[發明專利]一種在陶瓷閥芯表面沉積防護薄膜的方法

有效

• 申請號: 200910098711.6
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN101550539A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 汪愛英;孫麗麗;代偉;吳國松
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本發明涉及一種在陶瓷閥芯表面沉積防護薄膜的方法。

背景技術

隨水資源環境的日益嚴峻，節約用水已備受人們的關注。通常來說，龍頭質量好與壞，閥芯是關鍵。目前，市場上常用閥芯材料有橡膠、不銹鋼、金屬、陶瓷等，其中比較而言，陶瓷閥芯具有密封性好、耐熱性高、價格低、對水質污染較小、開關輕便靈活、長壽命等綜合優點，因此，已成為市場上中高檔龍頭產品的首選閥芯材料。與其它閥芯龍頭相比，陶瓷閥芯用的節水型龍頭一般可達開合數十萬次不漏一滴水，節約用水可高達30％～50％。然而，陶瓷閥芯質地硬、脆、難加工，且對水質要求較高(水中雜質或氧化物會導致平滑的陶瓷接觸面磨損而產生縫隙，最終失去防漏水功能)，這使其廣泛應用受到嚴重限制。

一般而言，在使用過程中，為降低陶瓷閥芯的摩擦磨損，陶瓷閥芯片必需經過嚴格精密的后續表面拋光處理，且為提高其密封特性和進一步降低磨損、延長壽命，閥芯片上都涂敷有一定的潤滑密封硅脂。然而，在長期的龍頭開關使用過程中，冷熱水流一方面對硅脂的沖刷去除會導致其密封性降低、摩擦磨損增加、使用手感干澀；另一方面水流沖刷過硅脂后會含殘留有一定的有害化學元素成分，這長期對人體健康會造成一定影響，因此，在能源、環保和生物醫學的迅猛發展下，為使陶瓷閥芯在長期服役期間內保持良好的節水、密封、防漏、使用舒適感等功能，及盡可能的降低其對人體的健康危害，必須對陶瓷閥芯表面進行后續的耐磨潤滑處理。然而，從目前的表面耐磨處理手段來看，熱噴涂、激光合金化、滲氮等常用材料耐磨處理技術并不適用于陶瓷表面的耐磨潤滑處理。

發明內容

本發明提供了一種在陶瓷閥芯表面沉積防護薄膜的方法，利用該方法可以在陶瓷閥芯表面沉積一層硬度高、摩擦系數低、具有良好的耐磨耐蝕性和化學惰性的類金剛石碳膜涂層的防護薄膜，解決了傳統水龍頭陶瓷閥芯磨損大、壽命短的缺陷，同時還解決了合成硬質耐磨薄膜過程中，薄膜和陶瓷基體間結合力差、殘余應力高、易剝落、表面粗糙的問題。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：該在陶瓷閥芯表面沉積防護薄膜的方法，所采用的鍍膜機包括真空室、磁控濺射源、線性離子源和兼具公轉和自轉的工件托架，工件托架安裝在真空室內部，其特征在于：包括如下步驟：

(1)、將陶瓷閥芯先在丙酮溶液中進行超聲清洗，再在酒精溶液中進行超聲清洗，干燥后，懸掛固定于工件托架上，使磁控濺射源與線性離子源環繞在陶瓷閥芯周圍；

(2)、在磁控濺射源上安裝由過渡金屬制成的金屬靶，將真空室抽真空至小于2.0×10^-5Torr后，通入惰性氣體，開啟線性離子源，調整陶瓷閥芯的負偏壓為0～300V，對陶瓷閥芯進行離子轟擊，工作時間為5～40分鐘后，關閉線性離子源；

(3)、對陶瓷閥芯進行第一層薄膜沉積，調整陶瓷閥芯的負偏壓為-50～-200V，開啟磁控濺射源電源，調整磁控濺射源的工作電流為2～3A，通入惰性氣體，工作時間為：10～15分鐘；

這時，第一層薄膜為過渡金屬單質薄膜層；

(4)、對陶瓷閥芯進行第二層薄膜沉積，保持步驟(3)中的工作條件不變，立刻啟動線性離子源，調整線性離子源的工作電流為0.1～0.2A；同時通入含碳氣體，工作時間為10～15分鐘；

這時，第二層薄膜為過渡金屬的硬質碳化物薄膜層；

(5)、對陶瓷閥芯進行第三層薄膜沉積，設置線性離子源的工作電流為0.1～0.2A，線性離子源的工作電壓為：1000～1300V，調整陶瓷閥芯的負偏壓為-50～-200V，工作時間為：60～100分鐘。

這時，第三層薄膜為類金剛石碳膜層，類金剛石碳膜(DLC)是一類定義廣泛的非晶態多功能碳材料，具有類似金剛石的優異性能，尤其是它的高硬度、低摩擦系數、良好的耐磨耐蝕性和化學惰性，使其非常適用于耐磨耐蝕涂層。且DLC膜技術具有沉積溫度低、生長面積大、性能可調、膜表面光滑的優點，因此在機械、電子、生物等領域具有良好應用前景。

過渡金屬可以為鉻，也可以為鈦，也可以為鎢。

當過渡金屬為時，本發明陶瓷閥芯表面的薄膜沿垂直方向自里向外依次為Cr過渡層、CrC層、DLC碳膜涂層結構，最外層為DLC層，即為Cr/CrC/DLC的碳膜多層結構。

當過渡金屬為鈦時，本發明陶瓷閥芯表面的薄膜沿垂直方向自里向外依次為Ti過渡層、TiC層、DLC碳膜涂層結構，最外層為DLC層，形成Ti/TiC/DLC的碳膜涂層結構。鈦具有極好的韌性，TiC薄膜具有良好的耐磨性。