[发明专利]形成旋转部件

说明书

公开了一种形成旋转部件的方法。该方法包括(a)围绕轴线旋转心轴，(b)将金属进料输送到心轴的表面上，和(c)将表面处的颗粒暴露于高能量释放，使得颗粒熔化在一起形成金属表面层。该方法还包括通过随后将金属进料输送到形成的表面层上，重复步骤(a)至(c)，以形成从心轴径向到外周的具有所需尺寸和形状的旋转部件。还公开了通过该方法形成的旋转部件，和用于根据该方法形成旋转部件的设备。

技术领域

本发明涉及旋转设备构件和部件，以及它们的形成方法。本发明具体地，但非排他地，应用于泵的旋转部件。一种常见类型的旋转部件是叶轮，例如用于阀的叶轮和用于液体或浆料泵的叶轮。这些阀和泵用于能源领域和矿物加工。更具体地，本发明涉及一种形成这种旋转部件的方法，由此形成的旋转部件以及包括由此形成的旋转部件的泵和阀。本发明还涉及一种用于形成旋转部件的设备。

背景技术

用于矿物加工和能源领域的泵和阀门中的叶轮经受非常腐蚀性的条件。结果，叶轮通常由高耐磨的材料形成，例如铸铁，镍或钛合金。铸造过程包括在炉中制备一定量的熔融合金并将熔融合金浇注在适当形状的模具中。将铸造叶轮从模具中取出，并通过修整掉任何多余的铸造金属来完成表面处理。

由于由特定组合物的熔融合金铸造，叶轮将具有大体一致的组成。这意味着低磨损区域由具有与高磨损区域相同组成的合金形成。在合金组合物包含昂贵的合金元素添加剂的情况下这是有问题的，该合金元素添加剂，例如铌和镍，将被结合至不会受到高磨损的叶轮区域。在提供极少或没有功能优势的区域中添加昂贵的合金元素仅增加了叶轮的总成本。

鉴于叶轮的高磨损区域通常位于外周区域，一种选择是离心铸造叶轮。这依赖于在主体金属中具有固体、耐磨夹杂物，使得在主体金属凝固之前模具的旋转导致固体夹杂物集中在或接近铸件的外径向周边处。虽然这提供了具有高磨损区域的铸件，其中高磨损区域包括高磨损夹杂物的更高度集中，然而主体金属仍然需要相对耐磨，且因此，其仍然在某种程度上遭受与上述相同的问题。换句话说，改进耐磨性的可溶性合金元素仍将均匀地分散在整个铸件中，包括在低磨损区域。因此，通过该方法不能优化可溶于主体金属的合金元素的成本。结果是离心铸造更适合于更稀有和昂贵的不溶性合金夹杂物，例如铌。

发明内容

申请人认为，当前通过铸造制造的旋转部件(例如用于阀和泵的叶轮)可以替代地通过添加剂制造来形成。更具体地，申请人认为直接金属(和其他材料)沉积可用于形成具有不同设计特征的旋转部件，其改善部件性能和/或在部件的不同位置处具有不同的组成成分。

在一个方面中提供了一种在心轴上形成旋转部件的方法。该方法包括：

(a)绕轴线旋转心轴，

(b)将金属进料输送到心轴的表面，

(c)将在表面的进料暴露于高能量释放，使颗粒熔化在一起形成金属的表面层；和

(d)通过随后将金属进料输送到形成的表面层上而重复步骤(a)至(c)，以形成从心轴径向地到外周的具有所需尺寸和形状的旋转部件。

可以根据所形成的旋转部件的区域来选择金属进料的组成。因此，预期通过根据上述方面的方法用于形成旋转部件的昂贵合金元素的总量将小于铸造的旋转部件中包括的昂贵合金元素的总量，因为昂贵的合金元素被结合到旋转部件的选定目标区域中。这意味着旋转部件可以由进料制成，该进料与用于通过铸造形成相同旋转部件的进料的成本相比具有较低的总成本。

在一个实施方式中，步骤(b)由将材料进料输送到心轴表面上的步骤代替，其中该材料是非金属的。

在一个实施方式中，步骤(b)包括子步骤(b1)基于用于待形成旋转部件的部分的指定无量纲标准而从多个进料源中确定一金属进料源，(b2)选择所确定的金属进料源，和(b3)从所选择的金属进料源输送金属进料至心轴的表面。