本研究通過對空間推進系統閥門材料的表面改性技術需求分析、實物實施和試驗驗證,找到可以提高閥門材料耐磨性、提高閥門工作壽命的有效方法;該技術的發(fā)展將使閥門壽命和密封性能突破現有局限,也可為更多表面處理技術在閥門上的應用提供參考。

材料經過改性處理后，既能發(fā)揮材料基體的力學材料性能，又能使材料表面獲得各種特殊性能，如耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗疲勞等。表面改性技術可以掩蓋基體材料表面的缺陷，延長材料和構件的使用壽命等，表面改性技術的研究和應用已有多年。7O年代中期以來，國際上出現了表面改性熱，表面改性技術越來越受到人們的重視，廣泛應用于機械工業(yè)、國防工業(yè)、航天、航空、航海等領域，通過表面改性可以使材料性能提高、產品質量提高、降低成本?？臻g推進系統用電磁類閥門用于執(zhí)行流體通路的啟閉，需要承受嚴酷的力學環(huán)境的考核；需要高壽命、耐磨損、耐強腐蝕介質等，閥門用材料需進行特殊的處理。隨著我國航天器應用需求的增長，對電磁類閥門的壽命要求也越來越高，如某些衛(wèi)星型號用發(fā)動機電磁閥以5O萬次、100萬次脈沖工作次數為設計目標。傳統的電磁閥由于存在自身滑動摩擦，導致多余物產生，易發(fā)生卡滯或泄漏，動作壽命限于lO萬次以內，不能滿足百萬次的使用目標。

因此，需要探索合適的方法解決電磁閥滑動摩擦、提高零件的表面硬度和抗摩擦能力。1空間發(fā)動機用閥門設計技術要求某電磁閥的結構簡圖如圖l所示，由殼體組件、罩殼、彈簧、線圈、銜鐵、閥座等組成，其工作原理是：當電磁閥通電時，線圈組件與銜鐵組成磁路產生的吸力使銜鐵離開閥座，流道溝通，介質從閥座口孔進入下游，從而提供流量。斷電后，線圈組件與銜鐵組成磁路產生的吸力消失，銜鐵在彈簧力的作用下復位，流道關閉，無流量輸出。電磁閥共有吸合動作、通流、釋放動作和密封四個任務剖面，其主要性能要求情況見表1。圖1某電磁閥結構簡圖表i某電磁閥性能要求序號檢驗項目要求值i工作介質Nz、He2密封性能≤1×lOPa．m3／s(2．OMPa)s動作裕度4響應特性負載2·01IIPt2s環(huán)境試驗振動試驗、驗、濕熱、6工作壽命i00，000次電磁閥工作過程中，銜鐵在殼體組件內來回動作，存在自身滑動摩擦，在反復多次動作后，可能產生多余物而發(fā)生卡滯或泄漏問題。

滑動摩擦式電磁閥要滿足長壽命要求比較有效的途徑是將銜鐵、殼體組件內腔進行表面改性，提高銜鐵、殼體組件內腔的表面硬度和抗腐蝕性，對改性后的零件進行微量加工，從而達到零件滑動配合時所需要表面粗糙度。朱娟：閥門表面改性技術研究與應用1552表面改性原理表面改性包括化學熱處理(滲氮、滲碳、滲金屬等)；表面涂層(低壓等離子噴涂、低壓電弧噴涂、激光重熔復合等薄膜鍍層、物理氣相沉積pVD、化學氣相沉積CVD等)和固體潤滑涂層技術等。

由于液壓執(zhí)行機構元件密封性好，其可在高粉塵、高污染、易燃易爆或水下(采用特殊防護)等環(huán)境中安全可靠工作。隨著科技的進步，國內外液動閥門需求量逐年增加。2結構原理液動閥門一般由液動閥門本體，液壓控制系統、電氣控制系統三部分組成，機電液一體化控制技術的水平，將決定液動閥門產品的技術水平。閥門常用的液壓驅動裝置有液壓缸直接推拉驅動式、齒輪齒條擺動油缸驅動式、螺線式擺動油缸驅動式和多回轉液壓馬達驅動式。1液壓缸直接推拉驅動式液壓缸直接推拉驅動式裝置常用于操縱閘閥和截止閥的開啟、停止和關閉或控制節(jié)流閥的開口位置及通過流量。液壓缸直接推拉驅動式是將油缸置于閥門上方(圖1)，通過連接支架將閥門與油缸固定，由套、銷子將閥桿及油缸活塞桿連接。當油缸活塞運動時帶動閥桿運動完成閥門的開啟、關閉、停止及閥門開度的調節(jié)。

