[发明专利]一种在陶瓷阀芯表面沉积防护薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在陶瓷阀芯表面沉积防护薄膜的方法。

背景技术

随水资源环境的日益严峻，节约用水已备受人们的关注。通常来说，龙头质量好与坏，阀芯是关键。目前，市场上常用阀芯材料有橡胶、不锈钢、金属、陶瓷等，其中比较而言，陶瓷阀芯具有密封性好、耐热性高、价格低、对水质污染较小、开关轻便灵活、长寿命等综合优点，因此，已成为市场上中高档龙头产品的首选阀芯材料。与其它阀芯龙头相比，陶瓷阀芯用的节水型龙头一般可达开合数十万次不漏一滴水，节约用水可高达30％～50％。然而，陶瓷阀芯质地硬、脆、难加工，且对水质要求较高(水中杂质或氧化物会导致平滑的陶瓷接触面磨损而产生缝隙，最终失去防漏水功能)，这使其广泛应用受到严重限制。

一般而言，在使用过程中，为降低陶瓷阀芯的摩擦磨损，陶瓷阀芯片必需经过严格精密的后续表面抛光处理，且为提高其密封特性和进一步降低磨损、延长寿命，阀芯片上都涂敷有一定的润滑密封硅脂。然而，在长期的龙头开关使用过程中，冷热水流一方面对硅脂的冲刷去除会导致其密封性降低、摩擦磨损增加、使用手感干涩；另一方面水流冲刷过硅脂后会含残留有一定的有害化学元素成分，这长期对人体健康会造成一定影响，因此，在能源、环保和生物医学的迅猛发展下，为使陶瓷阀芯在长期服役期间内保持良好的节水、密封、防漏、使用舒适感等功能，及尽可能的降低其对人体的健康危害，必须对陶瓷阀芯表面进行后续的耐磨润滑处理。然而，从目前的表面耐磨处理手段来看，热喷涂、激光合金化、渗氮等常用材料耐磨处理技术并不适用于陶瓷表面的耐磨润滑处理。

发明内容

本发明提供了一种在陶瓷阀芯表面沉积防护薄膜的方法，利用该方法可以在陶瓷阀芯表面沉积一层硬度高、摩擦系数低、具有良好的耐磨耐蚀性和化学惰性的类金刚石碳膜涂层的防护薄膜，解决了传统水龙头陶瓷阀芯磨损大、寿命短的缺陷，同时还解决了合成硬质耐磨薄膜过程中，薄膜和陶瓷基体间结合力差、残余应力高、易剥落、表面粗糙的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该在陶瓷阀芯表面沉积防护薄膜的方法，所采用的镀膜机包括真空室、磁控溅射源、线性离子源和兼具公转和自转的工件托架，工件托架安装在真空室内部，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、将陶瓷阀芯先在丙酮溶液中进行超声清洗，再在酒精溶液中进行超声清洗，干燥后，悬挂固定于工件托架上，使磁控溅射源与线性离子源环绕在陶瓷阀芯周围；

(2)、在磁控溅射源上安装由过渡金属制成的金属靶，将真空室抽真空至小于2.0×10^-5Torr后，通入惰性气体，开启线性离子源，调整陶瓷阀芯的负偏压为0～300V，对陶瓷阀芯进行离子轰击，工作时间为5～40分钟后，关闭线性离子源；

(3)、对陶瓷阀芯进行第一层薄膜沉积，调整陶瓷阀芯的负偏压为-50～-200V，开启磁控溅射源电源，调整磁控溅射源的工作电流为2～3A，通入惰性气体，工作时间为：10～15分钟；

这时，第一层薄膜为过渡金属单质薄膜层；

(4)、对陶瓷阀芯进行第二层薄膜沉积，保持步骤(3)中的工作条件不变，立刻启动线性离子源，调整线性离子源的工作电流为0.1～0.2A；同时通入含碳气体，工作时间为10～15分钟；

这时，第二层薄膜为过渡金属的硬质碳化物薄膜层；

(5)、对陶瓷阀芯进行第三层薄膜沉积，设置线性离子源的工作电流为0.1～0.2A，线性离子源的工作电压为：1000～1300V，调整陶瓷阀芯的负偏压为-50～-200V，工作时间为：60～100分钟。

这时，第三层薄膜为类金刚石碳膜层，类金刚石碳膜(DLC)是一类定义广泛的非晶态多功能碳材料，具有类似金刚石的优异性能，尤其是它的高硬度、低摩擦系数、良好的耐磨耐蚀性和化学惰性，使其非常适用于耐磨耐蚀涂层。且DLC膜技术具有沉积温度低、生长面积大、性能可调、膜表面光滑的优点，因此在机械、电子、生物等领域具有良好应用前景。

过渡金属可以为铬，也可以为钛，也可以为钨。

当过渡金属为时，本发明陶瓷阀芯表面的薄膜沿垂直方向自里向外依次为Cr过渡层、CrC层、DLC碳膜涂层结构，最外层为DLC层，即为Cr/CrC/DLC的碳膜多层结构。

当过渡金属为钛时，本发明陶瓷阀芯表面的薄膜沿垂直方向自里向外依次为Ti过渡层、TiC层、DLC碳膜涂层结构，最外层为DLC层，形成Ti/TiC/DLC的碳膜涂层结构。钛具有极好的韧性，TiC薄膜具有良好的耐磨性。