[发明专利]金刚石涂层高温高压差阀的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金刚石制造技术领域的方法，具体是一种高温高含固量大压差减压阀金刚石涂层阀芯、阀座的制备方法。

背景技术

高温高含固量大压差减压阀，工作在高温、固体颗粒冲蚀以及气-固-液多相介质作用的极端工况条件下，其介质温度420-500℃，阀的前后压差最高可达19MPa，固体颗粒含量20-60％。由于减压阀工作的环境条件极其苛刻，同时又要求能够长期稳定工作，因此要求减压阀能耐高温、大压差、耐冲刷及磨损腐蚀，且能在高粘度下无堵塞，无噪音，寿命长，密封可靠，常规的减压阀难以满足这些要求。在高压差条件下完成程序动作，阀门的使用寿命和可靠性就必须要得到保证，阀芯、阀座材料选择方面的要求非常苛刻。目前，高温高压差阀门多使用钨钴类硬质合金、金属陶瓷及其氮碳化物硬质涂层作为耐磨器件的材料，在高温高压高冲蚀的工况下，传统的硬质合金减压阀阀芯、阀座材料非常容易冲蚀磨损，使用寿命无法满足要求，严重影响装备正常运行和生产能力的提高。即使采用了硬度达到23GPa的WC硬质合金制作阀芯和阀座，阀门的耐冲蚀效果也不理想，因此在综合考虑制造成本与使用寿命的前提下，应尽量采用硬度和耐磨性更高的超硬材料和超硬涂层。

众所周知，金刚石是自然界中最硬的材料，采用高压高温技术(High Pressure and High Temperature，HPHT)合成的高质量聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond，简称PCD)已具有接近天然金刚石的高硬度、高的弹性模量、高的热导率和化学稳定性等优异性能，在此基础上，将PCD与硬质合金基体材料通过高温高压烧结又可制成聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact，简称PDC)，进一步也可采用低温、低压化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)法在硬质合金基体材料表面涂覆金刚石薄膜，上述两种技术开发高性能复合材料和表面涂层，既保持了金刚石硬度和耐磨、耐冲蚀性，又具有硬质合金抗冲击韧性和可加工性，因此，针对高温高固高压差减压阀阀门材料，一种创新思想就是研究开发适合于极端工况条件下的抗磨损、耐冲蚀、腐蚀金刚石阀门材——PCD金刚石、PDC金刚石复合材料和CVD金刚石薄膜涂层，满足高温、高压、颗粒冲蚀等特殊环境多相介质为代表的极端磨损工况条件的使用要求，对于大幅度延长阀门关键部件的使用寿命，保证生产设备的高效安全可靠运行具有重要意义。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利“一种高温高压差减压阀”(专利号ZL200810202758.8)记载了一种高温高压差减压阀的结构，能够对高温、高含固量的流体进行减压，产生所要求的大压差，并从结构设计优化的角度，防止高含固量的介质流在大压差条件下高速流动对材料形成的严酷冲蚀磨损，在此基础上，“一种聚晶金刚石复合体减压阀阀座的制造方法”(ZL200910047277.9)通过高温高压原位烧结制备了聚晶金刚石复合体(PDC)减压阀阀座，应用于高温高含固量大压差减压阀，具有耐磨损、抗冲蚀、长寿命特点，但该方法只适用于减压阀阀座的制备，对于冲蚀磨损更为严重的阀芯无法应用，而且高温高压烧结制成聚晶金刚石复合体，设备复杂，成本高，特别是对于大孔径阀座的制备(孔径大于12毫米)，由于价格和技术等因素，采用PCD金刚石、PDC金刚石复合材料已经非常困难。

化学气相沉积金刚石薄膜具有许多独特的优良性能，它具有接近天然金刚石的硬度和耐磨性，具有低摩擦系数、低热膨胀系数、高热导率以及高化学稳定性等特性，从上世纪80年代初在异质基体上成功合成金刚石膜至今，CVD金刚石无论从生长理论、制备方法、制备质量以及性能表征，还是从后续加工技术以及应用研究方面都取得了巨大的进展，从而使其作为耐磨涂层在切削刀具、拉拔模具和耐磨损器件领域具有广阔的应用前景，能有效解决高硬度、高耐磨性和耐热性问题。到目前为止尚未发现国内外将CVD金刚石薄膜拓展应用到高温高含固量大压差减压阀阀门材料上的报道。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种金刚石涂层高温高压差阀的制备方法，采用热丝化学气相沉积法通过穿孔直拉热丝和阶梯排布热丝两种技术方案实现，可大幅度提高原有减压阀的使用寿命，对保证装备的安全运行意义重大。