ES2628439T3 - Llave con componente de válvula resistente al desgaste - Google Patents

Abstract

Una llave que comprende: una válvula de control de fluido (10) que comprende una pluralidad de componentes de válvula (20, 22), en donde un segundo componente de válvula (20) está configurado para el acoplamiento deslizante con un primer componente de válvula (22) y el primer y segundo componentes de válvula están dispuestos en forma de discos; comprendiendo al menos uno del primer componente de válvula y el segundo componente de válvula (20, 22): un material de base (18), una capa de favorecimiento de adhesión (21); una capa de refuerzo (23) dispuesta sobre la capa de favorecimiento de adhesión (21), comprendiendo la capa de refuerzo (23) al menos un de tántalo y niobio; y un material de diamante amorfo (30) dispuesto encima de la capa de refuerzo (23) para formar una capa de superficie exterior, caracterizada por que, el material de diamante amorfo (30) tiene una dureza que es menor de GPa y menor que 45 GPa, un módulo que es al menos 150 GPa y menor de 400 GPa y una unión sp3 de al menos aproximadamente el 40%.

Description

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DESCRIPCION

Llave con componente de valvula resistente al desgaste

La presente solicitud se refiere a llaves que comprenden una valvula de control de fluido que tiene componentes que deslizan mutuamente, tales como componentes de valvula, que tienen capas protectoras de superficie que comprenden una capa de refuerzo y un revestimiento de diamante amorfo exterior. La capa de refuerzo y el revestimiento de diamante amorfo proporcionan al componente de valvula un revestimiento resistente al desgaste.

En ciertas aplicaciones, tales como por ejemplo, placas de valvula para valvulas de control de fluidos (por ejemplo, que se pueden utilizar en equipos de bombeo tales como llaves) existe la necesidad de que las superficies mutuamente deslizantes sean resistentes al desgaste, resistentes a la abrasion, resistentes a la rayadura, y tengan un bajo coeficiente de friccion. Los elementos de un tipo de valvula de control para mezclar corrientes de agua fna y caliente tipicamente comprenden un disco estacionario y un disco deslizante movil, aunque los elementos de placa pueden tener cualquier forma o geometna que tenga una superficie de obturacion, incluyendo, por ejemplo, superficies planas, esfericas y cilmdricas. El termino "disco" aqrn por lo tanto se refiere a placas de valvula de cualquier forma y geometna que tienen superficies de acoplamiento que se acoplan y deslizan entre sf para formar una obturacion estanca al fluido. El disco estacionario tfpicamente tiene una entrada de agua caliente, y una entrada de agua fna, y una salida de descarga de agua mezclada, mientras que el disco movil contiene caractensticas similares y una camara de mezclado. Se ha de entender que la camara de mezclado no necesita estar en el disco sino que podna ser parte de una estructura adyacente. El disco movil se superpone al disco estacionario y puede deslizar y/o girar sobre el disco estacionario, de manera que se obtiene agua mezclada a una temperatura y caudal deseados en la camara de mezclado regulando el caudal y las proporciones de agua caliente y agua fna administradas procedentes de la entrada de agua caliente y la entrada de agua fna y descargada a traves de la salida de descarga de agua. Las superficies de obturacion de acoplamiento de los discos estanan fabricadas con suficiente precision para permitir que las dos superficies de obturacion se acoplen juntas y formen una obturacion estanca al fluido (es decir deben ser los suficientemente conformes y lisas para evitar que el fluido pase entre las superficies de obturacion) la conformidad conjunta (para superficies no planas) y la lisura requeridas depende en cierta medida de la construccion de la valvula y los fluidos implicados, y son generalmente bien conocidas en la industria. Otros tipos de valvulas de disco, aunque todavfa utilizan superficies de obturacion de acoplamiento en contacto deslizante una con la otra, pueden controlar una corriente de fluido o pueden proporcionar mezclado por medio de una estructura o configuracion de lumbrera diferentes. El disco estacionario puede ser, por ejemplo una parte integrada del cuerpo de valvula.

La experiencia previa con este tipo de valvula de control ha demostrado que existe un problema de desgaste de la superficie de acoplamiento de los dos discos debido al hecho de que los discos estacionario y movil estan en contacto y se deslizan uno contra el otro (veanse por ejemplo la Patentes de Estados Unidos N° 4.935.313 y N° 4.966.789). Con el fin de minimizar el problema de desgaste, estas valvulas son discos normalmente hechos de una ceramica sinterizada tal como alumina (oxido de aluminio). Aunque los discos de alumina tienen buena resistencia al desgaste, tienen caractensticas friccionales no deseadas consistentes en que la fuerza de funcionamiento aumenta, y tienden a volverse "pegajosas" despues de que la grasa lubricante aplicada originalmente a los discos se desgaste y de lave. La resistencia a la rayadura y a la abrasion de las placas de alumina respecto a partfculas grandes y pequenas (respectivamente) presentes en al corriente de agua es buena; sin embargo, todavfa son susceptibles de ser danadas por las corrientes de agua contaminadas que contengan partfculas abrasivas tales como arena; y una mejora en este sentido sena beneficiosa. Adicionalmente, la naturaleza porosa de los discos de ceramica sinterizada los hace propensos a "cerrarse" durante largos periodos sin uso, debido a que los minerales disueltos en el suministro de agua precipitan y cristalizan entre los poros coincidentes en las superficies de acoplamiento. Un objetivo de la presente invencion es proporcionar discos que tengan reducido desgaste, resistencias mejoradas a la rayadura y a la abrasion y caractensticas de reducida friccion. Otro objetivo es proporcionar discos de valvula no porosos o de porosidad reducida para reducir el numero de ubicaciones en las que se pueden formar los cristales precipitados entre las superficies de acoplamiento.

Sena ventajoso utilizar un material para los discos, tal como metal, que sea menos caro, mas facil de fresar y pulir y que no sea poroso. Sin embargo, la resistencia al desgaste y el comportamiento friccional de los discos metalicos desnudos generalmente no son aceptables para aplicaciones de obturacion deslizante. Un objetivo mas de la presente invencion es proporcionar discos fabricados de metal, un material de base y que tengan resistencia al desgate, a la rayadura y a la abrasion mejoradas y caractensticas friccionales mejoradas en comparacion con los discos ceramicos no revestidos.

