本發(fā)明整體涉及用于各種應(yīng)用的低摩擦、流體不可滲透的新型保護(hù)性涂層。具體地講，所述涂層提供了低摩擦和增強(qiáng)的流體不可滲透性，以便使閘門部件和底座部件的表面接合。

發(fā)明背景

當(dāng)需要直線的流體流動和最小的流動限制時，通常使用閘門閥。閘門閥是各種供應(yīng)管線和泵送管線(包括油氣勘探和生產(chǎn)，其中的壓力范圍可為5,000psi至30,000psi或更大)中所用的井源組件和管道系統(tǒng)的整體部分。閘門閥由閥體組成，閥體軸向位于流體流動通過的管道中。閘門位于閥體內(nèi)并且通常為固態(tài)金屬部件，該固態(tài)金屬部件具有延伸穿過該部件的孔。在操作中，閘門通常在兩個底座之間滑動，這兩個底座為內(nèi)徑大約等于閘門中孔的直徑的圓形環(huán)組件。底座與管道或管路的端部同軸對齊并且直接或間接地附接到管道或管路的端部，并且處于相對其固定的位置中，閥位于該固定位置中。當(dāng)閘門中的孔與底座中的孔對齊時，閘門閥完全打開，并且流體自由地流動通過閥。本文中和整個說明書中使用的術(shù)語“流體”旨在表示液體、漿料、氣體或蒸汽。當(dāng)閘門中的孔與底座部分或完全對偏時，閘門閥部分或完全閉合，并且流體流被阻斷或中斷。當(dāng)閥部分或完全閉合時，在閥上游側(cè)上的流體壓力也抵靠下游側(cè)上的底座擠壓閘門。

通常利用致動器來使閘門在底座之間滑動。致動可以是手動的、液壓的或氣動的。致動必須能夠產(chǎn)生足夠的力量來克服底座與閘門之間的靜態(tài)和動態(tài)摩擦力。閘門部件和底座部件容易彼此粘結(jié)、附著或冷焊，從而形成高摩擦力。另外，摩擦力在油氣供應(yīng)管線和泵送管線的較高流體操作壓力下可能變得甚至更大。

磨損和腐蝕也是油氣應(yīng)用中存在的問題。因此，閘門閥必需由抗腐蝕材料制成，尤其是底座和閘門，因為這兩處發(fā)生表面腐蝕會加重磨損和摩擦問題。

由于此類閘門閥容易暴露于可降級其結(jié)構(gòu)完整性的惡劣條件中，因此采用了各種保護(hù)性涂層。例如，在閘門和/或底座的密封面上利用了潤滑涂層。將聚合物材料(諸如，熱塑性塑料)施加到至少一個表面上，以減少摩擦并賦予潤滑性。然而，由于摩擦問題隨時間推移仍然可能出現(xiàn)，并且最終增加到可能導(dǎo)致閥閘門在操作期間發(fā)生粘結(jié)或不均勻移動的增強(qiáng)水平，因此表明此類涂層是不可接受的。潤滑的喪失可形成不可接受的閥扭矩，這可導(dǎo)致配合表面的局部變形和/或拉毛(galling)。

抗磨涂層(諸如，WCCrCo)是經(jīng)常使用的另一種類型的保護(hù)性涂層。雖然已經(jīng)證明這種抗磨涂層在15,000psi或更低的較低操作壓力狀態(tài)下是可成功使用的，但由于油供應(yīng)管線和泵送管線更接近較高壓，所以這種抗磨涂層通常是不合適的。具體地講，可能通過涂層發(fā)生氣體泄漏。另外，涂層喪失潤滑性并且表現(xiàn)出磨損，從而使得此類涂層不合適。

除其他問題外，如果所采用的涂層不具有足夠的流體非滲透性，并且閘門部件和底座部件不具有足夠的抗磨損性和潤滑性，則可能導(dǎo)致不可接受的拉毛和潛在的局部變形，從而導(dǎo)致流體通過涂層并且最終通過閥發(fā)生泄漏。

鑒于常規(guī)涂層的缺點，本領(lǐng)域急需一種改進(jìn)的保護(hù)性涂層體系，該涂層體系能夠為閘門部件和底座部件提供優(yōu)于常規(guī)涂層材料的優(yōu)異性能，包括在大范圍的操作壓力和溫度內(nèi)的改進(jìn)的抗磨損性、潤滑性和密封性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明可包括各種組合形式的以下各方面，并且還可包括下文在書面說明中描述的本發(fā)明的任何其他方面。

