BRPI0902003A2

BRPI0902003A2 - torneira

Info

Publication number: BRPI0902003A2
Application number: BRPI0902003-9A
Authority: BR
Inventors: Klaus Brondum; Richard P Welty; Patrick B Jonte; Douglas S Richmond; Kurt Thomas
Original assignee: Masco Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-04-13
Also published as: US20080315146A1; CN101608697A; CN101608697B; CA2665878A1; ES2384298T3; CA2665878C; US7866343B2; ATE549560T1; EP2136116A1; RU2009122558A; EP2136116B1

Abstract

TORNEIRA. Uma torneira inclui uma primeira chapa de válvula compreendendo um material de base e uma camada de reforço provida acima do material de base. Um material de diamante amorfo é provido acima da camada de reforço. O material de diamante amorfo tem um coeficiente de fricção que é inferior àquele do carbono semelhante a diamante e tem uma dureza que é superior àquela do carbono semelhante ao diamante.

Description

TORNEIRA

REFERÊNCIA REMISSIVA AOS PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

O presente pedido é uma continuação em parte do Pedido de Patente dos Estados Unidos 11/732.948 depositado em de abril de 2007, o qual é uma continuação do Pedido de Patente dos Estados Unidos 11/201.395 depositado em de agosto de 2005, o qual é uma continuação do Pedido de Patente dos Estados Unidos 10/741.848 depositado em 18 de novembro de 2003, o qual é uma continuação do Pedido de Patente dos Estados Unidos 10/322.871 depositado em 18 de dezembro de 2002. O presente pedido também é uma continuação em parte do Pedido de Patente dos Estados Unidos 11/784.765 depositado em 9 de abril de 2007, o qual é uma continuação em parte do Pedido de Patente dos Estados Unidos 11/201.395 Depositado em 10 de agosto de 2005 (o qual, conforme descrito acima é uma continuação do Pedido de Patente dos Estados Unidos 10/741.848 depositado em 18 de dezembro de 2003, o qual é uma continuação do Pedido de Patente dos Estados Unidos 10/322.871 depositado em 18 de dezembro de 2 0 02) . As revelações de cada um dos Pedidos de Patente, anteriormente mencionados, são aqui incorporadas integralmente mediante referência.

ANTECEDENTES

Essa invenção se refere genericamente aos revestimentos de superfície de múltiplas camadas para uso com artigos industriais e produtos exigindo superfícies exteriores de baixa fricção, de baixo desgaste, e de proteção. Mais particularmente, a invenção se refere aos artigos que tem componentes que deslizam uns nos outros, tais como componentes de válvula para válvulas demisturação de água, tendo camadas de proteção de superfície compreendendo uma camada de reforço e um revestimento externo de diamante amorfo.

Em certas aplicações, tal como, por exemplo, chapas de válvula, para válvulas de controle de fluido, há a necessidade de que as superfícies que deslizam umas nas outras sejam resistentes ao desgaste, resistentes à abrasão, resistentes à arranhadura, e tenham um baixo coeficiente de fricção. Os elementos de um tipo de válvula de controle para mistura de fluxos de água quente e fria compreendem tipicamente um disco estacionário e um disco deslizante móvel, embora os elementos de chapa possam ser de qualquer formato ou geometria tendo uma superfície de vedação, incluindo, superfícies planas, esféricas e cilíndricas. O tremo "disco" aqui usado, portanto, se refere às chapas de válvula de qualquer formato e geometria tendo superfícies conjugadas que se engatam e deslizam umas contra as outras para formar uma vedação hermética ao fluido. O disco estacionário tem tipicamente uma entrada de água quente, uma entrada de água fria, e uma saída de descarga de água misturada, enquanto que o disco móvel contém características similares e uma câmara de misturação. Deve ser entendido que a câmara de misturação não precisa estar no disco, mas poderia ser parte de uma estrutura adjacente. O disco móvel se sobrepõe ao disco estacionário e pode ser deslizado e/ou girado sobre o disco estacionário de modo que a água misturada com temperatura, e taxa de fluxo; determinadas, desej adas, é obtida na câmara de misturação mediante regulagem da taxa de fluxo e das proporções de água quente, e de água fria, admitidas apartir da entrada de água quente e da entrada de água fria, e descarregadas através da saída de descarga de água misturada. As superfícies de vedação conjugadas do disco devem ser fabricadas com precisão suficiente para permitir que as duas superfícies de vedação casem e formem uma vedação hermética ao fluido (isto ê, elas devem se ajustar mutuamente e devem ser suficientemente lisas para impedir que o fluido passe entre as superfícies de vedação). O grau de nivelamento (para um formato plano de chapa), ou a conformidade combinada (para superfícies não-planas) e a lisura exigida dependem de certo modo da construção de válvula e dos fluidos envolvidos, e geralmente são bem conhecidas na indústria. Outros tipos de válvulas de disco, embora ainda utilizando superfícies de vedação conjugadas em contato de deslizamento mútuo, podem controlar apenas um fluxo de fluido ou podem proporcionar mistura por intermédio de uma estrutura ou configuração de abertura diferente. O disco estacionário, por exemplo, pode ser uma parte integral do corpo de válvula.

Experiência anterior com esse tipo de válvula de controle demonstrou que existe um problema de desgaste das superfícies conjugadas dos discos devido ao fato de que os discos estacionários e móveis estão em contato e deslizam um contra o outro (vide, por exemplo, a Patente dos Estados Unidos 4.935.313 e 4.966.789). Para minimizar o problema de desgaste, esses discos de válvula normalmente são feitos de cerâmica sinterizada tal como alumina (oxido de alumínio). Embora os discos de alumina tenham boa resistência ao desgaste, eles têm características de fricção indesejáveis em que a força de operação aumenta, e eles tendem a"emperrar" após a graxa lubrificante originalmente aplicada aos discos se desgastar e ser removida. A resistência à arranhadura e à abrasão das chapas de alumina, em relação às partículas grandes e pequenas (respectivamente) no fluxo de água, é adequada; contudo, elas ainda estão sujeitas a dano a partir de fluxos de água contaminada contendo partículas abrasivas tais como areia e aperfeiçoamento a esse respeito seria vantajoso. Adicionalmente, a natureza porosa dos discos cerâmicos sinterizados faz com que eles tenham tendência a "bloquear" durante longos períodos de não-utilização, devido aos minerais dissolvidos na fonte de água os quais se precipitam e cristalizam entre poros coincidentes nas superfícies conjugadas. Um objetivo da presente invenção é o de prover discos que apresentem desgaste reduzido, resistência aperfeiçoada à arranhadura e à abrasão e características de fricção reduzida. Outro obj etivo é o de prover discos de válvula não-porosos ou de porosidade reduzida para reduzir o número de locais onde os cristais precipitados podem se formar entre as superfícies conjugadas.

