具有耐蚀滑动面的涂覆阀门部件制造技术

本发明专利技术涉及阀门部件，其包括具有滑动面的基材，滑动面设计成在阀门操作过程中经经受相对于另一表面的滑动，其中该滑动面的至少一部分涂覆有涂层，该涂层包括含有钨的底层和沉积在底层上的上层，该上层含有类金刚石碳，其中该底层含有碳并具有至少1微米的层厚，该上层的摩擦系数小于底层并且具有至少1.5微米的层厚。

Coated valve parts with corrosion resistant sliding surfaces

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有耐蚀滑动面的涂覆阀门部件本专利技术涉及具有涂覆滑动面的阀门部件，其显示出低摩擦和低磨损性能和高耐蚀性，还涉及制造阀门部件的方法。
技术介绍
在文献WO2013129939A1中提出了在阀操作过程中经受滑动的闸门阀表面上提供具有类金刚石碳(DLC)顶层的涂层以改善摩擦性能。根据该提议，DLC涂层包含sp3键或sp2和sp3键的组合并且含有优选大于16原子％的氢。在文献US2004118455A1中提出了在闸门阀的表面上施加多层涂层，该表面打算彼此相对滑动，其中，该多层涂层至少包括比基材硬的可被直接沉积在待涂覆基材表面的薄加强层和作为顶层被沉积在加强层上的薄无定形金刚石耐磨和减摩层。适用于加强层的材料可以包含Cr、Ti、W、Zr和过去已知用于硬质涂层的任何其它金属的化合物。该化合物例如可以是氮化物、碳化物、碳氮化物及含氮、氧和碳的其它混合相材料。氮化铬作为一种用于加强层的高度优选材料被提及。另外，传统的类金刚石碳(DLC)也作为适用于加强层的另一种材料被提及并且必须截然不同于用作顶层的无定形金刚石材料。此文献将无定形金刚石碳称作一种非晶态碳，其常被称为四面体键合无定形碳(taC)且提到了它的特点可以是具有至少40％的sp3碳键合、至少45GPa的硬度和至少400GPa的弹性模量。加强层旨在支承无定形金刚石顶层并且具有相比于只使用无定形金刚石层改善涂层耐划和耐磨性的主要功能。加强层和无定形金刚石层的厚度被分别建议为在500纳米至10微米之间和在100纳米至2微米之间。根据现有技术的上述涂层适用于获得在阀门操作中暴露于滑动的闸门阀表面的低摩擦和低磨损。但仍然需要在暴露于腐蚀性物质的阀门部件表面上获得合适的耐蚀性。本专利技术的目的本专利技术的主要目的是提供一种阀门部件和一种制造阀门部件的方法，阀门部件具有要在阀门操作过程中遇到滑动的滑动面，其同时显示出就耐蚀性和耐划性而言的低摩擦高耐磨性并在暴露于腐蚀性物质时显示出高耐蚀性。本专利技术的说明此目的可以通过一种根据权利要求1的阀门部件和一种根据权利要求7的用于制造阀门部件的方法来实现。本专利技术的目的通过提供一种阀门部件来实现，其具有包括至少一个由第一材料制成的滑动面的基材。第一材料是基材的材料。滑动面被设计成在阀门操作过程中接受相对于另一表面的滑动。使滑动面相对于另一表面滑动意味着该滑动面可以直接在另一表面上滑动，但也可以在滑动面上有一个或多个层，在滑动面上的所述层直接在所述另一表面上滑动。至少该滑动面的一部分涂覆有如下涂层，其包括含有钨的底层和沉积在第一层上(即在底层上)的上层，该上层含有类金刚石碳(DLC)，其中：-该底层含有碳且具有至少11微米的层厚，和-该上层的摩擦系数比底层小并且该上层具有至少1.5微米的层厚。底层底层的至少11微米的厚度尤其至少对下述情况有益：-保证足够高的耐蚀性，-保证足够高的耐划性，-保证足够高的耐磨性。该上层优选作为最外层(也称为顶层)被沉积。该上层可以是含氢的DLC层或不含氢的DLC层，其也可以被称为无氢DLC层。根据本专利技术的一个优选实施例，该底层由碳化钨制造或包含碳化钨。优选地，该底层包含碳化钨。碳化钨尤其有益于上述优点，像保证足够高的耐蚀性、足够高的耐划性和足够高的耐磨性。根据本专利技术的另一个实施例，该底层包含钨和碳但没有任何碳化物。底层作为支承层，并且至少11微米的厚度可以获得相当高的耐划强度。该底层的层厚最好是至少12微米。这保证了更高的耐蚀性。该底层优选具有在12微米和30微米、更优选是在20微米和30微米之间的层厚。这保证了高的耐划性。上述的有益效果在如下情况下是相当可观的，在此所沉积的底层含有碳化钨。因此，专利技术人尤其建议制造含有碳化钨或由碳化钨制造的底层。