在第一方面，提供了一種保護(hù)性涂層體系。保護(hù)性涂層體系包括：覆蓋至少一個或多個密封表面的基礎(chǔ)碳化物基熱噴組合物層；施加到所述基礎(chǔ)碳化物基熱噴組合物的外部或自由表面上的低摩擦層，所述低摩擦層具有預(yù)定厚度；與所述低摩擦層和所述基礎(chǔ)碳化物基熱噴組合物相容的聚合物密封劑或非聚合物密封劑，所述聚合物密封劑滲入到類金剛石碳層的預(yù)定厚度中，并且任選地滲入到基礎(chǔ)碳化物基熱噴組合物的至少一部分中；其中所述涂層的特征在于在升高的操作壓力下具有液密非滲透性和減小的摩擦系數(shù)。

在第二方面，提供了制備保護(hù)性涂層體系的工藝，包括：將碳化物基涂覆層熱噴到密封表面上；用WC-CoCr、WC-Co、WC-Ni和碳化鉻-NiCr施加類金剛石碳層；用聚合物密封劑或非聚合物密封劑浸漬類金剛石碳層；以及形成流體不可滲透的涂層。

在第三方面，提供了經(jīng)表面處理的裝置，包括：閘門閥，其包括腔和沿所述主體內(nèi)部延伸并且穿過所述腔的流道；所述閥還至少部分地被底座和閘門限定，所述底座在所述腔和所述流道的交界處所限定的位置處附連到主體；所述閘門具有與所述底座的對應(yīng)面滑動接合的接合面；其中閘門和底座的所述接合面中的至少一者涂覆有包含碳化物基熱噴組合物的保護(hù)性涂層體系；所述涂層還包含施加到所述碳化物基熱噴組合物的外部上的類金剛石碳層，所述類金剛石碳層具有預(yù)定厚度；并且所述涂層還包含聚合物密封劑或非聚合物密封劑，所述密封劑滲入到類金剛石碳層的預(yù)定厚度中，并且任選地滲入到碳化物基熱噴組合物的至少一部分中。

根據(jù)以下說明和所附權(quán)利要求書，本公開其他方面、特征和實施例將會更清楚。

附圖說明

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)描述，并結(jié)合附圖將更好地理解本發(fā)明的目標(biāo)和優(yōu)點，在附圖中，類似的數(shù)字在整個說明書中指代相同的特征部，其中：

圖1示出了閘門閥的剖視圖，其中閘門從底座脫離以允許流體流動通過通道；

圖2示出了用于復(fù)制打開和閉合閘門閥所引發(fā)的摩擦行為的扭轉(zhuǎn)壓縮測試的測試裝置；

圖3示出了用于復(fù)制油氣應(yīng)用中利用的閘門閥可能遇到的高壓泄漏的測試裝置；

圖4示出了未密封Super涂層(由包含碳化鎢-鈷-鉻材料以及5重量％至35重量％的鈷合金的粉末沉積)，在按照比較例1所述那樣執(zhí)行的測試期間，所述涂層在小于1,000psi的壓力下表現(xiàn)出通過涂層發(fā)生泄漏；

圖5示出了具有類金剛石碳層的未密封Super涂層(由包含碳化鎢-鈷-鉻材料以及5重量％至35重量％的鈷合金的粉末沉積)，在按照比較例2所述那樣執(zhí)行的測試期間，所述涂層在小于1,000psi的施加壓力下表現(xiàn)出通過涂層發(fā)生泄漏；

圖6示出了本發(fā)明的保護(hù)性涂層組合物(由包含碳化鎢-鈷-鉻材料以及5重量％至35重量％的鈷合金的粉末沉積的且具有類金剛石碳層的Super涂層，施加所述類金剛石碳層之后密封所述Super涂層)，在按照實例1所述那樣執(zhí)行的測試期間，所述涂層在10,000psi的施加壓力下未表現(xiàn)出通過涂層發(fā)生泄漏；

圖7示出了將類金剛石碳材料摻入熱噴涂層中之后的摩擦系數(shù)效果的圖形關(guān)系，其中類金剛石碳材料被施加到WC-CoCr HVOF涂層上方，并且在沒有油脂的10ksi接觸壓力下對比WC-CoCr HVOF涂層進(jìn)行測試；

圖8示出了將類金剛石碳材料摻入熱噴涂層中之后的摩擦系數(shù)效果的圖形關(guān)系，其中類金剛石碳材料被施加到WC-CoCr HVOF涂層上方，并且在有油脂的30ksi接觸壓力下對比WC-CoCr HVOF涂層進(jìn)行測試；

圖9示出了采用本發(fā)明的涂層時的摩擦系數(shù)效果的圖形關(guān)系，其中類金剛石碳材料被施加到Super涂層(由包含碳化鎢-鈷-鉻材料以及5重量％至35重量％的鈷合金的粉末沉積)上方，并且在沒有油脂的10ksi接觸壓力下對比WC-CoCr HVOF涂層進(jìn)行測試；以及

圖10示出了采用本發(fā)明的涂層時的摩擦系數(shù)效果的圖形關(guān)系，其中類金剛石碳材料被施加到Super涂層(包含碳化鎢-鈷-鉻材料以及5重量％至35重量％的鈷合金的粉末沉積)上方，并且在有油脂的30ksi接觸壓力下對比WC-CoCr HVOF涂層進(jìn)行測試。

具體實施方式

本文以各種實施例并參考本發(fā)明的各個特征和方面來陳述本公開。本公開設(shè)想了在本公開的范圍內(nèi)的此類特征、方面和實施例的各種排列和組合。本公開因此可被指定成包括、包含或基本上包括這些具體特征、方面和實施例的任何此類組合和排列，或所選擇的它們中的一個或多個。

除非另外指明，否則本文的所有組合物均以重量百分比計，不包括不可避免的痕量污染物。

本發(fā)明涉及新型保護(hù)性涂層，該保護(hù)性涂層至少部分被在各種應(yīng)用中的低摩擦和流體非滲透性限定。該涂層特別適于維持承載表面(諸如，閘門閥的閘門表面和底座表面)的結(jié)構(gòu)完整性。該涂層提供了改進(jìn)和持久的抗磨損性、抗腐蝕性以及形成和維持通過該涂層且沿一個或多個承載表面的潤滑性和基本上不可滲透的密封能力，在操作期間，該承載表面與其他密封表面在升高的使用壓力(例如，5,000psi至30,000psi或更大)下接合。就這一點而言，本發(fā)明表現(xiàn)出優(yōu)于閘門部件和底座部件的常規(guī)涂層和涂層體系的顯著改進(jìn)，閘門部件和底座部件兩者容易在使用期間發(fā)生泄漏，因而無法維持密封。由于現(xiàn)在的油氣應(yīng)用不斷需要較高的操作壓力和溫度，常規(guī)涂層和涂層體系無法在長時間承受不斷增加的負(fù)載的閘門和底座的接合表面上形成和維持必需的密封和潤滑性。

在本發(fā)明的一個實施例中，所提供的保護(hù)性涂層體系具有多種組分，包括碳化物基熱噴組合物、低摩擦材料層和聚合物密封劑。每種組分是彼此化學(xué)相容和物理相容的，由此消除可能潛在地影響保護(hù)性涂層體系的結(jié)構(gòu)完整性的有害降解反應(yīng)。應(yīng)當(dāng)理解，本文中和整個說明書中使用的術(shù)語“層”旨在表示可以是離散的或連續(xù)的一個或多個層。

碳化物基熱組合物覆蓋基底的密封表面。碳化物基熱組合物表征為提供抗磨損性和抗腐蝕性的硬化層。在一個優(yōu)選實施例中，碳化物基組合物源于碳化鎢-鈷鉻材料和金屬鈷合金的粉末共混物(即，碳化物-鈷)，其中碳化鎢-鈷-鉻材料的配方包含：碳化鎢-5％至20％的鈷和0％至12％的鉻，并且更優(yōu)選為約8％至13％的鈷和0％或4％至10％的鉻。美國專利No.6004372描述了與金屬鈷合金共混的碳化鎢-鈷鉻材料(即，碳化物-鈷)的詳細(xì)信息，該專利全文以引用方式并入本文。本發(fā)明還設(shè)想了其他碳化物基組合物。

金屬合金優(yōu)選為包含以下配方的鈷合金：27％至29％的鉻、7％至9％的鎢、0.8％至1.2％的碳以及剩余量的鈷。更優(yōu)選地，鈷合金包含鈷-28％的鉻-8％的鎢-1％的碳。本發(fā)明設(shè)想了其他金屬合金，包括但不限于包含以下組分的金屬合金組合物：25％至31％的鉬、14％至20％的鉻、1％至5％的硅、少于0.08％的碳以及剩余量的鈷。更進(jìn)一步，另一種金屬合金為具有以下配方的鈷合金：鈷-28％的鉬-17％的鉻-3％的硅-少于0.08％的碳。本發(fā)明設(shè)想了多種碳化物-鈷熱噴組合物，包括選自WC-CoCr、WC-Co、WC-Ni和碳化鉻-NiCr的那些熱噴組合物。

優(yōu)選地，該共混物包括5％至35％的金屬鈷合金，更優(yōu)選10％至30％的金屬鈷合金。碳化鎢-鈷-鉻材料可通過多種合適的工藝來制成，舉例來說，包括鑄造和壓碎粉末制造技術(shù)，這種技術(shù)在鉻含量為大約0％時是優(yōu)選的。或者，當(dāng)鉻含量為約2％至12％時，燒結(jié)工藝是優(yōu)選的。金屬鈷合金可通過任何已知的方法制備，包括真空熔融和惰性氣體霧化。

碳化物基熱組合物可被施加到任何類型的基底上。優(yōu)選地，組合物為碳化物-鈷共混粉末，該共混粉末通過合適的熱噴工藝被施加到基底的密封表面上。熱噴工藝可包括爆炸噴槍沉積工藝，諸如用于將涂層制備到基底的密封表面上的D-gun^TM工藝或Super-D工藝。爆炸工藝的詳細(xì)信息在美國專利No.4626477、No.4826734、No.4902539、No.4999255、No.5326645、No.5652028、No.5700423和No.5741556中有所描述，這些專利中的每一者全文以引用方式并入本文。碳化物-鈷粉末的尺寸優(yōu)選被設(shè)計成小于325美國標(biāo)準(zhǔn)篩目(44微米)，并且金屬鈷合金的尺寸被設(shè)計成通過篩分小于270目(60微米)但大于325目(44微米)。應(yīng)當(dāng)理解，其他熱噴沉積技術(shù)可與本發(fā)明一起使用。

保護(hù)性涂層體系的第二組分為低摩擦涂層。在一個優(yōu)選實施例中，低摩擦涂層為類金剛石碳層(DLC)。DLC被施加到碳化物基熱涂層組合物的外部或自由表面上，由此形成覆蓋碳化物基熱組合物的DLC涂層區(qū)。DLC具有預(yù)定厚度，該厚度范圍為約1微米至4微米，優(yōu)選為約1微米至3微米，更優(yōu)選為約2微米至3微米。摻入預(yù)定厚度的DLC以某種方式實質(zhì)上降低了基礎(chǔ)碳化物基熱組合物的摩擦，這種方式為保護(hù)性涂層體系的暴露區(qū)賦予了潤滑性，而不會對碳化物基熱組合物的抗磨損性和抗腐蝕性產(chǎn)生不利影響。結(jié)果是閘門部件與底座部件之間的摩擦降低。DLC材料的代表性例子包括但不限于氫化非晶碳(命名為“a-C:H”)和氫化四面體非晶碳(命名為“ta-C:H”)。DLC涂層可通過任何合適的技術(shù)并且有利地在不超過400°F的溫度下沉積，以便不影響基底和涂層材料的特性。

本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)，低摩擦材料(諸如DLC)與碳化物基熱組合物結(jié)合在其使用壽命期間不能夠充分地形成和維持閘門閥(如圖1中的代表性例子所示)的液密(即，基本上不可滲透)密封。當(dāng)使用壓力或操作壓力增加超過5000psi到中壓水平或接近30,000psi或更高的升高的壓力水平時，無法形成液密密封可能存在更多問題。另外，腐蝕流體和持久的使用壽命(即，反復(fù)打開和閉合閘門閥11)加劇了這一問題。如在工作實例中將示出，摻有DLC的涂層在中壓或升高的壓力下無法形成不可滲透的液密密封。

就這一點而言，用特定類型的聚合物密封劑或非聚合物密封劑來配制本發(fā)明的保護(hù)性涂層體系。使密封劑浸漬到低摩擦層中，并且任選地浸漬到碳化物層中。優(yōu)選地，使密封劑浸漬到低摩擦層和碳化物層兩者中。密封劑在低摩擦層的小孔內(nèi)流動，并且滲入到低摩擦層中，并且優(yōu)選滲入到碳化物基熱噴涂層中。密封劑能夠從低摩擦層的外部自由表面滲入并進(jìn)入小孔中，從而不會增加涂層體系的總體厚度。最終結(jié)果是在不損失低摩擦層的潤滑性的情況下，獲得液密保護(hù)性涂層體系。下文將討論的工作實例量化了本發(fā)明的保護(hù)性涂層體系相較常規(guī)涂層和涂層體系的改進(jìn)性能。

適于本發(fā)明的密封劑包括聚合物(即，熱塑性或熱固性)密封劑以及非聚合物密封劑?？捎糜诒景l(fā)明的典型有機(jī)密封劑包括但不限于環(huán)氧樹脂(例如，雙酚A環(huán)氧樹脂、雙酚F環(huán)氧樹脂、酚醛清漆環(huán)氧樹脂、脂族環(huán)氧樹脂和縮水甘油胺環(huán)氧樹脂)、有機(jī)硅、酚醛樹脂、聚酰胺-酰亞胺、氟樹脂、聚氨酯和乙烯樹脂。可用于本發(fā)明的典型無機(jī)密封劑包括但不限于磷酸鹽、鉻酸鹽、硅酸鹽和鉻酸。優(yōu)選地，密封劑為雙酚A基環(huán)氧樹脂。

選擇合適的密封劑取決于若干因素，包括密封劑與低摩擦層的化學(xué)相容性和物理相容性、碳化物基熱噴涂層的具體類型、閘門閥的使用溫度以及低摩擦層的孔隙度。

密封劑被認(rèn)為是待添加到低摩擦層和/或基礎(chǔ)碳化物基層中的第三組分。在形成基礎(chǔ)碳化物基層和低摩擦層中的每一者之后，添加密封劑。優(yōu)選地，通過刷涂或浸涂隨后在室溫下固化至少8小時來將密封劑施加到低摩擦層上。

本發(fā)明的保護(hù)性涂層體系適于任何基底表面，包括(舉例來說，但并非旨在限制)其中汽缸或其配合表面(軸襯或軸承)至少部分地被涂覆的航空部件。另外，本發(fā)明的涂層體系尤其適于金屬承載表面，包括但不限于用于油氣行業(yè)的閘門閥的閘門部件和底座部件。參見圖1，可將涂層體系施加到兩個底座的接合表面2和3?；蛘撸蓮拈l門1或兩個底座的接合表面2和3中省略掉涂層體系。與常規(guī)材料不同，本發(fā)明的涂層體系實現(xiàn)了預(yù)防流體通過涂層發(fā)生泄漏，而不會在閘門閥4的使用壽命期間對潤滑性、抗磨損性和抗腐蝕性產(chǎn)生不利影響。在操作中，當(dāng)將閘門1移動到橫跨底座的面2和3時，保護(hù)性涂層體系提供減小的摩擦系數(shù)、減少的磨損以及拉毛預(yù)防，而當(dāng)將閘門閥4向下移動到具有底座面2和3的閉合位置時，通過涂層形成并維持液密密封。如工作實例將示出，甚至在重復(fù)使用很多次后，仍然保持此類特性。

優(yōu)選地，本發(fā)明的涂層體系被施加到底座的接合面2和3以及閘門的面1a和1b上。底座的面2和3以及閘門的面1a和1b上的具體搭配可包括：施加到底座表面的來源于碳化鎢-鈷鉻材料與金屬鈷合金的粉末共混物的Super涂層，組合施加到閘門表面的HVOF(高速氧氣燃料噴涂)沉積碳化鎢-鈷鉻涂層。

應(yīng)當(dāng)理解，設(shè)想了多種變型。例如，保護(hù)性涂層體系可被施加到底座的面2和面3任一者以及閘門1上，而另一面僅涂覆有一種碳化物基熱噴組合物，所述碳化物基熱噴組合物任選地涂覆有低摩擦層?；蛘撸景l(fā)明的保護(hù)性涂層體系可被施加到一個表面上，另一個表面包含非保護(hù)性涂層。

如在以下工作實例中將示出和討論，進(jìn)行了若干實驗來將本發(fā)明的保護(hù)性涂層與其他常規(guī)材料進(jìn)行比較。成功的保護(hù)性涂層體系的標(biāo)準(zhǔn)取決于其在維持低摩擦系數(shù)的情況下實現(xiàn)形成液密不可滲透的密封的能力。

實驗?zāi)M了油氣應(yīng)用中利用的閘門閥通常遇到的高壓條件。扭轉(zhuǎn)壓縮測試用于復(fù)制打開和閉合閘門閥所引發(fā)的摩擦行為。在以下條件下利用扭轉(zhuǎn)壓縮測試研究了不同涂層體系的摩擦行為：未使用潤滑的10,000psi接觸壓力下，以及使用油脂潤滑的30,000psi接觸壓力下。測試裝置的示意圖示于圖2中。將待測試的涂層施加到環(huán)形樣品基底與平坦樣品基底之間，如圖2所示。用由液壓馬達(dá)驅(qū)動的環(huán)形汽缸進(jìn)行試驗，其中使環(huán)形汽缸與平坦樣品接觸。當(dāng)已產(chǎn)生所需壓力時，旋轉(zhuǎn)環(huán)形樣品。測量旋轉(zhuǎn)環(huán)形汽缸和平坦樣品之間的扭矩傳遞。以電子方式收集數(shù)據(jù)，并且由傳遞的扭矩與施加的壓力之比計算摩擦系數(shù)。

圖3所示的第二測試裝置用于復(fù)制油氣應(yīng)用中利用的閘門閥可能遇到的高壓泄漏。高壓泄漏測試用于研究通過涂層發(fā)生的氣體泄漏。測試包括使帶涂層的樣品的一部分在10,000psi壓力下經(jīng)受氮氣至少10分鐘(如圖3中的箭頭所示)，而使帶涂層的樣品的另一部分承受大氣壓力并且覆蓋有肥皂水薄層。如果涂層對于氮氣來說是可滲透的，那么在測試過程中可在涂層表面上觀察到氣泡。

比較例1(針對碳化物基熱噴組合物的泄漏測試-圖4)

利用Super涂覆工藝，采用碳化鎢-鈷鉻材料和金屬鈷合金的粉末共混物來制備涂層。將該涂層施加到直徑為大約2.8英寸、厚度為大約1.5英寸的測試樣品上。不施加低摩擦層，并且不將密封劑浸漬到涂層體系中。

進(jìn)行高壓泄漏測試。在小于1,000psi的施加壓力下，沿著圖4所示的測試樣品的周邊觀察到大量的氣泡。大量的氣泡表明涂層在低壓下不能防止發(fā)生泄漏。沒有密封劑浸漬到涂層中。

比較例2(針對碳化物基熱噴組合物+DLC的泄漏測試-圖5)

利用Super涂覆工藝，采用碳化鎢-鈷鉻材料和金屬鈷合金的粉末共混物來制備涂層。將該涂層施加到直徑為大約2.8英寸、厚度為大約1.5英寸的測試樣品上。接下來，利用等離子體激活化學(xué)氣相沉積(Pa CVD)工藝來將DLC低摩擦層施加到該樣品上。不將密封劑浸漬到涂層體系中。

對所得涂層進(jìn)行高壓泄漏測試。在小于1000psi的施加壓力下，沿著圖5所示的測試樣品的周邊觀察到大量的氣泡。大量的氣泡表明含有DLC的涂層在低壓下不能防止發(fā)生泄漏。

比較例3(在10,000psi下針對碳化物基熱噴組合物(HVOF)的摩擦測試-圖7的紅色線)

在未使用潤滑的10,000psi接觸壓力的條件下，利用扭轉(zhuǎn)壓縮測試來評價熱噴涂層體系的摩擦行為。待測試的涂層為HVOF WC-CoCr涂層，將該涂層施加到環(huán)形樣品基底和平坦樣品基底兩者上。當(dāng)產(chǎn)生10,000psi的壓力時，旋轉(zhuǎn)環(huán)形樣品。測量旋轉(zhuǎn)環(huán)形汽缸和平坦樣品之間的扭矩傳遞，并且由傳遞的扭矩與施加的壓力之比計算摩擦系數(shù)。

