CN103511225A

CN103511225A - 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

Info

Publication number: CN103511225A
Application number: CN201310228291.5A
Authority: CN
Inventors: S·布拉曼达姆; D·R·西德尔; I·斯皮特斯伯格
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2014-01-15
Also published as: DE102013105199A1; GB2509192A; JP2014001453A; US20130337221A1; GB201310727D0

Abstract

在此披露了一种被适配成相对于一个表面（26）进行移动的经涂覆的构件（22）以及该经涂覆的构件（22）的制造方法，其中在该经涂覆的构件（22）与该表面（26）之间的间隙距离（40）存在于该经涂覆的构件（22）的临界区域（30）中。该经涂覆的构件（22）在该临界区域（30）中具有一个最终尺寸（36）。该基体（46）具有一个过小的基体区域（48），该过小的基体区域具有一个最小的尺寸减小深度（50），该最小的尺寸减小深度是等于该间隙距离（40）的约百分之七十五。该过小的基体区域（48）对应于该经涂覆的构件（22）的临界区域（30）。一个最终涂层方案（56）位于该过小的基体区域（48）上，其中该最终涂层方案（56）是对一个过大的涂层方案（60）进行精加工以形成该最终涂层方案（56）的结果，其中该经涂覆的构件（22）在该临界区域（22）中具有该最终尺寸（36）。

Description

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

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。

如在1999年CRC出版公司出版的、由Bharat Bhushan编辑的微米/纳米技术手册（Handbook of Micro/Nanotechnology）中讨论的，接触机械原理显示，当一个颗粒与一个表面相接触时，它能够引起表面下的失效，因为这种接触造成的最大剪切应力是在该表面下方。最大剪切应用可以延伸到的深度被称为“临界深度”。在弹性接触条件下，最大剪切应力可以延伸到等于该颗粒尺寸约十分之一的临界深度。因此，例如在硬质颗粒具有等于25微米的尺寸的情况下，该经涂覆的构件上的临界深度可以是约2.5微米。已经发现即使该临界深度保持在该涂层之内，相当可观的剪切应力也仍然存在于该临界深度以下。

临界深度以下的表面下剪切应力可以延伸到大于五倍临界深度的一个深度。表面下剪切应力可能损害涂层-基体的界面。这些表面下剪切应力还可能使该基体本身产生塑性变形。对于该涂层-基体界面的损害连同该基体的塑性变形可以导致该涂层的局部散裂，该局部散裂导致将该基体（例如，钢）暴露于腐蚀性环境中。基体暴露于腐蚀性环境中导致这些经涂覆的构件的过早且不可预测的失效。因此明显的是，高度希望的是提供一种相对于一个表面进行移动的经涂覆的构件，该经涂覆的构件具有一个足够厚度的涂层方案，使得这种表面下剪切应力不会延伸到该涂层-基体界面中或者延伸到该基体本身中。高度希望的是提供一种用于制造此种经涂覆的构件的方法。换言之，高度希望的是提供一种相对于一个表面进行移动的经涂覆的构件，该经涂覆的构件具有一个足够厚度的涂层，而使得这种表面下剪切应力延伸到仍位于该涂层之内的一个深度。高度希望的是提供一种用于制造此种经涂覆的构件的方法。

对于使用了足够厚度的涂层而使得这种表面下剪切应力延伸到仍位于该涂层之内的一个深度的一种经涂覆的构件而言，高度希望的是确保该涂层不会发生散裂，因为散裂可能使该基体暴露于侵蚀性和/或腐蚀性环境中。使用一种对不同涂覆材料的延展性和侵蚀/腐蚀-耐受性的特性进行优化的涂层方案（或者涂覆结构）将是一个优点。一种途径是使用多层的涂层构造，在该构造中，多个易延展的、耐腐蚀的金属夹层位于硬质陶瓷层之间。这样一种途径同时提供了延展性和对于介质像磨料浆料的不利作用（例如，侵蚀和/或腐蚀）的耐受性。因此，高度希望的是提供一种相对于一个表面进行移动的经涂覆的构件，该经涂覆的构件具有一种包括多层式涂层构造的涂层方案，在该多层式涂层构造中，多个易延展的、耐腐蚀的金属夹层位于硬质陶瓷层之间以便既提供延展性又提供耐侵蚀性和耐腐蚀性。高度希望的是提供一种用于制造此种经涂覆的构件的方法。