Seria vantaj oso usar um material para os discos, tal como metal, que se j a menos dispendioso, mais fácil de esmerilhar e polir e que não seja poroso. Contudo, o comportamento de resistência ao desgaste e de fricção dos discos metálicos não-revestidos geralmente não é aceitável para aplicações de vedação deslizante. Um objetivo adicional da presente invenção é o de prover discos feitos de um material à base de metal e tendo resistência aperfeiçoada ao desgaste, à arranhadura e à abrasão e características aperfeiçoadas de fricção em comparação comos discos cerâmicos não-revestidos.

É revelado na técnica anterior (por exemplo, Patentes dos Estados Unidos 4.707.384 e 4.734.339, que são incorporadas aqui mediante referência) que os revestimentos de diamante policristalino, depositados mediante deposição a vapor químico (CVD), em temperaturas de substrato de aproximadamente 800-1000°C, podem ser usados em combinação com camadas de adesão de vários materiais para prover componentes resistentes ao desgaste e arranhadura.

Películas de diamante policristalino, contudo, conforme sabido, têm superfícies ásperas devido às facetas de cristal dos grãos individuais de diamantes, como é evidente nas fotografias das Figuras 2 e 3, na Patente ' 3 84. É conhecido na técnica polir tais superfícies para minimizar o coeficiente de fricção em aplicações de deslizamento, ou mesmo depositar o diamante policristalino sobre um substrato liso e, então, remover a película a partir do substrato e usar o lado liso da película (o qual estava anteriormente contra o substrato), em vez da superfície original, como superfície de apoio. A presente invenção supera os problemas da técnica anterior mediante provisão de algumas características vantaj osas, incluindo sem limitação a provisão de uma superfície lisa e muito dura para aplicações de deslizamento, enquanto evitando o processamento posterior, difícil e dispendioso, de uma camada de superfície de diamante policristalino. A metodologia também emprega, vantaj osamente, materiais de substrato (tais como, metais adequados, vidros, e materiais compósitos e orgânicos) que não podem ser processados nas elevadas temperaturas que são necessárias para a deposiçãoCVD de diamante policristalino.

Também é revelado na técnica anterior (por exemplo, Patente dos Estados Unidos 6.165.616, que é incorporada aqui mediante referência) que camadas de interface projetada podem ser empregadas para aliviar a tensão termicamente induzida em uma camada de diamante policristalino. Essas tensões termicamente induzidas surgem durante esfriamento do substrato após deposição de revestimento em temperaturas relativamente elevadas, e se devem à diferença em coeficiente de expansão térmica entre o substrato e o revestimento de diamante. Cálculos de engenharia mais propriamente complicados são especificados na 1616 para determinar a composição e espessura da camada e interface desejada. A espessura da camada de interface revelada em '616, para minimizar a tensão termicamente induzida na camada de diamante, é da ordem de 20 a 25 micrômetros de acordo com as Figuras 1 a 3. Tais camadas de interface, grossas, são de deposição dispendiosa, devido ao tempo necessário para deposição das mesmas e ao alto custo do equipamento exigido. A presente invenção também inclui vantajosamente, sem limitação, a minimização do custo do revestimento, mas obtendo ainda resultados desejados mediante emprego de camadas de interface muito mais finas do que aquelas ensinadas pela '616, e para evitar criar as 25 tensões termicamente induzidas, as quais necessitam de tais cálculos de engenharia complicados, mediante depósito de uma camada de superfície dura em uma temperatura relativamente baixa em comparação com a técnica anterior, tal como a Patente '616.

É revelado ainda na técnica anterior (por exemplo,Patentes dos Estados Unidos 4.935.313 e 4 . 966.789, que são aqui incorporadas mediante referência) que carbono de treliça cristalogrãfica cúbica (diamante policristalino) e outros materiais duros podem ser usados como revestimentos de superfície em discos de válvula, e que pares de discos de válvulas mutuamente deslizantes que diferem uns dos outros, seja na composição de superfície, ou no acabamento de superfície, são preferíveis em relação àqueles que têm essas mesmas características, com relação à minimização da fricção entre as chapas. A presente invenção prove superfícies conjugadas de disco de válvula tendo um coeficiente de fricção inferior ao dos materiais revelados nas aplicações de superfícies umedecidas com fluido, ou lubrificadas com água, tais como válvulas de água, e para permitir processamento idêntico das duas superfícies conj ugadas para evitar a necessidade de comprar e operar diferentes tipos de equipamento de processamento. A presente invenção prove ainda, sem limitação, superfícies conjugadas de disco de válvula tendo um coeficiente de fricção inferior ao dos materiais revelados nas aplicações de superfícies umedecidas a fluido ou lubrificadas com água tais como válvulas de água. Além disso, ambas as superfícies deslizantes conjugadas dos discos podem ser duras e ter uma resistência à abrasão aos fluxos de água contaminada e permitir processamento idêntico de ambas as superfícies conjugadas para evitar a necessidade de se comprar e operar diferentes tipos de equipamento de processamento.

SUMÁRIO

Uma modalidade exemplar se refere a uma torneira queinclui uma primeira chapa de válvula compreendendo um material de base e uma camada de reforço provida acima do material de base. Um material de diamante amorfo é provido acima da camada de reforço. O material de diamante amorfo tem um coeficiente de fricção que é inferior àquele do carbono semelhante ao diamante e tem uma dureza que é superior àquela do carbono semelhante ao diamante.

Outra modalidade exemplar se refere a uma torneira que inclui uma válvula de controle de fluido compreendendouma pluralidade de componentes de válvula. Ao menos um dos componentes de válvula inclui um substrato, uma camada de reforço provida acima do material de base, e um material de diamante amorfo provido acima da camada de reforço. 0 material de diamante amorfo tendo um coeficiente de fricção que é inferior àquele do carbono semelhante ao diamante, uma dureza que é superior àquela do carbono semelhante ao diamante, e ligação sp3 de ao menos aproximadamente 4 0%.

