DE3023475C2

DE3023475C2 - Metallgedichtetes Ventil

Info

Publication number: DE3023475C2
Application number: DE19803023475
Authority: DE
Inventors: Rolf 5000 Köln Elsig; Josef 5047 Wesseling Heppekausen; Gerhard Dipl.-Ing. 5000 Köln Jokisch
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1980-06-24
Filing date: 1980-06-24
Publication date: 1984-08-30
Also published as: DE3023475A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hochabdichtendes metallgedichtetes Ventil mit Dichtpartnern aus relativ harten Ww/kstoffen mit hohem Chrom-Legierungsanteil, wie Stelliten. Unter »hochabdichtend« soll verstanden werden daB Leefc/aien vjü iG~^s mbar i/sec nicht Oberschritten werden sollen. I nter »relativ harte Werkstoffe« sollen Werkstoffe mit Härten von mehr als 40 Rockwell verstanden werden.

Aus der DE-OS 25 23 152 ist ein metailgedichtetes Ventil dieser Art bekannt Die Dichtpartner bestehen aus Stelliten oder ähnlich harten Werkstoffen, also aus Materialien mit einem hohen Chrom-Legierungsanteil. Obwohl mit einem metallgedichteten Ventil dieser Art die Anzahl der möglichen Schließvorgänge gegenüber den Ganzmetaliventilen nach dem Stand der Technik erheblich erhöht werden konnte (bis auf ca. tausend SchüeßvorgäRgs), so iss diese Standzeit immer noch als unbefriedigend anzusehen, insbesondere dann, wenn ein metailgedichtetes Ventil dieser Art in kerntechnischen Anlagen, z. B. in UFa-Trennanlagen, verwendet werden soll.

Die DE-OS 27 45 139 offenbart einen hochvakuumdichten Verschluß, dessen Dichtflächen aus einer hochfesten Nickellegierung bestehen, wobei die Dichtkante des Ventiltellers mit Edelmetall, vorzugsweise Feingold, beschichtet ist. Feingold ist äußerst weich, so daß ein Weeschaben rlit»«»« MatprjaU ni^h* ysrniüdsri werden kann. Die Standzeit derartig ausgebildeter Verschlüsse ist deshalb ebenfalls unbefriedigend. Außerdem besteht bei ungleichmäßigem Wegschaben des Feingoldes bereits sehr früh die Gefahr des Undichtwerdens.

Schließlich ist es aus dem DE-GM 17 15 776 bekannt, die relativ großen Gleitflächen eines Absperrschiebers mit einem Überzug aus einem harten Nitrid, Borid oder Suizid zu versehen, um während der Betätigung gute Gleiteigenschaften zu erreichen und bei längerer Ruhe ein Festfressen zu verhindern. Die Härte dieser Materialien ist jedoch besonders hoch (glasartig). Sie sind deshalb nur bei Absperrschiebern mit relativ großen Gleitflächen einsetzbar, bei denen hohe Anpreßkräfte! nicht erforderlich sind. Im FaJIe von hochabdichtenden Ventilen mit Leckraten von weniger als 10~⁸ mbar 1/sec sind demgegenüber wesentlich höhere, auf kleine Flächen begrenzte Anpreßkräfte erforderlich, so daß die Gefahr des Abplatzens glasartiger Schichten hoch ist Dieses würde zur sofortigen Undichtheit des Ventils führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein metallgedichtetes Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine wesentlich längere Lebensdauer bzw. Standzeit hat also wesentlich mehr Schließ vorgänge zuläßt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

!5 daß mindestens einer der Dichtpartner mit einer nicht zu Kaltverschweißungen neigenden, gehärteten Nickel-Phosphor-Legierung beschichtet ist. Besonders einfach ist die Aufbringung einer stromlos erzeugten Nickel-Phosphor- Legierung.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Ursache für die begrenzte Standzeit des vorbekannten Ventils in Kaltverschweißungen liegt, die infolge der hohen Anpreßkräfte entstehen. Beide Dichtpartner des vorbekannten Ventils enthalten hohe Chrom-Legierungsanteile. Infolge der hohen Anpreßkräfte treten Oberflächendiffusionen von Chromatomen auf, weiche die nachteiligen Kaltverschweißungen verursachen. Unter Vakuumbedirgungen treten diese nachteiligen Erscheinungen in verstärktem Maße auf.

Beim Ventil nach der vorliegenden Erfindung sind die Dichtpariner im geschlossenen Zustand des Ventils durch die Nickel-Phosphor-Schicht voneinander getrennt, so daß Kaltyerschweißungen nicht mehr auftreten. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit eine stromlos erzeugte Nickel-Phosphor-Legierungsschicht durch Aufheizen derart auszuhärten, daß sie eine Härte von mehr als 70 Rockweil erhält Die überraschende Folge davon ist, daß ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ventil eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer hat Versuche

■;o haben gezeigt, daß mehr a!s 30 OtO Lastspiele ohne Beeinträchtigung der Dichtheit erreicht werden können.

