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硬密封球阀在传输液态介质和固液混合介质的管路系统中被广泛应用,当介质中有硬质颗粒的存在时会加速密封件(球体和阀座)的磨损和失效。为减小磨损和提高密封件的使用寿命,工程上常采用表面喷涂或喷焊等技术来增加球体表面硬度来达到此目的。氧—乙炔火焰喷焊是一种常用球体硬化工艺,能制备较厚涂层且涂层与基体能达到冶金结合。物理气相沉积(PVD)是一种适用于制备较薄涂层且对基体材料的力学性能影响很低的涂层技术。本论文结合现有喷焊工艺和PVD两种技术的优点,着重分析和研究在铬—镍奥氏体不锈钢(06Cr19Ni10)的球体上分别制备出CrN、Ni60、Ni60+CrN三种类型表面强化涂层,通过搭建的球阀静压寿命试验台,在模拟实际工况下,分别对三种类型球阀密封面涂层的耐磨性和使用寿命进行测试。通过PVD技术在不同氮气压力和不同工作偏压下制备的CrN涂层,经试验分析得出:随着氮气压力的增加,涂层的硬度先增加后减小,摩擦系数先降低后升高;随着工作偏压的增加,涂层的硬度先增加后减小,摩擦系数先降低后升高;当氮气压力为1.5Pa和工作偏压为-200V时,涂层具有较高的硬度和较低摩擦系数。对CrN、Ni60、Ni60+CrN三种涂层的厚度、硬度、圆度、涂层结合力、摩擦系数指标进行测试分析。结果表明:CrN能提高基体表面硬度和降低摩擦系数;Ni60过渡涂层对CrN硬度提升作用明显;Ni60+CrN复合涂层综合性能最佳;球体经PVD制备CrN涂层后圆度符合国家标准,是一种免二次加工的技术。搭建了一套球阀静压寿命试验台,能模拟实际工况下对球阀进行寿命测试。试验台包含高压启闭寿命试验和固液两相流启闭寿命试验两种功能。三种涂层在高压启闭寿命试验中,CrN处理后的球阀在启闭3400次后失效,且涂层大面积磨损。Ni60、Ni60+CrN处理后球阀通过5000次高压启闭寿命试验,涂层完好无磨损。后经固液两相流启闭寿命试验,Ni60+CrN复合涂层试验效果最好,启闭寿命达13000次,效果远远好于Ni60涂层的5000次。分析认为单一CrN涂层虽然硬度高于单一Ni60涂层,但涂层硬度与耐磨性不一定成正比,与基体材料硬度有关。在基体材料偏软的情况下,PVD制备的单一CrN涂层工艺不适合用于硬密封球阀。Ni60+CrN复合涂层工艺在硬密封球阀寿命试验中耐磨性能最好,使用寿命最长,是单一喷焊Ni60涂层使用寿命的1.8倍,是一种可行的硬密封球阀表面硬化处理工艺。