Se describe en la tecnica anterior (por ejemplo la Patente de Estados Unidos N° 4.707.384 y 4.734.339) que los revestimientos de diamante policristalinos depositados mediante deposicion de vapor qrnmica (CVD) a temperaturas de sustrato alrededor de 800-1000°C se pueden utilizar en combinacion con las capas de adhesion de vidrio de diversos materiales con el fin de proporcionar componentes resistentes a la rayadura y al desgaste. Sin embargo, se sabe que las pelfculas de diamante policristalino tienen superficies rugosos debido a las caras de los cristales de los granos de diamante individuales, como resulta evidente de las fotograffas de las Figuras 2 y 3 de la patente '384. Se conoce en la tecnica anterior el hecho de pulir tales superficies para minimizar el coeficiente de friccion en aplicaciones deslizantes, o incluso depositar diamantes policristalinos en un sustrato liso y despues retirar la pelfcula

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del sustrato y utilizar el lado liso de la pelfcula (que previamente estaba contra el sustrato) en lugar de la superficie original como superficie de apoyo. La presente invencion supera los problemas de la tecnica anterior proporcionando un cierto numero de caractensticas ventajosas, incluyendo sin limitacion, proporcionar una superficie lisa y dura para aplicaciones deslizantes, a la vez que se evita el procesamiento diffcil y caro de la capa de superficie de diamante policristalino. La metodologfa tambien emplea de manera ventajosa, materiales de sustrato (tales como metales adecuados, vidrios, y compuestos y materiales organicos) que no pueden ser procesados a las temperaturas elevadas necesarias para deposicion de CVD de diamante policristalino.

Tambien se describe en la tecnica anterior (por ejemplo en la Patente de Estados Unidos N° 6.165.616) que capas de interfaz de ingeniena pueden ser empleadas para liberar el esfuerzos inducidos termicamente en una capa de diamante policristalino. Estos esfuerzos termicamente inducidos surgen durante el enfriamiento del sustrato despues de la deposicion del revestimiento a temperaturas relativamente altas, y son debidos a las diferencias de coeficientes de dilatacion termica entre el sustrato y el revestimiento de diamante. Los calculos ingenieriles, bastante complicados, se especifican en el documento '616 para predeterminar la composicion y espesor deseados de capa de interfaz. Los espesores de capa de interfaz descritos en el documento '616 para minimizar el esfuerzo termicamente inducido en la capa de diamante son del orden de 20 a 25 micras de acuerdo con las Figuras 1 a 3. Tales capas de interfaz gruesas son caras de depositar, debido al tiempo necesario para depositarlas y al elevado coste del equipo requerido. La presente invencion incluye tambien de manera ventajosa, sin limitacion, minimizar el coste del revestimiento pero consiguiendo todavfa los resultados deseados empleando capas de interfaz mucho mas delgadas que las ensenadas por el documento '616, y evitando crear esfuerzos termicamente inducidos que necesitan tales calculos de ingeniena complicados, depositando una capa de superficie dura a una temperatura relativamente baja en comparacion con la tecnica anterior, tal como en la patente '616.

Se describe ademas en la tecnica anterior (por ejemplo en la Patente de Estados Unidos N° 4.935.313 y 4.966.789) que el carbono de reticula cristalografica (diamante policristalino) u otros materiales duros se pueden utilizar como revestimiento de superficie en discos de valvula, y que pares de discos de valvulas mutuamente deslizantes que difieren uno de otro tanto en composicion superficial como en el acabado superficial son preferibles a aquellos que son tienen las mismas caractensticas, con respecto a minimizar la friccion entre las placas. La presente invencion proporciona superficies de disco de valvula de acoplamiento que tienen un coeficiente de friccion inferior al de los materiales descritos en aplicaciones de superficie mojadas o lubricadas con agua, tales como valvulas de agua, y permite identico procesamiento de ambos materiales con el fin de evitar la necesidad de adquirir y manejar diferentes tipos de equipos de procesamiento. La presente invencion proporciona ademas, sin limitacion, superficies de disco de valvula de acoplamiento que tienen un coeficiente de friccion inferior a de los materiales descritos en aplicaciones de superficies mojadas con fluido o lubricadas con agua tales como valvulas de agua. Ademas, ambas superficies deslizantes acopladas de los discos pueden ser duras y tener una resistencia a la abrasion en corrientes de agua contaminadas y permitir el procesamiento identico de ambas superficies de acoplamiento con el fin de evitar la necesidad de adquirir y manejar diferentes tipos de equipos de procesamiento.

La tecnica anterior relevante adicional se describe en los documento US 2007/0278444 A1, WO 2007/020139 A1 y EP 2083095 A2.

Resumen

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona una llave que comprende una valvula de control de fluido, que comprende una pluralidad de componentes de valvula, en la que un segundo componente de valvula esta configurado para el acoplamiento deslizante con un primer componente de valvula y el primer y segundo componentes de valvula se proporcionan en forma de disco; comprendiendo al menos uno del primer componente de valvula y el segundo componente de valvula un material de base, una capa de favorecimiento de adhesion delgada, una capa de refuerzo dispuesta sobre la capa de favorecimiento de adhesion, comprendiendo la capa de refuerzo al menos uno de tantalo y niobio, y un material de diamante amorfo dispuesto encima de la capa de refuerzo para formar una capa de superficie exterior, caracterizada por que el material de diamante amorfo tiene una dureza que es de al menos 20 GPa y menor de 45 GPa, un modulo que es al menos de 150 GPa y menor de 400 GPa y union de sp3 de al menos aproximadamente el 40%. Las reivindicaciones dependientes representan realizaciones ventajosas de la presente invencion.

Breve descripcion de los dibujos

La Fig. 1 es una forma de valvula que incorpora una estructura de multiples capas con una capa de diamante amorfo que recubre un sustrato;

la Fig. 2 es un detalle de una forma de una estructura de multiples capas son una capa de favorecimiento de adhesion;

la Fig. 3 ilustra aun otra estructura de multiples capas con una capa de favorecimiento de adhesion adicional anadida de acuerdo con la invencion;

la Figura 4 es una forma mas de la estructura de multiples capas de la Fig. 2 en la que el capa de refuerzo incluye dos capas de diferentes materiales; y

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la Fig. 5 es un fotomicrografico de la apariencia superficial de una capa de diamante amorfo exterior sobre un sustrato o capa subyacente.

Descripcion detallada

Las realizaciones de la invencion se ilustran generalmente en las figuras, en donde la Fig. 1 muestra una forma de la valvula 10 con la manija 12 que incorpora la invencion. En particular, las Figs. 2-4 ilustran una parte de una valvula 10 que tiene un sustrato 18 para un componente deslizante 20 y/o un componente fijo 22 de la valvula 10 que pueden comprender un material de base en el que el material de base puede ser el mismo o diferente en el componente deslizante 20 y el componente fijo 22. En otras realizaciones, uno de los componentes 20, 22 puede ser fijo. Preferiblemente el material de base tambien puede comprender vidrios o material vftreo, cerments, materiales polimericos, materiales compuestos, compuestos intermetalicos, tales como aluminuro de hierro, y otros materiales mecanicamente adecuados para la aplicacion. Los metales pueden incluir, por ejemplo, cualquier metal convencional, incluyendo, sin limitacion, acero inoxidable, bronce, circonio, titanio, aluminio, y aleaciones de estos tres ultimos materiales. El acero inoxidable, el titanio, el circonio, y el aluminio son los metales mas preferidos, haciendo referencia con el termino acero inoxidable a cualquier tipo, tal como 304, 316, etc., y a variaciones personalizadas de los mismos y entendiendo que los terminos titanio, circonio, y aluminio incluyen aleaciones compuestas principalmente por esos metales. El acero inoxidable sinterizado (en polvo) es un material de sustrato preferido debido a que se puede moldear economicamente en formas complejas adecuadas para los discos y se puede fresar y pulir de manera economica para conseguir una superficie obturante de acoplamiento lisa. En el caso de acero inoxidable sinterizado, se prefieren los sustratos "totalmente densos" y los sustratos moldeados por inyeccion. El titanio y el circonio son materiales de base preferidos debido a que se pueden oxidar o anodizar facilmente para formar una capa de superficie dura. Los materiales ceramicos pueden ser cualquier material ceramico convencional, incluyendo sin limitacion, por ejemplo, alumina sinterizada (oxido de aluminio) y carburo de silicio, siendo la alumina un material preferido. Los materiales compuestos pueden incluir, por ejemplo, cualesquiera cerments convencionales, epoxis y poliamidas reforzados, y compuestos de carbono-carbono. Vidrio y materiales vftreos pueden incluir por ejemplo vidrio de borosilicato tal como PyrexTM, y materiales tales como vidrio estratificado endurecido y vidrio-ceramicas. El vidrio, materiales vftreos y los cerments son sustratos preferidos debido a que se pueden moldear de forma economica a formas complejas adecuadas para discos y se pueden fresar y pulir de forma economica hasta llegar a una superficie plana y lisa. El aluminuro de hierro se entiende que es un material formado principalmente por hierro y aluminio pero tambien puede contener pequenas cantidades de otros elementos tales como molibdeno, circonio y boro.

