形成有微合金化层的金属阀座球阀装置及其制作方法与流程

本发明涉及一种在超低温、高温高压等各式各样的环境下也能让球阀准确顺畅地动作的形成有微合金化层的金属阀座球阀装置及其制作方法。

背景技术：

一般来说，球阀是一种安装在用于输送粉体或液体等的配管上并且把流体流动的开闭孔加以开闭的工具，球阀装置通常包括：在本体部内部朝一侧方向旋转的球单元、引导球单元旋转并且称为阀杆(stem)的把手单元、把球单元的外侧面加以包裹并贴紧而把和球单元之间的游隙加以消除的阀座(seat)单元；此时，球单元的内部则贯穿地形成开闭孔，该开闭孔则和上述开闭孔对应。

在设计一般球阀时，除了需要确保阻止所输送的流体泄露的气密性、阻止球阀与阀座(seat)磨耗的耐久性以外，还需要能够根据球的旋转操作而准确地控制流体流量，尤其是，在输送-197度以下温度等超低温液化天然气等物的环境下特别需要在超低温环境下也能不受金属体积膨胀收缩影响地一直确保一定的气密性、耐久性、控制的准确性、操作的便利性等。

现有技术通常利用特氟隆之类的合成树脂系列柔软材料制作球单元，虽然能够降低成本，但是在组装过程中需要对阀座(seat)单元施加高压而导致起动力矩变得非常大，还因为特氟隆材质特性上具备较弱的耐久性而使得球阀装置的寿命缩短。

而且，球阀装置的起动力矩较高而使得致动器尺寸变大，因此导致整体体积变大并且重量较重。

有鉴于此，本发明人为了解决具备柔软材质球单元的上述现有球阀装置所存在的诸多问题及制约而发明了形成有微合金化层的金属阀座球阀装置及其制作方法，其在-197度的温度也具备相似于壳体(housing)的深层组织而使得整体球阀在低温下也能呈现出一定的膨胀系数，为了能够在低温下柔和顺畅地旋转，形成了具备高硬度及低摩擦系数的微合金层地形成表面层而制成金属球及金属阀座，而且通过镜面加工处理确保金属球精密的球度，因此在超低温、高温高压等各式各样的环境下也能让球阀准确顺畅地动作。

技术实现要素：

解决的技术课题

本发明旨在解决上述问题，本发明的目的是提供一种形成有微合金化层的金属阀座(metalseat)球阀装置及其制作方法，通过在-197度的温度下也能呈现出一定膨胀系数的同一金属对金属球及金属阀座进行涂层(coating)处理，通过表面加工处理确保金属球的精密的球度，从而在超低温、高温高压等各式各样的环境下也能让球阀准确顺畅地动作。

解决课题的技术方案

本发明的一个实施例的形成有微合金化层的金属阀座球阀装置包括：阀本体部，形成有粉体及流体流动用流路；金属球阀，形成贯穿内部的开闭孔，通过朝一侧方向的旋转把上述流路加以选择性地开闭；金属阀座，在上述流路的出入口侧把上述金属球阀的外侧面予以包裹并贴紧；及阀杆，让上述金属球阀朝一侧方向旋转；上述金属球阀及上述金属阀座的表面可通过金属涂层处理及表面加工处理制作。

在本发明的一实施例中，上述金属球阀及上述金属阀座由具备相似于上述阀本体部的膨胀系数的材料形成，在表面形成了相当于碳化铬(k-chromiumcarbide)的微合金层后通过热处理形成内部合金与高浓度扩散层，表面则由微合金层(micro-alloying)构成高硬度、低摩擦的金属表面，使得该微合金层形成下述表面，该表面以微米为单位而不影响整体材料的热膨胀系数地较薄并且在超低温下也能轻易动作。

