包括多层耐磨板的阀的制作方法
【专利摘要】本文提供一种阀，所述阀包括包含表面的部件和耐磨板，所述耐磨板包括安置成与所述部件的表面滑动接合的表面。所述耐磨板的表面包括耐腐蚀衬底、安置于所述耐腐蚀衬底的表面上的第二层、安置于所述第二层的表面上的贵金属层和安置于所述贵金属层的表面上的第三层。
【专利说明】包括多层耐磨板的阀
[0001] 发明背景 本发明的方面针对阀，并且更具体地说，针对包括多层耐磨板的阀。
[0002] 多层制品用于其中使用不同金属来提供具有不同组性质的制品的多种应用中。举 例来说，制品可由钢形成以提供强度、硬度和刚度。对于极端环境，如高温和/或腐蚀或氧 化环境，不锈钢或更奇异的合金可提供抗腐蚀或氧化性。
[0003] 在一些应用中，如当制品具有与另一个部件的表面滑动接合或接触的金属耐磨表 面时，金属制品的表面可不提供足够润滑性以满足这种应用的耐磨需要。在这类情况中，耐 磨层可安置于制品的适当表面上以提供所需耐磨表面性质。聚合物层，如含氟聚合物层可 用于这类耐磨表面应用。然而，聚合物通常不适合于高温应用，如在飞机空气管理系统中发 现的那些应用。事实上，这些系统中的阀必须在超过300°C的升高温度下并且以高振动模 式、在几乎没有润滑的情况下可操作。因此，这些阀中的关键滑动部件（即，阀耐磨板）的 磨损是常见的并且可降低阀性能。
[0004] 发明简述 根据一个示例性实施方案，提供一种阀，所述阀包括包含表面的部件和耐磨板，所述耐 磨板包括安置成与部件的表面滑动接合的表面。耐磨板的表面包括耐腐蚀衬底、安置于耐 腐蚀衬底的表面上的第二层、安置于第二层的表面上的贵金属层和安置于贵金属层的表面 上的第三层。
[0005] 在另一个示例性实施方案中，提供包括一个部件的阀的耐磨板。耐磨板包括 安置成与部件的表面滑动接合的表面。耐磨板的表面包括包含耐腐蚀钢、Inconels?、 Incoloys ?、Hastelloys ?、Waspaloys ?、Elgiloy ?和 Haynes ?合金中的一种或多种的衬底、 安置于衬底的表面上的第二层、安置于第二层的表面上的贵金属层和安置于贵金属层的表 面上的第三层。
[0006] 在仍另一个示例性实施方案中，提供一种蝶形阀，所述蝶形阀包括被形成以限定 孔的阀壳体、可操作地安置于孔中的圆盘和轴杆组，所述圆盘和轴杆组包括安置成与垫片 邻接的耐磨板和致动器，所述致动器连接至圆盘和轴杆组，从而导致所述圆盘和轴杆组围 绕轴杆的长轴旋转以使得所述耐磨板的表面可滑动地与所述轴杆的凸缘表面接合。耐磨板 的表面包括耐腐蚀衬底、安置于耐腐蚀衬底的表面上的第二层、安置于第二层的表面上的 贵金属层和安置于贵金属层的表面上的第三层。
[0007] 附图简述 在本说明书结论部分的权利要求书中，具体地指出被视作本发明的主题并且清楚地提 出保护要求。结合附图根据以下的详细描述，本发明的前述和其它特征以及优点是显而易 见的，在附图中： 图1是多层制品的实施方案的横截面视图的示意图； 图2是多层制品的另一个实施方案的横截面视图的示意图； 图3是包括一个多层耐磨板的阀的横截面视图； 图4是图3的阀的一部分（划圈）的放大视图；以及 图5是图3和4的阀的耐磨板的平面图。
[0008] 发明详述 为了解决包括耐磨板的阀如气动蝶形阀的上述磨损问题，耐磨板承载表面用低摩擦镀 银层来涂布。镀银层减少操作期间轴杆上的推力负载所产生的摩擦和磨损。为了便于制造 和组装，将镀银层涂覆至耐磨板的所有表面，并且镀银层与形成阀的其余部件的硬面涂层 和衬底材料一起产生坚固的系统。
[0009] 简化多层制品以分解横截面视图示意性地展示于图1中，其中制品10包括衬 底12。衬底12可由耐腐蚀材料形成，如不镑钢、Inconels ?、Incoloys ?、Hastelloys ?、 Waspaloys?、Elgiloy?和Haynes?合金的中的一种或多种。第二金属层14安置于衬底12 上并且可通过电镀、热喷镀或其它类似过程由镍、铜或其它类似材料来形成。贵金属层16 安置于第二金属层14上。贵金属层16可通过电镀、热喷镀或其它类似过程由选自包括金、 钼、钯、铑和其组合的组的贵金属形成。第三金属层18安置于贵金属层16上并且可通过电 镀、热喷镀或其它类似过程由银形成。
