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CN108130533A - 一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀及制备方法 - Google Patents

一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀及制备方法 Download PDF

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CN108130533A CN201711394433.XA CN201711394433A CN108130533A CN 108130533 A CN108130533 A CN 108130533A CN 201711394433 A CN201711394433 A CN 201711394433A CN 108130533 A CN108130533 A CN 108130533A
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张世宏
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Anhui University of Technology AHUT
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Abstract

本发明公开一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀及制备方法，属于金属表面工程技术领域。该硬密封球阀包括钢制球阀基体，钢制球阀基体上依次合成有数百微米量级的碳化物金属陶瓷涂层和微纳米量级的氮化物陶瓷涂层，碳化物金属陶瓷涂层为WC‑Co基或耐高温的Cr3C2‑NiCr基涂层，氮化物陶瓷涂层为致密的Cr、Ti、AlCr或其它二元或多元的氮化物多层涂层，其制备方法包括采用超音速火焰喷涂和真空离子镀方法在球阀表面依次合成金属陶瓷硬化层和氮化物多层封孔层。本发明提供的表面改性硬密封球阀具有高硬度、低摩擦系数、耐磨、耐蚀等复合性能，表面显微硬度达到1800～3000HV，抗标准盐雾试验240小时以上，显著提高了硬密封球阀的使用寿命。

Description

一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀及制备方法
技术领域：
本发明属于金属表面工程技术领域，具体涉及一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀及制备方法。
背景技术：
目前硬密封球阀使用寿命普遍较短，其主要失效形式有磨损、冲蚀、气蚀、氧化与腐蚀等。对于石化行业领域来说，流体中的微小硬质颗粒侵入密封面容易产生犁削效应造成密封面擦伤、垫伤和磨粒磨损，同时腐蚀介质会加速失效。苛刻的工作环境对球阀球体和阀座的耐磨性和耐腐蚀性能提出了更高的要求，特别是气固、液固或三相混合介质对球阀密封面磨损极为严重，极易造成密封面过度磨损或划伤拉伤而产生泄漏。在球阀的密封面上进行必要的表面强化处理，使其具有高硬度、耐磨、耐蚀、耐高温等特性，能够显著提高球阀的工作性能，延长使用寿命，大大提高了阀门企业在市场中的竞争力。
球阀表面常用的表面处理方法有：渗氮和热喷涂(焊)等。等离子渗氮方法可以形成0.2～0.4mm较薄的离子渗氮化合物层，由于氮化物脆性小而且渗氮层致密，具有较高的硬度和良好的耐磨性，但对于化工强腐蚀性介质则不适于使用，球阀密封面容易受到腐蚀产生失效。超音速火焰喷涂(HVOF)常用来制备WC-Co、Cr3C2-NiCr等金属陶瓷涂层，具有操作简单、效率高、涂层质量好等特点，适用于大型球阀球体的加工和大规模生产。但喷涂粉末的粒度直接影响到涂层致密性，喷涂层表面存在1％～2％的孔隙率，在一定程度上限制了喷涂层的耐磨耐蚀性能，常用的喷涂层封孔剂如SiO2、Al2O3、CrO3复合封孔剂，虽然具有较好封孔作用，有机或无机封孔剂存在使用时不耐高温且封孔层较薄的缺点，且在磨损环境中极易被破坏，常规封孔剂对于球阀喷涂层的封孔作用仍存在使用局限性。