发明内容

本发明的一种形式是一种被适配成相对于一个表面进行移动的经涂覆的构件，其中该经涂覆的构件与该邻接表面之间的间隙距离在映射到该经涂覆的构件表面中时存在于该构件的被涂覆部分的一个临界区域之中。该构件的被涂覆部分具有位于该临界区域内的最终尺寸。该经涂覆的构件进一步具有一个基体，该基体具有一个具有最小的尺寸减小深度（undersizing depth）的、过小的基体区域，其中该最小的尺寸减小深度是等于该间隙距离的约75%。该过小的基体区域对应于该经涂覆的构件的临界区域。一个最终涂层方案位于该过小的基体区域上，其中该最终涂层方案是对一个过大的涂层方案进行处理或精加工以形成该最终涂层方案的结果，其中该经涂覆的构件在该临界区域中具有该最终尺寸。

本发明在其还另一种形式中是一种用于制造被适配成相对于一个表面进行移动的经涂覆的构件的方法，其中该经涂覆的构件与该表面之间的一个间隙距离存在于该经涂覆的构件的临界区域之中，并且其中该经涂覆的构件在该临界区域中具有一个最终尺寸。该方法包括以下步骤：提供一个具有过小的基体区域的基体，该过小的基体区域具有最小的尺寸减小深度；该过小的区域对应于该经涂覆的构件的临界区域，并且其中该最小的尺寸减小深度等于该间隙距离的约75%；将一个过大的涂层方案沉积在该过小的基体区域上；并且将该过大的涂层方案进行精加工以便形成一个最终涂层方案，其中该经涂覆的构件在该临界区域具有该最终尺寸。

附图说明

以下是对附图的简要说明，这些附图形成本专利申请的一部分：

图1是一个往复式泵的一部分的截面视图，示出了泵柱塞与密封件之间的关系，其中该泵柱塞是相对于该密封件的表面进行移动的一个部件；

图2是该柱塞（即，经涂覆的构件）和该密封件的简图，该密封件包括在操作中该柱塞相对于该密封件移动时的表面；

图3A是该柱塞基体的过小的基体区域的简图；

图3B是该基体的过小的基体区域的简图，该区域上带有该过大的涂覆层；

图3C是在已经对该过大的涂覆层进行处理而去除了一些涂覆材料之后该基体的过小的基体尺寸的简图，其中该经涂覆的构件的临界区域达到了最终尺寸；并且

图4是显示该经涂覆的构件的临界区域中尺寸关系的一个简图。

具体实施方式

参见这些附图，图1展示了总体上指定为20的一种往复式泵的一部分。往复式泵20总体上沿着该泵的这些管线具有一种结构，这披露在授予麦科洛（McCollough）等人的美国专利号6,212,997B1中，其中美国专利号6,212,997的全部内容通过引用结合在此。图1显示了一个经涂覆的柱塞22，该经涂覆的柱塞具有一个柱塞轴；以及一个密封件24，该密封件具有一个密封件表面26。经涂覆的柱塞22是被适配成相对于一个表面（即，该密封件表面26）进行移动的一个经涂覆的构件。经涂覆的柱塞22的相对于该密封件表面26进行移动的区域是该经涂覆的柱塞的临界区域30（参见图2），即，该经涂覆的构件的临界区域。应该存在着一种认识，即，经涂覆的构件22的临界区域的实际尺寸（参见图2中的括号30）可以根据经涂覆的构件22的性质及其相对于表面26的移动范围而改变。

在这个具体实施例中并且如图2中所示，经涂覆的柱塞22的冲程长度影响了临界区域30的尺寸。图2显示，密封件24的轴向长度32是小于经涂覆的构件22的临界区域的轴向长度31（参见括号30）。这是由于经涂覆的构件22以一种往复方式相对于密封件24进行移动。往复移动的范围是使得经涂覆的构件22的与密封件表面26相协作（或影响一个密封件）的这个部分具有用于限定临界区域30的一个轴向长度31。因此，经涂覆的构件22的该区域，即，临界区域30，将具有比密封件24更大的轴向长度，因为临界区域30的轴向长度31是大于密封件24的轴向长度32。