Uma torneira inclui um primeiro componente de válvula, e um segundo componente de válvula configurado para engate deslizante com o primeiro componente de válvula. Ao menos um entre o primeiro componente de válvula e o segundo componente de válvula compreende um substrato, uma camada de material compreendendo ao menos um entre tântalo e nióbio provido acima do substrato, e uma camada de material de diamante amorfo, provida acima da camada dereforço. O material de diamante amorfo tem um componente de fricção que é inferior àquele do carbono semelhante ao diamante e uma dureza que é superior àquela do carbono semelhante ao diamante.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOSA Figura 1 é uma forma de válvula incorporando uma estrutura de múltiplas camadas com uma camada de diamante amorfo sobreposta a um substrato;

A Figura 2 é um detalhe de uma forma de estrutura de múltiplas camadas da invenção;

A Figura 3 ilustra ainda outra estrutura de múltiplas camadas com uma camada promotora de adesão adicional, acrescentada;

A Figura 4 é uma forma adicional de estrutura de múltiplas camadas da Figura 2 em que uma camada de reforço inclui duas camadas de materiais diferentes; e

A Figura 5 é uma fotomicrografia da aparência de superfície de uma camada exterior de diamante amorfo sobre um substrato, ou camada subj acente.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Modalidades da invenção são ilustradas geralmente nas figuras, onde a Figura 1 mostra uma forma da válvula 10 com cabo 12, incorporando a invenção. Especificamente, as Figuras 2-4 ilustram uma porção de uma válvula 10 tendo um substrato 18 para um componente deslizante 20 e/ou um componente fixo 22 da válvula 10 que pode compreender um material de base em que o material de base pode ser idêntico ou diferente no componente deslizante 20 e no componente fixo 22. Em outras modalidades, um dos componentes 20, 22 pode ser fixo. Pref erivelmente o material de base é uma cerâmica sinterizada ou um metal. Materiais de base também podem compreender vidros ou materiais vítreos, cermets, materiais poliméricos, materiais compôsitos, compostos intermetálicos tais como aluminida de ferro, e outros materiais mecanicamenteadequados para a aplicação. Os metais podem incluir, por exemplo, qualquer metal convencional incluindo sem limitação, aço inoxidável, latão, zircônio, titânio, alumínio, e ligas dos três materiais precedentes. Aço inoxidável, titânio, zircônio e alumínio são os metais mais preferidos; com o termo aço inoxidável se referindo a qualquer tipo, tal como 3 04, 316, etc. ; e suas variações customizadas, e com os termos titânio, zircônio, e alumínio entendidos como incluindo ligas compreendidas na maior parte desses metais. Aço inoxidável sinterizado (pulverizado) é um material de substrato preferido porque ele pode ser moldado economicamente em formatos complexos adequados para os discos e pode ser economicamente esmerilhado e polido para se obter uma superfície de vedação conjugada, lisa. No caso de aço inoxidável sinterizado, são preferidos os substratos "completamente densos" e os substratos moldados por inj eção de metal. Titânio e zircônio são materiais de base, preferidos, porque eles podem facilmente ser oxidados ou anodizados para formar uma camada de superfície dura. Cerâmica pode ser qualquer material cerâmico convencional, incluindo sem limitação, por exemplo, alumina sinterizada (oxido de alumínio) e carboneto de silício, com alumina sendo um material preferido. Os materiais compôsitos podem incluir, por exemplo, quaisquer cermets convencionais, epóxisreforçados com fibra e poliamidas, e compôsitos de carbono-carbono. Vidro e materiais vítreos podem incluir, por exemplo, vidro de borossilicato tal como Pyrex™, e materiais tais como vidro laminado reforçado e vidrocerâmica. Vidro, materiais vítreos e cermets são substratospreferidos porque eles podem ser economicamente moldados em formatos complexos adequados para os discos e podem ser economicamente esmerilhados e polidos em uma superfície plana e lisa. Aluminita de ferro é entendido como sendo um material consistindo principalmente de ferro e alumínio, mas também pode conter pequenas quantidades de outros elementos tal como molibdênio, zircônio, e boro.

Conforme mostrado na Figura 2, uma camada de reforço 23 também pode ser colocada diretamente sobre a superfíciede substrato 18. Essa camada 23 pode compreender um material tendo dureza superior a do substrato 18 (embora se deva entender que de acordo com outras modalidades exemplares, a camada de reforço pode não ter uma dureza que seja a do substrato) . Materiais adequados para a camada de reforço 23 podem incluir compostos de Cr, Ti, W, Zr, Ta, Nb, e quaisquer outros metais convencionalmente conhecidos para uso em revestimentos duros. Os compostos incluem sem limitação nitretos, carbonetos, óxidos, carbo-nitretos, e outros materiais de fase mista incorporando nitrogênio, oxigênio, e carbono. Um material altamente preferível para a camada de reforço 2 3 é nitreto de cromo. Nitreto de cromo no presente pedido mais preferivelmente se refere a um composto de fase única ou mista de cromo e nitrogênio tendo teor de nitrogênio na faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 5 0 por cento de massa atômica. O termo nitreto de cromo também se refere a um material contendo tais elementos de dopagem ou ligação como ítrio, escândio e lantânio, além de cromo e nitrogênio.

Outro material adequado para camada de reforço 23 é o DLC convencional (Carbono semelhante ao Diamante) , o qualé uma forma de carbono não-cristalino conhecido na técnica e distinto do diamante amorfo. Revestimentos de DLC são descritos, por exemplo, na Patente dos Estados Unidos 6.165.616 (na qual eles são denominados revestimentos (a-C)). O DLC pode ser depositado mediante bombardeamento iônico ou mediante CVD convencional. DLC é um material amorfo com ligação de carbono na maior parte sp2 e pouca ligação sp3 tetraédrica que caracteriza o diamante amorfo. A dureza do DLC é substancialmente inferior àquela do diamante amorfo e é mais similar à dureza dos materiais de revestimento duro, convencionais tais como nitreto de titânio e nitreto de cromo. As tensões internas nos revestimentos de DLC também são inferiores àquelas nos revestimentos de diamante amorfo, permitindo que o DLC seja depositado em camadas mais grossas do que o diamante amorfo, sem perda de adesão. 0 termo DLC conforme aqui usado inclui formas hidrogenadas do material.

De acordo com outra modalidade exemplar, a camada de reforço compreende um material contendo tântalo tal como carboneto de tântalo, nitreto de tântalo, ou um carbo-nitreto de tântalo. Uma característica vantajosa do uso de tântalo ou de um composto de tântalo para a camada de reforço é que o tântalo exibe excelente resistência à corrosão e é relativamente dúctil quando usado como um metal. Adicionalmente, o tântalo facilmente forma carbonetos tendo valores de dureza relativamente elevados (valores de dureza Mohs de 9 +) que são desejáveis para a camada de reforço para prover, ao substrato, resistência à arranhadura e à abrasão.

De acordo com outra modalidade exemplar, a camada dereforço compreende um material contendo nióbio tal como carboneto de nióbio, nitreto de nióbio ou carbo-nitreto de nióbio.