通过涂覆根据本专利技术的阀门部件，可以获得足够小的摩擦以允许使用尺寸减小的致动器。本专利技术特别适用于获得小磨损以得到用于水下闸门阀的长使用寿命(超过30年)。由碳化钨制造的靶或者由碳化钨和镍制造的靶的纯溅射导致很脆的涂层，其中镍优选只被用作结合剂。因此，专利技术人优选建议如此制造上述碳化钨涂层，在沉积这种层时不仅使用在纯溅射时将会采用的氩气，也使用含碳和氢的气体(例如乙炔、甲烷...)，例如在溅射碳化钨靶以改善韧性性能时。韧性性能优选可以例如按照HRC硬度计试验和划痕试验来测量。为了上述紧接的实施例的沉积，专利技术人建议使用PVD溅射工艺来沉积附着层和底层。PVD溅射的APA-CVD或ARC蒸发或HIPIMS优选被用于沉积上层。通过提供一种根据权利要求7的用于制造阀门部件的方法来达成本专利技术的目的。PVD溅射工艺优选被用于沉积该底层，PVD溅射的PA-CVD或ARC蒸发或HIPIMS被用于沉积上层。优选在涂层和滑动面之间，优选利用PVD溅射工艺作为附着层沉积铬层。该底层优选包括：含有Cr和WC的第一底层，其中，所形成的第一底层具有多层结构，其包括：沉积在铬附着层上的第一亚层、沉积在第一亚层上的第二亚层和沉积在第二亚层上的第三亚层，其中，如果只考虑第一底层中的铬含量和碳化钨含量，则：第一亚层是梯度层，其沿其厚度朝向最外表层显示出减小的Cr平均浓度和增大的WC平均浓度，此时最初的Cr平均浓度为100原子％并且最初的WC平均浓度为0原子％，第二亚层是沿其厚度具有恒定的Cr和WC平均浓度的层，第三亚层是梯度层，其沿其厚度朝向最外表层显示出减小的Cr平均浓度和增大的WC平均浓度，此时最终的Cr平均浓度为0原子％且最终的WC平均浓度为100原子％，沉积在第一底层上的第二底层含有WC+C或含有WC+C+H，沉积在第二底层上的第三底层作为梯度层来沉积，其沿其厚度显示出减小的WC平均浓度，此时最终的WC平均浓度为0原子％，和DLC的上层，其中为了沉积铬层，铬靶在氩气气氛中被溅射，随后为了沉积第一亚层，WC靶在溅射功率连续增大的同时通过连续增大溅射功率被沉积，同时在铬靶处的溅射功率可保持恒定，其中为了沉积第二亚层，铬靶的和WC靶的溅射功率保持恒定，其中为了沉积第三亚层，在铬靶处的溅射功率被连续减小直至铬靶断开，在WC靶处的溅射功率被保持恒定或连续增大，其中为了沉积第二底层，含碳气体例如乙炔气被注入涂覆室且维持恒定，其中为了沉积第三底层，在WC靶处的溅射功率被连续减小直至WC靶断开，同时乙炔气流被增大以及偏电压被提高直至达到DLC上层沉积所期望的条件。图1和图2示出了被用于涂覆根据本专利技术的上述涂覆阀门部件的涂层设计的草图。图1示出涂覆在基材1上的涂层2。根据本专利技术的涂层设计包括一个沉积在基材1表面10上的底层21、一个作为最外表层(顶层)沉积在底层21上的上层22。基材1例如可以是阀门部件或者阀门的一部分如阀座。图2示出根据本专利技术的涂层设计的优选实施例，其包括底层21和作为最外表层沉积的上层22，其中底层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阀门部件，包括具有至少一个滑动面(10)的基材(1)，该滑动面(10)被设计成在阀门操作过程中经受相对于另一表面滑动，其中，该滑动面(10)的至少一部分涂覆有涂层(2)，该涂层包括含有钨的底层(21)和沉积在该底层(21)上的上层(22)，该上层(22)含有类金刚石碳，其特征是，/n-该底层(21)含有碳并具有至少11微米的层厚，/n并且/n-该上层(22)具有小于该底层(21)的摩擦系数并且具有至少1.5微米的层厚。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170804 US 62/541,1841.一种阀门部件，包括具有至少一个滑动面(10)的基材(1)，该滑动面(10)被设计成在阀门操作过程中经受相对于另一表面滑动，其中，该滑动面(10)的至少一部分涂覆有涂层(2)，该涂层包括含有钨的底层(21)和沉积在该底层(21)上的上层(22)，该上层(22)含有类金刚石碳，其特征是，
-该底层(21)含有碳并具有至少11微米的层厚，
并且
-该上层(22)具有小于该底层(21)的摩擦系数并且具有至少1.5微米的层厚。