仍然参见图2，该经涂覆的构件（经涂覆的柱塞22）在临界区域30中具有一个最终尺寸36。在确立（即，映射）经涂覆的构件22与密封件24的相对空间位置时，在它们之间存在一个间隙距离40。换言之，在该经涂覆的构件22的临界区域30中该具有最终尺寸36的经涂覆的构件22与（密封件24的）表面26之间存在一个间隙距离40。图2中的图夸大了这些部件的相对尺寸以便关于这些部件与间隙距离40之间的关系进行展示。应该存在一种认识，即，间隙距离40的量值可以根据具体应用的性质而变化。间隙距离40的一个示例性范围可以是在约2微米与约250微米之间变化。间隙距离40的替代范围是：(1)在约5微米与约125微米之间；(2)在约10微米与约50微米之间；(3)以及在约20微米与约30微米之间。一个示例性的间隙距离40是等于约25微米。

参见图3A，经涂覆的柱塞22具有一个基体46，该基体具有一个尺寸减小的过小的基体区域（参见括号48）。过小的基体区域48对应于先前在图2中指出的经涂覆的构件22的临界区域30。换言之，该基体的这个形成经涂覆的构件22的临界区域30的部分就是这个过小的基体区域48。

该基体的材料可以根据具体的应用而变化。该基体可以是以下材料中的任何一种：使用浇铸、从杆或板机加工、或者粉末冶金技术制成的钢（包括低碳钢）、工具钢、不锈钢、或者超耐热合金。材料的具体种类可以是不锈钢，例如像CA6NM或300系列或400系列的不锈钢。该基体可以是一种钢材料，例如4140或4340等。还进一步地，该基体可以是一种

[美国西佛吉尼亚州亨廷顿市的亨廷顿合金公司（Huntington Alloys Corporation,Huntington,West Virginia，25705）的注册商标，如联邦商标注册号308,200所示]或者

[美国印第安纳州科科莫市的海恩斯国际公司（HaynesInternational Inc.,Kokomo,Indiana，46904）的注册商标，如联邦商标注册号269,898所示]材料或者类似的镍基合金。

参见图3C，该过小的基体区域48已经进行了等于最小的尺寸减小深度50的尺寸减小，以便实现该减少的尺寸52。最小的尺寸减小深度50是等于该间隙距离40的约百分之七十五（75%）。这意味着该过小的基体区域48的最小去除量是等于该间隙距离40的约百分之七十五（75%）。尺寸减小旨在表示该过小的基体区域48相对于经涂覆的构件22的最终尺寸36的尺寸。过小的基体区域48的位置对应于经涂覆的构件22的临界区域30。换言之，过小的基体区域48被减小了尺寸而使得减小后的尺寸52与两倍的最小减小深度50之和是等于最终尺寸36。作为其他替代方案，过小的基体区域48的尺寸减小范围可以等于间隙距离40的约百分之八十（80%）或者约百分之八十五（85%）或者约百分之九十（90%）或者约百分之九十五（95%）或者约百分之一百（100%）。存在着以下考虑，即，过小的基体区域48的尺寸减小范围根据具体应用可以超过间隙距离40的百分之一百（100%）。此外，最终涂层方案56的涂覆厚度可以是该浆料中颗粒的平均粒径的约百分之七十五（75%）。典型的平均粒径的范围是在约25微米与约200微米之间。

参见图3C，经涂覆的构件22在过小的基体区域48上具有一个最终涂层方案56。典型地，该最终涂层方案56的厚度是大于约20微米。最终涂层方案56是对一个过大的涂层方案60（参见图3B）进行处理以形成这个最终涂层方案56的结果，其中经涂覆的构件22在临界区域30中具有最终尺寸36。用于处理这个过大的涂层方案60以形成最终涂层方案56的技术包括金刚石抛光。用于处理这个过大的涂层方案60的其他适当技术包括磨削和硬车削。应该存在着一种认识，即，最终涂层方案56覆盖了经涂覆的构件22的、与侵蚀性和/或腐蚀性环境相接触的所有表面。

最终涂层方案56的组成和涂层构造可以根据该经涂覆的构件（例如，柱塞）为其一部分的具体应用而变化。在柱塞的情况下，该涂层方案可以是碳氮化钛硅、或者碳氮化钛铬硅、或者钨-碳化钨、或者一种金属氧化物、碳化物或氮化物的一个单层或者纳米复合材料。作为另外的示例性涂层方案，该涂层方案可以包括多个层，其中这些层可以是金属、陶瓷、或复合材料之一。示例性的金属是钛、铬、镍、锆、钨、或铪。示例性的陶瓷层是氮化钛、碳氮化钛、氮化钛铝、碳氮化钛铝硅、以及碳化钨。示例性的复合层包括：钨-碳化钨、碳氮化钛硅（纳米复合结构）、碳氮化硅、碳化钨-钴、碳化钨-镍、以及镍-金刚石。作为一种替代方案，以上涂层方案中的每一个可以在该基体上包括一个粘合涂覆层。该粘合涂覆层可以包括钛、镍、铬、或硅中的任一种。

用于沉积该涂层的一种适合的技术是等离子体增强的磁控溅射（PEMS）法。这种PEMS法被显示且描述在了授予韦（Wei）等人的标题为“耐侵蚀性涂层（EROSION RESISTANT COATINGS）”的美国专利申请公开号US2009/0214787A1中。此外，该PEMS法被显示且描述在了韦（Wei）等人在表面与涂层技术（Surface&CoatingsTechnology）2006年201期第4453-4459页的文章“沉积厚的氮化物和碳氮化物以用于砂石侵蚀保护（Deposition of thick nitrides andcarbonitrides for sand erosion protection）”中。此外，适合的涂覆方法被显示在了授予赫尔扎尔（Holzl）等人的美国专利号4,427,445以及授予莱克霍特金（Lakhotkin）等人的美国专利号6,800,383中。此外，该方法可以包括其他气相沉积方法，例如化学气相沉积（CVD）或者物理气相沉积（PVD），或者来自液体介质（像浆料或者化学溶液）的沉积方法。这些其他的沉积技术必须满足关于温度不会过度扭曲该基体的某些工艺要求。典型的沉积温度是不超过520°C，而另一个选择是不超过500°C。这些其他的沉积技术还必须满足为实现所希望的尺寸和性能特征的工具设计要求。

最终涂层方案56的其他有益物理特性是：使用洛氏压痕强度时大于100Kg的粘附力；耐磨损性，使用的是ASTM G65-04（2010）[“使用干砂/橡胶轮装置来测量磨蚀的标准测试方法（Standard TestMethod for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber WheelApparatus）”]，其中该耐磨性大于一个未涂覆的基体的10倍；耐腐蚀性，例如是耐酸、硫化物和盐水溶液的耐腐蚀性；耐侵蚀性，使用的是ASTM G76-07[“使用气体射流进行固体颗粒冲击来进行侵蚀测试的标准测试方法（Standard Test Method for Conducting ErosionTests by Solid Particle Impingement Using Gas Jets）”]，其中耐侵蚀性是一个未涂覆的钢基体或者胶结的碳化（钴）钨基体的耐侵蚀性的两倍；硬度，该涂层必须具有大于约1000HV的硬度；基体的硬度，在整个涂层施加过程中必须不减少4HRC以上；摩擦系数等于或小于0.4，是根据ASTM G99[STM G99-05（2010）“通过一个销-盘式装置进行磨损测试的标准测试方法（Standard Test Method for WearTesting with a Pin-on-Disk Apparatus）”]销-盘式磨损测试，针对1GPa应力下的矾土（氧化铝）球；以及一致性，其中没有可见的瑕疵、没有可见的剥落、或者没有可见的暴露表面，并且在该经涂覆的构件上存在颜色一致性。

参见图3A到图3C的系列图，这个系列示出了在制造被适配成相对于一个表面26进行移动的经涂覆的构件22的方法中的基础步骤，其中该经涂覆的构件22和表面26之间的间隙距离40存在于该经涂覆的构件22的一个临界区域30中，并且其中经涂覆的构件22在临界区域30中具有一个最终尺寸36。这种方法包括以下步骤。

