[發明專利]金剛石涂層機械密封環的批量化預處理方法

有效

• 申請號: 201610048629.2
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105695948B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 雷學林;孫方宏;何云
• 申請（專利權）人: 華東理工大學;上海交閔精密耐磨器件有限公司
• 主分類號: C23C16/02
• 分類號: C23C16/02
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司 31203
• 代理人: 沈履君

本發明涉及一種金剛石涂層機械密封環的批量化預處理方法：以酸堿預處理的硬質合金或未處理的碳化硅/氮化硅陶瓷機械密封環為基體，采用以石英砂作為介質的高壓氣流對密封環工作表面進行沖蝕粗化，經密封環批量預處理裝置，通過被沖蝕密封環的自動進給和高壓噴頭的自動旋轉完成密封環的流水線式預處理，快速批量化制備出適合金剛石薄膜生長的均勻粗化的表面形貌。本發明涉及的密封環批量化預處理方法與手工研磨粗化預處理方法相比，可顯著提升加工效率，且能保證同一密封環不同位置和同一批次密封環的均勻粗化和預處理工藝的長期穩定性，對穩定金剛石涂層機械密封環的制備工藝和提升產品的質量均具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種金剛石涂層機械密封環的批量化預處理方法，尤其涉及一種通過密封環批量化預處理裝置進行的金剛石涂層機械密封環的批量化預處理方法，屬于薄膜技術領域。

背景技術

隨著科學技術的不斷進步，機械密封已在各種流體機械和設備中得到了廣泛的應用。據調查，在煉油化工設備中90％以上的機泵使用了機械密封。可見，機械密封在機泵用軸封中占據舉足輕重的地位。

機械密封裝置中動、靜密封環依靠彈簧張力緊密貼合，兩個密封環的接觸面為密封裝置的關鍵部位，直接決定整個機泵的使用性能。動、靜密封環接觸面在長時間的高速、高壓強和惡劣介質環境中對磨時，極易遭受快速的磨損失效。采用傳統硬質合金或碳化硅/氮化硅陶瓷材料制造的機械密封環在許多惡劣工況下的耐磨損性能都難以達到長期穩定的使用要求，使用壽命較短，嚴重影響機泵設備的正常運行和增加設備運營成本。因此，綜合考慮制造成本和使用壽命性價比，應在傳統材料基礎上采用硬度、耐磨性更高的超硬涂層材料。

化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)金剛石薄膜具有硬度高(9000～10000HV)、摩擦系數低、耐磨性強、表面化學惰性高，以及與許多工程材料間弱粘附性等優異的機械及摩擦學性能。以1975年前蘇聯的Derjaguin和Fedoseev提出在硬質基體上采用CVD法沉積金剛石的設想、1982年日本的Matsumoto、Setaka等學者采用HFCVD法成功沉積金剛石薄膜為開端，近三十年來世界各地的研究者掀起了金剛石薄膜沉積原理及其應用研究的熱潮。由于熱絲化學氣相沉積(Hot Filament CVD,HFCVD)法制備金剛石薄膜具有設備簡單易控、沉積效率高、沉積面積大、加工成本低、基體形狀不受限制等優點，現已在工業領域得到了最普遍的應用。

經過對現有技術的文獻檢索發現，美國專利(US2009/0060408)“Diamond coatedbearing or seal structure and fluid machine comprising the same”公開了金剛石涂層密封環的沉積制備方法，但較少涉及密封沉積金剛石薄膜前的預處理方法。申請號為CN102097574A的專利“具有提高的跑合特性的密封環”記載了在機械密封環表面涂覆獨特的金剛石涂層和潤滑涂層組成的復合涂層來提升機械密封環的跑合特性。專利對金剛石薄膜和潤滑涂層的厚度比例做了詳細介紹；但是，該專利對于金剛石薄膜涂層前的預處理、涂層工藝、涂層具體厚度及后續薄膜拋光后處理均未涉及。

在碳化硅/氮化硅陶瓷基體表面沉積金剛石薄膜前，需要人為粗化研磨基體表面，以形成易于金剛石形核生長的勢能低點，同時增強金剛石顆粒與基體顆粒間的機械咬合作用。

對于硬質合金而言，由于硬質合金材料中作為粘結劑存在的鈷元素具有催石墨化的作用，它在金剛石薄膜的沉積過程中會導致薄膜與基體的交界面處形成大量石墨及無定型碳成分，顯著降低薄膜與基體之間的附著強度。因此硬質合金的預處理需要完成對基體表面的粗化和表層去鈷兩方面的處理。現今國際上通用的方式是采用酸堿兩步法對硬質合金進行預處理，但經過酸堿兩步法預處理后的硬質合金基體表面會留存一層損傷過的碳化物顆粒疏松層，因此仍需采用人為粗化研磨的方式去除疏松層。