控制阀是过程控制工业里最常用的终端控制元件，包括气动阀门中的气动球阀、气动蝶阀等。控制阀调节流动的流体，以补偿负载扰动并使得被控制的过程尽可能地靠近需要的设定点，基于其在工业自动化领域里的重要性，使得控制阀的设计及制造尤为重要，特别是某些严苛的工况，如高温、高压差、高流速、气蚀等，笔者将从材料、结构、制造等方面加以论述。

一、气动阀门材料的选择

1、金属材料

　　材料是至关重要的因素，如材料的性能、蠕变、热膨胀率、抗氧化性、耐磨性、热擦伤性及热处理温度等，这些是首先应注意的事项。在高温（427°C）状况下，蠕变和断裂是材料破坏的主要因素之一，特别是碳素钢，当长期暴露在427°C以上时，钢中的碳化相可能转变为石墨，而对于奥氏体不锈钢只有当含碳量超过0.4%时，才可以用于528°C以上。因此，在高温下使用时，应分别计算阀体材料的抗拉强度、蠕变、高温时效等参数。而对于阀内件的设计，还应该附加考虑材料在高温的硬度、配合部件的热膨胀系数、导向部件的热硬度差、弹性变形、塑性变形等。在设计中，应给予相应的安全系数和可靠系数，以确保避免在多因素下所产生的破坏。并要熟悉高温下材料的蠕变率，以选取合适的应力，使材料总的蠕变在正常使用寿命范围内不扩展至断裂或允许其产生微变形而不影响导向零件的正常使用。

　　为避免阀内件（阀芯、阀座）表面的磨损、冲蚀及气蚀，高温情况下要考虑材料的热硬度，防止金属硬度变化。在高压差下，流体的大部分能量集中于阀内件进行释放，对阀门内件有超负载的可能，而高温下，大部分材料的机械性能变差，材料变软，大大影响了阀内件的使用寿命。因此，应正确选择合适的材料，延长阀门的使用寿命。另外，还要考虑高温时效对材料物理性能的影响，如韧性和晶间腐蚀的变化。当使用温度达到或超过热处理温度时，阀内件会产生退火，硬度降低等问题，为防止材料硬度发生变化，最高温度极限的选择必须在一个安全的范围内。而相同的介质，在高温状况下，其分子的活动性相对活跃，某些具有一般腐蚀性的介质可能对阀体及阀内件金属材质带来严重的腐蚀破坏，介质以高速的离子状态渗入金属内部，使材料的特性发生改变，如热膨胀性、晶间腐蚀等，因此，对材料的选择，除了性价比之外，还应考虑多因素下所产生的失效性。

　　高压差、高流速情况下，即使温度是常温，也应评估材料的特性，使材料可以满足该工况。一般来说，常温下，当压差超过15bar时，应将阀芯、阀座的材料由316SS调整为司太莱合金堆焊或更高要求的合金，对于弱腐蚀性的介质，可选用420QT（淬火+回火）、440QT等。

　　高压差、高流速会带来严重的冲蚀或气蚀，这对阀内件材料的伤害非常大，因此，对阀体及阀内件的材料要求非常高，对于阀笼应考虑使用不锈钢表面渗氮（HRC70）处理，使之具有较强的耐冲蚀性，提高阀门流量的精度和使用寿命。

 

　　高温下材料的抗氧化能力，也是一个非常重要的参数。在温度循环变化中，所选用的材料应避免发生材料表面重复氧化，产生氧化皮等问题。一般情况下，奥氏体不锈钢系、硬质合金系及特种合金系的材料有较好的高温稳定性，可根据不同的高温工况选用合适的材料。

2、非金属材料 

　　一般的非金属材料无法承受高温（300°C以上），但柔性石墨可以承受700°C以上的高温，因此高温工况下，无论是静密封还是动密封，一般可以选取柔性石墨或复合材料，但应注意摩擦系数会增大。