真空离子镀作为物理气相沉积(PVD)的一种，有着离化率高、成膜速度快的特点，可以获得膜基结合力出色、质地均匀的硬质涂层，能对喷涂层表面进行有效的封孔处理，有利于大规模工业生产。单一HVOF涂层技术已不能满足硬密封球阀苛刻工况下的性能要求，通过在球阀制备硬度达到800～1200HV的喷涂层，再在其表面利用真空离子镀方法沉积具有硬度高耐磨性好、熔点高热稳定性好、耐腐蚀性好硬度可达1800～3000HV的硬质氮化物金属涂层，喷涂层对硬质氮化物金属涂层起到硬度支撑作用，硬质涂层对喷涂层耐蚀耐磨性起到提升作用的同时也起到较好的封孔作用。
发明内容：
本发明的目的是提供一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀及制备方法，本发明采用超音速火焰喷涂(HVOF)和真空离子镀方法分别沉积碳化物金属陶瓷涂层和氮化物陶瓷涂层来制备硬面密封球阀，该复合涂层与钢制球阀基体一起，构成了刚度、韧性、硬度、耐磨和耐蚀性能均具有较高水平的球阀体系，显著提高球阀的使用寿命。
本发明的技术构思是，在钢制球阀的表面喷涂一层数百微米量级厚度的碳化物金属陶瓷硬化层，然后再增加一层微纳米量级厚度的PVD陶瓷涂层，由复合改性层起到抗磨、耐蚀、强化等作用。其中尤为关键的是，采用真空离子镀技术制备的PVD涂层实现了喷涂层的封孔作用。
本发明所提供的一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀包括球体、阀座及表面复合涂层，所述表面复合涂层由内涂层及多层真空离子镀涂层组成；所述内涂层是通过对所述球体及阀座进行超音速火焰喷涂硬化处理形成的厚度为100～350μm、硬度为800～1200HV的涂层，所述多层真空离子镀涂层是对经过内涂层喷涂处理后的所述球体及阀座利用真空离子镀技术在其表面沉积的厚度在3～10μm的多层真空离子镀涂层。对喷涂层起到有效封孔作用的同时提高其耐蚀性能，使表面硬度进一步提高至1800～3000HV。
所述真空离子镀技术采用电弧放电的方法，在四个固体阴极靶材上直接蒸发金属，将阴极物质离子沉积到基材表面，沉积温度为300～550℃。
本发明提供一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀的制备方法，该方法具体步骤如下：
a、球阀本体及阀座的表面预处理：将所述球体及阀座置于超声波清洗机中，先在25℃的丙酮中超声除油除蜡，然后在25℃的酒精中除去残留丙酮，最后以水温为20～30℃的去离子水清洗，脱水后烘干。
b、所述球体及阀座的喷涂前处理：对步骤a烘干后的所述球体及阀座进行喷砂处理，喷砂材料为棕刚玉砂(Al2O3)。
c、超音速火焰喷涂制备内涂层：使用喷枪对步骤b喷砂后的所述球体及阀座进行喷涂处理，喷涂材料为WC-Co基掺杂Cr或Ni粉末或喷涂材料为适用于高温的Cr3C2-NiCr基掺杂WC或Ni粉末，喷涂距离为330～400mm，使用氧气作为助燃剂，氧气流速为50～90L/h，煤油作为燃料，煤油流速为27～32L/h，氮气作为送粉载气，载气流量为5～8L/h，喷涂温度控制在80～200℃，得到含有内涂层的球体及阀座。
d、沉积多层真空离子镀涂层的前处理：依次利用120～1200号砂纸打磨步骤c所述含有内涂层的球阀本体及阀座的喷涂层表面，并进行抛光处理至所述喷涂层表面的粗糙度Ra小于0.8μm，然后将抛光处理后的所述含有内涂层的球体及阀座置于超声波清洗机中，在25℃的酒精中清洗后烘干。
e、沉积多层真空离子镀涂层前的预加热：将步骤d烘干后的所述含有内涂层的球体及阀座固定在真空离子镀镀膜机内的转架上，抽真空度到3.0×10-4Pa后，启动所述转架使转速为3r/min，对所述含有内涂层的球体及阀座进行加热，加热时间60～120min，温度为300～500℃梯度加热。
f、辉光放电：当真空室本底真空达到1.0×10-4Pa时，向真空离子镀镀膜机中通入使真空室压力为2.0～4.0Pa，转架转速为3r/min，温度为300-550℃，启动偏压电源加载偏压至400V，氩离子轰击所述含有内涂层的球体及阀座的表面10～30min。
