一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构及其制备方法与流程

本发明涉及涂层制备，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：

1、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。

技术实现思路

1、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。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构，包括：

4、金属过渡层，所述金属过渡层设置在基体上；

5、绝缘硬质涂层，所述绝缘硬质涂层设置在金属过渡层上。

6、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al2o3涂层、tio2涂层或zro2涂层中的一种；且相邻两子涂层的材料不相同。

7、在一些实施例中，所述金属过渡层的厚度为50～250nm。

8、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。

9、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。

10、在一些实施例中，所述每层子涂层的厚度控制在0.1～2.5μm。

11、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：

12、(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；

13、(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；

14、(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al2o3、tio2、zro2陶瓷靶的其中一个上加载射频电压，在螺纹件上沉积第一层子涂层，沉积时间控制为150～450min；

15、(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al2o3、tio2、zro2陶瓷靶中与第(3)步不同的靶上加载射频电压，在螺纹件上沉积第二层子涂层，沉积时间控制为150～450min；

16、(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al2o3、tio2、zro2陶瓷靶中与第(3)步和第(4)步都不同的靶上加载射频电压，加载功率为50～155w，射频的频率固定在65～95mhz，在螺纹件上沉积第二层子涂层，沉积时间控制为150～450min；

17、(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。

18、在一些实施例中，所述步骤(2)中，气体流速保持在44～85sccm之间。

19、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。

20、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。

21、本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

22、(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。

23、(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。

24、(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。

25、(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。

技术特征：

1.一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构，其特征在于，所述绝缘硬质涂层包含三层子涂层，每层子涂层分别为al2o3涂层、tio2涂层或zro2涂层中的一种；且相邻两子涂层的材料不相同。

3.根据权利要求1所述的一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构，其特征在于，所述金属过渡层的厚度为50～250nm。

4.根据权利要求1所述的一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构，其特征在于，所述金属过渡层的材料为金属ti、zr或cr中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构，其特征在于，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。

6.根据权利要求2所述的一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构，其特征在于，所述每层子涂层的厚度控制在0.1～2.5μm。

7.一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求6所述的一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构的制备方法，其特征在于,所述步骤(2)中，气体流速保持在44～85sccm之间。

9.根据权利要求6所述的一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构的制备方法，其特征在于,所述步骤(3)中，加载功率为50～155w，射频的频率固定在65～95mhz。

10.根据权利要求6所述的一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构的制备方法，其特征在于,所述步骤(4)中，加载功率为50～155w，射频的频率固定在65～95mhz。

技术总结
本发明公开了一种适用于螺纹件表面的绝缘硬质结构及其制备方法，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。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。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。

技术研发人员：陈雷雷,吴涛,嵇东雷,何强锋,李勐
受保护的技术使用者：三峡金沙江川云水电开发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19