Die Erfindung soll anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden. Der Ventilstempel ist mit 1. das mittels Schrauben 2 zusammengehaltene Gehäuse des Ventiis mit 3, die Eintrittsöffnung des Ventiis mit 3a und die Austrittsöffnung mit 3b bezeichnet. Die Achse des Ventils trägt das Bezugszeichen 4. Der Ventilsitz 5 umfaßt einen in das z. B. aus Aluminium bestehende Gehäuse 3 eingelassenen

so Ring 6 aus Edelstahl und weist an seiner Innenseite eine konische Form auf. Im Bereich des konischen Abschnittes ist ein Ring 7 aus Stellii oder einem ähnlich harten Werkstoff in den Ring 6 aus Edelstahl eingelassen. Die Ringe 6 und 7 sind miteinander verschweißt Der Ring 7 kann auch durch Auftragsschweißung aufgebracht sein. Am EiruMÜuk 5 des Ventüstempeis ι ist ein tellerfederartig ausgebildetes Absperrorgan 9 derart gehaltert, daß sein Rand dem Ventilsitz 5 zugewandt ist Zur Halterung des Absperrorgans dient beim Ausführungsbei-

ho spiel eine Schraube 10, Durch einen in einer Nut 11 am Endstück 8 liegenden Metalldichtring 12, der ebenfalls dem Absperrorgan 9 anliegt, wird die Dichtheit dieser Halterung gewährleistet. Auch ein Anschweißen des Absperrorgans 9 am Endstück 8 ist möglich. Die Nut 1 J und der Ring 12 können dann entfallen. Die Außenkante des Absperrorgans 9, also die eigentliche Dichtkante, ist abgerundet. Reibungserscheinungen zwischen der Dichtkantc und dem Ventilsitz können dadurch minimal

gehalten werden. Auch das Entstehen schädlicher Ri)' zn oder Riefen wird dadurch verhindert.

Der Venli'silz Lsi mit einer .Sdiichl 14 vti-iclicn. wclcliL-aus einer Nickel-I'hosphor-Legiennig besteh). Zweckmäßigerweise ist diese Schicht stromlos aufge- ^r, bracht. Ihre Dicke beträgt ca. 20 μΐη. Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn die erilndungsgemäße Schicht auch die in den Grenzbereichen zwischen dem Edelstahlring 6 und dem Stellitring 7 befindlichen Schweißstellen überdeckt Diese Stellen haben sich bei UFb-Anwendu.igen des Ventils als besonders kritisch erwiesen. Sie waren besonders korrosionsanfällig.

Bei dem dargestellten AusfOhrungsbeispiel ist der direkte Kontakt zwischen Dichipartnern mit hohem Chromgehalt unterbunden, so daß die Ooerflächcndiffu- ι ■> sion von Chrom-Atomen und damit K.altver>.'..: vißungen der Dichtpartner verhindert sind. Die Beschichtung des SteJlitringes 7 mit einer stromlos aufgebrachten Nikkel-Phosphor-Legierung von etwa ?C μιη Dicke hat sich als besonders geeignet erwiesen.' -—r Vorteil dieser Beschichtung besteht vor allerr darin, daß eine solche Legierung nicht nur einem hohen Vakuum ausgesetzt werden kann, sondern auch für UF₆-Anwendungen be;onders geeignet ist Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß die im Abscheidungszuslanü zunächst spröde Schicht durch eine besondere Wärmebehandlung (Aufheizen auf einige hundert Grad, z. B. 400" C) in einen verschleißfesten, jedoch elastischen Zustand gebracht werden kann. Dabei übertrifft die Härte der Ni-P-Schicht noch die Härte des Stellites und liegt bei ca. jo 70 Rockwell

Hierzu 1 Blau Zeichnungen

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Claims

30 23 '75 Patentansprüche:

1. Hochabdichtendes metailgedichtetes Ventil mit Dichtpartnern aus relativ harten Werkstoffen mit hohem Chrom-Lsgierungsanteil, wie Steinten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Dichtpartner mit einer nicht zu Kaltverschweißungen neigenden, gehärteten Nickel-Phosphor-Legierung beschichtet ist.

2. Metailgedichtetes Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine stromlos aufgebrachte Nickel-Phosphor-Legierungsschicht handelt

3. Metailgedichtetes Ventil nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (5) beschichtet ist.

4. Metailgedichtetes Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventiisitz (5) einen Stellitring (7) umfaßt, der in einem Edelstahlring (6) eingeschweißt ist und daß die Nickel-Phosphor-Schicht ο jch die Schweißnähte überdeckt

5. Metallgedichteies Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke ca. 20 μπι beträgt