圖7以圖形形式示出了結(jié)果。該涂層體系表現(xiàn)出約0.720的穩(wěn)定摩擦系數(shù)，該摩擦系數(shù)被認(rèn)為對于預(yù)期應(yīng)用來說高得令人無法接受。

比較例4(在10,000psi下針對碳化物基熱噴組合物(HVOF)+DLC的摩擦測試-圖7的橙色線)

在未使用潤滑的10,000psi接觸壓力的條件下，利用扭轉(zhuǎn)壓縮測試來評價比較例3的熱噴涂層體系的摩擦行為，其中DLC添加到HVOF涂覆的環(huán)形樣品上。利用Pa CVD將DLC施加到表面上。當(dāng)產(chǎn)生10,000psi的壓力時，旋轉(zhuǎn)環(huán)形樣品。測量旋轉(zhuǎn)環(huán)形汽缸和平坦樣品之間的扭矩傳遞，并且由傳遞的扭矩與施加的壓力之比計算摩擦系數(shù)。

圖7以圖形形式示出了結(jié)果。該涂層體系將摩擦系數(shù)值穩(wěn)定在約0.585。這顯著低于比較例3的摩擦系數(shù)值。這些結(jié)果表明，DLC用作低摩擦層，用于降低涂層體系的總摩擦系數(shù)。然而，該摩擦系數(shù)仍被認(rèn)為不合適。

比較例5(在30,000psi下針對碳化物基熱噴組合物(HVOF)的摩擦測試-圖8的紅色線)

在使用油脂的約30,000psi接觸壓力的條件下，利用扭轉(zhuǎn)壓縮測試來評價熱噴涂層體系的摩擦行為。待測試的涂層為HVOF WC-CoCr涂層，將該涂層施加到環(huán)形樣品基底和平坦樣品基底兩者上。當(dāng)產(chǎn)生30,000psi的壓力時，旋轉(zhuǎn)環(huán)形樣品。測量旋轉(zhuǎn)環(huán)形汽缸和平坦樣品之間的扭矩傳遞，并且由傳遞的扭矩與施加的壓力之比計算摩擦系數(shù)。

圖8以圖形形式示出了結(jié)果。環(huán)形基底和平坦樣品基底之間的摩擦系數(shù)呈指數(shù)增加，在測試過程中不穩(wěn)定。

比較例6(在30,000psi下針對碳化物基熱噴組合物(HVOF)+DLC的摩擦測試-圖8的橙色線)

在使用油脂的30,000psi接觸壓力的條件下，利用扭轉(zhuǎn)壓縮測試來評價比較例4的熱噴涂層體系的摩擦行為，其中DLC添加到HVOF涂覆的環(huán)形樣品上。利用PaCVD將DLC施加到表面上。當(dāng)產(chǎn)生30,000psi的壓力時，旋轉(zhuǎn)環(huán)形樣品。測量旋轉(zhuǎn)環(huán)形汽缸和平坦樣品之間的扭矩傳遞，并且由傳遞的扭矩與施加的壓力之比計算摩擦系數(shù)。

圖8以圖形形式示出了結(jié)果。該涂層體系逐漸增至值0.140。在30,000psi下使用油脂，而在干燥條件下進(jìn)行10,000psi測試。這些結(jié)果表明，DLC用作低摩擦層，用于降低涂層體系的總摩擦系數(shù)。

比較例7(在10,000psi下針對碳化物基爆炸噴槍熱噴組合物(Super D-gun)的摩擦測試-圖9的紅色線)

在未使用潤滑的10,000psi接觸壓力的條件下，利用扭轉(zhuǎn)壓縮測試來評價熱噴涂層體系的摩擦行為。待測試的涂層為來源于碳化鎢-鈷鉻材料和金屬鈷合金的粉末共混物的Super涂層。將Super涂層沉積到環(huán)形樣品基底上。另一種涂層為HVOF WC-CoCr涂層，將其沉積到平坦樣品基底上。當(dāng)產(chǎn)生10,000psi的壓力時，旋轉(zhuǎn)環(huán)形樣品。測量旋轉(zhuǎn)環(huán)形汽缸和平坦樣品之間的扭矩傳遞，并且由傳遞的扭矩與施加的壓力之比計算摩擦系數(shù)。

圖9以圖形形式示出了結(jié)果。在測試過程中，該涂層體系的摩擦系數(shù)逐漸增加。

比較例8(在30,000psi下針對碳化物基爆炸噴槍熱噴組合物(Super D-gun)的摩擦測試-圖10的紅色線)

