包括多層耐磨板的閥的製作方法

2023-05-22 10:44:16 2

包括多層耐磨板的閥的製作方法
【專利摘要】本文提供一種閥，所述閥包括包含表面的部件和耐磨板，所述耐磨板包括安置成與所述部件的表面滑動接合的表面。所述耐磨板的表面包括耐腐蝕襯底、安置於所述耐腐蝕襯底的表面上的第二層、安置於所述第二層的表面上的貴金屬層和安置於所述貴金屬層的表面上的第三層。
【專利說明】包括多層耐磨板的閥
[0001] 發明背景 本發明的方面針對閥，並且更具體地說，針對包括多層耐磨板的閥。
[0002] 多層製品用於其中使用不同金屬來提供具有不同組性質的製品的多種應用中。舉 例來說，製品可由鋼形成以提供強度、硬度和剛度。對於極端環境，如高溫和/或腐蝕或氧 化環境，不鏽鋼或更奇異的合金可提供抗腐蝕或氧化性。
[0003] 在一些應用中，如當製品具有與另一個部件的表面滑動接合或接觸的金屬耐磨表 面時，金屬製品的表面可不提供足夠潤滑性以滿足這種應用的耐磨需要。在這類情況中，耐 磨層可安置於製品的適當表面上以提供所需耐磨表面性質。聚合物層，如含氟聚合物層可 用於這類耐磨表面應用。然而，聚合物通常不適合於高溫應用，如在飛機空氣管理系統中發 現的那些應用。事實上，這些系統中的閥必須在超過300°C的升高溫度下並且以高振動模 式、在幾乎沒有潤滑的情況下可操作。因此，這些閥中的關鍵滑動部件（即，閥耐磨板）的 磨損是常見的並且可降低閥性能。
[0004] 發明簡述 根據一個示例性實施方案，提供一種閥，所述閥包括包含表面的部件和耐磨板，所述耐 磨板包括安置成與部件的表面滑動接合的表面。耐磨板的表面包括耐腐蝕襯底、安置於耐 腐蝕襯底的表面上的第二層、安置於第二層的表面上的貴金屬層和安置於貴金屬層的表面 上的第三層。
[0005] 在另一個示例性實施方案中，提供包括一個部件的閥的耐磨板。耐磨板包括 安置成與部件的表面滑動接合的表面。耐磨板的表面包括包含耐腐蝕鋼、Inconels?、 Incoloys ?、Hastelloys ?、Waspaloys ?、Elgiloy ?和 Haynes ?合金中的一種或多種的襯底、 安置於襯底的表面上的第二層、安置於第二層的表面上的貴金屬層和安置於貴金屬層的表 面上的第三層。
[0006] 在仍另一個示例性實施方案中，提供一種蝶形閥，所述蝶形閥包括被形成以限定 孔的閥殼體、可操作地安置於孔中的圓盤和軸杆組，所述圓盤和軸杆組包括安置成與墊片 鄰接的耐磨板和致動器，所述致動器連接至圓盤和軸杆組，從而導致所述圓盤和軸杆組圍 繞軸杆的長軸旋轉以使得所述耐磨板的表面可滑動地與所述軸杆的凸緣表面接合。耐磨板 的表面包括耐腐蝕襯底、安置於耐腐蝕襯底的表面上的第二層、安置於第二層的表面上的 貴金屬層和安置於貴金屬層的表面上的第三層。
[0007] 附圖簡述 在本說明書結論部分的權利要求書中，具體地指出被視作本發明的主題並且清楚地提 出保護要求。結合附圖根據以下的詳細描述，本發明的前述和其它特徵以及優點是顯而易 見的，在附圖中： 圖1是多層製品的實施方案的橫截面視圖的示意圖； 圖2是多層製品的另一個實施方案的橫截面視圖的示意圖； 圖3是包括一個多層耐磨板的閥的橫截面視圖； 圖4是圖3的閥的一部分（劃圈）的放大視圖；以及 圖5是圖3和4的閥的耐磨板的平面圖。
[0008] 發明詳述 為了解決包括耐磨板的閥如氣動蝶形閥的上述磨損問題，耐磨板承載表面用低摩擦鍍 銀層來塗布。鍍銀層減少操作期間軸杆上的推力負載所產生的摩擦和磨損。為了便於製造 和組裝，將鍍銀層塗覆至耐磨板的所有表面，並且鍍銀層與形成閥的其餘部件的硬面塗層 和襯底材料一起產生堅固的系統。
