王鵬（煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司 山東省煙臺(tái)市 264006）

祝艷華（煙臺(tái)萬潤精細(xì)化工股份有限公司 山東省煙臺(tái)市 264006）

引言

在工業(yè)生產(chǎn)上，閥門應(yīng)用量巨大，在石油、煤化工、電廠、帶粉塵或固體顆粒狀的混合流體、高流速等介質(zhì)中，金屬閥門沖刷腐蝕比較厲害，為保證閥門使用壽命及生產(chǎn)安全，需要對(duì)閥門進(jìn)行硬化處理。本文主要討論了幾種閥門常用的硬化技術(shù)在閥門上的應(yīng)用。

一、閥門硬化的原則

閥門硬化的基本原則根據(jù)閥門形式的不同而不盡相同，但最主要的一條是成本，在保證正常使用的情況下，選擇最低成本的硬化工藝及硬化材料，在這里介紹金屬單座控制閥、硬密封球閥兩種通用閥門的硬化原則。

金屬單座控制閥：閥芯與閥座的硬化材料及厚度一般是相同的，所以兩者硬度等方面參數(shù)是一樣的，并且閥門生產(chǎn)廠家在出售閥內(nèi)件時(shí)，大多都是按一整套即閥芯、閥座、閥桿出售的，所以兩者在更換時(shí)一般是同時(shí)更換的。

硬密封球閥：球芯的硬化硬度要稍高于閥座的硬化硬度，一般球芯比閥座高5～10個(gè)洛氏硬度，目的是兩者接觸密封時(shí)，一是避免兩者材質(zhì)一樣長時(shí)間接觸不動(dòng)作造成咬合(因?yàn)閮烧呓佑|面積比較大），二是從損壞的角度講，要保護(hù)閥球而放棄閥座，因?yàn)殚y座更換成本比閥球低的多。

另外需要注意的一點(diǎn)是，當(dāng)閥芯閥座的硬化材料不同時(shí)，需要結(jié)合工藝介質(zhì)進(jìn)行分析，防止出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。

二、閥門常用的硬化技術(shù)及特點(diǎn)

閥門常用的硬化技術(shù)有堆焊、鍍硬鉻、滲氮及噴涂等。

1.堆焊硬質(zhì)合金，硬度可達(dá)30 HR C以上，閥內(nèi)件表面堆焊硬質(zhì)合金工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，且大面積堆焊易使零件產(chǎn)生變形和裂紋，目前對(duì)球閥表面硬化的工藝使用較少，對(duì)金屬單座閥等閥門堆焊較為常見。

2.鍍硬鉻，硬度可達(dá)40～55 HR C，厚度0.07～0.10 mm，鍍鉻層硬度高、耐磨、耐蝕并能長期保持表面光亮，工藝相對(duì)簡單，成本較低。但硬鉻鍍層的硬度在溫度升高時(shí)會(huì)因其內(nèi)應(yīng)力的釋放而迅速降低，其工作溫度不能高于427℃。另外鍍鉻層結(jié)合力低，鍍層易發(fā)生脫落。鍍硬鉻工藝一般用在耐磨閥門上，例如金屬球閥，在其他閥門上應(yīng)用較少。但是隨著硬化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，鍍硬鉻正逐漸被噴涂工藝取代。

3.（等）離子氮化，表面硬度可達(dá)HV 800～1200，氮化層厚度0.05～0.10 mm，（等）離子氮化處理硬化工藝由于耐腐蝕性較差，不能在化工強(qiáng)腐蝕等領(lǐng)域使用。

4.超音速火焰噴涂（HVOF）工藝，硬度最高可達(dá)60～70 HR C，集合強(qiáng)度高，厚度0.3～0.4 mm，超音速噴涂是球閥等表面需硬化面積較大的主要工藝手段。在火力發(fā)電廠、石油化工系統(tǒng)、煤化工領(lǐng)域的高粘性流體；帶粉塵及固體顆粒狀的混合流體、強(qiáng)腐蝕的流體介質(zhì)中大部分使用該硬化工藝。 超音速噴涂工藝是氧燃料燃燒產(chǎn)生高速氣流加速粉末粒子撞擊工件表面，形成致密表面涂層的一種工藝方法。在撞擊過程中，由于粒子的速度較快（500～750 m/s）且粒子溫度較低（3000℃），因此撞擊工件表面后，可以獲得高結(jié)合強(qiáng)度、低空隙率、低氧化物含量的涂層。

超音速噴涂的特點(diǎn)是合金粉末粒子速度超過音速，甚至是音速的2～3倍，氣流速度是音速的4倍。 HVOF是一種新的加工工藝，噴涂厚度0.3～0.4 mm，涂層與工件之間是機(jī)械結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高（77 MP a），涂層孔隙率低（小于1%）。該工藝對(duì)工件加熱溫度低（低于93℃），工件不變形，可進(jìn)行冷噴涂。噴涂時(shí)，粉末粒子焰流速度高（1370 m/s），無熱影響區(qū)，工件的成分和組織無變化，涂層硬度高，可進(jìn)行機(jī)加工?，F(xiàn)在超音速噴涂工藝正在被廣泛應(yīng)用。

5.噴焊是一種金屬材料表面熱噴涂處理工藝。它是通過熱源將粉末（金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加熱到熔融或達(dá)到高塑性狀態(tài)后，依靠氣流將其噴射，沉積到預(yù)先處理過的工件表面上，形成一層與工件表面（基材）結(jié)合牢固的涂（焊）層。噴焊和堆焊硬化工藝中硬質(zhì)合金與基體均具有熔融過程，硬質(zhì)合金與基體集合處有熱融區(qū)，為完全達(dá)到噴焊或堆焊硬質(zhì)合金層性能，避免加工后焊接熱融區(qū)為金屬接觸面，建議噴焊或堆焊硬質(zhì)合金厚度需要大于3 mm以上。

