CN103060751A

CN103060751A - 用于阀门密封构件的超硬耐蚀pvd涂层及其涂镀工艺

Info

Publication number: CN103060751A
Application number: CN2013100085151A
Authority: CN
Inventors: 徐树深; 杨国来; 张韬; 陈志林; 张银明; 陈娟娟
Original assignee: WENZHOU PUMP AND VAVLE ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Current assignee: WENZHOU PUMP AND VAVLE ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了用于阀门密封构件的超硬耐蚀PVD涂层，所述PVD涂层为金属氮化物、金属碳化物和金属碳氮化物的一种或多种形成的单层或多层膜。本发明还公开了PVD涂层的涂镀工艺。本发明的涂镀工艺成本低廉，在涂镀于阀门密封构件时可使阀门密封构件表面获得高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低摩擦、高化学稳定性等良好的物理性能，延长了阀门密封构件的使用寿命。

Description

用于阀门密封构件的超硬耐蚀PVD涂层及其涂镀工艺

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，涉及利用物理气相沉积（PVD）技术在阀门密封构件表面涂镀一层超硬耐蚀涂层以达到材料表面改性的目的。

背景技术

密封构件是阀门的核心部件，一旦失效将宣布阀门寿命的终结。磨损、划伤、锈蚀是导致阀门密封构件失效的主要原因，因此，提高阀门密封构件表面的硬度和耐磨耐蚀能力是提高阀门使用寿命的重要途径。

（PVD）技术是对物理气相沉积表面处理技术的称谓。PVD涂层工艺是一种纳米级无污染的环保型表面处理方法。在不影响工件原来尺寸的情况下，PVD涂层可大幅提高材料表面的硬度和耐磨性能。另外PVD涂层还具有很好的抗高温，防腐蚀的能力和低的摩擦系数。PVD的物理气相沉积过程都是在洁净的真空环境中进行，没有任何污染，是当今最先进的表面处理方式之一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有阀门密封构件表面虽经氮化、固溶、电镀、热喷涂合金粉末等表面硬化措施后密封构件表面硬度仍不理想（HV≤1000）的缺陷而提供的一种PVD涂层及其涂镀工艺。

一种用于阀门密封构件的超硬耐蚀PVD涂层，所述涂层为金属氮化物、碳化物和碳氮化物的一种或多种在阀门密封构件表面形成的单层或多层膜，所述涂层的总厚度为5～12μm，显微硬度≥HV1800，附着力≥25N，摩擦系数为0.1～0.7，耐热温度为400～800℃。

在上述技术方案的基础上，上述的金属氮化物为Ti、Zr、Cr或其它二元或多元的氮化物，所述金属碳化物Ti、Zr、Cr、W或其它二元或多元的碳化物，所述金属碳氮化物为Ti、Zr、Cr、W或其它二元或多元的碳氮碳化物。

上述阀门密封构件为球阀球体、阀座、软密封副、硬密封副或其它类型的阀门密封构件。

超硬耐蚀PVD涂层的涂镀工艺包括如下步骤：阀门密封构件表面的预处理；阀门密封构件的预加热；清洗刻蚀；涂层的镀制；涂层质量检查和涂层外表面清理包装。

具体地，上述阀门密封构件表面的预处理为：将阀门密封构件置于超声波清洗机中，水温在100～150℃超声除油除蜡后，再以水温为20～30℃的去离子水清洗，脱水后烘干；

上述阀门密封构件的预加热为：将烘干后的阀门密封构件固定在PVD涂层专用装置内的转架上，待真空度抽到＜10^-2Pa后，对阀门密封构件进行烘烤加热；

上述清洗刻蚀为：向PVD涂层专用装置通入工作氩气至0.1～0.2Pa，启动偏压电源，转架加载负偏压至200～600V，用钛、铬或锆涂镀金属过渡层后，通入氩或氮气至10²Pa，继续加载负偏压至200～600V进行离子轰击30分钟；

上述涂层的镀制为：向PVD涂层专用装置内充入反应气体，调节工作真空度、脉冲偏压、脉冲频率、占空比、镀膜温度、靶电流、反应气体流量特定参数后开始涂镀超硬耐蚀涂层，通过控制涂镀时间来控制涂层厚度。

上涂层质量检查为：对涂层表面的硬度、附着力、针孔、膜厚、膜层附着力进行检查；

再对质检合格的涂层外表面清理后包装即可。

其中，当阀门密封构件为软密封副时，软密封副的材料可以是碳钢、不锈钢或其它合金钢，所述步骤a中还包括对软密封副的表面进行加工或研磨处理的步骤，以使软密封副的表面粗糙度≤R0.8μm。