[0009] 簡化多層製品以分解橫截面視圖示意性地展示於圖1中，其中製品10包括襯 底12。襯底12可由耐腐蝕材料形成，如不鎊鋼、Inconels ?、Incoloys ?、Hastelloys ?、 Waspaloys?、Elgiloy?和Haynes?合金的中的一種或多種。第二金屬層14安置於襯底12 上並且可通過電鍍、熱噴鍍或其它類似過程由鎳、銅或其它類似材料來形成。貴金屬層16 安置於第二金屬層14上。貴金屬層16可通過電鍍、熱噴鍍或其它類似過程由選自包括金、 鉬、鈀、銠和其組合的組的貴金屬形成。第三金屬層18安置於貴金屬層16上並且可通過電 鍍、熱噴鍍或其它類似過程由銀形成。
[0010] 另一個實施方案展示於圖2中。在圖2中，製品20包括襯底12。襯底12可由耐 腐蝕材料形成，如不鎊鋼、Inconels ?、Incoloys ?、Hastelloys ?、Waspaloys ?、Elgiloy ? 和Haynes ?合金的中的一種或多種。第二金屬層14安置於襯底12上並且可通過電鍍、熱 噴鍍或其它類似過程由鎳、銅或另一種類似材料來形成。貴金屬層16安置於第二金屬層14 上。貴金屬層16可通過電鍍、熱噴鍍或其它類似過程由選自包括金、鉬、鈀、銠和其組合的 組的貴金屬形成。第三金屬層18安置於貴金屬層16上並且可通過電鍍、熱噴鍍或其它類 似過程由銀形成。第三金屬層18可包括生根層（strike layer) 18'。生根層18'可由銀 形成並且作為相對較薄層安置於貴金屬層16與第三金屬層18的主要部分之間。
[0011] 可添加生根層18'以改進第三金屬層18與底塗層之間的粘附。生根層18'大致 上比第三金屬層18薄，並且可為約0. 1至約2. 5 Mm厚（約0.000004至0.0001英寸）。
[0012] 圖1和圖2的襯底12可由任何已知類型的耐腐蝕材料製造以便提供具有所需性 質的製品。這些耐腐蝕材料可包括但不限於奧氏體不鏽鋼（例如，來自300系列的不鏽鋼 合金，如SS304、SS306、SS316)、馬氏體不鏽鋼合金（包括沉澱硬化馬氏體不鏽鋼）、鐵素體 不鏽鋼和其組合。
[0013] 圖1和圖2的第二金屬層14可包含鎳並且增強襯底12與上覆層之間的相容性和 粘附。在一個示例性實施方案中，第二金屬層14可由電鍍、熱噴鍍或其它與生根層類似的 過程形成，並且具有約〇. 25 Mm至約25 Mm (約0. 00001英寸至約0. 001英寸）的厚度。在 另一個示例性實施方案中，第二金屬層14包含純或幾乎純鎳。
[0014] 第三金屬層18可包含銀。銀可提供用作耐磨層的足夠潤滑性（如本文所使用， "耐磨層"是指在使用期間與另一個表面滑動接合的表面層），並且在一個示例性實施方案 中，第三金屬層18作為耐磨層來提供。在另一個示例性實施方案中，第三金屬層18具有約 0. 25 Mm至約250 Mm (約0. 00001英寸至約0. 01英寸）的厚度。在另一個示例性實施方案 中，第三金屬層18包括純或幾乎純銀。
[0015] 貴金屬層16包含選自包括金、鉬、鈀和銠和其組合的組的貴金屬。雖然本發明和 其範圍不受任何具體實施方案約束，但是隨著溫度增加，氧在銀中的溶解性可增大，並由此 暴露於含氧氣氛（即，升高溫度下的空氣）可使得氧通過第三金屬層18的銀來擴散，如上 所述。在升高溫度下氧在銀中的溶解性增大可使得氧通過銀來擴散並且氧化下方第二金屬 層14的材料，從而可導致第三金屬層18起泡和/或剝離。