A camada de reforço 23 funciona principalmente para aperfeiçoar a resistência à abrasão e arranhadura do revestimento de múltiplas camadas. A dureza da camada de reforço 23 deve ser, pelo menos, maior que aquela do substrato 18 para realizar sua função pretendida de aperfeiçoar a resistência à arranhadura do disco revestido.

A espessura da camada de reforço 23 é ao menos uma espessura suficiente para aperfeiçoar a resistência à arranhadura do substrato 18. Para materiais usados tipicamente como revestimentos duros, tais como aqueles revelados acima, essa espessura é geralmente de aproximadamente 500 nm a aproximadamente 10 micrômetros, e preferivelmente de aproximadamente 2000 nm a aproximadamente 5000 nm. Nos testes de válvulas de água de torneira descobriu-se que uma camada de reforço de nitreto de cromo, tendo uma espessura de aproximadamente 5 micrômetros, proporciona resistência adequada à abrasão e à arranhadura (em conj unto com uma camada superior de diamante amorfo, fina) para tipos e tamanhos de contaminadores considerados como típicos em fontes de água municipais e de poço.

Em algumas modalidades da presente invenção, conforme mostrado na Figura 3, e para o componente 22 da Figura 4, uma camada promotora de adesão, fina, 21 pode ser depositada no substrato 18 e, então, a camada de reforço 23 na camada 21. Essa camada 21 funciona para aperfeiçoar a adesão da camada de reforço sobreposta 23 ao substrato 18.Materiais adequados para a camada promotora de adesão 21incluem materiais compreendendo cromo, titânio, tungstênio,tântalo, nióbio, outros metais refratarios, silício, eoutros materiais conhecidos na técnica como adequados paracamadas promotoras de adesão. A camada 21 pode ser feitaconvenientemente utilizando-se o mesmo material elementarescolhido para a camada de reforço 23. A camada 21 tem umaespessura que é ao menos adequada para promover ouaperfeiçoar a adesão da camada 2 3 ao substrato 18. Essaespessura geralmente é de aproximadamente 5 nm aaproximadamente 200 nm, e mais preferivelmente deaproximadamente 3 0 nm a aproximadamente 6 0 nm. A camadapromotora de adesão 21 pode ser depositada mediantetécnicas convencionais de deposição a vapor, incluindopreferivelmente deposição física a vapor (PVD) e tambémpode ser feita mediante deposição química a vapor (CVD).

Os processos PVD são bem conhecidos e convencionaise incluem evaporação por arco catódico (CAE),bombardeamento iônico, e outros processos convencionais dedeposição. Os processos CVD podem incluir deposição químicaa vapor à baixa pressão (LPCVD), deposição química a vaporotimizada a plasma (PECVD), e métodos de decomposiçãotérmica. As técnicas PVD e CVD e equipamento são revelados,entre outros, em J. Vossen and W. Kern "Thin Film ProcessesII"/ Academic Press, 1991; R. Boxman et al, "Handbook ofVacuum Are Science and Technology", Noyes, 1995; e nasPatentes dos Estados Unidos 4.162.954 e 4,591.418, com aspatentes sendo aqui incorporadas mediante referência.

No caso de materiais cerâmicos sinterizados, emboraos grânulos individuais formando o material sinterizadopossam ter elevada dureza, a resistência à arranhadura daestrutura sinterizada global conforme medida por testes dearranhadura é muito inferior àquela do material formando osgrânulos (por exemplo, alumina) . Isso se deve ao fato deque os materiais tipicamente usados para sinterizar ouligar juntos os grânulos de alumina, tipicamente silicatos,não são tão duros quanto os próprios grânulos. A dureza dacamada de reforço 23 pode ser similar, ou até mesmoinferior à dureza dos grânulos individuais compreendendo odisco cerâmico, e sendo ainda mais duros do que a estruturacerâmica sinterizada global. Descobriu-se medianteexperimento, por exemplo, que a profundidade de arranhaduracausada por um instrumento pontudo (raio = 100 micrômetros)deslizando sob uma carga de 30 Newtons é de aproximadamente4-6 micrômetros em um substrato de alumina sinterizada,não-revestido enquanto que a profundidade de arranhadura emum substrato idêntico revestido com uma camada de reforçode nitreto de cromo de 3 micrômeros de espessura é deapenas 2-3 micrômetros.

A camada de reforço 23 pode ser formada mediantetécnicas convencionais de deposição a vapor incluindo, masnão limitadas ao bombardeamento iônico, evaporação por arcocatódico (CAE) , e CVD. Os métodos mais preferidos sãobombardeamento iônico, CAE, ou outro meio que possa serrealizado em temperatura relativamente baixa, desse modominimizando as tensões termicamente induzidas na pilha derevestimento a partir do esfriamento. Se a camada dereforço 23 for depositada mediante CAE, também é desejávelutilizar filtração de macropartículas para controlar epreservar a lisura da superfície do substrato 18. A camadade reforço 23 também pode ser formada mediante outrosmétodos bem conhecidos para formar revestimentos duros talcomo pirólise de pulverização, técnicas sol-gel, imersão emlíquido com tratamento térmico subsequente, métodos de nanofabricação, métodos de deposição de camada atômica, emétodos de deposição de camada molecular.

A camada de reforço 23 pode ser formadaalternativamente por um processo que produz uma camada desuperfície endurecida sobre o material de base de substrato. Tais processos incluem, por exemplo, oxidaçãotérmica, tratamento com nitreto de plasma, implante de íon,tratamentos de superfície químicos e eletroquímicos taiscomo revestimentos de conversão química, anodizaçãoincluindo anodização dura e tratamentos posterioresconvencionais, oxidação de microarco e endurecimento derevestimento. A camada de reforço 2 3 também pode incluirmúltiplas camadas 24 e 25, como mostrado na Figura 4, nasquais as camadas 24 e 25 formam em conjunto a camada dereforço 23. Por exemplo, a camada 24 pode ser oxido termicamente desenvolvido no material de base de substrato

enquanto que a camada 2 5 é um material depositado tal comoCrN. A camada de reforço 23 também pode incluir mais do queduas camadas, e pode compreender preferivelmente, porexemplo, um tipo de revestimento de supertreliça com umnúmero grande de camadas alternadas muito finas. Tal formade múltiplas camadas ou forma de supertreliça da camada dereforço 23 também pode incluir uma ou múltiplas camadas dediamante amorfo.