在本发明的一实施例中，上述金属球阀及上述金属阀座之间的摩擦系数为0.5以下。

在本发明的一实施例中，通过上述表面加工处理以0.002mm以内的值形成上述金属球阀的球度(sphericity)。

在本发明的一实施例中，上述金属球阀及上述金属阀座能够在-197度到750度的温度内维持一定硬度。

在本发明的一实施例中，上述金属球阀及上述金属阀座具有耐蚀性。

在本发明的一实施例中，上述金属球阀及上述金属阀座具备韦克氏硬度值(hv)1700的表面硬度。

本发明的另一个实施例的形成有微合金化层的金属阀座球阀装置的制作方法包括下列步骤：在阀本体部内测制作粉体及流体流动用流路；制作一种通过朝一侧方向的旋转把上述流路加以选择性地开闭的金属球阀，还制作贯穿内部的开闭孔；制作金属阀座，该金属阀座在上述流路的出入口侧把上述金属球阀的外侧面予以包裹并贴紧；制作一种让上述金属球阀朝一侧方向旋转的阀杆；在上述金属球阀及上述金属阀座的表面进行金属涂层处理及表面加工处理；及把上述阀本体部、上述金属球阀、上述金属阀座及上述阀杆加以组装后形成金属阀座球阀装置。

在本发明的一实施例中，进行上述金属涂层处理及表面加工处理的步骤还可以包括下列步骤：通过膨胀系数相同的铬合金层之类的微合金涂层处理对上述金属球阀及上述金属阀座的表面同样地进行涂层。

有益效果

根据本发明的一实施形态，本发明通过在-197度的温度下也能呈现出一定膨胀系数的同一金属对金属球及金属阀座进行涂层处理，通过表面加工处理确保金属球的精密的球度，从而在超低温、高温高压等各式各样的环境下也能让球阀准确顺畅地动作。

而且，根据本发明的一实施形态，把金属球与金属阀座之间的摩擦系数减小到0.4以下，因此减少金属球与金属阀座之间的磨耗而得以延长球阀装置的寿命。

而且，根据本发明的一实施形态，由于球阀装置的起动力矩较低而能够减少致动器的体积及重量，因此在狭小的空间也能轻易安装。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施例的形成有微合金化层的金属阀座球阀装置100的整体配置的图形。

图2是示出图1所示形成有微合金化层的金属阀座球阀装置100的示意图。

图3是概略示出图1所示金属球阀120及金属阀座130的配置的图形。

图4a,图4b是示出图2所示金属球阀120及金属阀座130的示意图。

图5是按照一系列的顺序示出图1所示一个实施例的形成有微合金化层的金属阀座球阀装置100制作过程的顺序图。

具体实施方式

下面为了帮助了解本发明而将例示说明本发明的优选实施例。但所揭示的下述实施例仅仅是为了更容易了解本发明，不能因为实施例而限制本发明的内容。

图1是示出本发明的一个实施例的形成有微合金化层的金属阀座球阀装置100的整体配置的图形，图2是示出图1所示形成有微合金化层的金属阀座球阀装置100的示意图，图3是概略示出图1所示金属球阀120及金属阀座130的配置的图形，图4a,图4b是示出图2所示金属球阀120及金属阀座130的示意图。

请参阅图1到图4a,图4b，本发明的一个实施例的形成有微合金化层的金属阀座球阀装置100主要包括阀本体部110、金属球阀120、金属阀座130及阀杆140构成。

首先，阀本体部110形成粉体及流体流动用流路，内部则形成供后述的金属球阀120及金属阀座130安置的安置空间。

该阀本体部110发挥出一种壳体(housing)作用，上述流路则形成粉体及流体的流入口及排放口。尤其是，阀本体部110的中心部设有让后述的金属球阀120结合及旋转的空间，上侧部则被贯穿而形成了让阀杆140结合的贯穿孔。

另一方面，该阀本体部110可适用现有球阀装置的阀本体，因此将省略其详细说明。

接着，金属球阀120在中心部形成贯穿内部的开闭孔，被阀杆140驱使朝一侧方向旋转而能够把形成于阀本体部110的流路加以选择性地开闭。

更具体地，请参阅图3与图4a,图4b，金属球阀120以圆形的球体形成，其内部则能够形成开闭孔，该开闭孔的尺寸则和形成于阀本体部110的流路相应。

此时，金属球阀120朝一侧方向旋转而使得侧面把形成于阀本体部110的流路加以遮蔽(close)或开放(open)，因为会发生金属球阀120与阀本体部110之间的间隔空间，因此该空间被后述的金属阀座130包裹并贴紧。

接着，金属阀座130位于形成于阀本体部110的流路的出入口侧而把金属球阀120的外侧面予以包裹并贴紧，从而得以消除金属球阀120与阀本体部110之间的间隔空间。

这里的间隔空间指的是，金属球阀120朝一侧方向旋转而使得金属球阀120的侧面把形成于阀本体部110的流路加以关闭(close)时金属球阀120的侧面部与阀本体部110的流路的出入口侧之间发生的游隙。