Como se muestra en la Fig. 2, una capa de refuerzo 23 tambien puede estar colocada directamente en la superficie de sustrato 18. Esta capa 23 puede comprender un material que tenga una dureza mas elevada que el sustrato 18 (aunque se ha de entender que, de acuerdo con otras realizaciones a modo de ejemplo, la capa de refuerzo puede no tener una dureza que sea mayor que la del sustrato). Materiales adecuados para la capa de refuerzo 23 pueden incluir compuestos de Ta y Nb. Los compuestos incluyen, sin limitacion, nitruros, carburos, oxidos, carbonitruros, y otros materiales de base mezclados que incorporen nitrogeno, oxfgeno y carbono.

De acuerdo con la invencion, la capa de refuerzo comprende un material que contiene tantalo, tal como un carburo de tantalo, nitruro de tantalo, o un carbonitruro de tantalo. Una caractenstica ventajosa de utilizar tantalo o un compuesto de tantalo para la capa de refuerzo es que el tantalo presenta excelente resistencia a la corrosion y es relativamente ductil cuando se utiliza como metal. Adicionalmente, el tantalo forma facilmente carburos que tienen valores relativamente altos (valores de dureza de Mohs de 9+) que son deseables para que la capa de refuerzo proporcione resistencia a la rayadura y a la abrasion al sustrato. O, la capa de refuerzo comprende un material que contiene niobio, tal como carburo de niobio, nitruro de niobio o un carbo-nitruro de niobio.

La capa de refuerzo 23 funciona principalmente para mejorar la resistencia a la rayadura y a la abrasion del revestimiento de multiples capas. La dureza de la capa de refuerzo 23 debena ser al menos mayor que la del sustrato 18 con el fin de realizar su funcion prevista de mejorar la resistencia a la rayadura del disco revestimiento. El espesor de la capa de refuerzo 23 es al menos un espesor suficiente para mejorar la resistencia a la rayadura del sustrato 18. Para los materiales tfpicamente utilizados, tales como los descritos anteriormente, este espesor esta comprendido generalmente entre aproximadamente 500 nm y aproximadamente 10 micras, y preferiblemente entre aproximadamente 2000 nm y aproximadamente 5000 nm. En los ensayos de valvulas de agua de llave se ha encontrado que una capa de refuerzo de nitruro de cromo que tiene un espesor de aproximadamente 5 micras proporciona resistencias a la rayadura y a la abrasion adecuadas (en combinacion con una capa superior de diamante amorfo) para los tipos y tamanos de los contaminantes considerados tfpicos en fuentes de agua municipales y de pozos.

En la presente invencion como se muestra en la Fig. 3 y para el componente 22 de la Fig. 4, esta depositada una capa de favorecimiento de adhesion 21 en el sustrato 18 y despues la capa de refuerzo 23 sobre la capa 21. Esta capa 21 funciona para mejorar la adhesion de la capa de refuerzo 23 que recubre el sustrato 18. Los materiales adecuados para la capa de favorecimiento de adhesion 21 incluyen materiales que comprenden cromo, titanio, tungsteno, tantalo, niobio, otros materiales refractarios, silicio, y otros materiales conocidos en la tecnica que son adecuados como capas de favorecimiento de adhesion. La capa 21 puede estar hecha convenientemente utilizado el mismo material elemental elegido para la capa de refuerzo 23. La capa 21 tiene un espesor que es al menos

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adecuado para facilitar o mejorar la adhesion de la capa 23 al sustrato 18. Este espesor esta generalmente comprendido entre aproximadamente 5 nm y aproximadamente 200 nm, y lo mas preferible entre aproximadamente 30 nm y aproximadamente 60 nm. La capa de favorecimiento de adhesion 21 puede ser depositada mediante tecnicas de deposicion de vapor convencionales, que incluyen preferiblemente deposicion tisica de vapor (PVD) y tambien pueda estar hecha mediante deposicion qmmica de vapor (CVD).

Los procesos de PVD son bien conocidos y son convencionales e incluyen evaporacion de arco catodico (CAE), pulverizacion catodica, y otros procesos de deposicion convencionales. Los procesos de CVD pueden incluir deposicion qmmica de vapor de baja presion (LPCVD), deposicion qmmica de vapor mejorada de plasma (PECVD) y metodos de deposicion termicos. Las tecnicas y el equipo de PVD y CVD se describen entre otros en J. Vossen y W. Kern "Thin Film Processes II" Academic Press, 1991; R. Boxman et al., "Handbook of Vacuum Arc Science and Technology", Noyes, 1995; y la Patente de Estados Unidos N° 4.162.954 y N° 4.591.418.

En el caso de materiales ceramicos sinterizados, aunque los granulos individuales que forman el material sinterizado pueden tener elevada dureza, la resistencia a la rayadura de toda la estructura sinterizada medida con el ensayo de rayadura es mucho menor que la del material que forma los granulos (por ejemplo, alumina). Esto es debido al hecho de que los materiales utilizados tipicamente para sinterizar o unir los granos de alumina juntos, tipicamente silicatos, no son tan duros como los propios granulos. La dureza de la capa de refuerzo 23 puede ser similar a, o incluso menor que, la dureza de los granulos individuales que componen el disco ceramico, y todavfa ser mas duros que la estructura ceramica sinterizada en su conjunto. Se ha encontrado mediante la experimentacion que, por ejemplo, la profundidad de las rayaduras causadas por un deslizamiento de una pua (de radio = 100 micras) bajo una carga de 30 Newtons es de aproximadamente 4-6 micras sobre un sustrato de alumina sinterizada no revestido, mientras que la profundidad de la rayadura sobre un sustrato identico revestido con una capa de refuerzo de nitruro de cromo de 3 micras de espesor es de solo 2-3 micras.