2.根据权利要求1的阀门部件，其中，该底层(21)具有至少12微米的层厚。


3.根据权利要求1的阀门部件，其中，该底层(21)具有在20至30微米之间的层厚。


4.根据前述权利要求之一的阀门部件，其特征是，该底层(21)含有通过在含氩气和含碳气体的真空室内PVD溅射WC靶而沉积的WC。


5.根据权利要求4的阀门部件，其特征是，该含碳气体是乙炔气。


6.根据权利要求1的阀门部件，其特征是，在该涂层(2)和该滑动面(10)之间作为附着层(3)沉积一个铬层，该底层(21)包括：
-含有Cr和WC的第一底层(211)，其中，该第一底层(211)被成形为具有多层结构，其包括：
○沉积在铬附着层(3)上的第一亚层、沉积在该第一亚层上的第二亚层和沉积在该第二亚层上的第三亚层，
○其中，如果只考虑该第一底层(211)中的Cr含量和WC含量，则：
■该第一亚层是梯度层，其沿其厚度朝向最外表层显示出减小的Cr平均浓度和增大的WC平均浓度，此时最初的Cr平均浓度为100原子％和最初的WC平均浓度为0原子％，
■该第二亚层是沿其厚度具有恒定的Cr和WC平均浓度的层，
■该第三亚层是梯度层，其沿其厚度朝向最外表层显示出减小的Cr平均浓度和增大的WC平均浓度，其中最终的Cr平均浓度为0原子％和最终的WC平均浓度为100原子％，
-沉积在该第一底层(211)上的含有WC+C或含有WC+C+H的第二底层(212)，
-沉积在该第二底层(212)上的且作为梯度层沉积的第三底层(213)，其沿其层厚显示出减小的WC平均浓度，其中最终的WC平均浓度为0原子％，和
-DLC的上层(22)。


7.一种用于制造阀门部件的方法，包括具有至少一个滑动面(10)的基材(1)，该滑动面设计成在阀门操作过程中经受相对于另一表面的滑动，
●其中，该滑动面(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·施塔德贝尔格，弗洛里安·罗维尔，奥利维耶·雅里，曼弗雷德·乌尔泽，弗朗兹·威多维茨，
申请(专利权)人：欧瑞康表面处理解决方案股份公司普费菲孔，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH