一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，更具体的说是涉及一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构及其制备方法。

背景技术

在水轮发电机组的部分金属螺纹件接触之间有相互绝缘的要求，目前使用的绝缘方法是在两螺纹件之间安装绝缘套管和绝缘垫，但绝缘套管和绝缘垫的材料大多使用酚醛布。该材料的强度不够，在螺纹件安装与检修时，容易被压碎而失去绝缘效果，同时套管和绝缘垫的使用寿命也比较有限，限制了该特殊螺纹件配合的长效使用。因此，为解决上述问题，需发明一种新型的绝缘设施，使得金属的螺纹件表面获得绝缘特性，同时延长螺纹件的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构及其制备方法，以期解决背景技术中的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构，包括：

金属过渡层，所述金属过渡层设置在基体上；

绝缘硬质涂层，所述绝缘硬质涂层设置在金属过渡层上。

在一些实施例中，所述绝缘硬质涂层包含三层子涂层，每层子涂层分别为Al

在一些实施例中，所述金属过渡层的厚度为50～250nm。

在一些实施例中，所述金属过渡层的材料为金属Ti、Zr或Cr中的一种。

在一些实施例中，所述绝缘硬质结构的整体硬度为3.5～27.5GPa，与不同金属基体材料的膜基结合强度为5～45N，整体电阻率为0.00004～0.005Ωm。

在一些实施例中，所述每层子涂层的厚度控制在0.1～2.5μm。

本实施例还提供了一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)在腔体中通入惰性气体，开启偏压电源并设定偏压范围为-235～-50V，对螺纹件基体进行设定时间的离子表面刻蚀，刻蚀时间为2.5～10min；

(2)在腔体中通入惰性气体，保持腔体的真空度为0.55～1.35Pa之间，在Ti、Zr或Cr金属靶加载直流电压，加载功率为150～455W，在螺纹件上沉积金属过渡层，沉积时间控制为2～35min；

(3)在腔体中通入惰性气体，气体流速保持在40～75sccm之间，保持腔体的真空度为0.75～1.65Pa之间，在三个Al

(4)在腔体中通入惰性气体，气体流速保持在40～75sccm之间，保持腔体的真空度为0.75～1.65Pa之间，在三个Al

(5)在腔体中通入惰性气体，气体流速保持在40～75sccm之间，保持腔体的真空度为0.75～1.65Pa之间，在三个Al

(6)在腔体中将沉积涂层后的螺纹件加热至250～650℃，并保温35～155min，获得适用于螺纹件表面的绝缘硬质涂层。

在一些实施例中，所述步骤(2)中，气体流速保持在44～85sccm之间。

在一些实施例中，所述步骤(3)中，加载功率为50～155W，射频的频率固定在65～95MHz。

在一些实施例中，所述步骤(4)中，加载功率为50～155W，射频的频率固定在65～95MHz。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

(1)该绝缘硬质结构可赋予螺纹件表面绝缘的特性，使其与另一螺纹件接触时无电流通过，相比较在两螺纹件直接安装绝缘垫片更加简单、可靠。

(2)该绝缘硬质结构由稳定性能优异的氧化铝、氧化钛和氧化锆组成，性能稳定可靠，使用寿命长。

(3)该绝缘硬质结构的硬度高、膜基结合强度高，可承载螺纹接触应力，不容易在螺纹安装时损坏。

(4)在相似工况的零件表面该绝缘硬质结构具有良好的通用性和显著的行业推广价值。

附图说明

图1适用于螺纹件的硬质绝缘涂层结构示意图；

图2适用于螺纹件的硬质绝缘涂层电子显微镜扫描形貌图；

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的优选实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或显示不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或显示固有的其它步骤或单元。

以下将结合图1，对本申请实施例所涉及的一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构及其制备方法进行详细说明。值得注意的是，以下实施例，仅仅用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

实施例1:

参见图1所示，一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构，包括：金属过渡层5，所述金属过渡层设置在基体4上；绝缘硬质涂层，所述绝缘硬质涂层设置在金属过渡层上。该涂层包含三层子涂层，每层子涂层的厚度控制在0.1～2.5μm，每层子涂层分别为Al

本发明使用磁控溅射沉积技术制备，所使用的磁控溅射镀膜仪为包含至少4个阳极靶头，可使用偏压电源对基体表面进行离子蚀刻以及辅助涂层沉积，至少靶头上至少包含一个射频电源可对陶瓷靶材进行加载。制备过程使用Al

(1)在腔体中通入惰性气体，开启偏压电源并设定偏压范围为-235～-50V，对螺纹件基体进行设定时间的离子表面刻蚀，刻蚀时间为2.5～10min；

(2)在腔体中通入惰性气体，气体流速保持在44～85sccm之间，保持腔体的真空度为0.55～1.35Pa之间，在Ti、Zr或Cr金属靶加载直流电压，加载功率为150～455W，在螺纹件上沉积金属过渡层，沉积时间控制为2～35min；

(3)在腔体中通入惰性气体，气体流速保持在40～75sccm之间，保持腔体的真空度为0.75～1.65Pa之间，在三个Al

(4)在腔体中通入惰性气体，气体流速保持在40～75sccm之间，保持腔体的真空度为0.75～1.65Pa之间，在三个Al

(5)在腔体中通入惰性气体，气体流速保持在40～75sccm之间，保持腔体的真空度为0.75～1.65Pa之间，在三个Al

(6)在腔体中将沉积涂层后的螺纹件加热至250～650℃，并保温35～155min，获得适用于螺纹件表面的绝缘硬质涂层。

使用扫描电子显微镜观察该涂层的截面形貌如图2所示，绝缘硬质涂层分为三个子涂层，分别为厚度为0.44μm的Al

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。