我公司現(xiàn)在所接觸閥門及我所了解的其它幾個(gè)行業(yè)大多為堆焊和超音速噴涂（HVOF）工藝，兩種工藝成本低，操作相對(duì)簡單，能夠滿足大多數(shù)工況的需求。

三、硬化材料的介紹及選擇條件

硬化材料根據(jù)硬化工藝的不同而不同，能夠進(jìn)行材料選擇的工藝有堆焊工藝、超音速噴涂（HVOF）工藝、噴焊工藝，鍍硬鉻與等離子氮化工藝方法固定，所選材料或者媒介也是固定的。堆焊工藝一般是選擇司太立合金（一般是司太立6、司太立12、司太立20等）或哈氏C合金，超音速噴涂（HVOF）工藝主要選擇硬質(zhì)合金、碳化鎢、鉻基合金、鎳基合金、陶瓷等，噴焊工藝所選材料為鎳基合金、鈷基合金等。

選擇閥門密封面硬化材料，首先應(yīng)滿足閥門的使用要求，壽命長、密封性能好，應(yīng)根據(jù)閥門密封面的主要失效形式，注意材料的綜合性能、工藝性、加工性和經(jīng)濟(jì)性選用合金材料；二是根據(jù)使用溫度、壓力和介質(zhì)選擇密封面材料；三是根據(jù)材料的工藝適用影響。

對(duì)石英玻璃原料進(jìn)行提純的原理是利用石英、云母及長石在酸中溶解時(shí)的性能區(qū)別進(jìn)行酸浸處理。其中脈石英要用強(qiáng)酸氫氟酸才更容易被溶解。通過酸浸溶解，對(duì)石英粉料中的包裹體的量有所降低，對(duì)包裹體中的部分雜質(zhì)元素能夠去除，對(duì)原料中包裹氣體含量的降低也有所幫助。

3.石英砂的球形化

對(duì)二氧化硅進(jìn)行球形化的原因在于：①球形態(tài)的表面流動(dòng)性好，與樹脂攪拌成膜均勻度好；②與角形硅粉相比較，能夠很好地提高填充率，質(zhì)量比可高達(dá)90.5%；③球形與角形硅粉的塑封料應(yīng)力集中之比大約為0.6:1，可見，球形化形成的塑封料應(yīng)力集中較小，強(qiáng)度相對(duì)就較高；④球形粉摩擦系數(shù)小，對(duì)模具的磨損就小，能夠延長模具的使用壽命。

目前，球形硅微粉主要在大規(guī)模集成電路封裝中被應(yīng)用。在航空、航天、精細(xì)化工、大面積電子基板、特種陶瓷以及日用化妝品等高新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，球形硅微粉也有所涉獵，可見其市場前景非常廣闊。

三、高純二氧化硅的主要工業(yè)應(yīng)用簡述

在工業(yè)生產(chǎn)中，高純二氧化硅主要以制造特種玻璃及制造儀器用光學(xué)玻璃、制造電子工業(yè)中的芯片及在集成電路中用作的封裝材料等方式應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。

1.電子工業(yè)應(yīng)用

電子工業(yè)是現(xiàn)今高純度二氧化硅的主要應(yīng)用領(lǐng)域。在半導(dǎo)體行業(yè)高純二氧化硅主要被用作封裝材料，與環(huán)氧樹脂、固化劑、各種添加劑等結(jié)合使用，可以對(duì)封裝成本起到很好的節(jié)約作用；另外，也可用作電子芯片材料；在制造單晶硅和多晶硅的原料中也用到高純二氧化硅。在以上這些電子工業(yè)領(lǐng)域，二氧化硅的純度大都要求高于99.9%，其中F e2O3的含量不得大于5ppm，雜質(zhì)的總含量要求不得大于300pp m。但隨著對(duì)集成電路的集成度要求越來越高，對(duì)二氧化硅的純度、放射性、形狀(球形度)的要求也要越來越高。

2.光伏產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

在光伏產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)高純多晶硅的一個(gè)主要原料及時(shí)高純二氧化硅。直接進(jìn)入P V制造流程的多晶硅要達(dá)到7 N級(jí)的純度，才能應(yīng)用于太陽能電池板的生產(chǎn)；未達(dá)到7 N級(jí)的多晶硅經(jīng)拉制成為單晶硅，根據(jù)純度不同，大部分成為應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)的芯片材料，另外的應(yīng)用于P V生產(chǎn)等領(lǐng)域。

結(jié)論

從天然的石英巖礦得到高純或超高純的二氧化硅，除了對(duì)選用的石英巖有較高的要求外，關(guān)鍵點(diǎn)還是要綜合地利用磁選、浮選、酸洗等工藝對(duì)石英巖礦進(jìn)行去除鐵、鋁等雜質(zhì)的操作。隨著科技的發(fā)展，對(duì)高純二氧化硅的要求也越來越高，我們應(yīng)當(dāng)不斷地發(fā)掘新的技術(shù)和設(shè)備，摸索更加經(jīng)濟(jì)、有效、更加自動(dòng)化的新工藝對(duì)二氧化硅進(jìn)行高純度提取，這樣才能發(fā)揮高純度二氧化硅的作用。

[1]和曉才,楊大錦,李懷仁,等.二氧化碳沉淀法制備高純二氧化硅的工藝研究.稀有金屬,2012(4):604-609.

[2]雷清普,鄭典模.高純二氧化硅的制備與應(yīng)用.江西科學(xué),2008(6):915-918.

[3]楊妮,俞小花,何恩,等.高純二氧化硅制備的研究.礦冶,2011(3):68-71.