[发明专利]激光熔覆的机械面密封件

说明书

技术领域

本发明大体上涉及采用激光熔覆工艺形成的机械部件领域，更具体地涉及采用激光熔覆工艺形成的机械密封件。

背景技术

在具有旋转轴的设备和机械中，密封件通常用于保持润滑剂，同时去除旋转轴的轴承表面上的杂质。特别地，金属或机械面密封件用于重型旋转应用中，比如轴、变速箱、履带式车辆、输送机系统等，其中部件暴露于恶劣、磨损和腐蚀环境中，导致轴密封件可能快速磨损。机械面密封件通常包括两个相同的、彼此面对面安装在两个单独的壳体或保持器内的金属密封环。这两个金属环中的一个通常在其相应的保持器内保持静止，而这两个金属环中的另一个通常随其相对面而旋转。

由于这些部件的工作环境条件的操作要求和宽广范围，机械面密封件的金属接触表面可能由于摩擦接触、应力、极端温度以及其它因素而遭受加速磨损和裂开。因此，机械面密封件可以由更加耐用且特殊的材料制成。然而，这些材料昂贵且难以形成。

标题为“用于对机械面密封件涂覆耐磨涂层的方法”的美国第2011/0285091号专利申请(第091号申请)旨在解决降低成本、同时保持期望的耐腐蚀和耐磨损性的问题。然而，相关领域中的涂覆工艺存在严重的粘结失效问题。因此，需要改进的工艺来形成机械部件，比如面密封件。

发明内容

一方面，本发明描述了一种用于制造尺寸上严格控制的机械面密封件的方法。该方法可以包括形成铸造或锻造的基材部分。基材部分可以具有内径、外径、以及在内径和外径之间延伸的平坦表面。该方法可以包括将涂层材料供应到平坦表面的顶层。该方法可以包括使激光至少暴露于平坦表面，暴露可以包括跟踪平坦表面的顶层，以使基材部分的顶表面和涂层材料熔化在一起，从而形成冶金结合。

另一方面，本发明描述了一种用于制造尺寸上严格控制的机械面密封件的方法，包括形成铸造或锻造的基材部分。基材部分可以具有内径、外径、以及在内径和外径之间延伸的平坦表面。该方法可以包括使激光暴露于平坦表面的至少一部分，以对基材部分进行预加热。该方法可以包括将涂层材料供应到预加热过的平坦表面上。该方法可以进一步包括使激光暴露于预加热过的平坦表面的至少一部分，以使基材部分的顶表面和涂层材料熔化在一起，从而形成冶金结合。

又一方面，本发明描述了一种用于制造尺寸上严格控制的机械面密封件的方法，包括形成由SAE 52100合金钢、SAE 1020合金钢、SAE 1040合金钢、球墨铸铁或灰口铸铁制成的铸造或锻造的基材部分。基材部分可以具有内径、外径、以及在内径和外径之间延伸的平坦表面。该方法可以包括使激光暴露于平坦表面的至少一部分，以对基材部分进行预加热。该方法可以包括将涂层材料(包含铁基合金、镍基合金、钴基合金)供应到预加热过的平坦表面上，并使激光进一步暴露于预加热过的平坦表面的至少一部分，以使基材部分的顶表面和涂层材料熔化在一起，从而形成冶金结合。该供应和进一步暴露可以通过使涂层材料和基材部分的材料熔化在一起而形成中间层，并可以在中间层上方形成涂层材料的熔覆层。铁基合金可以由0.78％到1.05％的碳、0.15％到0.40％的锰、0.20％到0.45％的硅、2.0％到4.5％的铬、4.5％到5.5％的钼、5.5％到6.75％的钨、1.75％到2.20％的钒、多达0.3％的镍、多达0.25％的铜、多达0.03％的磷、多达0.03％的硫、以及余量的铁组成。镍基合金可以由16-17％的铬、3.3％的硼、3.8％的硅、0.8％到1.0％的碳、以及余量的镍组成。钴基合金可以由26.5％到33％的铬、0.8％到2.7％的碳、3.5％到20％的钨、0.8％到1.2％的硅、多达3％的铁、多达1.5％的钼、多达1％的锰、以及余量的钴组成。

附图说明

通过结合附图的以下具体实施方式，将更加充分地理解本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件。

图1是可以采用所公开的机械面密封件的一种示例性机械的透视图，该机械被示出为靠近全尺寸的运动型多用途车辆。

图2是图1的示例性机械中所用的变速箱的剖面透视图。

图3是图2的变速箱的第一密封组件的截面图。

图4是图2的变速箱的第二密封组件的截面图。

图5是根据本发明的一个方面的用于对基材部分进行激光熔覆从而形成激光熔覆的机械面密封件的步骤流程图。

图6是根据本发明的一个方面而形成的一个示例性基材部分的局部剖面图。

图7是根据本发明的一个方面而使激光暴露于基材部分的平坦表面、并将涂层材料供应到平坦表面之后的图6的示例性基材部分的局部截面图。