液壓油缸可根據管路系統對閥門的要求，采用雙作用油缸(包括單活塞桿和雙活塞桿油缸)用油壓完成對閥門的啟閉和開度調節(jié)。閥門。支架。套。銷。油缸圖1液壓缸直接驅動裝置采用單作用油缸時油缸一腔用油壓推動油缸活塞，油缸另一腔通大氣，腔內設置彈簧或蝶簧，當油壓進入油缸一腔時油缸帶動閥桿運動，活塞運動同時壓縮另一腔中的彈簧，完成此次閥門開啟(或關閉)。當油壓撤除時(油壓為0)，另一腔的壓縮彈簧釋放壓力，推動活塞回復到起始位置完成閥門的啟閉。彈簧油缸中彈簧設置在油缸活塞上腔或下腔是根據閥門的使用工況設定，即閥門原始通斷狀態(tài)常開或常閉決定。

液壓缸直接推拉驅動式常用油缸的符號見圖2。(a)單活塞桿油缸(油壓啟閉閥門)(b)雙活塞桿油缸(油壓啟閉閥門)(c)單活塞桿油缸(油壓關閉閥門，彈簧復位開啟閥門)(d)雙活塞桿油缸(油壓開啟閥門，彈簧復位關閉閥門)圖2常用油缸職能符號。2齒輪齒條擺動油缸驅動式齒輪齒條擺動油缸適用于驅動大中口徑蝶閥、球閥和旋塞閥的啟閉。齒輪齒條擺動油缸置于閥門上方，閥桿插入擺動缸齒輪軸孔中用平鍵連接，用螺栓將閥門與擺動油缸固定。帶有齒條的活塞桿在油缸的作用下作往復運動，齒條帶動齒輪及閥桿轉動，完成閥門的啟閉。由于齒輪的旋轉角度與齒條和油缸的行程長度成正比，因此一般用于閥門閥桿的旋轉角度可以預先設定為902。

輸出轉矩與油缸活塞面積和工作壓力值成正比。齒輪齒條擺動油缸有單齒條、雙齒條兩種結構型式。輸出轉矩大時常用雙齒條結構(圖3)。(a)單齒條擺動油缸(b)雙齒條擺動油缸圖3齒輪齒條擺動油缸。3螺線擺動油缸驅動式螺線擺動油缸驅動式裝置(圖4、圖5)適用于大中口徑蝶閥、球閥和旋塞閥的開啟、停止和關閉。螺線擺動油缸是一種新產品，具有結構合理、體積小、質量輕、輸出轉矩大、安全可靠、環(huán)境適應性強等優(yōu)點。目前進入國內提供驅動閥門專用的螺線擺動油缸驅動裝置的廠商有意大利MOVECO公司和德國HKS公司。在同等轉矩的情況下，螺線擺動油缸驅動裝置的體積和質量參數是齒輪齒條式擺動油缸的50%左右。

閥門是管路流體輸送系統中控制部件，它是用來改變通路斷面和介質流動方向，具有導流、截止、節(jié)流、止回、分流或溢流卸壓等功能。用于流體控制的閥門，從的截止閥到極為復雜的自控系統中所用的各種閥門，其品種和規(guī)格繁多，閥門可用于控制水、蒸汽、油品、氣體、泥漿、各種腐蝕性介質、液態(tài)金屬和放射性流體等各種類型流體的流動，閥門的工作壓力可從0。0013MPa到1000MPa的超高壓，工作溫度從-269的超低溫到1430的高溫。在電廠使用的閥門種類很多，根據不同的分類方法可以分為許多不同的類別。如按照通過的介質來分有蒸汽閥、水閥、氣閥、灰閥、油閥等；根據閥門的材質又可分為鑄鐵閥、鑄鋼閥、鍛鋼閥、合金閥等；閥門的控制可采用多種傳動方式，如手動、電動、液動、氣動、渦輪、電磁動、電磁液動、電液動、氣液動、正齒輪、傘齒輪驅動等等。

閥門是一種管路附件。它是用來改變通路斷面和介質流動方向，控制輸送介質流動的一種裝置。具體來講，閥門有以下幾種用途:。接通或截斷管路中的介質。如閘閥、截止閥、球閥、旋塞閥、隔膜閥、蝶閥等。調節(jié)、控制管路中介質的流量和壓力。如節(jié)流閥、調節(jié)閥、減壓閥、安全閥等。目前，作者見、應用也廣泛的是按照閥門的壓力、溫度和結構特點來分類的方法。按照壓力等級分類有:真空閥門-工作時的公稱壓力低于大氣壓力的閥門；低壓閥門-工作時的公稱壓力為PN。6MPa的閥門；中壓閥門-工作時的公稱壓力為。5MPaPN6。4MPa的閥門；高壓閥門-工作時的公稱壓力為10MPaPN100MPa的閥門；超高壓閥門-工作時的公稱壓力PN>100MPa的閥門。