g、离子刻蚀：继续向PVD镀膜机中通入100～200sccm氩气，启动离子源加载电流至30～80A，离子源占空比为40～60％，启动偏压电源加载偏压至50～300V，偏压占空比为80％，打开柱弧电流为60～90A，转架转速为3r/min，刻蚀时间为10～30min。
h、镀膜过程：向PVD镀膜机中充入反应气体N2，调节氮气流量(400～800sccm)、工作气压(1.0～5.0Pa)、工作温度(300～550℃)、脉冲偏压(50-200V)、占空比(20-100％)、靶材电流(70-220A)后开始涂镀多层真空离子镀涂层，沉积时间1～5h后制备得到所述具有高抗磨耐蚀硬密封球阀，通过控制不同靶材的关闭与启动来实现涂层的多层结构，通过控制涂镀时间来控制涂层厚度。
最后对涂层质量检查：对涂层表面的硬度、附着力、针孔、膜厚、膜层附着力进行检查，对质检合格的涂层外表面清理后包装即可。
所述多层真空离子镀涂层为TiN、CrN、TiAlN、AlCrN氮化物多层涂层，所述多层真空离子镀涂层的结构为TiN/TiAlN、CrN/AlCrN、TiN/AlCrN、及CrN/TiAlN交替沉积5～10次，所述多层真空离子镀涂层的厚度为3～10μm。
本发明使用PVD技术在喷涂层表面沉积涂层后，使喷涂层孔隙率由1％～2％降低至PVD涂层孔隙率<0.1％。本发明的硬密封球阀具有高硬度、高耐磨性、优良的耐腐蚀性等复合性能，表面显微硬度达到1800～3000HV，喷涂层与球阀基体的结合强度超过75MPa，PVD涂层结合力达到HF1级，抗标准盐雾试验超过240小时。
本发明的硬密封球阀具有高硬度、高耐磨性、优良的耐腐蚀性等复合性能，表面显微硬度达到1800～3000HV，喷涂层与球阀基体的结合强度超过75MPa，PVD涂层结合力达到HF1级，抗标准盐雾试验超过240小时。
本发明的有益效果是，采用超音速火焰喷涂和物理气相沉积的复合改性处理，使球阀表面先形成一层硬度为800～1300HV，孔隙率低于2％的碳化物金属陶瓷硬化层，然后用物理气相沉积多层陶瓷涂层进行封孔处理，在球阀表面最终形成一层硬度达到1800～3000HV并且具有优良耐蚀性能的复合改性层。本发明通过合理的工艺优化和组织结构调控，使复合改性层/球阀基体达到优化匹配从而拥有高硬度、低摩擦系数、高耐磨性和优良耐蚀性的复合性能，解决了单一超音速喷涂硬化处理的封孔难题，并改善PVD涂层结合力，能够使硬密封球阀获得更高的可靠性和更长的使用寿命。
附图说明：
图1是实施例1中不锈钢对比基材、HVOF涂层、HVOF+PVD复合涂层三种材料的硬度曲线。
具体实施方式：
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：将打磨抛光过后的不锈钢球体及阀座置于超声波清洗机中，先在25℃的丙酮中超声除油除蜡后，再在25℃的酒精中除去残留丙酮，最后以水温为20～30℃的去离子水清洗，脱水后烘干。然后对球体及阀座进行喷砂处理，喷砂材料为棕刚玉砂。使用喷枪对喷砂后的球体及阀座进行喷涂处理，喷涂粉末为WC-12Co，喷涂距离为330mm，氧气流速为50L/h，煤油流速为30L/h。依次利用120～1200号砂纸研磨喷涂层并抛光至粗糙度Ra0.5μm，然后将其置于超声波清洗机中，在25℃的酒精中清洗后烘干。将烘干后的球体及阀座固定在真空离子镀膜机内转架上，抽真空度到3.0×10-4Pa后，启动转架使转速为3r/min直至镀膜结束，对球体及阀座在300～450℃温度梯度下加热110min后，向真空离子镀膜机中通入氩气，使真空室压力为4.0Pa，使温度保持420℃直至镀膜结束，启动偏压电源加载偏压至400V，氩离子轰击球阀表面10min。继续向真空离子镀膜机中通入100sccm氩气，启动离子源加载电流至30～80A，调节离子源占空比为60％，启动偏压电源加载偏压至50～300V，偏压占空比为80％，打开柱弧，柱弧电流为80A，刻蚀时间为40min。向真空离子镀膜机中充入N2使真空压力达到2.5Pa，温度保持420℃，调节偏压至60V，占空比达到100％，关闭柱弧，开启1，3号Ti靶，靶电流为160A，在喷涂层表面沉积TiN单层涂层，沉积时间为10min；保持真空度、温度、气体压强、偏压不变，关闭1，3号靶，开启2，4号TiAl靶，靶电流为140A，沉积TiAlN涂层20min；重复TiN涂层和TiAlN涂层工艺参数共10次，得到TiN/TiAlN多层涂层。工艺循环结束后球阀随炉冷却至室温，打开真空室腔门，取出球阀。