Na estrutura de múltiplas camadas das Figuras 1-4 acamada de diamante amorfo 3 0 é depositada sobre a camada dereforço 23 para formar uma camada de superfície exterior. Opropósito da camada de diamante amorfo 30 é o de prover umasuperfície superior escorregadia e resistente a abrasão dedesgaste, muito dura, nos componentes deslizantes. Odiamante amorfo é uma forma de carbono não-cristalino que ébem conhecida na técnica, e também é algumas vezes referidocomo carbono amorfo tetraedricamente ligado (taC). Ele podeser caracterizado como tendo ao menos 4 0 por cento deligação de carbono sp3, uma dureza de ao menos 45gigapascals e um módulo de elasticidade de ao menos 400gigapascals. Materiais de diamante amorfo são descritos nasPatentes dos Estados Unidos 5.799.549 e 5.992.268, ambas asquais são aqui incorporadas mediante referência. A camadade material de diamante amorfo 3 0 pode ser aplicadamediante processos incluindo, por exemplo, evaporação porarco catódico, filtrada convencional e ablação a laser. Otermo diamante amorfo como aqui usado inclui todas asformas de carbono do tipo taC e também pode conterelementos de dopagem ou ligação tal como nitrogênio emetais, e também inclui materiais nano-estruturadoscontendo diamante amorfo. Materiais nano-estruturados querdizer materiais tendo características estruturais na escalade nanômetros ou dezenas de nanômetros, incluindo, mas nãolimitados às supertreliças.

A espessura da camada de diamante amorfo 30 é pelomenos um valor eficaz para prover resistência aperfeiçoadaao desgaste e abrasão do componente deslizante. Essaespessura geralmente é de ao menos aproximadamente 100 nm,preferivelmente de ao menos aproximadamente 200 nm e mais preferivelmente de ao menos aproximadamente 300 nm. A faixade espessura superior da camada 3 0 é determinada pelascaracterísticas de material, por considerações econômicas epela necessidade de se minimizar as tensões intrínsecasdependentes de espessura na camada 30, conforme discutidoabaixo. Além disso, a camada de diamante amorfo 3 0 exibevantaj osamente uma topologia de superfície extremamentelisa, como pode ser visto mediante referência à foto daFigura 5, principalmente porque não hã grãos individuais dediamante em um revestimento amorfo. Além disso, atopografia de superfície da camada de diamante amorfo,fina, 30 essencialmente reproduz aquela da subsuperfíciesobre a qual ela é depositada e, portanto, a camada dediamante amorfo 3 0 tem substancialmente a mesma durezamédia de superfície que aquela da subsuperfície. Inclusõesgraf íticas, visíveis como pontos de luz na Figura 5, nãocontribuem para a dureza de superfície, conforme o termo éaqui usado, porque elas são muito macias e são reduzidas aum pó de lubrificação quando as superfícies deslizantes sãocolocadas em contato. O diamante amorfo tem a vantagemadicional de que ele pode ser depositado em temperaturasmuito inferiores (geralmente abaixo de aproximadamente 250°C) à do diamante policristalino, desse modo eliminando anecessidade de camadas de interface proj etada, grossasreveladas na técnica anterior (vide, por exemplo, a Patentedos Estados Unidos 6.165.616) para aliviar a tensãotermicamente induzida na camada de diamante. Essas tensõestermicamente induzidas surgem durante o esfriamento após adeposição nas temperaturas elevadas características de CVD,e se devem à diferença no coeficiente de expansão térmicaentre o substrato e a camada de diamante. Descobrimos que otipo de cálculos revelado na Patente v616 para determinar aespessura de sua camada de interface de alívio de tensãotermicamente induzida não é necessário para películas dediamante amorfo devido à baixa temperatura de deposição.

Uma característica do diamante amorfo é que eledesenvolve elevadas tensões internas intrínsecas (não-induzidas termicamente), as quais aumentam à medida queaumenta a espessura do revestimento e as quais sãopredominantemente relacionadas às distorções de ligação atômica e não à expansão/contração térmica. Embora essatensão intrínseca contribua, conforme se acredita, para aelevada dureza do material, ela também limita a espessurado revestimento uma vez que as forças induzidas por tensãotendem a causar deslaminação do revestimento a partir dosubstrato 18 (ou da camada de reforço 23) acima de certaespessura. Embora o diamante amorfo possa ser depositadodiretamente sobre um disco de metal, vidro ou aluminita deferro (opcionalmente com uma camada de adesão) , é difícildepositar uma camada suficientemente grossa para prover resistência adequada à arranhadura para aplicações emválvulas de água. Resistência à arranhadura é importanteporque as fontes de água algumas vezes contêmcontaminadores abrasivos devido a rupturas de canalização,construção, etc. A camada de reforço adicional 23 da presente invenção prove melhor suporte da camada dediamante amorfo 3 0 do que o material de substrato maismacio, vantajosamente permitindo que uma camada mais finade diamante amorfo se j a usada, enquanto obtendo aindaresistência aperfeiçoada à abrasão e à arranhadura. A camada de reforço 23 também pode ser escolhida para ser ummaterial que tem uma taxa superior de deposição e/ou quesejamenos dispendioso em termos de deposição do que acamada de diamante amorfo 30, para minimizar o custo totaldo revestimento enquanto mantendo a performance. Namodalidade mais preferida, um limite superior de espessurapara a camada de diamante amorfo 3 0 de aproximadamente 1-2micrômetros pode ser usado para evitar a deslaminaçãoinduzida por tensão, enquanto uma espessura superior deaproximadamente 800 nm, e mais preferivelmentede aproximadamente 300-500 nm, pode ser desejãvel por razõeseconômicas enquanto se obtendo as características desejadasde performance.

Diamante amorfo é bem adequado para aplicações dedeslizamento a úmido em aplicações de válvula de água.

Particularmente, ele comprovou-se ter um coeficiente defricção muito baixo e também desgaste por abrasãoextremamente baixo em testes de deslizamento comlubrificação de água nos quais ambas as superfícies dedeslizamento são revestidas com diamante amorfo. Aocontrário, revestimentos de DLC são conhecidos comoapresentando coeficientes de fricção superiores, taxas dedesgaste superiores, e se deterioram em performance defricção com umidade crescente. Uma vantagem adicional dodiamante amorfo é que a temperatura de deposiçãorelativamente baixa permite uma opção mais ampla demateriais de substrato e minimiza ou elimina a distorçãotermicamente induzida permanente do substrato.

Com relação ao baixo coeficiente de fricçãoinformado para os revestimentos de diamante amorfo em testes de deslizamento com lubrificação de água, considera-se que isso pode ser devido ao menos em parte às inclusõesgrafíticas (comumente denominadas macroparticulas) que sãoincorporadas nos revestimentos de diamante amorfo feitospor alguns métodos. Tais inclusões grafíticas podem sernumerosas em revestimentos de carbono depositados emevaporação por arco catódico, dependendo dos materiais alvoescolhidos e uso de meio de filtração de macroparticulaconforme discutido abaixo. Essas inclusões grafíticas nãodegradam o desempenho do revestimento de diamante amorfodevido à maciez dos mesmos e à fração pequena da área desuperfície total que elas ocupam. Mais propriamente,considera-se que elas podem aperfeiçoar a performancemediante aumento de retenção de lubrificante entre aschapas deslizantes.

