Шиберная задвижка с многослойным покрытием

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре для нефти, газа, пара, воды, нефтехимических продуктов и т.д., а именно к линейной арматуре, в частности к задвижкам и к их упрочнению, сводящемуся к нанесению износостойкого и теплоизоляционного покрытия высокоскоростным газопламенным напылением.
Известна шиберная задвижка, имеющая покрытие на уплотнительной поверхности на основе карбидов металлов (патент РФ №67664, F16К 3/00, 2006 г.).
Недостатком такого покрытия является высокий коэффициент трения карбида по карбиду, что затрудняет работу приводов при открытии и закрытии шиберной задвижки и делает невозможным применение данных покрытий для шиберных задвижек из-за усилий, необходимых для их открытия и закрытия в условиях переменного высокого давления в условиях особо агрессивных сред.
Известна шиберная задвижка, содержащая запирающий элемент в форме плиты с параллельными уплотнительными поверхностями и размещенные на корпусе задвижки уплотнительные седла, контактирующие с уплотнительными поверхностями запирающего элемента, при этом уплотнительные поверхности запирающего элемента и поверхность седел со стороны контакта с уплотнительными поверхностями запирающего элемента выполнены в виде напыленного газотермическим методом слоя покрытия на основе карбидов вольфрама, хрома, титана, кремния на связке никелевых или кобальтовых сплавов, включающих никель-хром, кобальт-хром, никель-вольфрам, никель-титан, самофлюсующиеся сплавы, включающие никель-хром-бор-кремний, с включениями на границе зерен напыленного покрытия наночастиц, включающих окислы алюминия и/или титана, при этом содержание наноразмерных окислов лежит в пределах от 0,05 до 5 вес. %.
Недостатком данной шиберной задвижки являются ее низкие надежность работы и ресурс, обусловленные низкими прочностными характеристиками, а именно низкой коррозийной стойкостью.
Задачей полезной модели является усовершенствование шиберной задвижки, обеспечивающее ее надежную работу в условиях переменного высокого давления в условиях особо агрессивных сред.
Техническим результатом полезной модели является повышение прочностных характеристик покрытия, в частности повышения коррозионной стойкости и изностостойкости.
Технический результат достигается тем, что шиберная задвижка из твердого сплава с многослойным покрытием, при этом покрытие выполнено с помощью высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере и представляет собой композит, состоящий из первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти формы Ti-Ni-Zr при следующем соотношении, мас. %:
титан
33-34
никель
47,5-49
цирконий
18-18,5
3
2
и второго износостойкого и коррозионного слоя из cNB-CrC-Zr-C при следующем соотношении, мас. %:
эльбор (cNB)
56-66
Сr<sub>3</sub>С<sub>2</sub>
15-18
Zr
18-23
С
1-3
При этом толщина первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти составляет 800-1500 мкм и второго износостойкого слоя - 500-800 мкм, при этом общая толщина покрытия составляет 1300-2300 мкм.
3
2
Принятая последовательность слоев обеспечивает повышение прочностных характеристик, в частности повышения коррозионной стойкости и изностостойкости. Наличие первого нижнего слоя, обладающего эффектом памяти формы, помимо характерных свойств памяти, сверхупругости или сверхэластичности, тормозит, а иногда блокирует распространение дефектов типа трещин, возникающих в основе (сталь), как следствие, способствует повышению прочности и долговечности. Второй износостойкий и коррозионный слой, состоящий из cNB 56-66, СrС 15-18, Zr 18-23, С 1-3, обладает повышенной коррозионной стойкостью и повышенной твердостью 50-60 ГПа, что увеличивает износостойкость покрытия. Представленная структура слоев позволяет получить высокую прочность сцепления покрытия с основой, за счет осуществления процесса нанесения покрытия с помощью высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере - аргоне, что также увеличивает прочность связи первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти формы и второго износостойкого слоя между собой.
Пример выполнения.
На рабочую поверхность шиберной задвижки, выполненной из твердого сплава, наносят высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере первый нижний слой, обладающий эффектом памяти формы Ti-Ni-Zr толщиной 800 мкм при следующем соотношении, масс. %: титан 33, никель 49, цирконий 18, далее на первый нижний слой наносят высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере второй слой износостойкого, коррозионный слой толщиной 500 мкм при следующем соотношении, масс. %: эльбор (cBN) 56, карбид хрома 18, цирконий 23, углерод 3. В результате получаем шиберную задвижку с многослойным покрытием толщиной 1300 мкм, обладающую высокими эксплуатационными свойства, которые обусловлены высокими прочностными характеристиками, в частности высокой износостойкостью коррозийной стойкостью.
Результатом полезной модели стало увеличение среднего периода работы шиберной задвижки с предлагаемой моделью получения слоев в условиях переменного высокого давления в условиях особо агрессивных на 35-40 % по сравнению со средним периодом работы известных шиберных задвижек.