鈦合金球閥的密封效果和使用壽命

鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性能強(qiáng)、耐高低溫、可冷熱成形、焊接性能好等優(yōu)異性能，特別是在海水中具有優(yōu)良的耐蝕性和耐沖刷腐蝕性，它在海水中的腐蝕率近于零，是海洋環(huán)境的優(yōu)選結(jié)構(gòu)材料。因此，鈦合金在球閥上的應(yīng)用可有效地改進(jìn)船用球閥的耐用性，提高可靠性和使用性，減少維修和維護(hù)費(fèi)。通過系統(tǒng)對(duì)鈦合金材料的力學(xué)性能和耐腐蝕性能的綜合分析，本文采用鑄造鈦合金ZTi2材料經(jīng)熔模精密鑄造的方法制備閥體、采用鈦合金TC4棒材制備球軸。

鈦合金材料雖然具有很多的優(yōu)異性能，但卻存在不耐磨損的缺點(diǎn)。該缺點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致由鈦合金材料制造的球軸與閥座組成的對(duì)偶件的耐磨性能下降，從而影響球閥的密封性能和使用壽命。本文采用微弧氧化技術(shù)對(duì)閥體、球軸進(jìn)行表面硬化處理（見圖4），從而提高其耐磨性能。同時(shí)，有效防止在使用中與鈦合金接觸的由銅、鋼、銅基合金制造的附件產(chǎn)生加速腐蝕現(xiàn)象。

球閥閥座一般都采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、高潤(rùn)滑不粘性、耐腐蝕性，摩擦系數(shù)很低，而且靜、動(dòng)摩擦系數(shù)接近。但聚四氟乙烯的機(jī)械強(qiáng)度、剛性和硬度等較差，承載能力低，且在外力作用下容易發(fā)生蠕變（冷流性）；此外，它的導(dǎo)熱系數(shù)低，熱膨脹大以及不耐磨。因此，新型鈦合金球閥不采用純聚四氟乙烯，而是采用添加填充25%碳纖維的增強(qiáng)聚四氟乙烯，這種聚四氟乙烯以上的缺點(diǎn)將大大改善，用于球閥閥座，壽命也延長(zhǎng)，密封效果也大大提高。

氫化丁腈橡膠（HNBR）是由丁腈橡膠進(jìn)行特殊加氫處理而得到的一種高度飽和的彈性體，它具有良好的耐熱性能，優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能，優(yōu)異的耐臭氧性能，較高的抗壓縮永久變形性能；同時(shí)氫化丁腈橡膠還具有高強(qiáng)度，高撕裂性能、耐磨性能優(yōu)異等特點(diǎn)，是綜合性能極為出色的橡膠之一。本文中采用氫化丁腈橡膠制備空心橡膠圈，以保證其能提供球閥密封所需的最小預(yù)緊力及可靠的彈性補(bǔ)償功能。

鈦合金球閥的密封效果和使用壽命。作者設(shè)計(jì)了DN80（PN3.0MPa）船用鈦合金球閥，并分別采用聚四氟乙烯彈簧組彈性閥座和增強(qiáng)聚四氟乙烯整體式彈性補(bǔ)償閥座的2種密封形式在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：在試驗(yàn)壓力3.0MPa，流速5.5m/s試驗(yàn)條件下，聚四氟乙烯彈簧組彈性閥座在6000次動(dòng)作試驗(yàn)后，在0～3.0MPa壓力時(shí)都發(fā)生泄漏；而增強(qiáng)聚四氟乙烯整體式彈性補(bǔ)償閥座的鈦合金球閥在10萬次動(dòng)作后，在0～3.0MPa壓力時(shí)均無泄漏發(fā)生。由此可見，新型船用鈦合金球閥的高低壓密封性能良好，密封壽命長(zhǎng)，其使用壽命是普通球閥壽命的16倍之多。