第一步骤是提供一个基体。如上文中提及的，该基体可以是上文中列出的这些材料中的任何一种。

下一个步骤是将基体46的尺寸减小一个最小的尺寸减小深度50以形成一个过小的基体区域48。最小的尺寸减小深度沿着该过小的基体区域48的轴向长度是一致的。该过小的基体区域48对应于该经涂覆的构件22的临界区域30。最小的尺寸减小深度50是等于该间隙距离的约百分之七十五（75%）。作为其他替代方案，该过小的基体区域48的尺寸减小范围可以等于间隙距离40的约百分之八十（80%）或百分之八十五（85%）、或者百分之九十（90%）或百分之九十五（95%）或者百分之一百（100%）。存在着以下考虑，即，过小的基体区域48的尺寸减小范围根据具体应用可以超过间隙距离40的百分之一百（100%）。

作为以上讨论的前两个步骤的替代方案，即，提供该基体和将基体进行尺寸减小，该方法可以提供一个带有过小的基体区域的基体，该过小的基体区域具有最小的尺寸减小深度。

下一个步骤是将一个过大的涂层方案60沉积在该过小的基体区域48上。过大的涂层方案60具有一个过大的尺寸61（参见图3B）。该过大的涂层方案60可以包括多个层，其中这些层可以是金属、陶瓷、或复合材料之一。示例性的金属是钛、铬、镍、锆、钨、或铪。示例性的陶瓷层是氮化钛、碳氮化钛、氮化钛铝、碳氮化钛铝硅、以及碳化钨。示例性的复合层包括：钨-碳化钨、碳氮化钛硅（纳米复合结构）、碳氮化硅、碳化钨-钴、碳化钨-镍、以及镍-金刚石。典型的是，具有过大涂层方案60的该经涂覆的构件与具有最终涂层方案56的经涂覆的构件22相比其尺寸过大了一个小的量，例如像几微米。换言之，该过大的尺寸61与最终尺寸36之间的差值是在两倍于几微米的量级上。尺寸过大了这样一个小的量将该经涂覆的构件为达到最终尺寸所必须的磨削、抛光等等的程度减到最小。有益的是将为达到最终尺寸而进行的磨削、抛光等的程度减到最小。

用于施加涂层的具体工艺已在上文中列出了并且包括：在授予韦（Wei）等人的美国专利申请公开号US2009/0214787A1中示出且描述的PEMS法、在韦（Wei）等人在表面与涂层技术（Surface&CoatingsTechnology）2006年201期第4453-4459页的文章“沉积厚的氮化物和碳氮化物以用于砂石侵蚀保护（Deposition of thick nitrides andcarbonitrides for sand erosion protection）”中描述的PEMS法、在美国专利号4,427,445和美国专利号6,800,383中示出的涂覆方法。

最后的步骤是对该过大的涂层方案60进行处理以形成一个最终涂层方案56，其中经涂覆的构件22在临界区域30中具有最终尺寸36。对于此步骤，一种适合的技术是金刚石抛光。一种涂覆后处理（像金刚石抛光）可以减少该涂层中的残余拉伸应力。典型地，这样一种减少有益于涂层的特性。金刚石抛光还可以使经涂覆的构件22满足尺寸公差规范和表面光洁度规范。经涂覆的构件22可以具备有益的机械和摩擦特性、以及沿着该部件的尺寸公差，显示出厚度上可接受的一致性。其他适当的技术包括金刚石磨削、电抛光、或者磨削。典型的是该处理步骤产生的最终涂层方案56显示出与该过大的涂层方案60中的相比减少了的残余拉伸应力。

作为以上涂覆方法完成之后的一个选择，该经涂覆的构件可以经受一个能量递送系统，该能量递送系统用足够的力来冲击该涂层表面以便至该涂覆层中的一个深度产生一个压缩应力区，由此提供防止裂纹扩展的手段。示例性的能量递送系统包括喷丸处理或者型锻。