La capa de refuerzo 23 puede estar formada mediante tecnicas de deposicion de vapor convencionales que incluyen, pero no se limitan a pulverizacion catodica, evaporacion de arco catodico (CAE) y CVD. Los metodos mas preferidos son pulverizacion catodica, CAE, u otros medios que se pueden realizar a una temperatura relativamente baja, con lo que se minimiza el esfuerzo termicamente inducido en el apilamiento de revestimiento despues del enfriamiento. Si la capa de refuerzo 23 es depositada por CAE, tambien es deseable utilizar filtrado de macroparticulas con el fin de controlar y preservar la lisura de la superficie del sustrato 18. La capa de refuerzo 23 tambien puede ser formada mediante otros metodos bien conocidos para la formacion de revestimientos duros, tales como pirolisis de rociado, tecnicas de solucion-gel, inmersion en lfquidos con el posterior tratamiento termico, metodos de nanofabricacion, metodos de deposicion de capa atomica y metodos de deposicion de capa molecular.

La capa de refuerzo 23 alternativamente puede ser formada mediante un proceso de produzca una capa de superficie endurecida sobre un material de base de sustrato. Tales procesos incluyen, por ejemplo, oxidacion termica, nitruriozacion de plasma, implantacion de hierro, tratamiento superficiales qmmicos y electromecanicos, tales como revestimientos de conversion qmmica, anodizacion, que incluye anodizacion dura y postratamientos convencionales, oxidacion de microarco y endurecimiento de corteza. La capa de refuerzo 23 tambien puede incluir multiples capas 24 y 25 como se muestra en la Figura 4, en las que las capas 24 y 25 juntas forman la capa de refuerzo 23. Por ejemplo, la capa 24 puede ser un oxido crecido termicamente en el material de base de sustrato mientras que la capa 25 ser un material depositado. La capa de refuerzo 23 tambien puede incluir mas de dos capas, y puede comprender preferiblemente por ejemplo un tipo de revestimiento de super-reticula con un gran numero de capas alternantes muy delgadas. Tal forma de multiples capas o de super-reticula de la capa de refuerzo 23 tambien puede incluir una o multiples capas de diamante amorfo.

En la estructura de multiples capas de las Figs. 1-4, la capa de diamante amorfo 30 es depositada sobre la capa de refuerzo 23 para formar una capa de superficie exterior. La finalidad de la capa de diamante amorfo 30 es proporcionar una resistencia a la abrasion de desgaste muy fuerte y una superficie superior lubricada sobre los componentes deslizantes. El diamante amorfo es una forma de carbono no cristalino que es bien conocida en la tecnica, y a veces esta denominada como carbono amorfo unido tetraedricamente (taC). Puede estar caracterizado por tener entre aproximadamente 25 y 85 por ciento de union de carbono sp3 (y al menos un 40 por ciento de union de carbono sp3 de acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo) y una dureza comprendida entre aproximadamente 20 y 85 gigaPascales (y al menos 30 gigaPascales de acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo), y un modulo elastico comprendido entre aproximadamente 150 y 900 gigaPascales (y al menos 250 gigaPascales de acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo). Los materiales de diamante amorfo se describen por ejemplo, en la Patentes de Estados Unidos N° 5.799.549 y N° 5.992.268.

La capa de material de diamante amorfo 30 se puede aplicar utilizando procesos que incluyen por ejemplo, evaporacion de arco catodico filtrado y ablacion por laser. El termino diamante amorfo como se utiliza aqm incluye todas las formas de carbono de tipo taC y tambien puede contener elementos de impurezas o de aleacion, tales como nitrogeno y metales, y tambien incluir materiales nano-estructurados que contengan diamante amorfo. Materiales nano-estructurados significa, en la presente, materiales que tienen caracteristicas estructurales a escala de nanometro o decimas de nanometro, que incluyen pero no se limitan a super-reticulas.

El espesor de la capa de diamante amorfo 30 es al menos un valor efectivo para proporcionar resistencias al

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desgaste y a la abrasion mejoradas en el componente deslizante. Este espesor es generalmente de al menos 100 nm, preferiblemente al menos 200 nm y mas preferiblemente al menos 300 nm. El rango de espesor superior de la capa 30 se determina por las caractensticas del material, consideraciones economicas y la necesidad de minimizar el esfuerzo intnnseco dependiente del espesor en la capa 30 como se expone mas adelante. Tambien la capa de diamante amorfo 30 presenta de manera ventajosa una topologfa de superficie extremadamente lisa como se puede ver haciendo referencia a la foto de la Fig. 5, principalmente debido a que no hay granos de diamante individuales en un revestimiento amorfo. Ademas, la topograffa de superficie de la capa de diamante amorfo delgada 30 esencialmente reproduce la de la subsuperficie despues de que es depositada, y por tanto la capa de diamante amorfo 30 tiene sustancialmente la misma rugosidad superficial media que la de la subsuperficie. Las inclusiones graffticas, visibles como puntos de luz en la Fig. 5, no contribuyen a la rigurosidad superficial, como el termino se ha utilizado aqm, debido a que son muy blandas y son reducidas a polvo lubricante cuando las superficies deslizantes entran en contacto. El diamante amorfo tiene la ventaja adicional de que puede ser depositado a temperaturas mucho mas bajas (generalmente por debajo de aproximadamente 250°C) que el diamante policristalino, eliminando de este modo la necesidad de capas de interfaz de ingeniena gruesas descritas en la tecnica anterior (vease, por ejemplo la Patente de Estados Unidos N° 6.165.616) para aliviar el esfuerzos termicamente inducidos en la capa de diamante. Estos esfuerzos termicamente inducidos surgen durante el enfriamiento despues de la deposicion a elevada temperatura, caractenstica de la CVD, y son debidos a las diferencias de coeficiente de dilatacion termica entre el sustrato y el revestimiento de diamante. Hemos encontrado que el tipo de calculos descritos en la patente '616 para determinar el espesor de su capa de interna de alivio de esfuerzos termicamente inducidos no son necesarios para las peffculas de diamante amorfo debido a la baja temperatura de deposicion.

Una caractenstica del diamante amorfo es que desarrolla esfuerzos internos intnnsecos (no termicamente inducidos) elevados, que aumentan cuando el espesor de revestimiento aumenta y que estan predominantemente relacionados con las distorsiones de union atomica y no con la contraccion/dilatacion termicas. Aunque se cree que este esfuerzo intnnseco contribuye a la elevada dureza del material, tambien limita el espesor de revestimiento dado que las fuerzas inducidas por esfuerzo tienen a causar la desestratificacion del revestimiento del sustrato 18 (o la capa de refuerzo 23) por encima de cierto espesor. Aunque el diamante amorfo puede ser depositado directamente como un metal, vidrio o disco de aluminuro de hierro (opcionalmente con una capa de adhesion), es diffcil depositar una capa lo suficientemente gruesa para proporcionar adecuada resistencia a la rayadura para aplicaciones de valvula de agua. La resistencia a la rayadura es importante debido a que los suministros de agua a veces contienen contaminantes abrasivos debidos a roturas de tubena, construccion etc. La capa de refuerzo adicional 23 de la presente invencion proporciona un mejor soporte de la capa de diamante amorfo 30 de lo que lo hace el material de sustrato mas blando, permitiendo de manera ventajosa que sea utilizada una capa de diamante amorfo, mientras que todavfa se obtiene unas resistencias a la rayadura y a la abrasion mejoradas. La capa de refuerzo 23 tambien puede ser elegida parea ser un material que tenga una velocidad de deposicion mas grande y/o sea menos cara de depositar que la capa de diamante amorfo 30, con el fin de minimizar el coste de revestimiento total a la vez que se mantienen las prestaciones. En la realizacion mas preferida, un ffmite de espesor superior para la capa de diamante amorfo 30 de aproximadamente 1-2 micras se puede utilizar para evitar la desestratificacion inducida por esfuerzo, mientras que un espesor superior a aproximadamente 800 nm, y mas preferiblemente 300-500 nm, puede ser deseable por razones economicas a la vez que todavfa se consigue las caractensticas de rendimiento deseadas.

El diamante amorfo es adecuado para aplicaciones de deslizamiento en mojado en aplicaciones de valvula de agua. En particular, ha mostrado tener un coeficiente de friccion muy bajo y tambien desgaste por abrasion extremadamente bajo en ensayos de deslizamiento lubricados con agua en los que ambas superficies deslizantes estan revestidas con diamante amorfo. Por el contrario, se sabe que lado revestimientos DLC tienen coeficientes de friccion mas elevados, desgastes mas elevados, y se deteriora su rendimiento friccional con el aumento de humedad. Una ventaja mas del diamante amorfo es que la temperatura de deposicion relativamente baja permite una eleccion mas amplia de materiales de sustrato y minimiza o elimina la distorsion termicamente inducida permanente del sustrato.

Respecto al bajo coeficiente de friccion registrado por los revestimientos de diamante amorfo en ensayos de deslizamiento lubricados con agua, se cree que pueden ser debidos a al menos una parte de las inclusiones graffticas (normalmente denominadas macroparffculas) que estan incorporadas en los revestimientos de diamante amorfo mediante algunos metodos. Tales inclusiones graffticas pueden ser numerosas en revestimientos de carbono depositados por evaporacion de arco catodico, dependiendo de los materiales objetivo elegidos y el uso de medios de filtrado de macro-parffculas como se describe mas adelante. Estas inclusiones graffticas no degradan el rendimiento del revestimiento de diamante amorfo debido a su blandura y a la pequena fraccion del area de superficie total que ocupan. En su lugar, se cree que pueden mejorar el rendimiento aumentando la retencion de lubricante entre las placas deslizantes.

En la Patente de Estados Unidos N° 5.401.543 se describe que los revestimientos de diamante amorfo estan esencialmente libres de macro-parffculas que pueden ser depositadas por evaporacion de arco catodico a partir de carbono vftreo o catodos de grafito pirofftico. La maxima densidad de macro-parffculas (inclusiones graffticas) en tales revestimientos, como se ha calculado de las dimensiones de area de las figuras fotograficas y los contajes de macro-parffculas descritos, es de aproximadamente 200 macro-parffculas por miffmetro cuadrado. Tales revestimientos de diamante amorfo libres de macro-parffculas se pueden utilizar como capa 30 en la presente invencion, pero son menos preferidos que los depositados a partir de un catodo de grafito ordinario y que contienen

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un numero sustancial de inclusiones graffticas, tales como, por ejemplo al menos aproximadamente 500 por milfmetro cuadrado. Tambien son menos preferidas debido a que el carbono vftreo requerido o catodo de grafito pirolttico son bastante caros en comparacion con el grafito ordinario.

El numero de inclusiones graffticas 40 incorporado en los revestimientos (vease la Fig. 4 que las muestra esquematicamente) depositadas por evaporacion de arco filtrado a partir de un catodo de grafito ordinario se pueden controlar de acuerdo con la presente invencion eligiendo el diseno de filtro y los parametros de funcionamiento de manera que se permita que un numero deseado de marco-partfculas sea transmitido a traves de la fuente. Los factores que influyen en la transmision de macro-partfculas a traves de un filtro se describen en la Patente de Estados Unidos N° 5.840.163. Los disenos de filtro y parametros de funcionamiento son elegidos convencionalmente para minimizar el numero de macro-partfculas transportadas a traves de la fuente, son embargo esta seleccion tambien generalmente reduce la salida (deseada) de iones de carbono y por tanto reduce la velocidad de deposicion. Contrariamente a esta practica habitual, hemos encontrado que es preferible con la finalidad de minimizar el coste del revestimiento, elegir el diseno de filtro y los parametros de funcionamiento de manera que se maximice la salida de ion carbono de la fuente (es decir la velocidad de deposicion) sin que se exceda el numero tolerable maximo de inclusiones graffticas incorporado en el revestimiento. El numero maximo tolerable de inclusiones es ese numero por encima del cual el rendimiento de las partes revestidas se deteriora de manera inaceptable debido a la fraccion creciente del area de superficie ocupada por las inclusiones. Los factores de rendimiento crfticos pueden incluir la no fuga de fluido de trabajo, coeficiente de friccion de deslizamiento, resistencia a la rayadura y a la abrasion, y vida util. Hemos encontrado que las densidades de superficie de inclusion grafftica sustancialmente mayores de 500/mm2 son tolerables y pueden ser beneficiosas como de ha descrito anteriormente.

El contenido de sp3 y el modulo de dureza y las propiedades de esfuerzo del diamante amorfo se pueden alterar sistematicamente mediante el ajuste de la temperatura y el voltaje de polarizacion durante la deposicion de la capa de diamante amorfo. En este sentido, rangos de contenido de sp3 entre el 25% y el 85%, dureza entre aproximadamente 20 y 85 gigaPascales, modulos entre aproximadamente 150 y 900 gigaPascales, y esfuerzo de compresion entre aproximadamente 1 y 12 gigaPascales ha sido producidos mediante el ajuste de la temperatura de deposicion entre 20°C y 300°C y un voltaje de polarizacion entre 0 V y 600 V. Los revestimientos de diamante amorfo de elevado sp3 tienden a ser en los duros, fragiles, acabados con esfuerzos en los rangos anteriores, mientras que revestimientos de diamante amorfo de bajo sp3 tienden a ser en los moderadamente duros, ductiles, acabados libres de esfuerzos de los rangos anteriores. Se ha encontrado que los revestimientos de diamante amorfo con al menos aproximadamente un contenido de sp3 del 40 % y un espesor por encima de aproximadamente 0,2 micrometros tienen propiedades de desgaste que los hacen muy adecuados para aplicaciones de valvulas. Tfpicamente, tales revestimientos tienen durezas de por encima de aproximadamente 30 gigaPascales, modulos por encima de aproximadamente 250 gigaPascales, y esfuerzos de compresion de mas de aproximadamente 2 gigaPascales. Dependiendo de la situacion de la carga real en la valvula, un revestimiento grueso de sp3 del 40% puede ser el que mejor se ajuste a una aplicacion de carga elevada como tal, un revestimiento es menos propenso a fallo por rotura, mientras que un revestimiento de sp3 elevado delgado puede encajar mejor para valvulas de baja carga.

