Grifo.

Una placa de válvula para un grifo comprende:

un sustrato (18) que comprende un material base;

una capa de refuerzo (23) provista por encima del sustrato, en la capa de refuerzo (23) comprende un carburo,nitruro o carbonitruro de niobio; y

una capa (30) de material de diamante amorfo suministrado por encima de la capa de refuerzo (23), el material dediamante amorfo tiene un coeficiente de fricción que es menor que aquel del carbón tipo diamante y tiene unadureza que es mayor que aquella del carbón tipo diamante.

Grifo Antecedentes

Esta invención se relaciona de manera general con recubrimientos de superficie multicapa para uso con artículos de fabricación y productos que requieren superficies exteriores de baja fricción, bajo desgaste, y que sean protectoras. Más particularmente, la invención se relaciona con artículos que tienen componentes mutuamente deslizantes, tal como componentes de válvulas que mezclan agua, que tienen capas protectoras de superficie que comprenden una capa de refuerzo y un recubrimiento de diamante amorfo externo.

En ciertas aplicaciones, tal como por ejemplo, placas de válvulas para válvulas de control de fluido, subsiste la necesidad de superficies mutuamente deslizantes que sean resistentes al desgaste, resistentes a la abrasión, resistentes a los rayones, y que tengan un bajo coeficiente de fricción. Los elementos de un tipo de válvula de control para mezclar flujos de agua caliente y fría comprenden normalmente un disco estático y un disco móvil deslizante, aunque los elementos de placa pueden tener cualquier forma o geometría que tenga una superficie deslizante, que incluye por ejemplo superficies cilíndricas planas, esféricas y cilíndricas. El término “disco” se refiere por lo tanto aquí a placas de válvulas de cualquier forma y geometría que tienen superficies coincidentes que se acoplan y deslizan el uno contra el otro para formar un sello hermético a los fluidos. El disco estático normalmente tiene una entrada de agua caliente, una entrada de agua fría y una salida de descarga de agua mezclada, aunque el disco móvil contiene características similares y una cámara de mezcla. Se debe entender que la cámara de mezcla no necesita estar en el disco sino que puede estar aparte en una estructura adyacente. El disco móvil se sobrepone al disco estático y se puede deslizar y/o girar sobre el disco estático de tal manera que se obtiene agua mezclada a una temperatura e índice de flujo deseados en la cámara de mezcla al regular el índice de flujo y las proporciones de agua caliente y agua fría admitidas de la entrada de agua caliente y la entrada de agua fría y descargada a través de la salida de descarga de agua mezclada. Las superficies sellantes coincidentes de los discos se deben fabricar con suficiente precisión para permitir que las dos superficies sellantes coincidan y formen un sello hermético a los fluidos (es decir se deben coformar y ser suficientemente lisos para evitar que el fluido pase entre las superficies de sellado) . El grado de planitud (para una forma de placa plana) , o co-conformidad (para superficies no planas) y el liso requerido dependen en algo de la construcción de la válvula y los fluidos implicados, y son de manera general bien conocidos en la industria. Otros tipos de válvulas de disco, aunque aún utilizan superficies de sellado coincidentes en contacto deslizante entre sí, pueden controlar solo un flujo de fluido o pueden proporcionar mezcla por medio de una estructura diferente o puerto de configuración. El disco estático puede ser por ejemplo una parte integral del cuerpo de válvula.

