一種用于金屬閥門(mén)的pvd復(fù)合涂層及涂鍍工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料表面改性、物理氣相沉積（PVD)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種用于 金屬閥門(mén)的PVD復(fù)合涂層及涂鍍工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有閥門(mén)材料分為耐腐蝕材料和耐磨損材料。耐腐蝕材料，如不銹鋼耐空氣、蒸 汽、水等弱腐蝕介質(zhì)以及酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)的腐蝕，但由于不銹鋼材料硬度不高， 在服役中耐磨損性能較差，大大影響了其本身的理化性能和使用壽命。耐磨損材料，如堆焊 材料硬度高、耐磨損性能好，但其不具備耐腐蝕性能，在實(shí)際使用時(shí)使用壽命低，還可能存 在安全隱患。因此同時(shí)兼顧閥門(mén)材料的耐腐蝕和耐磨損特性，是延長(zhǎng)閥門(mén)使用壽命、確保安 全生產(chǎn)的重要途徑。
[0003] PVD是英文PhysicalVaporDeposition的縮寫(xiě)，PVD是指通過(guò)組成涂層成分的源 物質(zhì)存在形態(tài)的轉(zhuǎn)變（比如利用物質(zhì)的熱蒸發(fā)或受粒子轟擊引起物質(zhì)表面原子沉積等過(guò) 程）實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到涂層的可控轉(zhuǎn)移，而沒(méi)有發(fā)生化學(xué)變化所沉積成膜的方法。 PVD技術(shù)是一種能夠真正獲得微米級(jí)涂層且無(wú)污染的環(huán)保型表面處理方法，是當(dāng)今最先進(jìn) 的表面處理方式之一，可大幅提高材料表面的硬度和耐磨損性能，同時(shí)賦予材料低的摩擦 系數(shù)、以及良好的抗高溫、防腐蝕性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于金屬閥門(mén)的PVD復(fù)合涂 層及涂鍍工藝，以解決現(xiàn)有閥門(mén)耐腐蝕和耐磨損性能不能同時(shí)兼顧的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 本發(fā)明提供一種用于金屬閥門(mén)的PVD復(fù)合涂層，該P(yáng)VD復(fù)合涂層包括TiN中間過(guò) 渡層、A1N層、SiN層和CrN層，其硬度彡HV2900,涂層總厚度控制在4. 5~6ym，其中TiN 中間過(guò)渡層厚度控制在〇? 9~1. 2ym，A1N層厚度控制在1. 8~2. 4ym，SiN層厚度控制在 0? 9~1. 2ym，CrN層厚度控制在0? 9~1. 2ym。
[0007] 本發(fā)明還提供一種用于金屬閥門(mén)的PVD復(fù)合涂層的涂鍍工藝，具體工藝步驟包括 如下：
[0008] 1)閥門(mén)工件的表面清潔預(yù)處理；
[0009] 2)閥門(mén)工件的預(yù)加熱：將表面清潔預(yù)處理的閥門(mén)工件放入PVD鍍膜專(zhuān)用設(shè)備中； 待真空度達(dá)到< _5Pa后，對(duì)閥門(mén)工件進(jìn)行預(yù)熱；
[0010] 3)閥門(mén)工件的等離子刻蝕：充入惰性氣體氬氣至分壓為4. 3Pa，加負(fù)偏壓200V至 360V，進(jìn)行輝光清洗；關(guān)掉氬氣，充入氮?dú)庵练謮簽?. 3Pa，負(fù)偏壓由25V遞減至18V，啟動(dòng)陰 極電弧Ti靶，進(jìn)行弧光清洗；
[0011] 4)在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的閥門(mén)工件表面涂鍍（Ti，Al，Si，Cr)N系復(fù)合涂層
[0012] TiN中間過(guò)渡層的鍍制：關(guān)閉步驟3)中開(kāi)啟的陰極電弧Ti靶，保持氬氣的通入， 同時(shí)通入氮?dú)庵恋獨(dú)夥謮簽?Pa，關(guān)閉氬氣氣源，至少15次開(kāi)啟陰極電弧Ti靶，Ti靶個(gè)數(shù) 為1，靶電流為13~16A，時(shí)間為2~3分鐘，負(fù)偏壓為15~18V，占空比為15~30%，其 涂層厚度為0.9~1.2ym;
[0013]A1N層的鍍制：關(guān)閉陰極電弧Ti靶，保持氮?dú)夥謮簽?.2Pa，關(guān)閉氬氣氣源，分至少 30次開(kāi)啟陰極電弧A1靶，A1靶個(gè)數(shù)為1，靶電流為15~18A，時(shí)間為2~3分鐘，負(fù)偏壓為 20~23V，占空比為15~30 %，其涂層厚度為1. 8~2. 4ym;
[0014]SiN層的鍍制：關(guān)閉陰極電弧A1靶，保持氮?dú)夥謮簽?.2Pa，關(guān)閉氬氣氣源，分至少 30次開(kāi)啟陰極電弧Si靶，Si靶個(gè)數(shù)為1，靶電流為19~21A，時(shí)間為2~3分鐘，負(fù)偏壓為 25~28V，占空比為15~30 %，其涂層厚度為0. 9~1. 2ym;