De acuerdo con la invencion, una capa de diamante amorfo tiene una dureza de al memos aproximadamente 20 gigaPascales y menor de 45 gigaPascales (por ejemplo, menor de 40 gigaPascales o menor de 35 gigaPascales de acuerdo con distintas realizaciones a modo de ejemplo) y un modulo de al menos 150 gigaPascales y menor de 400 gigaPascales (por ejemplo, menor de aproximadamente 350 gigaPascales o menor de 300 gigaPascales de acuerdo con diversas realizaciones a modo de ejemplo). De acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo, la dureza de tal capa es de al menos 30 gigaPascales y el modulo es de al menos 250 gigaPascales. El contenido de sp3 de la capa de diamante amorfo puede estar comprendido entre el 25 y el 85 por ciento, y, de acuerdo con la invencion, al menos el 40 por ciento. El espesor de la capa puede ser al menos aproximadamente de 100 nm, y, de acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo, al menos aproximadamente 200 nm. De acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo, el esfuerzo de compresion de la capa esta entre aproximadamente 1 y 12 gigaPascales, y, de acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo, al menos aproximadamente 2 gigaPascales.

La adhesion de la capa de diamante amorfo 30 a una forma de nitruro de la capa de refuerzo 23 puede en algunos casos ser mejorada mediante la introduccion de una gas que contiene carbono, tal como metano, durante un corto periodo de tiempo al final de la deposicion de la capa de refuerzo 23. Esto da lugar a una zona de transicion delgada de carbonitruro y/o material de carburo entre la capa de refuerzo 23 y la capa de diamante amorfo 30. En otros casos, la adhesion puede ser mejorada cesando todos los gases reactivos durante un corto periodo al final de la deposicion de la capa de refuerzo 23. Esto da lugar a una capa de metal delgada entre la capa de refuerzo 23 y la capa de diamante amorfo 30. Se ha encontrado que la introduccion de metano durante la deposicion de arco filtrado de la capa de diamante amorfo 30 aumenta la velocidad de deposicion de revestimiento, y tambien puede mejorar la dureza de revestimiento y la resistencia a la rayadura. En todavfa otros casos, por ejemplo, en caso en el que la capa de diamante amorfo 30 va a ser depositada en una superficie de metal termicamente oxidada, puede ser deseable depositar la capa de favorecimiento de adhesion entre la capa de refuerzo 23 y la capa de diamante amorfo 30. Materiales adecuados para la capa de adhesion pueden incluir, por ejemplo, metales de formacion de carburo refractarios, tales como, Ti y W, y diversos metales de transicion, tales como Cr, y tambien pueden incluir carburos de esos metales.

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De acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo, la capa de diamante amorfo proporciona una resistencia ffsica ventajosa al desgaste por deslizamiento y a la accion abrasiva de las partfculas de agua. Ademas el propio material de diamante amorfo es qmmicamente inerte a los constituyentes de suministro de agua comunes (por ejemplo, iones tales como cloruro y fluoruro, oxidantes como hipoclorito, etc.) a las concentraciones a las que pueden estar presentes en los suministros de agua municipales.

El sustrato tambien puede estar formado a partir de un material que resista la corrosion de estos constituyentes de suministro de agua. De acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo, los materiales tales como ceramicas (por ejemplo alumina), metales (por ejemplo Zr y Ti) y aleaciones (por ejemplo, acero inoxidable) se pueden utilizar para el sustrato. De acuerdo con una realizacion particular a modo de ejemplo, el sustrato puede ser formado a partir de un material ceramico basado en alumina con diversas cantidades de zirconio y sflice para proporcionar sensibilidad de fluoruro reducida al sustrato.

Para una mayor resistencia a la corrosion de los constituyentes comunes del suministro de agua, la capa de refuerzo puede estar formada de un material que forme materiales de carbono duros (por ejemplo material de carburo). Por ejemplo, la capa de refuerzo puede ser carbono o un carburo de cualquiera de los materiales de acuerdo con las distintas realizaciones a modo de ejemplo: Nb, Ta. Por ejemplo, el carbono o los carburos de Nb y Ta pueden proporcionar resistencia a la corrosion mejorada a los agentes oxidantes como hipoclorito. El carbono o los carburos de Nb y Ta pueden proporcionar resistencia a la corrosion mejorada a los fluoruros. El carbono o los carburos de Nb y Tb pueden proporcionar resistencia completa a la corrosion a los agentes oxidantes como el hipoclorito y agentes de corrosion generales como el cloruro y el fluoruro. De acuerdo con realizacion particular a modo de ejemplo, la capa de refuerzo puede utilizar carbono y/o un carburo de Nb.

Para un mejor entendimiento de la invencion, se proporcionan los siguientes ejemplos. Los ejemplos son ilustrativos y no limitan la invencion a las caractensticas particulares descritas. EJEMPLO 1, que no forma parte de la invencion.

Discos de valvula de acero inoxidable limpios son colocados en una camara de deposicion de vado que incorpora un catodo de evaporacion de arco y un catodo de pulverizacion catodica. La fuente de arco es fijada con medios de filtrado para reducir la incorporacion de macropartfculas en el revestimiento como se describe por ejemplo en la Patente de Estados Unidos N° 5.480.527 y 5.840.163. Las fuentes de argon y nitrogeno estan conectadas a la camara a traves de un distribuidor con valvulas ajustables para controlar en caudal de cada gas al interior de la camara. El catodo de pulverizacion catodica esta conectado a la salida negativa de una fuente de corriente continua. El lado positivo de la fuente de energfa esta conectado a la pared de la camara. El material de catodo es cromo. Los discos de valvula son depositados delante del catodo, y pueden ser hechos girar o movidos de otro modo durante la deposicion para asegurar un espesor de revestimiento uniforme. Los discos estan electricamente aislados de la camara y estan conectados a traves de su soporte de montaje a la salida negativa de una fuente de energfa, de manera que un voltaje de pulverizacion catodica se puede aplicar a los sustratos durante el revestimiento.

Antes de la deposicion, la camara de vacfo es evacuada a una presion de 2x10e-5 Torr o menor. Gas argon es despues introducido a una velocidad suficiente para mantener una presion de aproximadamente 25 miliTorr. Los discos de valvula son entonces sometidos a una limpieza de plasma de descarga incandescente en la que un voltaje de polarizacion negativo de aproximadamente 500 voltios se aplica al soporte y a los discos de valvula. La duracion de la limpieza es de aproximadamente 5 minutos.

Una capa de cromo que tiene un espesor de aproximadamente 20 nm es entonces depositada sobre los discos de valvula mediante pulverizacion catodica. Despues de que la capa de adhesion de cromo sea depositada, una capa de refuerzo de nitruro de cromo que tiene un espesor de 3 micras es depositada por pulverizacion catodica reactiva.