针对基准材料测试了一个实例（样品A），该基准材料是一种未涂覆的AISI等级的420C不锈钢。样品A包括一个基体，该基体具有一个沉积在其上的涂层方案。该涂层方案包括一个基体和一个通过化学气相沉积（CVD）施加到该基体上的WC/W涂覆层，因而它是一个基于CVD的涂层。该WC/W涂层具有等于约50微米的厚度。对于样品A，该基体是钢，并且该低温CVD技术包括以下基础步骤：将几微米的镍金属施加到该铁基基体上、在真空中将该部件加热到约500°C-520°C、使经加热的气态反应产物流经该部件上、然后在一种惰性气氛中冷却到室温。

测试了样品A对于酸的耐受性，是通过在一个标准化学浸没测试中将该样品浸入HCl、H₂SO₄、以及HF中，其中反应性是通过重量变化和视觉外观来测量的。使用ASTM G99-05（2010）[“通过销-盘式装置进行磨损测试的标准测试方法（Standard Test Method for WearTesting with a Pin-on-Disk Apparatus）”]测试方法以约1GPa的应力使用氧化铝球来测量摩擦系数。该涂层抵抗分层作用并且显示出低的摩擦。使用ASTM G65-04（2010）[“使用干砂/橡胶轮装置来测量磨蚀的标准测试方法（Standard Test Method for Measuring AbrasionUsing the Dry Sand/Rubber Wheel Apparatus）”]测试方法测定了耐磨损性。结果在下表1中列出。

表1：未涂覆的钢和样品A涂层（WC/W）的测试结果

基于上表1中的这些结果，样品A上的涂层显示出了低温沉积、低摩擦、与良好耐磨损性的良好组合。更确切地说，样品A上的涂层的耐酸性与该未涂覆的物品相比更佳，因为“良好的”等级比“可接受的”等级更佳。摩擦系数显示样品A上的涂层比该未涂覆的物品相比摩擦更小。最后，样品A上的涂层的耐磨损性与该未涂覆的物品相比好得多，即，好十到四十倍。

很显然，本发明提供了用于相对于一个表面进行移动的改进型的经涂覆的构件、以及一种用于制造该经涂覆的构件的方法，其中该涂层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。

很显然，本发明提供了用于相对于一个表面进行移动的改进型的经涂覆的构件、以及一种用于制造该经涂覆的构件的方法，其中为满足尺寸要求所必须的昂贵的磨削工序被减少，如果没有消除的话。

很显然，本发明提供了用于相对于一个表面进行移动的改进型的经涂覆的构件、以及一种用于制造该经涂覆的构件的方法，其中该涂覆的构件提供了侵蚀和腐蚀耐受性，甚至在小的硬质颗粒被陷入该经涂覆的构件与它相对移动的表面之间的时候。

很显然，本发明提供了用于相对于一个表面进行移动的改进型的经涂覆的构件、以及一种用于制造该经涂覆的构件的方法，其中该涂层具有足够的厚度以使得表面下的剪切应力不会延伸到该涂层-基体界面中或者该基体本身中。此外，很显然本发明提供了用于相对于一个表面进行移动的改进型的经涂覆的构件、以及一种用于制造该经涂覆的构件的方法，其中该涂层具有足够的厚度以使得表面下的剪切应力延伸到仍位于该涂层中的这样一个深度。

很显然，本发明提供了用于相对于一个表面进行移动的改进型的经涂覆的构件、以及一种用于制造该经涂覆的构件的方法，其中该涂层方案包括一个多层式涂层构造，在该多层式涂层构造中多个易延展的、耐腐蚀的多个金属夹层位于多个硬质陶瓷层之间以便既提供延展性又提供过耐侵蚀性和耐腐蚀性。

在此指明的这些专利以及其他文件通过引用结合在此。通过考虑本说明书或通过实施在此披露的发明，本发明的其他实施方式对于本领域技术人员将是清楚的。本说明书和这些实例旨在仅是说明性的而无意限制本发明的范围。本发明的真实范围和精神是由以下的权利要求表明的。

Claims

1.一种被适配成相对于一个表面（26）进行移动的经涂覆的构件（22），其中在该经涂覆的构件（22）与该表面（26）之间的间隙距离（40）存在于该经涂覆的构件（22）的一个临界区域（30）中，该经涂覆的构件（22）包括：