[0010] 另一个实施方案展示于图2中。在图2中，制品20包括衬底12。衬底12可由耐 腐蚀材料形成，如不镑钢、Inconels ?、Incoloys ?、Hastelloys ?、Waspaloys ?、Elgiloy ? 和Haynes ?合金的中的一种或多种。第二金属层14安置于衬底12上并且可通过电镀、热 喷镀或其它类似过程由镍、铜或另一种类似材料来形成。贵金属层16安置于第二金属层14 上。贵金属层16可通过电镀、热喷镀或其它类似过程由选自包括金、钼、钯、铑和其组合的 组的贵金属形成。第三金属层18安置于贵金属层16上并且可通过电镀、热喷镀或其它类 似过程由银形成。第三金属层18可包括生根层（strike layer) 18'。生根层18'可由银 形成并且作为相对较薄层安置于贵金属层16与第三金属层18的主要部分之间。
[0011] 可添加生根层18'以改进第三金属层18与底涂层之间的粘附。生根层18'大致 上比第三金属层18薄，并且可为约0. 1至约2. 5 Mm厚（约0.000004至0.0001英寸）。
[0012] 图1和图2的衬底12可由任何已知类型的耐腐蚀材料制造以便提供具有所需性 质的制品。这些耐腐蚀材料可包括但不限于奥氏体不锈钢（例如，来自300系列的不锈钢 合金，如SS304、SS306、SS316)、马氏体不锈钢合金（包括沉淀硬化马氏体不锈钢）、铁素体 不锈钢和其组合。
[0013] 图1和图2的第二金属层14可包含镍并且增强衬底12与上覆层之间的相容性和 粘附。在一个示例性实施方案中，第二金属层14可由电镀、热喷镀或其它与生根层类似的 过程形成，并且具有约〇. 25 Mm至约25 Mm (约0. 00001英寸至约0. 001英寸）的厚度。在 另一个示例性实施方案中，第二金属层14包含纯或几乎纯镍。
[0014] 第三金属层18可包含银。银可提供用作耐磨层的足够润滑性（如本文所使用， "耐磨层"是指在使用期间与另一个表面滑动接合的表面层），并且在一个示例性实施方案 中，第三金属层18作为耐磨层来提供。在另一个示例性实施方案中，第三金属层18具有约 0. 25 Mm至约250 Mm (约0. 00001英寸至约0. 01英寸）的厚度。在另一个示例性实施方案 中，第三金属层18包括纯或几乎纯银。
[0015] 贵金属层16包含选自包括金、钼、钯和铑和其组合的组的贵金属。虽然本发明和 其范围不受任何具体实施方案约束，但是随着温度增加，氧在银中的溶解性可增大，并由此 暴露于含氧气氛（即，升高温度下的空气）可使得氧通过第三金属层18的银来扩散，如上 所述。在升高温度下氧在银中的溶解性增大可使得氧通过银来扩散并且氧化下方第二金属 层14的材料，从而可导致第三金属层18起泡和/或剥离。
[0016] 因此，贵金属层16提供防止溶解氧到达第二金属层14的屏障，同时所述第二金属 层14本身具有抗氧化性。在一个不例性实施方案中，贵金属层16对于由氧气进行的氧化 和/或渗透具有充分抗性，以便在制品10、20暴露于至少510°C (950 °F )的温度约64小时 以及再在约629°C (1164 °F )下暴露16小时时，防止第三金属层18起泡和/或剥离。根据 实施方案，贵金属层16可由金、钼、钯、铑和其组合形成。在另一个示例性实施方案中，贵金 属层16具有约0· 7 Mm至约1. 3 Mm (约0· 00002至约0· 00005英寸）的厚度。
[0017] 如上所述，第三金属层18可为将要用于高温应用的制品上的耐磨层。制品可用于 需要耐磨层的任何应用其中制品将暴露于高温下的含氧气氛（例如，空气），如在用于高温 环境的阀（例如，内燃机安装阀）上的移动接触部分、用于高温环境的机械或电子机械致动 器装置等等中。
[0018] 参照图3至图5,可提供制品10、20用于蝶形阀100中。如图3和图4中所展示， 蝶形阀100包括阀壳体101、圆盘和轴杆组102、致动器130和推力板131。阀壳体101被形 成以限定孔103,所述孔103在纵向尺度上延伸穿过阀壳体101。圆盘和轴杆组102包括连 接至孔103的侧壁的圆盘104和支撑性地与圆盘104连接的蝶形轴杆105。圆盘和轴杆组 102可操作地安置于孔103中并且进一步包括耐磨板110 (参见图4),所述耐磨板110安置 成与阀壳体101的一个或多个垫片120 (参见图4)邻接。
[0019] 致动器130连接至圆盘和轴杆组102。推力板131限定空腔，推力插塞132安置于 所述空腔中。推力插塞132固定至推力板131并且经由坚实（solid)圆盘133来连接至蝶 形轴杆105的末端。因此，致动器130被配置来使得圆盘和轴杆组102围绕圆盘104的沿 着纵向尺度限定的长轴旋转。
