阀门密封材料研发

　　随着阀门广泛使用各种工况，阀门正朝着标准化、差异化、高性能化的方向发展，但是更加复杂的使用工况对阀门的设计制造都提出了更高的要求，作为工业产品的物质基础，阀门密封材料的研发工作首当其冲。

　　阀门密封材料研发首先是针对当前密封面材料性能不足的局限性进行的，例如在临界或超临界参数的蒸汽阀门一般采用堆焊处理，现有堆焊材料普遍采用钴基合金，因为其具有良好的高温性能、抗擦伤、抗热腐蚀和抗热疲劳性能，但是钴基合金价格昂贵，而且钴基合金磨损和腐蚀碎片中的 Co – 59 受激发将形成 Co – 60 同位素，造成核燃料屏蔽的难度和检修时间的增加。

　　魏宏璞等[1]在分析现有堆焊材料，设计了一种可用于阀门密封面的无钴铁基合金粉末，其组成如表1所示。并且利用激光熔覆技术在核电阀门密封面堆焊上的优势，将无钴铁基合金粉末，用激光熔覆工艺在不锈钢基体上激光熔覆，试验验证表明了在不锈钢基体上激光熔覆铁基合金粉末熔覆层显微硬度比不锈钢基体提高了 2 倍，其熔覆层组织形貌如图( 1) 所示。

表1

图1

　　对于含颗粒的介质流，气动截止阀密封环需要满足颗粒频繁撞击钢制阀座的苛刻工况。气动截止阀密封环的密封面材料一般采用 PTFE、PPL、PEEK等材料，但由于对密封环材料性能的严格要求，PTFE 及其改性材料在很短的时间内就会失效，PPL 的使用寿命稍有延长，即使使用单价较高的 PEEK 也存在硬度匹配困难、制作工艺复杂等问题，密封效果难以保证。

　　武鑫等[2] 采用基于采用工程塑料改性技术的共聚或填充改性方式制取了一种名为 PA 的新型高分子材料，用作程控气动截止阀密封件。经实际使用考核，可以满足输送含颗粒介质流工况，使用寿命不小于 100 万次。同时价格明显低于 PTEE， PPL PEEK。

　　张逸芳等[3] 采用有限元软件分析了聚四氟乙烯球阀的阀座强度和密封面变形情况。其结果表明，在常温条件下，球阀密封面的轴向变形量最小，受到挤压力最大，其最大值为 11. 2 MPa。而聚四氟乙烯的挤压强度为 19. 5 MPa，在介质压力下只产生正常的密封变形。聚四氟乙烯阀座符合强度要求和密封变形限制。

　　针对高温高压的特殊工况条件，杨文光等[4]系统地分析了密封材料性能指标的需求，提出了 3 种基于新材料及复合材料的材料配方，形成 KT 系列材料。研发的 KT材料可满足在-200～320℃，公称直径从6～1250mm，压力在150～3500LB 的各种阀门密封要求。

　　参考文献：

　　[1] 魏宏璞，石世宏. 核电阀门密封面无钴铁基合金粉末激光熔覆[J]. 苏州大学学 (工科版)，2010，30(4):1-4.

　　[2] 武鑫，赵高晖，王国钦，等.气动截止阀密封材料探讨[J]. 机械设计与研究，2013，29(6):83-85.

　　[3] 张逸芳，吴斌，王建新，等.球阀密封特性研究[J]. 阀门，2015(5):14-17.

　　[4] 杨文光，杨勇.新材料在高温高压阀门密封中的应用[J]. 江苏科技信息，2013(9):57-57.

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