实施例2：将打磨抛光过后的碳钢球体及阀座置于超声波清洗机中，先在25℃的丙酮中超声除油除蜡后，再在25℃的酒精中除去残留丙酮，最后以水温为20～30℃的去离子水清洗，脱水后烘干。然后对球体及阀座进行喷砂处理，喷砂材料为棕刚玉砂。使用喷枪对喷砂后的球体及阀座进行喷涂处理，喷涂粉末为Cr3C2-NiCr，喷涂距离为380mm，氧气流速为60L/h，煤油流速为30L/h。依次利用120～1200号砂纸打磨至喷涂层表面光亮，然后将其置于超声波清洗机中，在25℃的酒精中清洗后烘干。将烘干后的球体及阀座固定在真空离子镀膜机内转架上，抽真空度到3.0×10-4Pa后，启动转架使转速为3r/min直至镀膜结束，对球体及阀座在300～500℃温度梯度下加热110min后，向真空离子镀膜机中通入氩气，使真空室压力为4.0Pa，使温度保持480℃直至镀膜结束，启动偏压电源加载偏压至400V，氩离子轰击球阀表面10min。继续向真空离子镀膜机中通入100sccm氩气，启动离子源加载电流至30～80A，调节离子源占空比为60％，启动偏压电源加载偏压至50～300V，偏压占空比为80％，打开柱弧，柱弧电流为80A，刻蚀时间为40min。向真空离子镀膜机中充入N2使真空压力达到3.5Pa，温度保持480℃，调节偏压至80V，占空比达到80％，关闭柱弧，开启1，3号Cr靶，靶电流为160A，在喷涂层表面沉积CrN单层涂层，沉积时间为20min；保持真空度、温度、气体压强、偏压不变，关闭1，3号靶，开启2，4号AlCr靶，靶电流为140A，沉积AlCrN涂层40min；重复CrN涂层和AlCrN涂层工艺参数共6次，得到CrN/AlCrN多层涂层。镀膜过程结束后球阀随炉冷却至室温，打开真空室腔门，取出球阀。

Claims (4)

1.一种具有高抗磨耐蚀硬密封球阀，其特征在于所述硬密封球阀包括球体、阀座及表面复合涂层，所述表面复合涂层由内涂层及多层真空离子镀涂层组成；所述内涂层是通过对所述球体及阀座进行超音速火焰喷涂硬化处理形成的厚度为100～350μm、硬度为800～1200HV的涂层，所述多层真空离子镀涂层是对经过内涂层喷涂处理后的所述球体及阀座利用真空离子镀技术在其表面沉积的厚度在3～10μm的多层真空离子镀涂层。
2.根据权利要求1所述的具有高抗磨耐蚀硬密封球阀，其特征在于所述真空离子镀技术采用电弧放电的方法，在四个固体阴极靶材上直接蒸发金属，将阴极物质离子沉积到基材表面，沉积温度为300～550℃。
3.权利要求1所述具有高抗磨耐蚀硬密封球阀的制备方法，其特征在于该方法具体步骤如下：
a、球体及阀座的表面预处理：将所述球体及阀座置于超声波清洗机中，先在25℃的丙酮中超声除油除蜡，然后在25℃的酒精中除去残留丙酮，最后以水温为20～30℃的去离子水清洗，脱水后烘干；
b、所述球阀本体及阀座的喷涂前处理：对步骤a烘干后的所述球体及阀座进行喷砂处理，喷砂材料为棕刚玉砂；
c、超音速火焰喷涂制备内涂层：使用喷枪对步骤b喷砂后的所述球体及阀座进行喷涂处理，喷涂材料为WC-Co基掺杂Cr或Ni粉末，或喷涂材料为适用于高温的Cr3C2-NiCr基掺杂WC或Ni粉末，喷涂距离为330～400mm，使用氧气作为助燃剂，氧气流速为50～90L/h，煤油作为燃料，煤油流速为27～32L/h，氮气作为送粉载气，载气流量为5～8L/h，喷涂温度控制在80～200℃，得到含有内涂层的球体及阀座；
d、沉积多层真空离子镀涂层的前处理：依次利用120～1200号砂纸打磨步骤c所述含有内涂层的球体及阀座的喷涂层表面，并进行抛光处理至所述喷涂层表面的粗糙度Ra小于0.8μm，然后将抛光处理后的所述含有内涂层的球体及阀座置于超声波清洗机中，在25℃的酒精中清洗后烘干；
e、沉积多层真空离子镀涂层前的预加热：将步骤d烘干后的所述含有内涂层的球体及阀座固定在真空离子镀镀膜机内的转架上，抽真空度到3.0×10-4Pa后，启动所述转架使转速为3r/min，对所述含有内涂层的球体及阀座进行加热，加热时间60～120min，温度为300～500℃梯度加热；
f、辉光放电：当真空室本底真空达到1.0×10-4Pa时，向真空离子镀镀膜机中通入使真空室压力为2.0～4.0Pa，转架转速为3r/min，温度为300-550℃，启动偏压电源加载偏压至400V，氩离子轰击所述含有内涂层的球体及阀座的表面10～30min；