[0016] 因此，貴金屬層16提供防止溶解氧到達第二金屬層14的屏障，同時所述第二金屬 層14本身具有抗氧化性。在一個不例性實施方案中，貴金屬層16對於由氧氣進行的氧化 和/或滲透具有充分抗性，以便在制品10、20暴露於至少510°C (950 °F )的溫度約64小時 以及再在約629°C (1164 °F )下暴露16小時時，防止第三金屬層18起泡和/或剝離。根據 實施方案，貴金屬層16可由金、鉬、鈀、銠和其組合形成。在另一個示例性實施方案中，貴金 屬層16具有約0· 7 Mm至約1. 3 Mm (約0· 00002至約0· 00005英寸）的厚度。
[0017] 如上所述，第三金屬層18可為將要用於高溫應用的製品上的耐磨層。製品可用於 需要耐磨層的任何應用其中製品將暴露於高溫下的含氧氣氛（例如，空氣），如在用於高溫 環境的閥（例如，內燃機安裝閥）上的移動接觸部分、用於高溫環境的機械或電子機械致動 器裝置等等中。
[0018] 參照圖3至圖5,可提供製品10、20用於蝶形閥100中。如圖3和圖4中所展示， 蝶形閥100包括閥殼體101、圓盤和軸杆組102、致動器130和推力板131。閥殼體101被形 成以限定孔103,所述孔103在縱向尺度上延伸穿過閥殼體101。圓盤和軸杆組102包括連 接至孔103的側壁的圓盤104和支撐性地與圓盤104連接的蝶形軸杆105。圓盤和軸杆組 102可操作地安置於孔103中並且進一步包括耐磨板110 (參見圖4),所述耐磨板110安置 成與閥殼體101的一個或多個墊片120 (參見圖4)鄰接。
[0019] 致動器130連接至圓盤和軸杆組102。推力板131限定空腔，推力插塞132安置於 所述空腔中。推力插塞132固定至推力板131並且經由堅實（solid)圓盤133來連接至蝶 形軸杆105的末端。因此，致動器130被配置來使得圓盤和軸杆組102圍繞圓盤104的沿 著縱向尺度限定的長軸旋轉。
[0020] 耐磨板110大致上與製品10、20類似地提供。耐磨板110安置於蝶形軸杆105的 軸肩與一個或多個墊片120之間。因此，當圓盤和軸杆組102圍繞圓盤104的長軸旋轉時， 耐磨板110的表面112可滑動地與一個或多個墊片120的表面接合。根據實施方案，耐磨 板110的表面112包括如上所述的製品10、20的特徵。因此，表面112包括襯底12、第二金 屬層14、貴金屬層16和第三金屬層18。根據進一步實施方案，襯底12可包含耐腐蝕鋼，第 二金屬層14可包含鎳，貴金屬層16可包含金、鉬、鈀、銠和其組合中的至少一種或多種，並 且第三金屬層18可包括生根層18'並且可由銀形成。另外，貴金屬層16可為約0. 7 Mm至 約1. 3 Mm (約0· 00002至約0· 000050英寸）厚，並且第三金屬層可為約0· 25 Mm至約250 Mm (約0· 00001至約0· 01英寸）厚。
[0021] 如圖5中所展示,耐磨板110包括主體115,所述主體115具有相反的平坦面。主 體115被形成以限定從一個面延伸至另一個面的開孔。耐磨板110進一步包括相反凸緣 116,所述相反凸緣116在主體115的相反側從主體115的外徑徑向向外地延伸。凸緣116 用來防止相對於墊片120旋轉。