É revelado na Patente dos Estados Unidos 5.401.543(aqui incorporada mediante referência) que os revestimentosde diamante amorfo que são essencialmente livres demacroparticulas podem ser depositados mediante evaporaçãopor arco catódico a partir de um carbono vitreo ou catodode grafite pirolitico. A densidade máxima dasmacroparticulas (inclusões grafíticas) em taisrevestimentos, conforme calculada a partir das dimensões deárea das figuras fotográficas, e das contagens demacroparticulas reveladas, é de aproximadamente 200macroparticulas por milímetro quadrado. Tais revestimentosde diamante amorfo livres de macroparticulas podem serusados como camada 30 na presente invenção, mas são menospreferidos que aqueles depositados a partir de um catodo degrafite comum e contendo números substanciais de inclusõesgrafíticas, tal como, por exemplo, ao menos aproximadamente500 por milímetro quadrado. Elas também são menospreferidas porque os catodos de grafite pirolítico ou decarbono vítreo são muito dispendiosos em comparação com ografite comum.

O número de inclusões grafíticas 40 incorporadas nosrevestimentos (vide Figura 4 mostrando as mesmasesquematicamente) depositadas mediante evaporação por arcofiltrado a partir de um catodo de grafite comum pode sercontrolado de acordo com a presente invenção medianteescolha do modelo de filtro e dos parâmetros de operação demodo a permitir que o número desejado de macropartícuiasseja transmitido através da fonte. Os fatores influenciandoa transmissão de macropartícuias através de um filtro sãodiscutidos, por exemplo, na Patente dos Estados Unidos5.840.163, aqui incorporada mediante referência. Os modelosde filtro e os parâmetros de operação são escolhidosconvencionalmente para minimizar o número demacropartícuias transmitidas através da fonte, contudo essaescolha também reduz geralmente a produção (desejada) deíons de carbono e, portanto, reduz a taxa de deposição. Aocontrário dessa prática comum, achamos que é preferível;com o propósito de minimização do custo de revestimento;escolher o modelo de filtro, e os parâmetros de operação,de forma a maximizar a produção de íons de carbono, dafonte (isto é, a taxa de deposição) sem exceder o númeromáximo, tolerável, das inclusões grafíticas incorporadas aorevestimento. O número máximo tolerável de inclusões éaquele número acima do qual a performance das partesrevestidas se deteriora inaceitavelmente devido à fraçãocrescente da área de superfície ocupada pelas inclusões.Fatores de desempenho, cruciais podem incluir não-vazamentodo fluido de trabalho, coeficiente de fricção dedeslizamento, resistência à abrasão e à arranhadura, edurabilidade de desgaste. Descobrimos que densidades desuperfície de inclusão grafitica substancialmentesuperiores a 5 0O/mm2 são toleráveis, e podem ser benéficasconforme descrito acima.

A adesão da camada de diamante amorfo 30 a uma formade nitreto da camada de reforço 23 pode em alguns casos seraperfeiçoada pela introdução de um gás contendo carbono,tal como metano, durante um curto período no fim dadeposição da camada de reforço 23. Isso resulta em uma zonade transição fina de material de carbo-nitreto e/oucarboneto entre a camada de resistência 23 e a camada dediamante amorf o 3 0. Em outros casos a adesão pode seraperfeiçoada mediante desligamento de todos os gasesreativos durante um curto período no fim da deposição dacamada de reforço 23. Isso resulta em uma camada fina demetal entre a camada de reforço 23 e a camada de diamanteamorf o 30. Também se observou que a introdução de metanodurante a deposição por arco filtrado da camada de diamanteamorfo 30 aumenta a taxa de deposição de revestimento, etambém pode melhorar a dureza de revestimento e aresistência à arranhadura. Em ainda outros casos, porexemplo, o caso no qual a camada de diamante amorfo 30 deveser depositada sobre uma superfície de metal termicamenteoxidada, pode ser desejável depositar a camada promotora deadesão separada 21 entre a camada de reforço 23 e a camadade diamante amorfo 3 0. Materiais adequados para a camada deadesão 21 podem incluir, por exemplo, metais de formação decarboneto refratário, tal como, Ti e W, e vários metais detransição tal como Cr, e também podem incluir carbonetos detais metais.

De acordo com uma modalidade exemplar, a camada dediamante amorfo prove uma resistência física vantajosa aodesgaste de deslizamento e à ação abrasiva das partículasna água. Adicionalmente, o próprio material de diamanteamorfo é quimicamente inerte no sentido de constituintescomuns de fonte de água (por exemplo, íons tais comocloreto e fluoreto, oxidantes como hipocloreto, etc.) emconcentrações que podem estar presentes em fontes de águamunicipais.

O substrato também pode ser formado de um materialque resiste à corrosão a partir desses constituintes defonte de água. De acordo com uma modalidade exemplar,materiais como cerâmica (por exemplo, alumina); metais (porexemplo, Zr e Ti) ; e ligas (por exemplo, aço inoxidável) ,podem ser usados como substrato. De acordo com umamodalidade exemplar particular, o substrato pode serformado de um material cerâmico baseado em alumina comquantidades variadas de zircônia e sílica para proversensibilidade reduzida ao fluoreto para o substrato.

Para adicionalmente resistir à corrosão a partir dosconstituintes comuns de fonte de água, a camada de reforçopode ser formada de um material que forma materiais decarbono duro (por exemplo, material de carboneto). Porexemplo, a camada de reforço pode ser carbono ou umcarboneto de qualquer um dos seguintes materiais de acordocom as várias modalidades exemplares: Cr, Hf, La, Mn, Mo, Nb, Ti, Sc, Si, Ta, W, Zr. Por exemplo, carbonos oucarbonetos de Hf, La, Nb, Ti, Sc, Si, Ta, W e Zr podemproporcionar resistência à corrosão otimizada em relaçãoaos agentes de oxidação como hipoclorito. Carbono oucarbonetos de Cr, Mn, Mo, Nb, Ta, e W podem proporcionarresistência à corrosão otimizada em relação aos fluoretos.Carbono ou carbonetos de Nb, Ta, e W podem proporcionarresistência à corrosão total em relação aos reagentes deoxidação como hipoclorito e agentes de corrosão comuns comocloro e fluoreto. De acordo com modalidades exemplaresespecíficas, a camada de reforço pode utilizar carbono e/ouum carboneto de Nb.