Despues de que la capa de nitruro de cromo sea depositada, los discos de valvula son dispuestos enfrentandose a la fuente de arco, y una capa de diamante amorfo superior que tiene un espesor de aproximadamente 300 nm es depositada mediante cebado de un arco en el electrodo de carbono y exponiendo a los sustratos al plasma de carbono que sale de la salida de la fuente. Una polarizacion de corriente continua negativa de aproximadamente 500 voltios es inicialmente aplicada a los sustratos para proporcionar un bombardeo de iones de alta energfa para la limpieza de superficie y la mejora de la union. Despues de aproximadamente 5 minutos a un voltaje de polarizacion elevado, el voltaje de polarizacion se reduce a aproximadamente 50 voltios para el resto del proceso de deposicion. Una presion de argon de aproximadamente 0,5 miliTorr es mantenida en la camara durante la deposicion. Se pueden emplear voltajes de polarizacion de pulso o de corriente alterna, y un mayor o menor argon se puede tambien mantener con el fin de estabilizar el funcionamiento de la fuente de arco y optimizar las propiedades del revestimiento.

Se ha encontrado a traves de la experimentacion que los discos de valvula hechos de acero inoxidable y revestidos de acuerdo con el ejemplo anterior eran capaces de resistor mas de 15.000 ciclos de ensayo en agua de circulacion que llevaba arena de sflice de 20 micras, mientras que los discos de valvula de alumina no revestidos estandar fallaban bajo esas condiciones a menos de 2500 ciclos. Se determino ademas que la capa de diamante amorfo tema un contenido de sp3 del 65%, una dureza de aproximadamente 50 GPa, y un modulo de aproximadamente 500 GPa. EJEMPLO 2, que no forma parte de la invencion.

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Discos de valvula de circonio limpios fueron colocados en un horno de aire, calentados a una temperatura de 560°C, mantenidos a esta temperatura durante aproximadamente 6 horas, y enfriados. Una capa de refuerzo de oxido de circonio es asf formada en la superficie de sustrato, teniendo un espesor de 5-10 micras. Los discos son despues colocados en una camara de deposicion de vado que incorpora un catodo de evaporacion de arco filtrado y un catodo de pulverizacion catodica. Una capa de adhesion de cromo que tiene un espesor de aproximadamente 20 nm es depositada en los discos de valvula mediante pulverizacion catodica como se ha descrito en el ejemplo 1. Despues de que la capa de adhesion de cromo se haya depositado, se deposita una capa de diamante amorfo como se describe en el Ejemplo 1.

Los discos de valvula hechos de circonio y tratados como se ha descrito para formar una estructura de multiples capas sobre sus superficies fueron ensayados para la resistencia a la rayadura, utilizando un ensayador de rayadura con carga variable. Las profundidades de rayadura en los discos de Zr tratados generadas por una punta de pua que tema un radio de 100 micras bajo una carga de 3 Newtons fueron de aproximadamente 4,7 micras de profundidad, mientras que las de discos de Zr no tratados fueron de aproximadamente 9,5 micras o mas del doble de profundidad. Se cree que los resultados del ensayo de rayadura son una prediccion relevante de la resistencia a la rayadura y a la abrasion en aplicaciones de campo. EJEMPLO 3, que no forma parte de la invencion.

Discos de valvula de vidrio moldeado limpios fueron colocados en una camara de deposicion de vado que incorpora una fuente de ablacion por laser, una fuente PECVD, y un catodo de pulverizacion catodica. Los discos de valvula son sometidos a una limpieza de plasma de descarga de RF (radio-frecuencia) por medios conocidos. Una capa de adhesion de titanio que tiene un espesor de aproximadamente 20 nm es despues depositada en los discos de valvula mediante pulverizacion catodica. Una capa de refuerzo de DLC que tiene un espesor de aproximadamente 3 micras es despues depositada en la parte superior de la capa de adhesion mediante PECVD utilizando parametros de deposicion conocidos. Una capa de diamante amorfo que tiene un espesor de aproximadamente 300 nm es despues depositada en la parte superior de la capa de DLC mediante ablacion por laser utilizando parametros de deposicion conocidos. EJEMPLO 4, que no forma parte de la invencion.

Discos de valvula de acero inoxidable limpios son colocados en la camara de vado que contiene una fuente de evaporacion de arco filtrado y un catodo de pulverizacion catodica. La camara es evacuada, se introduce gas nitrogeno, se establece una descarga de plasma entre los discos y las paredes de la camara, y la superficie del disco es nitrurada con plasma de acuerdo con parametros conocidos. El nitrogeno se esparce en los sustratos de acero inoxidable para formar una capa de superficie mas dura que el sustrato, y el proceso continua durante un periodo de tiempo suficiente para que la profundidad de la capa alcance aproximadamente 2 micras. Una superreticula que consta de multiples capas alternantes de nitruro de carbono y nitruro de circonio es entonces depositada en la superficie de acero inoxidable nitrurada mediante evaporacion de arco filtrado y pulverizacion catodica respectivamente. Las capas individuales alternantes son de aproximadamente 10 nm de espesor, y aproximadamente 100 capas de cada material son depositadas para un espesor de super-reticula total de aproximadamente 2 micras. La relacion de nitrogeno a carbono en las capas de nitruro de carbono es preferiblemente de aproximadamente 1,3, dado que las super-reticulas de nitruro de carbono + nitruro de circonio que tienen esta relacion N:C se ha mostrado que tienen principalmente carbono de union sp3 y la dureza en el rango de 50 gigaPascales. El nitruro de carbono como se ha utilizado aqrn se refiere a un material que tiene una relacion de N:C comprendida entre aproximadamente 0,1 y 1,5.

El gran numero de capas delgadas puede ser convenientemente depositado montando el sustrato en un cilindro giratorio de manera que los sustratos pasan primero por delante de una fuente de deposicion y despues por la otra, de manera que un par de capas se deposita durante cada revolucion del cilindro. El espesor de la capa de refuerzo total es de aproximadamente 4 micras incluyendo la capa de acero inoxidable nitrurada con plasma. Una capa de diamante amorfo que tiene un espesor de aproximadamente 200 nm es despues depositada en la parte superior de la capa de super-reticula mediante evaporacion de arco filtrado como se ha descrito en el Ejemplo 1.

Ejemplo 5

Discos de valvula de alumina ceramicos limpios son colocados en una camara de deposicion de vado que incorpora un catodo de evaporacion de arco y un catodo de pulverizacion catodica. La fuente de arco es fijada con medios de filtrado para reducir la incorporacion de macroparticulas en el revestimiento, como se ha descrito por ejemplo en la Patente de Estados Unidos N° 5.480.527 y 5.840.527. Las fuentes de argon y nitrogeno estan conectadas a la camara a traves de un distribuidor con valvulas ajustables para controlar el caudal de cada gas en la camara. El catodo de pulverizacion catodica esta conectado a la salida negativa de una fuente de alimentacion de corriente continua. El lado positivo de la fuente de energfa esta conectado a la pared de la camara. El material de catodo es tantalo. Los discos de valvula son depositados delante del catodo, y pueden ser girados o movidos de otra forma durante la deposicion para asegurar un espesor de revestimiento uniforme. Los discos estan electricamente aislados de la camara y estan conectados a traves de su soporte de montaje a la salida negativa de una fuente de energfa, de manera que se puede aplicar un voltaje de polarizacion a los sustratos durante el revestimiento.

