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突破传统:激光喷焊与PVD复合涂层技术 为PDS阀门密封面带来新突破

关键词: 激光喷焊 激光熔覆 阀门 泵阀

2024-06-07 13:40:27

一、背景与挑战

石油化工行业是全球经济发展的重要支柱之一,其中,球阀作为控制流体流动的关键组件,在保障生产流程的连续性和稳定性方面发挥着至关重要的作用。特别是在高频高压的操作环境中,球阀的性能直接决定了整个系统的可靠性和安全性。

 PDS球阀在聚丙烯、聚乙烯等化工产品流动控制中非常关键,这些球阀在高频次的操作环境中面临着极大的挑战。它们必须能够承受高压力、高温度,并且具有高密封性,同时还要保证在长期的循环使用中具有出色的耐用性。这就要求PDS球阀密封面必须具有很好的抗擦伤性能,极低的摩擦系数,以及很高的耐温性能。

 目前市场上的主流PDS球阀采用HVOF超音速喷涂碳化钨硬涂层作为基底,在此基础上采用PVD制作无机防护涂层。HVOF超音速喷涂技术虽然能够提供一定程度的耐磨性和硬度,但其涂层的孔隙率较高,且与基材的结合强度有限,无法完全满足在极端条件下的性能需求。虽然这些技术在一定程度上提升了球阀的性能,但在实际应用中,球阀仍面临着材料磨损、腐蚀、密封失效等问题。

这些问题主要源于:

1、非晶碳基薄膜与球阀基材硬度及模量差异过大,造成基底承载不足、薄膜内应力较高,服役过程中容易发生开裂、脱落等失效行为。

2、PVD涂层对基体的孔隙率有非常高的要求,而常规的喷焊、超音速喷涂的基底孔隙率较高,导致腐蚀液通过涂层中的孔隙渗透至基体进行腐蚀,从而导致PVD涂层快速失效。

3、超音速喷涂涂层由于球体的曲率和工艺控制的问题,涂层与基体之间存在产生较多不同形状孔隙,基体的结合强度不足,导致涂层脱落。

面对这些挑战,我们迫切需要一种创新的解决方案,以进一步提升球阀的性能,确保其在高频高压环境下的长期稳定运行。久恒光电作为阀门密封部件激光表面工艺的引领者,我们引入了激光喷焊和PVD复合涂层技术,期望这两种技术的结合为球阀表面工程带来了革命性的突破。

 二、激光喷焊技术

激光喷焊技术是在激光熔覆技术上发展起来的一种新的工艺,这一技术通过精确控制激光束,将合金粉末精确熔化并牢固地结合到基材表面,形成一层均匀、致密的保护层。这种涂层不仅硬度高,而且具有出色的耐高温和耐腐蚀性能,是球阀硬密封面防护涂层的理想选择。与激光熔覆技术相比激光喷焊技术制备的金属陶瓷涂层其中的硬质相基本上不会分解,具有孔隙率更低、稀释率更低、涂层更加均匀、制备效率是激光熔覆3-5倍的特点,成本上的优势使其极具大规模产业化推广的前景;与传统的HVOF喷涂相比,激光喷焊技术能够实现更高的结合强度和更低的孔隙率。

 激光喷焊镍基碳化钨涂层和HVOF WC涂层性能比对

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超音速喷涂WC涂层

孔隙率1-2%,涂层硬度1100-1200Hv,涂层厚度0.2mm,

结合强度≤70MP,碳化钨片层结构


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激光喷焊镍基+50%碳化钨涂层

孔隙率小于0.5%,涂层硬度45-48HRC,涂层厚度0.5mm,

冶金结合结合强度≥300MP,碳化钨颗粒结构20-45um


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激光喷焊镍基原位合成碳化钨涂层

孔隙率小于0.1%,涂层硬度65-68HRC,涂层厚度0.5mm,

冶金结合结合强度≥300MP,碳化钨颗粒尺度1-2um

激光喷焊技术能实现更高的硬度,更低的孔隙率,更高的结合强度,更高的制备效率

 

三、激光喷焊和PVD技术的复合涂层解决方案

为了进一步提升球阀的性能,我们将激光喷焊技术与PVD技术相结合,开发出一种复合涂层。这种复合涂层不仅继承了激光喷焊涂层的高硬度和高结合强度,还融合了PVD非晶碳基薄膜的优异化学稳定性和耐蚀性,这层薄膜不仅能够阻挡腐蚀介质的渗透,保护基底材料免受腐蚀,还能够显著提升基底材料的减摩抗磨性能。这种复合涂层技术的应用,不仅解决了单一涂层技术的局限性,还为球阀提供了更为全面和高效的保护,确保其在高频高压环境下的卓越性能和长期稳定运行。

 激光喷焊和PVD技术的复合涂层效果和优势:

 提升耐磨性: 激光喷焊技术制备的金属陶瓷涂层具有极高的硬度,能够显著提高球阀密封面的耐磨性。这种硬度的提升,直接降低了因摩擦引起的磨损,延长了球阀的使用寿命。

 增强耐腐蚀性: 非晶碳基薄膜的化学稳定性和高电阻率,使其在腐蚀性介质中表现出极高的化学惰性。这种特性有效阻挡了腐蚀介质的渗透,保护了基底材料,减少了腐蚀引起的损坏。

 改善密封性能: 复合涂层的低孔隙率和高结合强度,确保了涂层与基材之间的紧密连接,从而提高了球阀的密封性能。这不仅避免了介质泄漏,还提高了整个系统的安全性。

 降低维护成本: 由于复合涂层的耐用性和可靠性,球阀的维护频率和维修成本都得到了显著降低。客户可以期待更少的停机时间和更低的运营成本。

 提升生产效率: 高性能的复合涂层减少了因阀门故障导致的生产中断,从而提高了生产效率。这使得企业能够更加专注于核心业务,而不是设备维护。

 环境友好: 非晶碳基薄膜的优异耐蚀性减少了涂层的维护和更换频率,降低了因涂层损坏导致的环境污染风险。

 经济效益: 通过延长球阀的使用寿命和降低维护成本,复合涂层技术将会为企业带来了显著的经济效益。投资这种先进的表面处理技术,长期来看将带来更高的投资回报。

 四、合作与未来

随着石油化工行业的快速发展,对高频高压球阀的性能要求也在不断提升。我们的基于激光喷焊和PVD技术的复合涂层解决方案,正是应对这一市场需求的理想选择。这一技术的市场前景广阔,不仅因为它能够显著提高球阀的性能和可靠性,还因为它代表了表面工程领域的前沿技术。

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我们诚邀行业内的合作伙伴和潜在客户,共同探索这一创新技术的无限可能。我们提供:

 

定制服务: 根据客户的具体需求,提供定制化的复合涂层解决方案。

技术支持: 我们的专家团队将提供全面的技术支持,确保技术的顺利实施和应用。

持续合作: 我们期待与客户建立长期的合作关系,共同面对市场挑战,实现共赢。

 

我们相信,通过采用我们的复合涂层技术,客户不仅能够提升产品的质量和性能,还能够在激烈的市场竞争中占据有利地位。我们期待与您携手合作,共创行业美好的未来。