在使用油脂的約30,000psi接觸壓力的條件下，利用扭轉(zhuǎn)壓縮測試來評價熱噴涂層體系的摩擦行為。待測試的涂層為來源于碳化鎢-鈷鉻材料和金屬鈷合金的粉末共混物的Super涂層。將Super涂層沉積到環(huán)形樣品基底上。另一種涂層為HVOF WC-CoCr涂層，將其沉積到平坦樣品基底上。當(dāng)產(chǎn)生30,000psi的壓力時，旋轉(zhuǎn)環(huán)形樣品。測量旋轉(zhuǎn)環(huán)形汽缸和平坦樣品之間的扭矩傳遞，并且由傳遞的扭矩與施加的壓力之比計算摩擦系數(shù)。

圖10以圖形形式示出了結(jié)果。在測試過程中，該涂層體系的摩擦系數(shù)呈指數(shù)增加。

實例1(針對本發(fā)明的泄漏試驗-圖6)

利用Super涂覆工藝，采用碳化鎢-鈷鉻材料和金屬鈷合金的粉末共混物來制備涂層。將該涂層施加到直徑為大約2.8英寸、厚度為大約1.5英寸的測試樣品上。將DLC低摩擦層施加到該基礎(chǔ)涂層上。利用PaCVD施加DLC。

進(jìn)行高壓泄漏測試。測試10分鐘后，在10,000psi的施加壓力下，沿著圖6所示的測試樣品的周邊沒有觀察到氣泡。高壓下沒有出現(xiàn)氣泡表明具有DLC和密封劑的涂層能夠防止發(fā)生泄漏。

實例2(在10,000psi下針對本發(fā)明的摩擦測試-圖9的橙色線)

在未使用潤滑的10,000psi接觸壓力的條件下，利用扭轉(zhuǎn)壓縮測試來評價本發(fā)明的熱噴涂層體系的摩擦行為。待測試的涂層為來源于碳化鎢-鈷鉻材料和金屬鈷合金的粉末共混物的Super涂層。將Super涂層沉積到環(huán)形樣品基底上。另一種涂層為HVOF WC-CoCr涂層，將其沉積到平坦樣品基底上。將DLC低摩擦層施加到該基礎(chǔ)Super涂層上。利用Pa CVD施加DLC。

當(dāng)產(chǎn)生10,000psi的壓力時，旋轉(zhuǎn)環(huán)形樣品。測量旋轉(zhuǎn)環(huán)形汽缸和平坦樣品之間的扭矩傳遞，并且由傳遞的扭矩與施加的壓力之比計算摩擦系數(shù)。

圖9以圖形形式示出了結(jié)果。在整個測試期間，該涂層體系維持可接受的0.090的低摩擦系數(shù)。

實例3(在30,000psi下針對本發(fā)明的摩擦測試-圖10的橙色線)

在使用油脂的30,000psi接觸壓力的條件下，利用扭轉(zhuǎn)壓縮測試來評價本發(fā)明的熱噴涂層體系的摩擦行為。待測試的涂層為來源于碳化鎢-鈷鉻材料和金屬鈷合金的粉末共混物的Super涂層。將Super涂層沉積到環(huán)形樣品基底上。另一種涂層為HVOF WC-CoCr涂層，將其沉積到平坦樣品基底上。將DLC低摩擦層施加到該基礎(chǔ)Super涂層上。利用PaCVD工藝施加DLC。

當(dāng)產(chǎn)生30,000psi的壓力時，旋轉(zhuǎn)環(huán)形樣品。測量旋轉(zhuǎn)環(huán)形汽缸和平坦樣品之間的扭矩傳遞，并且由傳遞的扭矩與施加的壓力之比計算摩擦系數(shù)。

圖10以圖形形式示出了結(jié)果。在整個測試期間，該涂層體系維持可接受的0.100的低摩擦系數(shù)。

雖然已示出和描述了被認(rèn)為是本發(fā)明的某些實施例，但當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可輕易地對其形式或細(xì)節(jié)作出修改和改變。因此，本發(fā)明并不局限于本文所示和所述的具體形式和細(xì)節(jié)，也不局限于本文所公開的以及后文所要求的本發(fā)明整體之內(nèi)的任何內(nèi)容。