[發明專利]碳化鎢氮化鉻復合涂層的超硬耐磨閥門

有效

• 申請號: 201410163269.1
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103953772B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 易松達;張彥;王昌林
• 申請（專利權）人: 寧波豐基特種閥門有限公司
• 主分類號: F16K27/00
• 分類號: F16K27/00;C23C28/04;C23C14/35;C23C14/06;C23C4/12;C23C4/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 龔燮英

技術領域

本發明涉及閥門技術領域，尤其是涉及一種超硬耐磨閥門。本發明還涉及該超硬耐磨閥門的制備方法。

背景技術

閥門為工業設備中之關鍵控制部件，廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、食品、醫藥、給排水、氣體輸送等各個行業。在一些惡劣的工作環境下，比如石油化工等行業中，存在高沖刷性、強腐蝕性以及高溫高壓氣、固、液三相流的高雜質磨損等惡劣工況，這種使用環境對閥門的要求非常高，需要使用高性能的超硬耐磨閥門。

表面工程技術是指材料經過表面預處理后，通過表面改性、表面涂覆或多種表面技術復合處理，改變基體表面的表面形態、化學成分、組織結構和應力狀態等，以獲得所需表面性能的系統工程。其中，表面涂覆是表面工程技術的重要組成部分。為了延長閥門在惡劣工況下的使用壽命，人們普遍選擇表面涂覆技術對閥門基體進行改性，提高其硬度、耐磨性和耐蝕性。

目前，閥門產品無論采用哪種涂層技術，大都使用單一的涂層材料。對于單一的涂層材料，受限于材料本身的特性，雖然涂層閥門在某些方面的性能良好，但另一些方面的性能可能受到限制，導致產品的綜合性能不高。比如，涂覆有WC涂層的閥門硬度高，耐磨性能好，但閥門的抗氧化性能和耐蝕性能不高；涂覆有CrN涂層的閥門耐蝕性好，也具有較高的硬度，但與基體結合強度不高，使用過程中容易產生涂層脫落的問題。這些方面的不足，都會縮短超硬耐磨涂層的使用壽命，不能滿足閥門在惡劣工況下的使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種碳化鎢氮化鉻復合涂層的超硬耐磨閥門，它具有能夠較好的適用于惡劣工況中的特點。本發明還公開了該碳化鎢氮化鉻復合涂層的超硬耐磨閥門的制備方法。

本發明所采用的第一個技術方案是：碳化鎢氮化鉻復合涂層的超硬耐磨閥門，包括閥門基體，所述閥門基體表面從里到外依次設有采用超音速火焰噴涂方法噴涂的WC底涂層和采用磁控濺射方法沉積的CrN頂涂層。

所述WC底涂層的厚度為50～500μm，CrN頂涂層的厚度為1～5μm。

本發明的碳化鎢氮化鉻復合涂層的超硬耐磨閥門所具有的優點是：能夠較好的適用于惡劣工況中。本發明的碳化鎢氮化鉻復合涂層的超硬耐磨閥門充分吸收了WC涂層和CrN涂層的優點，使該閥門具有較高的硬度和耐磨性能，且具有較好的抗氧化能力和耐腐蝕性，能夠適用于較為惡劣的工況中。更具體的說，WC作為閥門底涂層與基體直接接觸，附著性好，有利于提高涂層與基體的結合強度；CrN作為閥門頂涂層，抗氧化性能好，有利于提高產品的耐蝕特性。同時，由于WC涂層存在不同程度的孔隙率，在一些強腐蝕環境中服役，需要進行必要的封孔處理，而WC底涂層之上沉積的CrN頂涂層起到對WC底涂層封孔的作用。而且，CrN頂涂層具有微細結構，在涂層內部產生壓應力，抗裂紋擴展能力強，CrN頂涂層表面光滑，能有效阻止橫裂紋的擴展，同時降低摩擦系數。換句話說，二種涂層配合使用，有利于發揮不同涂層的各自優勢，使碳化鎢氮化鉻復合涂層的超硬耐磨閥門達到高性能，應用于惡劣工況等特殊領域，提高使用壽命。

本發明所采用的第二個技術方案是：碳化鎢氮化鉻復合涂層的超硬耐磨閥門的制備方法，包括以下步驟：

1)預處理：對閥門基體表面依次進行預加工、表面凈化和表面活化的預處理；

2)噴涂底涂層：以WC粉末為噴涂材料，將航空煤油和氧氣霧化混合后噴入燃燒室中連續燃燒，產生高壓焰流，并通過膨脹噴嘴將高壓焰流加速到超音速，以氮氣為送粉氣體，攜帶WC粉末進入高速焰流中，經加熱、加速，噴射到工件表面形成涂層，主要噴涂參數為：煤油流量20～30L/h，氧氣流量50～60m³/h，送粉率70～80g/min，噴涂距離310～350mm，噴涂角度：球面法向，單道次噴涂厚度為10～15μm；

3)沉積頂涂層：以純金屬Cr為靶材，以Ar-N2混合氣體為工作氣體，金屬Cr靶材經濺射產生Cr原子或離子，與工作氣體中的N2反應生成CrN，沉積在基體表面，形成CrN涂層，主要沉積參數為：工作氣體壓強0.5～3Pa，Ar和N2流量由質量流量計控制，分壓比1:1～1:3，濺射電流0.5～2A，濺射電壓100～300V，沉積溫度200～700℃。

本發明的碳化鎢氮化鉻復合涂層的超硬耐磨閥門的制備方法所具有的優點是：易于實現。該方法中所使用的設備均在工業中廣泛應用，工藝過程簡單，易于控制，適合大規模生產和產業化應用，具有良好的工業應用前景。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明：