[实用新型]一种阀门密封件表面的复合涂层

说明书

技术领域

本实用新型属于机械零部件表面强化处理技术领域，具体涉及一种阀门密封件表面的复合涂层。

背景技术

阀门广泛应用在石油、化工和电站建设等项目。阀门密封件是阀门的一个重要部件。在实际应用中，要求阀门密封件使用寿命长，最少能保证在一个检修期内(一般1～2年)阀门不损坏，以保证整个系统安全正常的运行。例如，用于核电站的阀门密封件要求更高，必须保证安全运行30年以上；有些石油化工管道特殊部位对阀门密封件的要求也很高，必须保证安全开关10万次以上。

另外，阀门在使用过程中，其密封件长期处于介质中，受到介质的腐蚀和冲刷，同时还存在着密封比压作用下的密封副之间的摩擦和磨损，因此工况条件相当苛刻。为提高密封件抗腐蚀、抗热和抗擦伤等性能，一般将堆焊、热喷涂等表面处理技术应用在阀门密封件中。但由于堆焊和热喷涂获得的保护层孔隙率较高，腐蚀介质容易通过针孔和裂纹等贯穿涂层而导致涂层的整体剥落，引起密封失效。

目前，利用PVD技术制备的CrN涂层是耐磨部件主要采用的防护涂层。然而，传统的具有柱状晶结构的CrN涂层在腐蚀介质中容易腐蚀脱落，并且涂层脆性较大，在接触应力作用下，涂层缺陷（微凸、微坑、应力集中处等）处易于萌生裂纹，导致涂层早期非正常剥落和加速疲劳磨损失效。因此，传统单一的CrN涂层已难以适应当前和未来高机械负荷和腐蚀环境中阀门密封件的苛刻工况服役环境和性能要求，如重载下的低摩擦、长寿命和耐蚀性等。

实用新型内容

本实用新型的技术目的是针对上述现有的阀门密封件表面涂层的不足，提供一种阀门密封件表面的复合涂层，该复合涂层具有较高的耐磨损性能与耐腐蚀性能。

为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：一种阀门密封件表面的复合涂层，该涂层以阀门密封件为基体，如图1所示，该涂层由基体表面自下而上依次层叠排列的Cr层、Cr/Cr₂N层、Cr₂N层、Cr₂N/CrN层，以及CrN层组成；其中，Cr/Cr₂N层即是由Cr与Cr₂N混合形成的涂层；Cr₂N/CrN涂层即是由CrN与Cr₂N混合形成的涂层；所述的复合涂层的厚度为30μm～50μm。

作为优选，所述的Cr层的厚度为1um～2um；所述的Cr/Cr₂N层的厚度为8um～12um；所述的Cr₂N层的厚度为8um～12um；所述的Cr₂N/CrN层的厚度为8um～12um；所述的Cr₂N层的厚度为8um～12um。

为了提高基体的硬度，作为优选，所述的基体表面首先进行离子渗氮处理。

本实用新型还提供了一种制备上述阀门密封件表面的复合涂层的方法，该方法采用多弧离子镀技术，具体包括如下步骤：

步骤1、对基体表面进行清洗、除油、表面活化处理；

作为优选，利用超声波对基体表面进行超声清洗；

作为优选，所述的表面活化处理为：将基体置于镀膜设备真空腔体利用氩等离子体对施加负偏压的基体表面轰击活化。进一步优选，所述的真空腔体抽真空至（3～6）×10^-3Pa，将基体预热至400℃～450℃，通入工作氩气100～350sccm，启动偏压电源，以-900～-1200V偏压轰击基体10分钟，使基体表面活化；

步骤2、将步骤1处理后的基体置于镀膜设备真空腔体中，选用Cr靶，Cr靶电流为50～100A，工件上施加-20～-50V负偏压，控制加热温度为400℃～450℃，通入氩气和氮气，通过控制氩气流量、氮气流量以及沉积时间在基体表面依次沉积Cr层、由Cr与Cr₂N混合形成的Cr/Cr₂N层、Cr₂N层、由Cr₂N与CrN混合形成的Cr₂N/CrN层，以及CrN层组成，具体如下：

（1）氩气流量保持为100sccm～200sccm，氮气流量为0sccm，沉积1小时～2小时，得到Cr层；

（2）氩气流量保持为100sccm～200sccm，氮气流量为20sccm～30sccm，沉积时间为8小时～12小时，得到由Cr与Cr₂N混合形成的Cr/Cr₂N层；