g、离子刻蚀：继续向PVD镀膜机中通入100～200sccm氩气，启动离子源加载电流至30～80A，离子源占空比为40～60％，启动偏压电源加载偏压至50～300V，偏压占空比为80％，打开柱弧电流为60～90A，转架转速为3r/min，刻蚀时间为10～30min；
h、镀膜过程：向PVD镀膜机中充入反应气体N2，调节氮气流量400～800sccm、工作气压1.0～5.0Pa、工作温度300～550℃、脉冲偏压50-200V、占空比20-100％、靶材电流70-220A后开始涂镀多层真空离子镀涂层，沉积时间1～5h后制备得到所述具有高抗磨耐蚀硬密封球阀。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述多层真空离子镀涂层为TiN、CrN、TiAlN、AlCrN氮化物多层涂层，所述多层真空离子镀涂层的结构为TiN/TiAlN、CrN/AlCrN、TiN/AlCrN、及CrN/TiAlN交替沉积5～10次，所述多层真空离子镀涂层的厚度为3～10μm。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109023202A (zh) * 2018-09-13 2018-12-18 兰州理工大学 火焰喷涂+pvd镀膜复合涂-镀膜层的结构及其制备方法
CN109161856A (zh) * 2018-08-20 2019-01-08 江苏神通阀门股份有限公司 一种具有纳米陶瓷-金属复合涂层的硬面球阀及制造方法
CN110343993A (zh) * 2019-08-07 2019-10-18 广东工业大学 一种硬质合金表面处理方法及应用
CN110923605A (zh) * 2018-08-31 2020-03-27 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种耐磨防护复合涂层、其制备方法及应用
CN111791032A (zh) * 2020-07-24 2020-10-20 河南华中科翔石油机械有限公司 一种用于泥浆泵阀体阀座耐磨层的熔喷加工工艺
CN112877637A (zh) * 2021-01-12 2021-06-01 兰州理工大学 一种耐热蚀复合防护涂层及其制备方法
CN113186505A (zh) * 2021-04-17 2021-07-30 太原理工大学 一种在γ-TiAl合金表面WC涂层的方法
CN115074661A (zh) * 2022-08-22 2022-09-20 天津恒博锐技术开发有限公司 一种高温耐磨复合轧钢辊环的制备方法
CN116254496A (zh) * 2022-09-09 2023-06-13 北京金轮坤天特种机械有限公司 热障涂层的制备方法
CN116397189A (zh) * 2023-06-06 2023-07-07 四川苏克流体控制设备股份有限公司 基于dlc的硬密封球阀用高耐磨低摩擦涂层材料及制备方法
CN117699350A (zh) * 2024-02-06 2024-03-15 常州市锋杰机械有限公司 一种复合陶瓷喷涂旋转阀

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103060751A (zh) * 2013-01-09 2013-04-24 兰州理工大学温州泵阀工程研究院 用于阀门密封构件的超硬耐蚀pvd涂层及其涂镀工艺
CN105543760A (zh) * 2015-12-22 2016-05-04 上海开维喜集团股份有限公司 高温高压氧阀密封面耐磨涂层的制备方法
EP3034648A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-22 United Technologies Corporation Methods for coating gas turbine engine components