[0020] 耐磨板110大致上与制品10、20类似地提供。耐磨板110安置于蝶形轴杆105的 轴肩与一个或多个垫片120之间。因此，当圆盘和轴杆组102围绕圆盘104的长轴旋转时， 耐磨板110的表面112可滑动地与一个或多个垫片120的表面接合。根据实施方案，耐磨 板110的表面112包括如上所述的制品10、20的特征。因此，表面112包括衬底12、第二金 属层14、贵金属层16和第三金属层18。根据进一步实施方案，衬底12可包含耐腐蚀钢，第 二金属层14可包含镍，贵金属层16可包含金、钼、钯、铑和其组合中的至少一种或多种，并 且第三金属层18可包括生根层18'并且可由银形成。另外，贵金属层16可为约0. 7 Mm至 约1. 3 Mm (约0· 00002至约0· 000050英寸）厚，并且第三金属层可为约0· 25 Mm至约250 Mm (约0· 00001至约0· 01英寸）厚。
[0021] 如图5中所展示,耐磨板110包括主体115,所述主体115具有相反的平坦面。主 体115被形成以限定从一个面延伸至另一个面的开孔。耐磨板110进一步包括相反凸缘 116,所述相反凸缘116在主体115的相反侧从主体115的外径径向向外地延伸。凸缘116 用来防止相对于垫片120旋转。
[0022] 在耐磨板110的表面112以这种方式形成的情况下，贵金属层16用来保护第二金 属层14免于由于溶解氧通过第三金属层18扩散而导致的氧化或其它类似效应，如果允许 所述溶解氧到达第二金属层14,最终将导致第三金属层18在操作期间起泡。甚至在升高温 度和压力下以及在高振动环境中，如与操作航空燃气涡轮发动机相关的那些环境中，提供 这种针对氧化或其它类似效应的保护。
[0023] 虽然本发明已经只结合有限数量的实施方案来详细描述，但是应容易了解本发明 不限于这类公开实施方案。相反，可修改本发明以并入迄今未描述但是与本发明的精神和 范围相符的任何数量的变化方案、替代方案、替换方案或等效布置。另外，虽然已经描述本 发明的各种实施方案，但是应了解本发明的方面可只包括所描述的实施方案中的一些实施 方案。因此，本发明不视为受到前述描述的限制，而只受限于所附权利要求书的范围。
【权利要求】
1. 一种阀，所述阀包括： 包括表面的部件；以及 耐磨板，所述耐磨板包括安置成与所述部件的所述表面滑动接合的表面，所述耐磨板 的所述表面包括： 耐腐蚀衬底； 安置于所述耐腐蚀衬底的表面上的第二层； 安置于所述第二层的表面上的贵金属层；以及 安置于所述贵金属层的表面上的第三层。
2. 根据权利要求1所述的阀，其中所述耐腐蚀衬底包含钢。
3. 根据权利要求1所述的阀，其中所述第二层包含镍、铜或其组合。
4. 根据权利要求1所述的阀，其中所述贵金属层包含金、钼、钯和铑中的至少一种或多 种。
5. 根据权利要求1所述的阀，其中所述贵金属层约0. 7 Mm至约1. 3 Mm厚。
6. 根据权利要求1所述的阀，其中所述第三层包含银。
7. 根据权利要求1所述的阀，其中所述第三金属层约0. 25 Mm至约250 Mm厚。
8. 根据权利要求1所述的阀，所述阀进一步包括插入所述贵金属层与所述第三层之间 的生根层。
9. 根据权利要求1所述的阀，其中所述生根层包括约0. 1 Mm至约2. 5 Mm厚的银层。
10. -种包括一个部件的阀的耐磨板，所述耐磨板包括： 安置成与所述部件的表面滑动接合的表面，所述耐磨板的所述表面包括： 衬底，所述衬底包含耐腐蚀钢、Inconels?、Incoloys?、Hastelloys?、Waspaloys?、 Elgiloy ?和Haynes ?合金中的一种或多种； 安置于所述衬底的表面上的第二层； 安置于所述第二层的表面上的贵金属层；以及 安置于所述贵金属层的表面上的第三层。
11. 根据权利要求10所述的阀，其中所述贵金属层包含金、钼、钯、铑和其组合中的至 少一种或多种。
12. 根据权利要求10所述的阀，其中所述第二层约0.25 Mm至约25 Mm并且所述贵金 属层约0. 7 Mm至约1. 3 Mm厚。
13. 根据权利要求10所述的阀，其中所述第三层包含银。
14. 根据权利要求10所述的阀，其中所述第三层约0. 25 Mm至约250 Mm厚。
15. 根据权利要求10所述的阀，所述阀进一步包括插入所述贵金属层与所述第三层之 间的生根层，其中所述生根层包括约0. 1 Mffl至约2. 5 Mm厚的银层。
【文档编号】F16K1/22GK104121376SQ201410167374
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】B.A.史密斯, K.M.兰金 申请人:哈米尔顿森德斯特兰德公司