该经涂覆的构件（22），该经涂覆的构件在该临界区域（30）中具有一个最终尺寸（36）；

一个具有过小的基体区域（48）的基体（46），该过小的基体区域具有最小的尺寸减小深度（50），其中该最小的尺寸减小深度（50）是等于该间隙距离（40）的约75%，并且该过小的基体区域（48）对应于该经涂覆的构件（22）的临界区域（30）；以及

在该过小的基体区域（48）上的一个最终涂层方案（56），其中该最终涂层方案（56）是对一个过大的涂层方案（60）进行处理以形成该最终涂层方案（56）的结果，其中该经涂覆的构件（22）在该临界区域（30）中具有该最终尺寸（36）。

2.根据权利要求1所述的经涂覆的构件（22），其中，该涂层（56）至少是如平均粒径的0.75一样厚，其中该平均粒径的范围是在约25微米与约200微米之间。

3.根据权利要求1所述的经涂覆的构件（22），其中，该基体（46）包括以下各项之一：使用浇铸、从杆或板进行机加工、或者粉末冶金技术而得到的钢、工具钢、不锈钢、铸铁、或者超耐热合金。

4.根据权利要求1所述的经涂覆的构件（22），其中，该经涂覆的构件（22）是具有一个泵柱塞（22）的一个轴。

5.根据权利要求1所述的经涂覆的构件（22），其中，该经涂覆的构件（22）是用于处理侵蚀性和/或腐蚀性浆料的一个叶轮。

6.根据权利要求1所述的经涂覆的构件（22），其中，该涂层（56）覆盖了的该经涂覆的构件（22）的、与侵蚀性和/或腐蚀性环境相接触的所有表面。

7.根据权利要求1所述的经涂覆的构件（22），其中，该涂层（56）的厚度是大于20微米。

8.根据权利要求1所述的经涂覆的构件（22），其中，该最小的尺寸减小深度（50）是等于以下各项之一：该间隙距离（40）的约80%；该间隙距离（40）的约85%；该间隙距离（40）的约90%；该间隙距离（40）的约95%；该间隙距离（40）的约100%；或者大于该间隙距离（40）的约100%。

9.根据权利要求1所述的经涂覆的构件（22），其中，该间隙距离（40）的范围是在约2微米与约250微米之间。

10.根据权利要求1所述的经涂覆的构件（22），其中，该间隙距离（40）的范围是在约10微米与约50微米之间。

11.一种用于制造被适配成相对于一个表面（26）进行移动的经涂覆的构件（22）的方法，其中，该经涂覆的构件（22）与该表面（26）之间的间隙距离（40）存在于该经涂覆的构件（22）的临界区域（30）中，并且其中该经涂覆的构件（22）在该临界区域（30）中具有一个最终尺寸（36），该方法包括以下步骤：

提供一个具有过小的基体区域（48）的基体（46），该过小的基体区域具有一个最小的尺寸减小深度（50），该过小的区域（48）对应于该经涂覆的构件（22）的临界区域（30），并且其中该最小的尺寸减小深度（50）等于该间隙距离（40）的约75%；

将一个过大的涂层方案（60）沉积在该过小的基体区域（48）上；并且

将该过大的涂层方案（60）进行精加工以便形成一个最终涂层方案（56），其中经涂覆的构件（22）在该临界区域（30）中具有该最终尺寸（36）。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，该最小的尺寸减小深度（50）是等于以下各项之一：该间隙距离（40）的约80%；该间隙距离（40）的约85%；该间隙距离（40）的约90%；该间隙距离（40）的约95%；该间隙距离（40）的约100%；或者大于该间隙距离（40）的约100%。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，该最小的尺寸减小深度（50）是沿着该过小的基体区域（48）的轴向长度是一致的。

14.根据权利要求11所述的方法，对该过大的涂层方案（60）进行处理提供了一个最终涂层方案（56），该最终涂层方案展现出减少的残余拉伸应力。

15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：用一个能量递送系统来处理该最终涂层方案（56），该能量递送系统用足够的力冲击该涂层表面以便至该涂覆层（56）的一个深度来产生一个压缩应力区域，由此提供裂纹预防。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，该间隙距离（40）的范围是在约2微米与约250微米之间。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，该间隙距离（40）的范围是在约10微米与约50微米之间。