CN106435584A (zh) * 2016-10-18 2017-02-22 安徽工业大学 一种热喷涂‑pvd复合涂层及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103060751A (zh) * 2013-01-09 2013-04-24 兰州理工大学温州泵阀工程研究院 用于阀门密封构件的超硬耐蚀pvd涂层及其涂镀工艺
EP3034648A1 (en) * 2014-12-16 2016-06-22 United Technologies Corporation Methods for coating gas turbine engine components
CN105543760A (zh) * 2015-12-22 2016-05-04 上海开维喜集团股份有限公司 高温高压氧阀密封面耐磨涂层的制备方法
CN106435584A (zh) * 2016-10-18 2017-02-22 安徽工业大学 一种热喷涂‑pvd复合涂层及其制备方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109161856A (zh) * 2018-08-20 2019-01-08 江苏神通阀门股份有限公司 一种具有纳米陶瓷-金属复合涂层的硬面球阀及制造方法
CN110923605B (zh) * 2018-08-31 2022-01-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种耐磨防护复合涂层、其制备方法及应用
CN110923605A (zh) * 2018-08-31 2020-03-27 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种耐磨防护复合涂层、其制备方法及应用
CN109023202A (zh) * 2018-09-13 2018-12-18 兰州理工大学 火焰喷涂+pvd镀膜复合涂-镀膜层的结构及其制备方法
CN110343993A (zh) * 2019-08-07 2019-10-18 广东工业大学 一种硬质合金表面处理方法及应用
CN111791032A (zh) * 2020-07-24 2020-10-20 河南华中科翔石油机械有限公司 一种用于泥浆泵阀体阀座耐磨层的熔喷加工工艺
CN111791032B (zh) * 2020-07-24 2021-12-24 河南华中科翔石油机械有限公司 一种用于泥浆泵阀体阀座耐磨层的熔喷加工工艺
CN112877637A (zh) * 2021-01-12 2021-06-01 兰州理工大学 一种耐热蚀复合防护涂层及其制备方法
CN112877637B (zh) * 2021-01-12 2022-02-08 兰州理工大学 一种耐热蚀复合防护涂层及其制备方法
CN113186505A (zh) * 2021-04-17 2021-07-30 太原理工大学 一种在γ-TiAl合金表面WC涂层的方法
CN115074661A (zh) * 2022-08-22 2022-09-20 天津恒博锐技术开发有限公司 一种高温耐磨复合轧钢辊环的制备方法
CN116254496A (zh) * 2022-09-09 2023-06-13 北京金轮坤天特种机械有限公司 热障涂层的制备方法
CN116254496B (zh) * 2022-09-09 2023-12-15 北京金轮坤天特种机械有限公司 热障涂层的制备方法
CN116397189A (zh) * 2023-06-06 2023-07-07 四川苏克流体控制设备股份有限公司 基于dlc的硬密封球阀用高耐磨低摩擦涂层材料及制备方法
CN116397189B (zh) * 2023-06-06 2023-08-15 四川苏克流体控制设备股份有限公司 基于dlc的硬密封球阀用高耐磨低摩擦涂层材料及制备方法
CN117699350A (zh) * 2024-02-06 2024-03-15 常州市锋杰机械有限公司 一种复合陶瓷喷涂旋转阀
CN117699350B (zh) * 2024-02-06 2024-04-09 常州市锋杰机械有限公司 一种复合陶瓷喷涂旋转阀

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