Antes de la deposicion, la camara de vado es evacuada a una presion de 2x10 e-5 Torr o menor. Gas argon es despues introducido a una velocidad suficiente como para mantener una presion de aproximadamente 25 miliTorr. La temperatura se eleva y se mantiene a 300°C por medio de elementos de calentamiento durante el resto del

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proceso de revestimiento. Los discos de valvula son despues sometidos a una limpieza de plasma de descarga incandescente en la que se aplica un voltaje de polarizacion negativo de aproximadamente 500 voltios al soporte y a los discos de valvula. La duracion de la limpieza es de aproximadamente 5 minutos.

Una capa de tantalo que tiene un espesor de aproximadamente 20 nm es despues depositada en los discos de valvula mediante pulverizacion catodica. Despues de que se haya depositado la capa de adhesion de tantalo, se deposita una capa de refuerzo de nitruro de tantalo que tiene un espesor de aproximadamente 3 micras mediante pulverizacion catodica reactiva.

Despues de que la capa de nitruro de tantalo sea depositada, los discos de valvula son dispuestos enfrentandose a la fuente de arco, y una capa de diamante amorfo que tiene un espesor de aproximadamente 300 nm es depositada mediante cebado de un arco de electrodo de carbono y exponiendo los sustratos al plasma de carbono que sale de la salida de la fuente. Una polarizacion de corriente continua negativa de aproximadamente 500 voltios se aplica inicialmente a los sustratos para proporcionar un bombardeo de iones de alta energfa para la limpieza superficial y la mejora de la union. Despues de 5 minutos a un elevado voltaje de polarizacion, el voltaje de polarizacion se reduce a 50 voltios durante el resto del proceso de deposicion. Una presion de argon de aproximadamente 0,5 miliTorr se mantiene en la camara durante la deposicion. Se pueden emplear voltajes de polarizacion de pulso o de corriente alterna, y se puede mantener un argon mas elevado o mas bajo con el fin de estabilizar el funcionamiento de la fuente de arco y optimizar las propiedades del revestimiento.

Se ha encontrado mediante la experimentacion, que los discos de valvula fabricados de alumina y revestidos de acuerdo con el ejemplo anterior fueron capaces de resistir mas de 15.000 ciclos de ensayo en agua de circulacion que llevaba arena silfcea de 20 micras, mientras que los discos de alumina no revestidos estandar fallaron bajo las mismas condiciones a menos de 2500 ciclos. Se encontro ademas que el contenido de sp3 de la capa de diamante amorfo era del 45% mientras que la dureza era de aproximadamente 32 GPa y el modulo era de aproximadamente 250 GPa.

Aquellos que revisen la presente descripcion apreciaran se pueden ser posibles una variedad de combinaciones dentro del campo de la presente invencion.

La construccion y configuracion de los elementos mostrados en las realizaciones preferidas y otras a modo de ejemplo son solo ilustrativos. Aunque solo se han descrito con detalle unas pocas realizaciones, los expertos en la tecnica que revisen esta descripcion apreciaran facilmente que son posibles muchas modificaciones (por ejemplo, variaciones de tamano, dimensiones, estructuras, formas y proporciones de los diversos elementos, valores de los parametros, uso de materiales, etc.) sin que materialmente se salgan de la ensenanzas novedosas y de las ventajas de la materia objeto descrita aqrn. Por ejemplo, una llave puede incluir un revestimiento de diamante amorfo solo sobre una o sobre ambos de los discos incluidos en el conjunto. El orden o secuencia de cualesquiera etapas del proceso o metodo se puede variar o modificar de acuerdo con las realizaciones alternativas. Se pueden hacer otras sustituciones, modificaciones, cambios, y omisiones en el diseno, condiciones de funcionamiento y configuracion de las realizaciones preferidas y de otras realizaciones a modo de ejemplo sin que se salgan del campo de la presente invencion.

El campo de la invencion esta definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

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   REIVINDICACIONES

   1. Una llave que comprende:

   una valvula de control de fluido (10) que comprende una pluralidad de componentes de valvula (20, 22), en donde un segundo componente de valvula (20) esta configurado para el acoplamiento deslizante con un primer componente de valvula (22) y el primer y segundo componentes de valvula estan dispuestos en forma de discos; comprendiendo al menos uno del primer componente de valvula y el segundo componente de valvula (20, 22):

   un material de base (18),

   una capa de favorecimiento de adhesion (21);

   una capa de refuerzo (23) dispuesta sobre la capa de favorecimiento de adhesion (21), comprendiendo la capa de refuerzo (23) al menos un de tantalo y niobio; y

   un material de diamante amorfo (30) dispuesto encima de la capa de refuerzo (23) para formar una capa de superficie exterior, caracterizada por que,

   el material de diamante amorfo (30) tiene una dureza que es menor de 20 GPa y menor que 45 GPa, un modulo que es al menos 150 GPa y menor de 400 GPa y una union sp3 de al menos aproximadamente el 40%.
2. 2. La llave de la reivindicacion 1, en la que el material de diamante amorfo (30) tiene un coeficiente de friccion que es menor que el del carbono similar al diamante y tiene una dureza que es mayor que la del carbono similar al diamante.
3. 3. La llave de la reivindicacion 1, en la que el material de diamante amorfo (30) tiene union sp3 de al menos un 85%.
4. 4. La llave de la reivindicacion 1, en la que el material de diamante amorfo (30) tiene una dureza de al menos 30 gigaPascales y un modulo elastico de al menos 250 GPa.
5. 5. La llave de la reivindicacion 1, en la que la capa de diamante amorfo (30) tiene un espesor de al menos 100 nanometros.
6. 6. La llave de la reivindicacion 5, en la que la capa de diamante amorfo (30) tiene un espesor de al menos 200 nanometros.
7. 7. La llave de la reivindicacion 1, en la que la capa de diamante amorfo (30) tiene un esfuerzo de compresion de entre aproximadamente 1 y 12 GPa.
8. 8. La llave de la reivindicacion 1, en la que la capa de refuerzo (23) comprende al menos material seleccionado del grupo formado por nitruro de tantalo y nitruro de niobio.
9. 9. La llave de la reivindicacion 1, en la que el material de base comprende un material seleccionado del grupo formado por alumina, acero inoxidable, aluminio, bronce, titanio, circonio, un vidrio, un cerment, un material que contiene vidrio, un material polimericos, y un material compuesto.
10. 10. La llave de la reivindicacion 1, en la que la capa de favorecimiento de adhesion (21) comprende tantalo.
11. 11. La llave de la reivindicacion 2, en la que el primer o el segundo componente de valvula incluye adicionalmente las caractensticas de las reivindicaciones 4, 5, 8, 9.