当所述阀门密封构件为硬密封副时，硬密封副的材料可以是碳钢、不锈钢或其它合金钢，所述步骤a中还包括对硬密封副的表面进行氮化、固溶处理或喷涂硬化处理的步骤，以使硬密封副的表面硬度≥HV700、粗糙度≤R0.8μm。

本发明的有益效果是：本发明PVD涂层的涂镀工艺成本低廉、涂镀工艺易于掌握，在涂镀于阀门密封构件时可使阀门密封构件表面获得高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低摩擦、高化学稳定性等良好的物理性能，PVD涂层的的显微硬度可大于HV1800、附着力大于25N，延长了阀门密封构件的使用寿命。

具体实施方式

实施例1

实施例2

与实施例1相比较，用于软密封副PVD涂层的涂镀工艺还包括：在预处理前对软密封副的表面进行加工或研磨处理的步骤，以使软密封副的表面粗糙度≤R0.8μm。

PVD涂层为(TiN+CrN)双膜层，PVD涂层后软密封副表面的显微硬度为HV2000，附着力为70N，

实施例3

与实施例1相比较，用于硬密封副PVD涂层的涂镀工艺还包括：在预处理前对硬密封副的表面进行氮化、固溶处理或喷涂硬化处理的步骤，以使硬密封副的表面硬度≥HV700，表面粗糙度≤R0.8μm。

其中，在预处理前对硬密封副的表面喷涂硬化处理后，再按实施例1所述的工艺涂镀，PVD涂层为(TiN+CrN)双膜层，PVD涂层后硬密封副表面的显微硬度为HV2200，附着力为60N。

Claims

1.用于阀门密封构件的超硬耐蚀PVD涂层，其特征在于：所述涂层为金属氮化物、金属碳化物和金属碳氮化物的一种或多种在所述阀门密封构件表面形成的单层或多层膜，所述涂层的总厚度为5～12μm，显微硬度≥HV1800，附着力≥25N，摩擦系数为0.1～0.7，耐热温度为400～800℃。

2.根据权利要求1所述的一种用于阀门密封构件的超硬耐蚀PVD涂层，其特征在于：所述的金属氮化物为Ti、Zr或Cr的氮化物，所述金属碳化物Ti、Zr、Cr或W的碳化物，所述金属碳氮化物Ti、Zr、Cr或W的碳氮化物。

3.根据权利要求1所述的一种用于阀门密封构件的超硬耐蚀PVD涂层，其特征在于：所述的阀门密封构件为球阀球体、阀座、软密封副或硬密封副。

4.权利要求1至3之一所述的一种用于阀门密封构件的超硬耐蚀PVD涂层的涂镀工艺，其特征在于包括如下步骤：

a、阀门密封构件表面的预处理：将阀门密封构件置于超声波清洗机中，水温在100～150℃超声除油除蜡后，再以水温为20～30℃的去离子水清洗，脱水后烘干；

b、阀门密封构件的预加热：将步骤a烘干后的阀门密封构件固定在PVD涂层专用装置内的转架上，待真空度抽到＜10^-2Pa后，对阀门密封构件进行烘烤加热；

c、清洗刻蚀：向PVD涂层专用装置通入工作氩气至0.1～0.2Pa，启动偏压电源，转架加载负偏压至200～600V，用钛、铬或锆涂镀金属过渡层后，通入氩或氮气至10²Pa，继续加载负偏压至200～600V进行离子轰击30分钟；

d、涂层的镀制：向PVD涂层专用装置内充入反应气体，调节工作真空度、脉冲偏压、脉冲频率、占空比、镀膜温度、靶电流、反应气体流量特定参数后开始涂镀超硬耐蚀涂层，通过控制涂镀时间来控制涂层厚度。

e、涂层质量检查：对涂层表面的硬度、附着力、针孔、膜厚、膜层附着力进行检查；

f、对步骤e质检合格的涂层外表面清理后包装即可。

5.根据权利要求4所述的超硬耐蚀PVD涂层的工艺，其特征在于：所述阀门密封构件为软密封副时，所述步骤a中还包括对软密封副的表面进行加工或研磨处理的步骤，以使软密封副的表面粗糙度≤R0.8μm。

6.根据权利要求4所述的超硬耐蚀PVD涂层的工艺，其特征在于：所述阀门密封构件为硬密封副时，所述步骤a中还包括对硬密封副的表面进行氮化或固溶处理的步骤，以使硬密封副的表面硬度≥HV700，表面粗糙度≤R0.8μm。