[發(fā)明專利]一種閥門密封件表面的復(fù)合涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310477578.1
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103522627A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王永欣;單磊;李金龍;陳建敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: B32B15/00
• 分類號: B32B15/00;B32B9/04;C23C14/32;C23C14/06;C23C8/36
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 單英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械零部件表面強(qiáng)化處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種閥門密封件表面的復(fù)合涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

閥門廣泛應(yīng)用在石油、化工和電站建設(shè)等項目。閥門密封件是閥門的一個重要部件。在實際應(yīng)用中，要求閥門密封件使用壽命長，最少能保證在一個檢修期內(nèi)(一般1～2年)閥門不損壞，以保證整個系統(tǒng)安全正常的運(yùn)行。例如，用于核電站的閥門密封件要求更高，必須保證安全運(yùn)行30年以上；有些石油化工管道特殊部位對閥門密封件的要求也很高，必須保證安全開關(guān)10萬次以上。

另外，閥門在使用過程中，其密封件長期處于介質(zhì)中，受到介質(zhì)的腐蝕和沖刷，同時還存在著密封比壓作用下的密封副之間的摩擦和磨損，因此工況條件相當(dāng)苛刻。為提高密封件抗腐蝕、抗熱和抗擦傷等性能，一般將堆焊、熱噴涂等表面處理技術(shù)應(yīng)用在閥門密封件中。但由于堆焊和熱噴涂獲得的保護(hù)層孔隙率較高，腐蝕介質(zhì)容易通過針孔和裂紋等貫穿涂層而導(dǎo)致涂層的整體剝落，引起密封失效。

目前，利用PVD技術(shù)制備的CrN涂層是耐磨部件主要采用的防護(hù)涂層。然而，傳統(tǒng)的具有柱狀晶結(jié)構(gòu)的CrN涂層在腐蝕介質(zhì)中容易腐蝕脫落，并且涂層脆性較大，在接觸應(yīng)力作用下，涂層缺陷（微凸、微坑、應(yīng)力集中處等）處易于萌生裂紋，導(dǎo)致涂層早期非正常剝落和加速疲勞磨損失效。因此，傳統(tǒng)單一的CrN涂層已難以適應(yīng)當(dāng)前和未來高機(jī)械負(fù)荷和腐蝕環(huán)境中閥門密封件的苛刻工況服役環(huán)境和性能要求，如重載下的低摩擦、長壽命和耐蝕性等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)目的是針對上述現(xiàn)有的閥門密封件表面涂層的不足，提供一種閥門密封件表面的復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層具有較高的耐磨損性能與耐腐蝕性能。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種閥門密封件表面的復(fù)合涂層，該涂層以閥門密封件為基體，如圖1所示，該涂層由基體表面自下而上依次層疊排列的Cr層、由Cr與Cr₂N混合形成的Cr/Cr₂N層、Cr₂N層、由Cr₂N與CrN混合形成的Cr₂N/CrN層，以及CrN層組成。

作為優(yōu)選，所述的復(fù)合梯度涂層的厚度為30μm～50μm。

作為優(yōu)選，所述的Cr層的厚度為1um～2um；所述的Cr/Cr₂N層的厚度為8um～12um；所述的Cr₂N層的厚度為8um～12um；所述的Cr₂N/CrN層的厚度為8um～12um；所述的Cr₂N層的厚度為8um～12um。

為了提高基體的硬度，作為優(yōu)選，所述的基體表面首先進(jìn)行離子滲氮處理。

本發(fā)明還提供了一種制備上述閥門密封件表面的復(fù)合涂層的方法，該方法采用多弧離子鍍技術(shù)，具體包括如下步驟：

步驟1、對基體表面進(jìn)行清洗、除油、表面活化處理；

作為優(yōu)選，利用超聲波對基體表面進(jìn)行超聲清洗；

作為優(yōu)選，所述的表面活化處理為：將基體置于鍍膜設(shè)備真空腔體利用氬等離子體對施加負(fù)偏壓的基體表面轟擊活化。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的真空腔體抽真空至（3～6）×10^-3Pa，將基體預(yù)熱至400℃～450℃，通入工作氬氣100～350sccm，啟動偏壓電源，以-900～-1200V偏壓轟擊基體10分鐘，使基體表面活化；

步驟2、將步驟1處理后的基體置于鍍膜設(shè)備真空腔體中，選用Cr靶，Cr靶電流為50～100A，工件上施加-20～-50V負(fù)偏壓，控制加熱溫度為400℃～450℃，通入氬氣和氮?dú)猓ㄟ^控制氬氣流量、氮?dú)饬髁恳约俺练e時間在基體表面依次沉積Cr層、由Cr與Cr₂N混合形成的Cr/Cr₂N層、Cr₂N層、由Cr₂N與CrN混合形成的Cr₂N/CrN層，以及CrN層組成，具體如下：

（1）氬氣流量保持為100sccm～200sccm，氮?dú)饬髁繛?sccm，沉積1小時～2小時，得到Cr層；

（2）氬氣流量保持為100sccm～200sccm，氮?dú)饬髁繛?0sccm～30sccm，沉積時間為8小時～12小時，得到由Cr與Cr₂N混合形成的Cr/Cr₂N層；

（3）氬氣流量保持為100sccm～200sccm，氮?dú)饬髁繛?5sccm～50sccm，沉積時間為8小時～12小時，得到Cr₂N層；