La experiencia anterior con este tipo de válvulas de control ha demostrado que hay un problema de desgaste de las superficies coincidentes de los discos debido al hecho de que los discos móviles y estáticos están en contacto y se deslizan uno contra el otro (ver por ejemplo Patentes Estadounidenses Nos. 4, 935, 313 y 4, 966, 789) . Con el fin de 35 minimizar el problema de desgaste, estos discos de válvulas se hacen frecuentemente de una cerámica sinterizada tal como alúmina (óxido de aluminio) . Aunque los discos de alúmina tienen una buena resistencia al desgaste, tienen características de fricción indeseables ya que aumentan las fuerzas de operación, y tienden a volverse “pegajosos” después que la grasa lubricante aplicada originalmente a los discos se lava y se desgasta. La resistencia a la abrasión y a los rasguños de las placas de alúmina a partículas grandes y pequeñas (respectivamente) en el flujo de 40 agua es bueno; sin embargo, aún son susceptibles de dañarse por flujos de agua contaminada que contienen partículas abrasivas tales como arena; y sería beneficioso una mejora a este respecto. Adicionalmente, la naturaleza porosa de los discos cerámicos sinterizados los hace propensos a “bloqueos” durante largos periodos de falta de uso, debido a los minerales disueltos en el suministro de agua que se precipitan y cristalizan entre poros coincidentes en las superficies coincidentes. Un objetivo de la presente invención es proporcionar discos que tengan 45 desgaste reducido, resistencia mejorada a la abrasión y rayones y características de fricción reducidas. Otro objetivo es proporcionar discos de válvulas de porosidad reducida o sin porosidad para reducir el número de ubicaciones en donde se puedan formar cristales precipitados entre las superficies coincidentes.

Sería ventajoso utilizar un material para los discos, tal como metal, que es menos costoso, más fácil de moler y pulir y que no es poroso. Sin embargo, el comportamiento de fricción y resistencia al desgaste en los discos metálicos 50 pelados generalmente no es aceptable para aplicaciones de sello deslizante. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar discos hechos de metal, o un material base y que tienen desgaste mejorado, resistencia a la abrasión y rayones, y características de fricción mejoradas según se compara con los discos cerámicos no recubiertos.

En la técnica anterior se describe (por ejemplo las Patentes Estadounidenses Nos. 4, 707, 384 y 4, 734, 339 ) que los 55 recubrimientos de diamante policristalinos depositados mediante deposición de vapor químicos (CVD) en temperatura de sustrato de aproximadamente 800-1000 C se puede utilizar en combinación de capas de adhesión de diversos materiales con el fin de proporcionar componentes resistentes al desgaste y los rayones. Sin embargo,

las películas de diamante policristalino se conocen por tener superficies ásperas debido a las facetas de los cristales de los granos de diamante individuales, como es evidente en las fotografías de las figuras 2 y 3 en la patente ’384. En la técnica se conoce pulir dichas superficies con el fin de minimizar el coeficiente de fricción en aplicaciones deslizantes, o incluso para depositar el diamante policristalino sobre un sustrato liso y luego retirar la película del sustrato sin utilizar el lado liso de la película (que estaba anteriormente contra el sustrato) a diferencia de la superficie original como la superficie portadora. La presente invención supera los problemas de la técnica anterior al proporcionar una serie de características ventajosas, que incluye sin limitación proporcionar una superficie lisa y muy dura para aplicaciones deslizantes, mientras que evita el post-procesamiento difícil y costoso de una capa de superficie de diamante policristalino. La metodología también emplea ventajosamente materiales de sustrato (tal como, metales adecuados, vidrios, y compuestos y materiales orgánicos) que no se pueden procesar a las temperaturas elevadas necesarias para deposición CVD de diamante policristalino.