Para que a invenção possa ser mais facilmenteentendida são providos os seguintes exemplos. Os exemplossão ilustrativos e não limitam a invenção às características específicas descritas.

EXEMPLO 1

Discos de válvula de aço inoxidável limpos sãocolocados em uma câmara de deposição a vácuo incorporandoum catodo de evaporação por arco e um catodo de bombardeamento iônico. A fonte de arco é montada com meiode filtração para reduzir a incorporação de macropartícuiasno revestimento, conforme descrito, por exemplo, nasPatentes dos Estados Unidos 5 .480.527 e 5 . 840.163,incorporadas aqui mediante referência. Fontes de argônio enitrogênio são conectadas à câmara através de uma tubulaçãocom válvulas ajustáveis para controlar a taxa de fluxo decada gás para dentro da câmara. O catodo de bombardeamentoiônico é conectado à saída negativa de uma fonte de energiaCD. O lado positivo da fonte de energia é conectado à parede da câmara. O material de catodo é cromo. Os discosde válvula são dispostos na frente do catodo, e podem sergirados ou de outro modo movidos durante deposição paragarantir espessura de revestimento uniforme. Os discos sãoeletricamente isolados da câmara e são conectados atravésde sua prateleira de montagem à saida negativa de uma fontede energia de modo que uma voltagem de polarização pode seraplicada aos substratos durante o revestimento.

Antes da deposição a câmara a vácuo é evacuada atéuma pressão de 2,66 x 10e-3 Pa ou menos. Gás argônio éentão introduzido em uma taxa suficiente para manter umapressão de aproximadamente 3,33 Pa. Os discos de válvulasão então submetidos a uma limpeza por descarga de plasmaincandescente na qual uma voltagem de polarização negativade aproximadamente 500 volts é aplicada à prateleira ediscos de válvula. A duração da limpeza é deaproximadamente 5 minutos.

Uma camada de cromo tendo uma espessura deaproximadamente 20 nm é então depositada sobre os discos deválvula mediante bombardeamento iônico. Após a camada deadesão de cromo ser depositada, uma camada de reforço denitreto de cromo tendo uma espessura de aproximadamente 3micrômetros é depositada mediante bombardeamento iônicoreativo.

Após a camada de nitreto de cromo ser depositada, osdiscos de válvula são dispostos voltados para a fonte dearco, e uma camada de diamante amorfo superior tendo umaespessura de aproximadamente 300 nm é depositada medianteaplicação de um arco sobre o eletrodo de carbono e expondoos substratos ao plasma de carbono saindo da saida defonte. Uma polarização CD negativa de aproximadamente 500volts é inicialmente aplicada aos substratos para proverbombardeio de íons de elevada energia para limpeza desuperfície e aperfeiçoamento de ligação. Apósaproximadamente 5 minutos em alta voltagem de polarização,a voltagem de polarização é reduzida a aproximadamente 500volts para o restante do processo de deposição. Uma pressãode argônio de aproximadamente 6,66 x 10e-2 é mantida nacâmara durante a deposição. Voltagens de polarização CA oupulsadas podem ser empregadas alternativamente, e umargônio superior ou inferior também pode ser mantido paraestabilizar a operação da fonte de arco e otimizar aspropriedades de revestimento.

Descobriu-se mediante experimento que os discos deválvula feitos de aço inoxidável e revestidos de acordo com o exemplo acima foram capazes de resistir a mais do que15.000 ciclos de teste em água circulante transportandoareia de si li ca de 2 0 micrômetros, enquanto que os discosde válvula de alumina não-revestidos, padrão falharam sobas mesmas condições em menos do que 2.500 ciclos.

EXEMPLO 2

Discos de válvula de zircônio, limpos são colocadosem um forno a ar, aquecido até uma temperatura de 56 0° C,mantidos nessa temperatura por aproximadamente 6 horas, eesfriados. Uma camada de reforço de oxido de zircônio éassim formada na superfície do substrato, tendo umaespessura de 5-10 micrômetros. Os discos são entãocolocados em uma câmara de deposição a vácuo incorporandoum catodo de evaporação por arco, filtrado e um catodo debombardeamento iônico. Uma camada de adesão de cromo tendo uma espessura de aproximadamente 2 0 nm é depositada sobreos discos de válvula mediante bombardeamento iônico comodescrito no Exemplo 1. Após a camada de adesão de cromo serdepôsitada, uma camada de diamante amorfo é depôsitada,conforme descrito no Exemplo 1.

Os discos de válvula feitos de zircônio e tratadosconforme descritos para formar uma estrutura de múltiplascamadas em suas superfícies foram testados em termos deresistência à arranhadura, utilizando um aparelho de testede arranhadura com carga variável. As profundidades dosarranhões gerados nos discos de Zr tratados através de umaponta de instrumento pontudo tendo um raio de 100micrômetros sob uma carga de 3 Newtons foram deaproximadamente 4,7 micrômetros de profundidade, emboraaquelas nos discos de Zr não-tratados foram deaproximadamente 9,5 micrômetros, ou mais do que o dobro emprofundidade. A performance do teste de arranhaduraacredita-se ser um meio de predição relevante deresistência à abrasão e arranhadura nas aplicações decampo.

EXEMPLO 3

Discos de válvula de vidro moldado, limpos sãocolocados em uma câmara de deposição a vácuo incorporandouma fonte de ablação a laser, uma fonte PECVD, e um catodode bombardeamento iônico. Os discos de válvula sãosubmetidos a uma limpeza mediante descarga de plasma de RF(radiofreqüência) mediante meio conhecido. Uma camada deadesão de titânio tendo uma espessura de aproximadamente 20nm é então depositada sobre os discos de válvula mediantebombardeamento iônico. Uma camada de reforço de DLC tendoespessura de aproximadamente 3 micrômetros é entãodepositada em cima da camada de adesão mediante PECVDutilizando parâmetros de deposição, conhecidos. A camada dediamante amorfo tendo espessura de aproximadamente 300 nm éentão depositada em cima da camada de DLC mediante ablaçãoa laser utilizando parâmetros típicos de deposição.