此时，金属球阀120及金属阀座130的表面形成了包含高浓度的铬及碳化铬(k-chromiumcarbide)的铬合金层后，亦即，形成了微合金层(micro-alloying)后，在热处理工序中材料内部所含低温用合金材料暴露于外部而形成高硬度及低摩擦的微合金层(micro-alloing)，通过该过程让-197度温度的超低温粉体或流体或者让750度以上的高温粉体或流体在内部的流路流动时，具备一定膨胀系数的金属球阀120及金属阀座130不会发生游隙并且能够一直维持一定的贴紧程度及硬度。

尤其是，金属球阀120及金属阀座130由具备了相似于阀本体部110的深层组织的材料形成而得以在低温下也能呈现出一定的膨胀系数。

此时，在金属球阀120及金属阀座130的热处理金属涂层工序中，材料内部所含低温用合金材料暴露于金属球阀120及金属阀座130的外部而能够形成高硬度低摩擦的微合金层。

而且，可以在已进行了金属涂层处理的金属球阀120及金属阀座130的表面进一步实行表面加工处理，并且可凭此让金属球阀120及金属阀座130之间的摩擦系数成为0.5以下。这点相当于通过表面加工处理让金属球阀120的球度(sphericity)成为0.002mm以内的过程，凭此，金属球阀120及金属阀座130之间的滑行顺畅不会发生磨耗而得以柔和顺畅地实现金属球阀120的旋转运动。

而且，金属球阀120及金属阀座130对于诸如盐酸、硫酸、盐酸磷酸、盐水之类的化学成分具有较强的耐蚀性而能够轻易适用于腐蚀比较厉害的化学生产线上，通过碳化铬合金进行金属涂层处理而得以具备韦克氏硬度值(hv)1700以上的表面硬度，因此能适用于高温高压的使用环境。

另一方面，本发明的阀本体部110的内测面可以和金属球阀120及金属阀座130一样地通过碳化铬合金进行金属涂层处理，同样地，由于具备了耐蚀性及耐磨性而得延长球阀装置的整体寿命。

接着，阀杆140(stem)是一种驱使金属球阀120旋转的驱动工具，其设有提高作业人员的操作便利性的把手。

因此，作业人员抓住把手旋转时，在位于阀杆140末端部的约束用突起插入形成于金属球阀120上侧的约束槽的状态下旋转，凭此，金属球阀120朝一侧方向旋转而得以选择性地开闭形成于阀本体部110的流路。

另一方面，阀杆140可以适用现有球阀装置所用旋转工具，因此下面将省略其详细说明。

接着，下面通过图5以一系列的顺序说明金属阀座球阀装置100制作过程。

图5是按照一系列的顺序示出图1所示一个实施例的形成有微合金化层的金属阀座球阀装置100制作过程的顺序图。

请参阅图5，首先，在阀本体部110内测形成及制作供粉体及流体流动的流路s501，制作一种通过朝一侧方向的旋转把上述流路加以选择性地开闭的金属球阀120，还制作贯穿内部的开闭孔s502。接着，制作金属阀座130及驱使金属球阀120朝一侧方向旋转的阀杆140，该金属阀座130在上述流路的出入口侧把金属球阀120的外侧面予以包裹并贴紧s503。

接着，针对阀本体部110的内测面与金属球阀120及金属阀座130表面各自利用碳化铬合金进行金属涂层处理后，对其进行表面加工处理把摩擦系数调整到0.5以下s504。

接着，在阀本体部110的内测把金属球阀120及金属阀座130加以安置并组装，在金属球阀120的上侧则约束阀杆140地加以组装s505。

上述步骤s501～步骤s505记载了本发明的一个实施例，需要注意的是，可随意更改制作顺序、金属涂层处理顺序、表面加工处理顺序、组装顺序等。

前文结合本发明的优选实施例进行了说明，但是该技术领域的的熟练人士当可在不脱离专利申请范围所记载的本发明核心思想及范畴的前提下对本发明进行各种修改及变形。

附图标记说明

100：形成有微合金化层的金属阀座球阀装置

110：阀本体部

120：金属球阀

130：金属阀座

140：阀杆