[发明专利]具有便宜的金刚石覆层的低摩擦密封环

说明书

技术领域

本发明涉及一种低摩擦密封环，其包括作为滑动面的便宜的金刚石覆层。此外，本发明涉及一种机械密封组件，其包括至少一个根据本发明的密封环。

背景技术

从现有技术可知采用不同构造的具有金刚石覆层的密封环。由于具有金刚石覆层，上述密封环具有极其耐磨的表面以及优良的干运转（dry-running）特性。除了一方面极高的生产成本之外，这种金刚石覆层的密封环的如下缺点也是个问题：由于密封环的金刚石层和基体之间的不良的结合，存在金刚石层脱离而导致密封环相应的损伤的可能。为了解决上述问题，DE202007016868.3U1已经提出了一种包括由两种成分材料组成的基体的密封环，其中金刚石材料被引入基体中。尽管这样在基体和金刚石层之间产生了改进的结合，但是由于金刚石作为附加材料被引入到基体中，所以这种密封环在生产方面甚至更昂贵。此外，DE202006006425U1公开了一种密封环，在该密封环中，付出对应的努力，在基体和金刚石层之间对基体施加额外的衬底层。此外，金刚石覆层的密封环具有如下问题：金刚石层可能完全地从部分基体脱离。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种在滑动面上设置金刚石覆层的密封环，该密封环容易以低成本制造，即使在极限应力下还提供基体和金刚石覆层之间的可靠结合。

利用包括权利要求1的特征的密封环来实现该目的。从属权利要求示出了本发明优选的改进。

根据本发明具有权利要求1的特征的用于机械密封的密封环具有如下优点：该密封环包括在滑动面上的金刚石层，因而具有长使用寿命和特别优良的干运转特性。由于金刚石层仅具有小于或等于4μm的厚度并且在金刚石层和基体之间存在优良的结合，因此此处的金刚石层的生产的成本是非常划算的。尤其是能够在机械密封上避免现有技术中至今出现的、关于在高载荷（例如，高机械载荷）下金刚石层从基体（尤其是与部分基体一起）脱离的问题。根据本发明实现解决上述问题，原因在于，基体中没有任何裂缝（fissure）或者仅包括最大纵向延伸量小于或等于5μm的裂缝。根据本发明，已经发现，在基体表面上或者基体中没有裂缝或者仅存在非常小的裂缝时，能够在基体和金刚石层之间的每个位置处保证充分的结合。如果裂缝变得太大，将在裂缝的区域中存在如下缺陷：使得在这些部位中，尤其是在高载荷（例如，高机械载荷）下，金刚石层可能与部分基体脱离并且密封环最后可能会毁坏。根据本发明，小于/等于5μm的裂缝纵向延伸量被定义成：与裂缝的两点相交的直线段在与裂缝相交的每个可能的点处的交点之间的长度小于或等于5μm。根据本发明，对于5μm的裂缝长度的限制在此处适用于表面上的裂缝和基体本身中的裂缝，基体本身中的裂缝例如从上述表面开始，进入基体的内部。因此，根据本发明，在施加金刚石层的表面上和在基体本身中两者，基体都没有任何裂缝或者仅示出了具有最大纵向延伸量≤5μm的裂缝。例如，为了获得以上已经限定的、基体的表面上的裂缝尺寸，优选地执行表面的精加工，例如，研磨加工。因此，根据本发明可以提供具有小厚度的金刚石覆层的密封环，能够以低成本制造该密封环并且为密封环提供卓越的使用寿命和干运转特性。此处，优选地借助于CVD方法能够将金刚石层沉积在没有裂缝的基体上或者仅具有小裂缝的基体上。因为事实上所有类型的密封环都能够以低成本施加金刚石，所以能够提供一种经济上非常大的应用潜力。根据本发明的密封环具有非常低的摩擦系数并且在金刚石层和基体之间建立了稳定的结合。优选地，金刚石层的厚度小于4μm，优选地小于3μm，特别优选地小于2μm，并且金刚石层厚度特别优选地是大约1μm。此外，优选的裂缝的长度小于3μm并且特别优选地小于1μm，或者根本不存在裂缝。

进一步优选地，裂缝从表面开始且垂直于表面的深度小于或等于3μm。

进一步优选地，金刚石层的厚度至少为0.5μm。因此确保金刚石层提供抵抗密封环可能接触到的侵蚀性介质或者腐蚀介质足够的保护。

根据本发明进一步优选的构造，基体的表面没有孔或者优选地仅包括平均孔径小于/等于0.4mm的孔，更优选地小于/等于0.3mm，特别优选地小于/等于0.2mm。

进一步优选地，依据平均孔径的100倍为基数隔离孔。这意味着当平均孔径是0.4mm时，上述孔到相邻的孔的距离（从孔的各自的边缘开始）是至少40mm。根据本发明，由于孔一般不是圆形的，所以平均孔径意味着对应通过孔的两个外周点之间的直线的最大长度。