[发明专利]一种用于金属阀门的PVD复合涂层及涂镀工艺

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面改性、物理气相沉积(PVD)技术领域，具体地说是一种用于金属阀门的PVD复合涂层及涂镀工艺。

背景技术

现有阀门材料分为耐腐蚀材料和耐磨损材料。耐腐蚀材料，如不锈钢耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质以及酸、碱、盐等化学浸蚀性介质的腐蚀，但由于不锈钢材料硬度不高，在服役中耐磨损性能较差，大大影响了其本身的理化性能和使用寿命。耐磨损材料，如堆焊材料硬度高、耐磨损性能好，但其不具备耐腐蚀性能，在实际使用时使用寿命低，还可能存在安全隐患。因此同时兼顾阀门材料的耐腐蚀和耐磨损特性，是延长阀门使用寿命、确保安全生产的重要途径。

PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，PVD是指通过组成涂层成分的源物质存在形态的转变(比如利用物质的热蒸发或受粒子轰击引起物质表面原子沉积等过程)实现物质原子从源物质到涂层的可控转移，而没有发生化学变化所沉积成膜的方法。PVD技术是一种能够真正获得微米级涂层且无污染的环保型表面处理方法，是当今最先进的表面处理方式之一，可大幅提高材料表面的硬度和耐磨损性能，同时赋予材料低的摩擦系数、以及良好的抗高温、防腐蚀性能。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种用于金属阀门的PVD复合涂层及涂镀工艺，以解决现有阀门耐腐蚀和耐磨损性能不能同时兼顾的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种用于金属阀门的PVD复合涂层，该PVD复合涂层包括TiN中间过渡层、AlN层、SiN层和CrN层，其硬度≥HV 2900，涂层总厚度控制在4.5～6μm，其中TiN中间过渡层厚度控制在0.9～1.2μm，AlN层厚度控制在1.8～2.4μm，SiN层厚度控制在0.9～1.2μm，CrN层厚度控制在0.9～1.2μm。

本发明还提供一种用于金属阀门的PVD复合涂层的涂镀工艺，具体步骤包括如下：

1)阀门工件的表面清洁预处理；

2)阀门工件的预加热：将表面清洁预处理的阀门工件放入PVD镀膜专用设备中；待真空度达到＜-5Pa后，对阀门工件进行预热；

3)阀门工件的等离子刻蚀：充入惰性气体氩气至分压为4.3Pa，加负偏压200V至360V，进行辉光清洗；关掉氩气，充入氮气至分压为0.3Pa，负偏压由25V递减至18V，启动阴极电弧Ti靶，进行弧光清洗；

4)在旋转运动的阀门工件表面涂镀(Ti，Al，Si，Cr)N系复合涂层

TiN中间过渡层的镀制：关闭步骤3)中开启的阴极电弧Ti靶，保持氩气的通入，同时通入氮气至氮气分压为8Pa，关闭氩气气源，至少15次开启阴极电弧Ti靶，Ti靶个数为1，靶电流为13～16A，时间为2～3分钟，负偏压为15～18V，占空比为15～30％，其涂层厚度为0.9～1.2μm；

AlN层的镀制：关闭阴极电弧Ti靶，保持氮气分压为0.2Pa，关闭氩气气源，分至少30次开启阴极电弧Al靶，Al靶个数为1，靶电流为15～18A，时间为2～3分钟，负偏压为20～23V，占空比为15～30％，其涂层厚度为1.8～2.4μm；

SiN层的镀制：关闭阴极电弧Al靶，保持氮气分压为0.2Pa，关闭氩气气源，分至少30次开启阴极电弧Si靶，Si靶个数为1，靶电流为19～21A，时间为2～3分钟，负偏压为25～28V，占空比为15～30％，其涂层厚度为0.9～1.2μm；

CrN层的镀制：关闭阴极电弧Si靶，保持氮气分压为0.2Pa，关闭氩气气源，分至少15次开启阴极电弧Cr靶，Cr靶个数为1，靶电流为13～16A，时间为2～3分钟，负偏压为25～28V，占空比为15～30％，其涂层厚度为0.9～1.2μm。

上述步骤1)中阀门工件的表面清洁预处理是指：首先，需将阀门工件解体至单一金属件，在非工件部位打孔或安上可悬挂附件；然后，将具有孔或悬挂附件的各单一金属件悬挂至吊具上，放入RO反渗透纯水中，利用超声波严格清洗2～3遍，洗至工件和可悬挂附件全部洁净。

上述步骤3)中启动的阴极电弧Ti靶，其靶材个数为1，靶电流为20A，清洗时间为43分钟，清洗过程中，每隔20分钟，依次打开其余靶2～3秒。

所述阀门工件的旋转运动速度控制在0.5圈/分钟。

上述步骤4)中，阀门工件温度不超过580℃。

所述阀门工件包括球阀、半球调节阀、蝶阀、闸阀、截止阀及其他工业常用的阀门。