[发明专利]龙头的阀部件、龙头、龙头阀板及盘片阀

说明书

本申请是基于2003年12月18日提出的名称为“具有多个表面层的阀部件”的第200380106691.3号申请的分案申请。

技术领域

本发明总的来说涉及一种多层表面涂层，所述涂层用于需要低摩擦、低磨损以及保护性外层的制品和产品。更特别地，本发明涉及一种具有相互滑动部件、具有表面保护层的工件，所述滑动部件例如为用于水混合阀的阀部件，所述表面保护层包括一层强化层和一层外部非晶金刚石涂层。

背景技术

在某些应用中，例如用于流体控制阀的阀板，需要耐磨、抗磨蚀、抗刮并具有低摩擦系数的相互滑动的表面。尽管所述板元件可为任意外形或形状，但一种用于使热水流和冷水流混合的控制阀元件通常包括一静止盘片和一可移动的滑动盘片，所述板元件具有一密封面，所述密封面包括例如扁平的、球形的以及圆柱表面。因此，在此术语“盘片(disk)”是指任意外形和形状的阀板，其具有配合表面，所述表面相互配合和滑动从而形成不透流体的密封。静止盘片通常具有一个热水入口，一个冷水入口以及一个混合水排放口，而可移动的盘片包括相似的特征和一个混合室。应该理解的是，所述混合室不必位于所述盘片内，但可以是一个毗邻结构的一部分。所述可移动的盘片叠盖住所述静止盘片，并可在所述静止盘片上滑动和/或旋转，从而通过调节流量以及热水和冷水的比例，在所述混合室获得期望温度的混合水和流量，所述水从热水入口和冷水入口进入并通过混合水排放口排放。盘片配合密封面应该制造成具有足够的精度，从而使得两个密封面配合在一起并形成不透流体的密封(即它们必须是共形的(conformal)并足够光滑，从而阻止流体从密封面之间通过)。所需要的平面度(对平板形状而言)，或者共形性(对于非平表面而言)以及光滑度有点取决于阀的结构和有关流体，且其在工业中通常是公知的。仍然使用彼此滑动接触的配合密封面的其它类型盘片阀通过不同结构或端口配置可只控制一个液流或者提供混合。例如所述静止盘片可为与所述阀主体制成一体的一个部分。

以前使用这种类型控制阀的经验已经说明，由于所述静止和可移动盘片彼此相互接触和滑动而存有所述盘片配合表面的磨损问题(例如参见USPNs4935313和4,966,789)。为了最小化所述磨损问题，所述阀盘片通常由烧结陶瓷例如矾土(氧化铝)制成。尽管矾土盘片具有良好的耐磨性，但是其却由于操作力增加而具有不合乎要求的摩擦特性，且在起初施加给所述盘片的润滑脂损耗和冲洗掉之后，其易于变得发“粘”。矾土板对于水流中大和小颗粒(各自)的抗刮和抗磨性是很好的，但是它们仍然容易受到来自污染水流的损害，所述水流含有磨损性颗粒例如沙子，在这一方面上进行改进是有利的。此外，烧结陶瓷盘片的多孔性使其在长期不使用期间，有“锁死”的倾向，这是由于溶解在供水中的矿物在配合表面的重合孔道之间形成沉淀和结晶。本发明的一个目的在于提供具有降低的磨损性、提高的抗刮性和抗磨性以及降低的摩擦特性的盘片。另一个目的在于提供无孔或孔隙率降低的阀盘片从而减少在配合表面之间形成沉积晶体的位置的数目。

特别地，将烧结陶瓷打磨和抛光达到共形以及充分密封的光滑程度相对困难和昂贵(由于其硬度)。将一种材料例如金属用于所述盘片是有利的，所述材料价格低廉、易于打磨和抛光且无孔。但是，裸露金属盘片的耐磨性和摩擦性能通常不适于滑动密封应用。本发明还一个目的在于提供一种由金属基底材料制成的盘片，同未涂覆的陶瓷盘片相比，所述盘片具有增强的耐磨、抗刮、抗磨蚀以及增强的摩擦性能。

在现有技术(例如US4,707,384和US4,734,339，在此对其参考引用)中公开了可将多晶金刚石涂层同各种材料的磨蚀层结合使用以提供抗刮和耐磨部件，所述多晶金刚石涂层在基底温度大约为800-1000℃时，通过化学气相沉积(CVD)法沉积。但是，如在专利’384的图2和3中的照片所示，公知多晶金刚石膜由于各个金刚石颗粒的晶面而具有粗糙表面。在滑动应用时，为了最小化摩擦系数，本领域公知将这种表面抛光，或者甚至在光滑基底上沉积所述多晶金刚石，然后从所述基底移去所述膜并将所述膜(其先前靠着所述基底)的光滑面，而不是原始表面用作支承面。本发明通过提供许多有利特征来克服现有技术的问题，其包括但不局限为提供一种用于滑动应用的、光滑且很硬的表面，同时避免困难和昂贵的多晶金刚石表面层的后处理。所述方法还有利地使用基底材料(例如适宜的金属、玻璃以及复合和有机材料)，所述材料不能在为多晶金刚石的CVD沉积所需的升高温度下进行处理。