[0015]CrN層的鍍制：關(guān)閉陰極電弧Si靶，保持氮?dú)夥謮簽?.2Pa，關(guān)閉氬氣氣源，分至少 15次開(kāi)啟陰極電弧Cr革E，Cr靶個(gè)數(shù)為1，靶電流為13~16A，時(shí)間為2~3分鐘，負(fù)偏壓為 25~28V，占空比為15~30%，其涂層厚度為0? 9~1. 2ym。
[0016] 上述步驟1)中閥門(mén)工件的表面清潔預(yù)處理是指：首先，將需閥門(mén)工件解體至單一 金屬件，在非工件部位打孔或安上可懸掛附件；然后，將具有孔或懸掛附件的各單一金屬件 懸掛至吊具上，放入RO反滲透純水中，利用超聲波嚴(yán)格清洗2~3遍，洗至工件和可懸掛附 件全部潔凈。
[0017] 上述步驟3)中啟動(dòng)的陰極電弧Ti靶，其靶材個(gè)數(shù)為1，靶電流為20A，清洗時(shí)間為 43分鐘，清洗過(guò)程中，每隔20分鐘，依次打開(kāi)其余靶2~3秒。
[0018] 所述閥門(mén)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度控制在0. 5圈/分鐘。
[0019] 上述步驟4)中，閥門(mén)工件溫度不超過(guò)580°C。
[0020] 所述閥門(mén)工件包括球閥、半球調(diào)節(jié)閥、蝶閥、閘閥、截止閥及其他工業(yè)常用的閥門(mén)。
[0021] 本發(fā)明的一種用于金屬閥門(mén)的PVD復(fù)合涂層及涂鍍工藝與現(xiàn)有技術(shù)相比，所產(chǎn)生 的有益效果是：
[0022] 1、利用PVD技術(shù)在閥門(mén)工件表面涂鍍PVD復(fù)合涂層，易于精確實(shí)現(xiàn)涂層成分調(diào)制 及含量控制，解決了現(xiàn)有閥門(mén)耐腐蝕和耐磨損性能不能同時(shí)兼顧的問(wèn)題，可提高不閥門(mén)使 用壽命3~4倍；
[0023] 2、通過(guò)提高閥門(mén)的硬度及耐磨損性能，降低了其更換頻率，節(jié)省了閥門(mén)材料和制 造成本，節(jié)約了大量人力物力，同時(shí)保障了設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保了安全生產(chǎn)；
[0024] 3、由于TiN具有良好的韌性，有助于涂層內(nèi)應(yīng)力的釋放，通過(guò)設(shè)置TiN中間過(guò)渡 層，可有效阻止氧的內(nèi)擴(kuò)散及Cr的外擴(kuò)散，有效提高涂層的理化性能和使用壽命；
[0025] 4、涂鍍PVD復(fù)合涂層后，閥門(mén)的耐腐蝕性能得到進(jìn)一步增強(qiáng)，這使得閥門(mén)在強(qiáng)腐 蝕環(huán)境（尤其是在海水干濕交替的惡劣工況）中的適應(yīng)性更強(qiáng)。
[0026] 本發(fā)明的一種用于金屬閥門(mén)的PVD復(fù)合涂層，兼顧耐腐蝕和耐磨損性的需求，可 延長(zhǎng)閥門(mén)使用壽命3~4倍，其硬度彡HV2900,膜厚度為4. 5~6. 0ym，耐熱溫度為900°C， 摩擦系數(shù)為0. 3,薄的涂層厚度可保證基體在不影響原來(lái)尺寸的情況下提高各理化性能，其 價(jià)格低廉、涂鍍工藝簡(jiǎn)單、加工制造方便。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 附圖1是本發(fā)明PVD復(fù)合涂層涂鍍時(shí)陰極電弧靶布置示意圖。
[0028] 圖中，1號(hào)位置代表Ti靶，2號(hào)位置代表A1靶，3號(hào)位置代表Si靶，4號(hào)位置代表 Cr巴。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖1和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種用于金屬閥門(mén)的PVD復(fù)合涂層及涂 鍍工藝作以下詳細(xì)說(shuō)明。
[0030] -種用于金屬閥門(mén)的PVD復(fù)合涂層，包括TiN中間過(guò)渡層、A1N層、SiN層和CrN層， 其硬度彡HV2900,涂層總厚度控制在4. 5~6ym，其中TiN中間過(guò)渡層厚度控制在0. 9~ 1. 2ym，A1N層厚度控制在1. 8~2. 4ym，SiN層厚度控制在0? 9~1. 2ym，CrN層厚度控 制在0. 9~1. 2ym。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 本實(shí)施例所述閥門(mén)工件包括球閥、半球調(diào)節(jié)閥、蝶閥、閘閥、截止閥及其他工業(yè)常 用的閥門(mén)，利用PVD技術(shù)在閥門(mén)工件表面涂鍍PVD復(fù)合涂層，其具體制作工藝如下：
[0033] 1)閥門(mén)工件的表面清潔預(yù)處理；
[0034]a)首先將閥門(mén)工件解體至單一金屬件，在非工件部位打孔或安上可懸掛附件；
[0035] b)將具有孔或懸掛附件的各單一金屬件懸掛至吊具上，放入RO反滲透純水中，利 用超聲波嚴(yán)格清洗2~3遍，洗至工件和可懸掛附件全部潔凈；
[0036] 2)閥門(mén)工件的預(yù)加熱
[0037] 取出閥門(mén)工件，放入潔凈的溫度控制柜中進(jìn)行純潔干燥3~4小時(shí)，待工件完全干 燥后，放入PVD鍍膜專(zhuān)用設(shè)備中，開(kāi)始抽真空；待真空度達(dá)到<