En la técnica anterior también se describe (por ejemplo Patente Estadounidense No. 6, 165, 616 ) que las capas de interfaz construidas con ingeniería también se pueden emplear para aliviar la tensión inducida en forma térmica en una capa de diamante policristalino. Esta tensión térmicamente inducida surge durante el enfriamiento del sustrato después de la deposición del recubrimiento a temperaturas relativamente altas, y se debe a la diferencia en el coeficiente de expansión térmica entre el sustrato y el recubrimiento de diamante. En la ’616 se especifican cálculos de ingeniería bastante complicados para predeterminar la composición y el espesor de la capa de interfaz deseada. El espesor de la capa de interfaz descrito en la ’616 para minimizar la tensión inducida térmicamente en la capa de diamante es del orden de 20 a 50 micras de acuerdo con las FIGURAS 1 a 3. Dichas capas gruesas de interfaz son costosas de colocar, debido al tiempo necesario para depositarlas y el alto coste del equipo requerido. La presente invención también incluye ventajosamente, sin limitación, minimizar el coste de recubrimiento pero también alcanzando los resultados deseados al emplear capas de interfaz mucho más delgadas que aquellas enseñadas por ’616, y evitar crear tensiones inducidas térmicamente que necesiten dichos cálculos de ingeniería complicados al depositar una capa de superficie dura a una temperatura relativamente baja comparado con la técnica anterior, tal como... [Seguir leyendo]

1. Una placa de válvula para un grifo comprende:

un sustrato (18) que comprende un material base;

una capa de refuerzo (23) provista por encima del sustrato, en la capa de refuerzo (23) comprende un carburo, nitruro o carbonitruro de niobio; y una capa (30) de material de diamante amorfo suministrado por encima de la capa de refuerzo (23) , el material de diamante amorfo tiene un coeficiente de fricción que es menor que aquel del carbón tipo diamante y tiene una dureza que es mayor que aquella del carbón tipo diamante.

2. La placa de válvula de la reivindicación 1, en donde la capa de refuerzo (23) comprende nitruro de niobio.

3. La placa de válvula de la reivindicación 1, en donde la capa de refuerzo (23) comprende carburo de niobio.

4. La placa de válvula de la reivindicación 1, en donde la capa de refuerzo (23) comprende carbonitruro de niobio.

5. La placa de válvula de la reivindicación 1, en donde la capa de refuerzo (23) tiene una dureza que es mayor que la dureza del material base.

6. La placa de válvula de la reivindicación 1, en donde la capa de material de diamante amorfo tiene un enlace sp3 de por lo menos aproximadamente 40 %, una dureza de por lo menos aproximadamente 45 GPa, y un módulo elástico de más de aproximadamente 400 GPa.

7. La placa de válvula de la reivindicación 1, en donde el material base comprende un material seleccionado del grupo que consiste de acero inoxidable, aluminio, latón, titanio, zirconio, un vidrio, un cemento, un material que contiene vidrio, un material polimérico, y un material compuesto.

8. La placa de válvula de la reivindicación 1, en donde el material de diamante amorfo consiste esencialmente de carbón.

9. La placa de válvula de la reivindicación 1, en donde el material de diamante amorfo tiene un espesor de menos de aproximadamente 10 micras.

10. La placa de válvula de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una capa (21) de material que promueve la adhesión suministrado entre la capa de refuerzo (23) y la capa (30) del material de diamante amorfo que comprende por lo menos un material seleccionado del grupo que consiste de cromo, titanio, tungsteno, y silicio.

11. La placa de válvula de la reivindicación 1, en donde la placa de válvula se proporciona en la forma de un disco.

12. Un grifo que comprende una primera placa de válvula, en donde la primera placa de válvula tiene una construcción como se menciona en cualquiera de las Reivindicaciones 1-11.

13. El grifo de la reivindicación 12, en donde el grifo comprende adicionalmente una segunda placa de válvula en contacto con la primera placa de válvula, en donde la segunda placa de válvula tiene una construcción como se menciona en cualquiera de las reivindicaciones 1-11.

14. Un método para producir una placa de válvula como se menciona en cualquiera de las reivindicaciones 1-11, el método comprende:

Depositar la capa de refuerzo (23) sobre el sustrato (18) utilizando una técnica de deposición de vapor; y Depositar la capa (30) de material de diamante amorfo por encima de la capa de refuerzo (23) utilizando un proceso de evaporación de arco catódico filtrado o ablación por láser.

15. El método de la reivindicación 14, en donde la capa (30) de material de diamante amorfo se deposita utilizando un proceso de evaporación de arco catódico filtrado.