工程陶瓷在水压控制阀中的应用

　　1 概述

　　应用新型工程材料是解决水压传动控制元件腐蚀和磨损等问题的重要手段。工程陶瓷由于其优良的性能,经常用来制做水压元件包括水压控制元件中的一些关键部件,如阀芯等。本文将总结水压控制元件面临的关键技术问题,并对工程陶瓷在解决这些问题时的独特优势进行了分析。

　　2 问题分析

　　2.1 气蚀与气蚀磨损

　　水压控制阀节流口部位由于流速高,压力低,很容易达到水的汽化压力,从而产生气蚀。气蚀对材料表面的破坏主要是气泡崩溃后产生的压力波对零件表面产生很强的冲击,由于水的密度大,可压缩性小,同矿物油相比,水压元件在气泡破裂时产生的压力冲击更大,破坏力更强。

　　气蚀的破坏速度与材料的力学性能有关。对大多数材料来说,硬度是影响气蚀侵蚀的主要因素,抗气蚀能力随材料硬度的提高而提高,两者之间大致成指数关系。也有一些材料并不符合这种关系,如硬铝合金的气蚀侵蚀率和它的硬度就不成比例。

　　气蚀破坏与材料的疲劳强度也有关,这是因为不断生成的气泡不断崩溃,对零件的表面产生重复性的冲击。另外,水中氧气的含量、阀芯的形状,阀口开度和出口背压等对气蚀都有影响。表1是不同阀芯在不同开度工作50 h之后的重量损失情况,尽管是高水基中的试验结果,但对水压元件的气蚀研究同样具有参考意义〔1〕。

　　从表中可以看出:

　　(1)开度越大,气蚀侵蚀越严重,这可能是由于开度增大而使流量及流速增加的缘故。

　　(2)平板阀的抗气蚀性能最好。

　　(3)阀芯比阀座所受的气蚀侵蚀更严重。

　　2.2 拉丝侵蚀和冲蚀

　　产生拉丝侵蚀的原因有两种。一种是由于水的粘度低,在相同的条件下阀口的流速比油压阀高,在小开度大压差情况下更是如此,流速有时高达200m/s。高流速流过节流口时,会对阀芯与阀座产生严重的冲刷,长期使用会在其上面形成一道道沟痕。另一种是因为水压元件常用在开式系统,有时甚至直接放在水底,因而一些细小的砂砾会被吸进系统。这些沙砾被高速水流携带着冲向零件表面,会在零件表面刮出一条条痕迹。而冲蚀则是水流以一定的角度冲向零件表面所造成的〔2〕。

　　高速水流造成的拉丝侵蚀和微小颗粒造成的拉丝侵蚀形状上基本相同,都是一条条拉长的沟槽,其方向与流动方向一致。而气蚀产生的侵蚀则是大大小小的坑。拉丝侵蚀最严重的地方是在阀芯的中心,因为此处流速最高。而气蚀侵蚀最严重的地方则在流速最高部位的下游。另外,阀的开度越大,气蚀侵蚀越严重。而开度越小,拉丝侵蚀越严重。材料硬度对拉丝侵蚀影响很大,一般来说,材料硬度越高,抗拉丝侵蚀和冲蚀的能力就越强。