---200℃之间。

（三）电化学腐蚀机理

   想要保障Cr3C2-NiCr涂层抗腐蚀性能的提升与降低脱落问题的出现，需要保障Cr3C2-NiCr涂层中的陶瓷相温度、不容易被腐蚀。针对于合金粘结相NiCr中Ni来讲，其是一种性质十分稳定的金属，而Cr的耐腐蚀性也相对较高，其中Cr含量为百分之二十，可以超出形成致密Cr2O3膜层要求的最低Cr含量，进一步说明了其耐腐蚀性较高。Cr3C2-NiCr涂层在经过化学腐蚀之后，其表面会出现诸多孔洞，这些都孔洞主要是由Cr3C2粒子脱落导致形成的。因为Cr3C2-NiCr涂层主要是由陶瓷相Cr3C2和合金粘结相NiCr构成的，在NaCl溶液中，Cr3C2陶瓷颗粒的腐蚀性相对较高。而在腐蚀阶段，高电位Cr3C2与合金粘结相NiCr之间会生成诸多腐蚀微电池，其会出现优先腐蚀溶解，同时在Cr3C2粒子周边会生成较为明显的腐蚀。在腐蚀继续的背景下，NiCr合金溶解也会不断增加，缝隙随时加深，在Cr3C2粒子失去NiCr支撑与固定以后，Cr3C2粒子就会出现脱落情况。而Cr3C2-NiCr涂层是由稳定Cr3C2陶瓷粒与抗腐蚀性能较高的NiCr合金组合形成的，科学组合能够使Cr3C2粒子脱落进程减缓，进而有利于提升涂层的抗腐蚀性能。

（四）火焰喷涂在硬密封阀门中科学运用

火焰喷涂的Cr3C2-NiCr涂层和基体材料融合强度高、结构致密、抗磨损及抗腐蚀性能较高。从这一层面分析，实践开展应对闸板、球体、阀座零件进行喷砂粗化处理，完成之后在使用火焰喷涂系统在阀门零件的工作面中喷涂Cr3C2-NiCr涂层，操作时球阀会在回转机床的带动下均匀变速，这种运动方式可以使喷涂焰流垂直在待喷涂球面的切面，同时使喷涂具体保持统一

[4]。同时，由于球阀大回转半径处线速度相对较大，在喷枪焰流从的球阀小回转半径朝着球阀大回转半径方向移动的过程中，喷枪的移动速度也会发生变化，即为速度变慢，这样的方式可以确保沉积在球阀表面的涂层厚度更加均匀。另外，阀座也应依照上述工艺来开展喷涂，确保阀座喷涂厚度也能够满足标准要求，在球体与阀座表层沉积涂层厚度达到0.25mm---0.30mm时，就可以将喷涂了Cr3C2-NiCr涂层的球阀与阀座实施磨削及配对研磨操作，最后装配到结构优化完成之后的球阀中，通过相关实践证明，配备Cr3C2-NiCr涂层的球阀其使用年限也可以得到提升。

（五）积极进行维护控制

1.为确保球阀火焰喷涂涂层不出现脱落问题且确保质量，需要依照设备制造厂商的建议来做好检查与设备维护等工作；2.构建喷枪工作时间记录制度体系，在运行工作时间已经达到八小时以后，不仅要检查喷枪嘴积瘤情况，也需要检查燃烧室内部的积碳情况，依照实际实际情况来更换喷嘴且清理燃烧室；3.对吹砂重复使用的砂粒需要定期进行称重，同时应注意的是，在使用砂粒比同体积新砂粒质量大于等于百分之二十时，需要及时进行更换；4.需要做好喷涂设备的工作与日志维护，认真记录设备工作情况、原件更换情况以及维修情况等等，这样的方式不仅可以了解设备性能，也可以进一步提升喷涂质量，使喷涂涂层不会出现脱落问题；5.定期检查档焰板的表面情况，在检查开展阶段如果发现表面已经出现锈蚀情况，就可以使用吹石英砂的方式来进行清除处理，避免锈蚀物的被火焰束流携带，进而出现涂层夹杂问题。一旦涂层夹杂，那么机会影响到球阀涂层整体质量，也会降低球阀使用时间。
结束语：

结合全文，火焰喷涂的焰流其具有速度高且温度较低的特点，适合制备合金与合金碳化物涂层。针对于合金涂层来讲，其添加了Cr3C2陶瓷颗粒的Cr3C2-NiCr，涂层硬度与耐磨性都得到了提升，其已经运用到了诸多领域的各类球阀与阀门表面防护中。
参考文献：
[1]马军,戴万祥,刘海波等.球阀球芯涂层硬度分布问题探究及其解决方式[J].阀门,2022(02):128-132.

[2]王坤,姜鹤明,金克雨等.球阀表面热喷涂镍基合金强化层耐磨性的研究[J].四川冶金,2022,44(02):23-27+59.

[3]黄宇生,柏洪武,邱晓来等.超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层性能及其在金属硬密封球阀上的应用[J].材料保护,2020,53(09):50-55.

[4]孙兵兵,姚长江,胡高林等.海绵钛冶炼用高温耐磨球阀的设计[J].通用机械,2020(06):34-38.