[發(fā)明專利]一種球閥硬密封面耐磨蝕復合防護涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010036201.2
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111218638B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何東青;李文生;湯鵬君;武彥榮;邱曉來;翟海民;成波
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C23C4/129
• 分類號: C23C4/129;C23C4/06;C23C14/14;C23C14/06;C23C14/35;C23C28/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發(fā)明提供了一種球閥硬密封面耐磨蝕復合防護涂層及其制備方法，屬于表面工程領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種球閥硬密封面耐磨蝕復合防護涂層，在金屬基體表面依次制備包括Cr₃C₂?NiCr涂層、Cr→Cr/C/WC雙模式過渡層和WC/a?C納米多層膜。本發(fā)明提供的耐磨蝕復合防護涂層具有更低的摩擦系數(shù)、超低內(nèi)應(yīng)力、高的承載能力和優(yōu)異的耐磨蝕性能，適合作為球閥硬密封面耐磨蝕防護材料，可顯著提高耐磨蝕性，延長使用壽命，從而達到降低成本、提高安全與可靠性的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種球閥硬密封面耐磨蝕復合防護涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

球閥硬密封面常服役于高溫、磨損、腐蝕-磨損等苛刻工況，熱噴涂 Cr₃C₂-NiCr涂層因具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕及抗磨損性能被廣泛用作球閥硬密封材料。但因該類涂層摩擦系數(shù)高、孔隙率大，在球閥啟/閉過程中易咬死、脫落，產(chǎn)生嚴重腐蝕磨損，導致閥門泄露，嚴重威脅生產(chǎn)安全。

近年來，物理氣相沉積(PVD)技術(shù)已逐漸用于球閥硬密封材料領(lǐng)域。在眾多無機防護薄膜中，利用PVD技術(shù)制備的非晶碳基薄膜以其優(yōu)異的機械性能、摩擦學性能和耐腐蝕性能在該領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。尤其該類薄膜具有良好的化學穩(wěn)定性及高的電阻率，在酸、堿腐蝕介質(zhì)中表現(xiàn)出極高的化學惰性，同時能夠大幅提升基底材料的減摩抗磨性能。然而，當接觸應(yīng)力較高時由于基底變形導致薄膜開裂和剝落，薄膜承載能力不足；碳基薄膜脆性高、韌性差，強韌性需進一步改善，這很大程度上限制了碳基薄膜在耐磨蝕球閥硬密封面上的廣泛應(yīng)用。

將兼具金屬高韌性和陶瓷高硬度的金屬陶瓷涂層Cr₃C₂-NiCr制備在金屬基底表面作為硬質(zhì)脆性薄膜的襯底材料，一方面金屬陶瓷涂層能最大限度地實現(xiàn)材料屬性從軟質(zhì)基底到硬質(zhì)薄膜的平緩過渡，避免承載過程中出現(xiàn)應(yīng)力集中，另一方面高強韌且較厚的(100～300μm)金屬陶瓷涂層作為支撐層可保護基底在高載條件下不至變形，從而大幅提升了軟質(zhì)金屬表面硬質(zhì)脆性薄膜的承載能力。但是現(xiàn)有技術(shù)中的復合防護涂層仍存在耐磨蝕性能不佳、使用壽命短的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種球閥硬密封面耐磨蝕復合防護涂層及其制備方法。本發(fā)明以Cr₃C₂-NiCr涂層與WC/a-C納米多層膜為對象，構(gòu)筑了復合防護體系，提高了球閥硬密封面的耐磨蝕性能和使用壽命。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種球閥硬密封面耐磨蝕復合防護涂層，在金屬基體表面依次包括Cr₃C₂-NiCr涂層、Cr→Cr/C/WC雙模式過渡層和WC/a-C納米多層膜。

優(yōu)選地，所述Cr₃C₂-NiCr涂層的厚度為200～300μm。

優(yōu)選地，所述Cr→Cr/C/WC雙模式過渡層的厚度為300～350nm。

優(yōu)選地，所述WC/a-C納米多層膜的厚度為3.0～4.0μm。

優(yōu)選地，所述WC/a-C納米多層膜的調(diào)制周期(調(diào)制周期為a-C單層和 WC單層厚度之和)小于10nm。

優(yōu)選地，所述WC/a-C納米多層膜的WC:a-C調(diào)制比為1～2。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述球閥硬密封面耐磨蝕復合防護涂層的制備方法，包括以下步驟：

在金屬基體表面進行超音速火焰噴涂，得到Cr₃C₂-NiCr涂層；