[发明专利]相对于表面进行移动的经涂覆的构件及该经涂覆的构件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相对于一个表面进行移动的经涂覆的构件及一种用于制造该经涂覆的构件的方法。更确切地说，本发明涉及一种相对于一个表面进行移动的经涂覆的构件及一种用于制造该经涂覆的构件的方法，其中该涂层方案在要求该经涂覆的构件与该表面之间的紧密公差的环境中提供了对抗侵蚀和/或腐蚀的耐受性。通过提供这样一种涂层方案，该经涂覆的构件的有效寿命和性能将会有所改进，并且该经涂覆的构件的过早失效且不可预知的失效将减少。这些改进增加了该经涂覆的构件的整体价值。

背景技术

在不同的线性滑动应用中使用的某些部件，例如像往复式泵中的柱塞、以及在旋转应用中使用的某些部件，例如像用于在泵中产生压差的叶轮，会遭遇磨蚀性、侵蚀性和腐蚀性的颗粒、流体和浆料。人们可以认识到，过度的磨蚀、侵蚀、和/或腐蚀对于所涉及的物品（例如往复式泵以及离心泵）的性能是有害的。这些线性滑动和转动应用中的许多所共有的一种条件是要求相对比彼此进行移动的部件之间的紧密公差。例如，紧密公差对于在滑动的配合部件（例如往复式泵中的柱塞与其相邻的对应密封件或者离心泵中的叶轮与其相邻的壳体）之间维持足够的密封是必要的。尽管具体的幅值可以随着具体的应用而变化，但总体上，在直径等于至少6.5毫米并且表面光洁度要求等于约4与约16微英寸（0.1-0.4微米）之间的Ra的部件上，典型的紧密公差是紧密至±0.0005英寸（±12.7微米）。

因此，制造这样的具有紧密公差的经涂覆的部件的一种典型的方法是：将该部件进行尺寸减小（undersize）、将一个过大的涂层方案沉积到其上以便适应任何扭曲或非同心的状态、并且接着使用成熟的机械技术从该过大的涂层上去除材料直到该部件满足公差规范。由于该涂层的硬度和低的韧性，这种早期典型方法的一个缺点是需要使用昂贵的机加工技术来使该部件符合公差规范。由于这些昂贵的机加工技术，现行的实践试图将满足这些尺寸要求所必须的磨削程度最小化。

将磨削程度最小化的一种方式是将该部件的尺寸减小一个与公差要求可比的深度（例如，约10微米）并且然后沉积一个刚好是适当地足够厚的涂层（例如约7微米到约10微米）、并且然后磨削该过大的涂层来满足规范。美国专利号6,212,997B1披露了这种方法。由于磨削操作的公差和部件的同心性的组合作用，使用这种方法在这些部件上得到的涂层厚度的范围是在约3微米与约10微米之间。

在低摩擦应用中使用的、必须满足紧密的尺寸公差要求的典型部件包括不同的汽车应用，例如像轴承、齿轮等等。对于这些低摩擦-紧密公差的应用而言，带有厚度在约3微米与约10微米之间的涂层的部件是足够的，因为这种经涂覆的表面会经历相对均匀的磨损。然而，在一些应用（例如，处理磨料浆料）中这些部件不会经历相对均匀的磨损。对于在这样的非均匀磨损的应用中使用的部件（或零件），带有厚度等于约3微米与约10微米之间的涂层的部件最有可能经历过早的且不可预测的失效。对磨料浆料的处理中过早失效的检验揭示了这些过早失效的意外起因。

已知浆料包括携带在一种流体中的磨料硬质颗粒。这些硬质颗粒的尺寸从亚微米变化到接近约100微米的尺寸并且在一些情况下甚至更大。在正常的操作条件下，这些硬质颗粒流经该部件的表面上，由此引起侵蚀和/或腐蚀损害。该部件上的涂层的目的是为了抵抗由这些硬质颗粒的流动所引起的侵蚀和/或腐蚀性损害。此外，已知在操作过程中，一些硬质颗粒陷入在该部件（例如，柱塞或叶轮）与它对其具有相对移动的这个表面（例如，泵的密封件或壁）之间。因为该经涂覆的部件与它对其具有相对移动的这个表面之间的公差距离是很小的（例如，在约25微米的量级上），所以陷入的这些颗粒的尺寸也是很小的（例如，约25微米或更小）。由于它们的尺寸小，因此这些陷入的小硬质颗粒的负面影响对于大部分部件而言已经被忽略了。然而，这些陷入的小硬质颗粒似乎对该经涂覆的构件的使用寿命有着很大的负面影响，这种影响大于先前所认为的。