[0022] 在耐磨板110的表面112以這種方式形成的情況下，貴金屬層16用來保護第二金 屬層14免於由於溶解氧通過第三金屬層18擴散而導致的氧化或其它類似效應，如果允許 所述溶解氧到達第二金屬層14,最終將導致第三金屬層18在操作期間起泡。甚至在升高溫 度和壓力下以及在高振動環境中，如與操作航空燃氣渦輪發動機相關的那些環境中，提供 這種針對氧化或其它類似效應的保護。
[0023] 雖然本發明已經只結合有限數量的實施方案來詳細描述，但是應容易了解本發明 不限於這類公開實施方案。相反，可修改本發明以併入迄今未描述但是與本發明的精神和 範圍相符的任何數量的變化方案、替代方案、替換方案或等效布置。另外，雖然已經描述本 發明的各種實施方案，但是應了解本發明的方面可只包括所描述的實施方案中的一些實施 方案。因此，本發明不視為受到前述描述的限制，而只受限於所附權利要求書的範圍。
【權利要求】
1. 一種閥，所述閥包括： 包括表面的部件；以及 耐磨板，所述耐磨板包括安置成與所述部件的所述表面滑動接合的表面，所述耐磨板 的所述表面包括： 耐腐蝕襯底； 安置於所述耐腐蝕襯底的表面上的第二層； 安置於所述第二層的表面上的貴金屬層；以及 安置於所述貴金屬層的表面上的第三層。
2. 根據權利要求1所述的閥，其中所述耐腐蝕襯底包含鋼。
3. 根據權利要求1所述的閥，其中所述第二層包含鎳、銅或其組合。
4. 根據權利要求1所述的閥，其中所述貴金屬層包含金、鉬、鈀和銠中的至少一種或多 種。
5. 根據權利要求1所述的閥，其中所述貴金屬層約0. 7 Mm至約1. 3 Mm厚。
6. 根據權利要求1所述的閥，其中所述第三層包含銀。
7. 根據權利要求1所述的閥，其中所述第三金屬層約0. 25 Mm至約250 Mm厚。
8. 根據權利要求1所述的閥，所述閥進一步包括插入所述貴金屬層與所述第三層之間 的生根層。
9. 根據權利要求1所述的閥，其中所述生根層包括約0. 1 Mm至約2. 5 Mm厚的銀層。
10. -種包括一個部件的閥的耐磨板，所述耐磨板包括： 安置成與所述部件的表面滑動接合的表面，所述耐磨板的所述表面包括： 襯底，所述襯底包含耐腐蝕鋼、Inconels?、Incoloys?、Hastelloys?、Waspaloys?、 Elgiloy ?和Haynes ?合金中的一種或多種； 安置於所述襯底的表面上的第二層； 安置於所述第二層的表面上的貴金屬層；以及 安置於所述貴金屬層的表面上的第三層。
11. 根據權利要求10所述的閥，其中所述貴金屬層包含金、鉬、鈀、銠和其組合中的至 少一種或多種。
12. 根據權利要求10所述的閥，其中所述第二層約0.25 Mm至約25 Mm並且所述貴金 屬層約0. 7 Mm至約1. 3 Mm厚。
13. 根據權利要求10所述的閥，其中所述第三層包含銀。
14. 根據權利要求10所述的閥，其中所述第三層約0. 25 Mm至約250 Mm厚。
15. 根據權利要求10所述的閥，所述閥進一步包括插入所述貴金屬層與所述第三層之 間的生根層，其中所述生根層包括約0. 1 Mffl至約2. 5 Mm厚的銀層。
【文檔編號】F16K1/22GK104121376SQ201410167374
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2013年4月24日
【發明者】B.A.史密斯, K.M.蘭金 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司