EXEMPLO 4

Discos de válvula de aço inoxidável, limpos foramcolocados em uma câmara de vácuo contendo fonte deevaporação por arco filtrado e um catodo de bombardeamento iônico. A câmara é evacuada, gás nitrogênio é introduzido,uma descarga de plasma é estabelecida entre os discos e asparedes da câmara, e a superfície do disco é tratada comnitreto-plasma de acordo com parâmetros conhecidos. Onitrogênio se difunde para dentro dos substratos de açoinoxidável para formar uma camada de superfície mais durado que o substrato total, e o processo é continuado por umperíodo de tempo suficiente para que a profundidade dacamada atinja aproximadamente 2 micrômetros. Umasupertreliça consistindo em múltiplas camadas alternadas de nitreto de carbono e nitreto de zinco é então depositadasobre a superfície de aço inoxidável tratada com nitretomediante evaporação por arco filtrado e bombardeamentoiônico, respectivamente. As camadas individuais alternadassão de aproximadamente 10 nm de espessura, e aproximadamente 100 camadas de cada material sãodepositadas para uma espessura de supertreliça total deaproximadamente 2 micrômetros. A proporção de nitrogêniopara carbono nas camadas de nitreto de carbonopreferivelmente é de aproximadamente 1,3, uma vez que as supertreliças de nitreto de carbono + nitreto de zircôniotendo essa proporção de N: C mostrou ter principalmentecarbono ligado-sp3 e dureza na faixa de 50 gigapascals.Nitreto de carbono como aqui usado se refere a um materialtendo uma proporção de N:C entre aproximadamente 0,1 e 1,5.

Muitas camadas finas podem ser depositadas mediantemontagem do substrato em um cilindro giratório de tal modoque os substratos passam primeiramente na frente de umafonte de deposição e então na outra, de tal modo que um parde camadas é depositado durante cada giro do cilindro. Aespessura da camada de reforço total é de aproximadamente 4micrômetros incluindo a camada de aço inoxidável tratadacom plasma-nitreto. Uma camada de diamante amorfo tendo aespessura de aproximadamente 200 nm é então depositada notopo da camada de supertreliça mediante evaporação por arcofiltrado conforme descrito no Exemplo 1.

Aqueles analisando a presente revelação considerarãoque várias combinações podem ser possíveis dentro do escopoda presente invenção. Por exemplo, de acordo com umamodalidade exemplar, uma chapa de válvula, que é formada dealumina ou de outro material adequado, pode ser revestidacom uma primeira camada de cromo, e com uma segunda camadade nit reto de cromo, após o que uma camada de diamanteamor f o pode ser aplicada sobre ela. De acordo com outramodalidade exemplar, uma chapa de válvula que é formada dealumina ou outro material adequado pode ter uma primeiracamada de tântalo provida sobre a mesma, após o que umacamada de carboneto de tântalo ou carbo-nitreto de tântalopode ser provida antes a aplicação de uma camada dediamante amorfo. De acordo ainda com outra modalidadeexemplar, uma chapa de válvula que é formada de alumina ououtro material adequado pode ter uma primeira camada denióbio provida na mesma, após o que pode ser provida umacamada de nitreto de nióbio, carboneto de nióbio ou carbo-nitreto de nióbio antes de se aplicar uma camada dediamante amorfo.

A construção e o arranjodos elementos mostrados nasmodalidades preferidas e em outras modalidades exemplaressão apenas ilustrativos. Embora apenas umas poucasmodalidades tenham sido descritas em detalhe nessarevelação, aqueles versados na técnica que analisarem essarevelação prontamente considerarão que muitas modificaçõessão possíveis (por exemplo, variações em tamanhos,dimensões, estruturas, formatos e proporções dos várioselementos, valores de parâmetros, uso de materiais, etc.)sem materialmente se afastar dos ensinamentos novéis evantagens da matéria em estudo aqui apresentada. Porexemplo, uma torneira pode incluir um revestimento dediamante amorfo em apenas um ou em ambos os discosincluídos no conjunto. A ordem ou seqüência de qualquerprocesso ou etapas de método pode ser variada ou re-sequenciada de acordo com modalidades alternativas. Outrassubstituições, modificações, alterações e omissões podemser feitas no modelo, condições de operação e arranjodasmodalidades preferidas e outras modalidades exemplares semse afastar do escopo da presente invenção.

Claims

1. Chapa de válvula para uma torneira caracterizadapor compreender:um substrato (18) compreendendo um material de base;uma camada de re forço (23) provida ac ima dosubstrato, a camada de reforço (23) compreendendo ao menosum entre tântalo e nióbio; euma camada (30) de material de diamante amorfo,provida acima da camada de reforço (23), o material dediamante amorfo tendo um coeficiente de fricção que éinferior àquele do carbono semelhante ao diamante e tem umadureza que é superior àquela do carbono semelhante aodiamante.

2. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que a camada de reforço (23)compreende ao menos um de nitreto de tântalo e nitreto denióbio.

3. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que a camada de reforço (23)compreende ao menos um de carboneto de tântalo e carbo-nitreto de tântalo.

4. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que a camada de reforço (23)compreende ao menos um de carboneto de nióbio e carbo- nitreto de nióbio.

5. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que a camada de reforço (23)tem uma dureza que é superior à dureza do material de base.

6. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação- 1, caracterizada pelo fato de que a camada de material dediamante amorfo tem ligação sp3 de ao menos aproximadamente 40%, uma dureza de ao menos aproximadamente 45 GPa, e ummódulo de elasticidade superior a aproximadamente 400 GPa.

7. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material de basecompreende um material selecionado do grupo consistindo emaço inoxidável, alumínio, latão, titânio, zircônio, umvidro, um cermet, um material contendo vidro, um materialpolimérico, e um material composto.

8. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material de diamanteamorfo consiste essencialmente em carbono.

9. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material de diamanteamorfo tem uma espessura inferior a aproximadamente 10micrômetros.

10. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender ainda uma camada (21) dematerial promotor de adesão provido entre a camada dereforço (23) e a camada (30) do material de diamante amorfoque compreende ao menos um material selecionado do grupoconsistindo em cromo, titânio, tungstênio, e silício.

11. Chapa de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a chapa de válvula éprovida na forma de um disco.

12. Torneira caracterizada por compreender ao menosuma chapa de válvula de qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13.

13. Torneira, de acordo com a reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que a torneira compreende umaprimeira chapa de válvula em contato com uma segunda chapade válvula, em que a primeira chapa de válvula e a segundachapa de válvula têm uma construção como mostrada emqualquer das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,-11, 12 ou 13.

14. Método de produzir uma chapa de válvula dequalquer das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,-11, 12 ou 13, o método caracterizado por compreender:depositar uma camada de reforço (23) sobre osubstrato (18) utilizando uma técnica de deposição a vapor;edepositar a camada (30) de material de diamanteamorfo sobre a camada de reforço (23) utilizando umprocesso de ablação a laser ou de evaporação por arcocatódico filtrado.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que a camada (30) de material dediamante amorfo é depositada utilizando um processo deevaporação por arco catódico filtrado.