CN106715754A - 激光熔覆的机械面密封件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于制造机械面密封件的方法，该方法包括获得具有内径、外径和平坦表面(440)的铸造或锻造基材部分(400)的步骤。该方法可以包括将平坦表面(440)暴露于激光(1000)的暴露步骤(330)。该方法可以进一步包括将涂层材料(1150)供应到平坦表面(440)上的激光(1000)之处或附近的位置处的供应步骤，以使涂层材料(1150)与基材部分(400)形成冶金结合。
Description
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。
图8是图7的基材部分的局部截面图，示出了在表面处理过程中可能被去除的涂层表面的一部分。
图9是图7的基材部分的局部截面图，示出了在表面处理过程中可能被去除的内径侧和外径侧。
具体实施方式
现在参照附图，图1示出了可以采用机械面密封件以提供流体密封的相关领域中的一种示例性机械10。机械10可以是采矿卡车的形式，并被示出为靠近全尺寸的运动型多用途车辆12，以显示这两种机械的尺寸和比例。机械10通常用于运输数百吨的有效载荷，并在极端环境条件下工作。上述环境和载荷要求超出了其它领域中施加到机械的典型要求，因此必须设计和制造出承受极端条件和要求的部件。
机械10可以由内燃机(未示出)或其它合适的动力设备驱动。发动机或合适的动力设备可以被启动，以提供原动力，从而可旋转地驱动机械10的轮毂11和相关联的轮胎13。如图2中所示，相关领域中的车轮齿轮单元14可以插置在机械10的发动机和轮毂11之间，以提供适量的输出扭矩和速度。车轮齿轮单元14包括可以用于安装轮毂11的凸缘17。
应该注意，图1中所示的机械10和参照的密封件仅仅为了简明起见。本发明可以与任何类型的机械以及可能在极端环境条件下工作的这种机械内的任何类型的机械部件结合使用。
参照图2，车轮齿轮单元14可以包括第一机械面密封组件100和第二机械面密封组件200。第一机械面密封组件100和第二机械面密封组件200为车轮齿轮单元14的部件提供流体密封。机械面密封组件100、200处的泄漏或故障可能对车轮齿轮单元14的内部部件有害，并可能导致加速磨损、机械故障、以及机械清洁、维修或维护所需的停工时间。
转到图3，第一机械面密封组件100可以包括固定保持装置102、旋转保持装置104、旋转密封环110、以及静止密封环112。O形环108可以被布置在固定保持装置102和静止密封环112之间，以及在旋转保持装置104和旋转密封环110之间。固定保持装置102和旋转保持装置104的每一个均可以包括倾斜表面，以压缩它们各自的O形环108。响应于压缩力，O形环108可以压迫旋转密封环110和静止密封环112彼此抵靠，使得旋转密封环110将摩擦扭矩施加到静止密封环112上，从而在界面106处形成流体密封。尽管图3和4中示出了一种Duo-ConeTM机械面密封件，但以下将进一步详细描述的本发明的激光熔覆工艺可以用于任何合适的机械面密封件，包括但不限于重型双面密封件。
转到图4，第二机械面密封组件200可以包括固定保持装置202、旋转保持装置204、静止密封环210以及旋转密封环212。O形环208可以被布置在固定保持装置202和静止密封环210之间，以及在旋转保持装置204和旋转密封环212之间。固定保持装置202和旋转保持装置204的每一个均可以包括倾斜表面，以压缩它们各自的O形环208。响应于压缩力，O形环208可以压迫静止密封环210和旋转密封环212彼此抵靠，使得旋转密封环212施加摩擦扭矩到静止密封环210上，从而在界面206处形成流体密封。
旋转密封环110和静止密封环112一起形成第一机械面密封件120，静止密封环210和旋转密封环212一起形成第二机械面密封件220。如上所述，旋转扭矩被施加在第一机械面密封件120的界面106处以及第二机械面密封件220的界面206处。密封环110、112、210、212的每一个均可以由铸铁制成。然而，由于界面106、206处经受的恒定旋转扭矩和摩擦接触，并由于诸如机械10的应用中所用的极端操作条件，密封环110、112、210、212需要定期维护和更换，导致机械10的停工时间延长。
尽管已经作出了努力来使密封环由更加能够耐磨的更特殊材料制成，但那些材料基本上更加昂贵，而且更难于以及更花时间来形成机械面密封件的所需几何形状。另外，相关领域已经尝试采用双线电弧喷涂法、类金刚石涂层法、或高速火焰喷涂法来对机械面密封件进行涂覆。然而，这些方法已经导致涂层缺乏耐久性，从基材上剥离，导致不可接受的表面开裂或类似缺陷。
参照图5和6，本发明提供了一种采用激光熔覆工艺而形成机械面密封件的方法，其能够实现使用较廉价的基材、提高性能并降低制造复杂性。该方法可以包括获得基材部分400的获得步骤310。在获得步骤310中，基材部分400可以采用SAE 52100合金钢、SAE1020合金钢、SAE 1040合金钢、球墨铸铁或灰口铸铁锻造或铸造而成。也可以构想其它材料。基材部分400可以锻造或铸造，以大致上具有成品机械面密封件的几何形状。另外或者作为替代方案，基材部分400可以由粉末冶金或其它合适的工艺形成。在选择方面，获得步骤310可以包括对先前使用过的或损坏的基材部分进行整修、维修或补救，以获得基材部分400。
在获得基材部分400之后，基材部分400可以经受预加热步骤320。预加热步骤320可以包括在烘箱内对基材部分400进行加热、对基材部分400进行电阻加热、以及采用合适的线圈以提升基材部分400的感应加热、和/或类似的加热工艺。在选择方面，合适的线圈可以是U形线圈或扁平线圈。在选择方面，激光1000可以暴露于基材部分400的顶层441，以加热基材部分400的至少平坦表面440。
如果采用激光1000进行预加热步骤320，那么可以进行暴露步骤330，从而使激光1000第一次地或后续次地暴露于基材部分400的表面。在暴露步骤330中，激光1000可以沿基材部分400的顶层441进行跟踪，至少部分地熔化基材部分400的材料的顶层441。
可以在暴露步骤330开始之前、之中或之后立即进行供应步骤340。在供应步骤340中，涂层材料1150被供应到激光1000在平坦表面440上进行跟踪的位置处或附近的基材部分400的顶层441上，从而经由激光1000使基材部分400的顶层441与涂层材料1150熔化在一起，从而形成中间层500。中间层500可以包括涂层材料1150和基材部分400的材料，如图7中所示。供应步骤340可以进一步包括供应由激光1000熔化的涂层材料1150，以形成布置在中间层500之上的熔覆层600，如图7中所示。一方面，可以进行暴露步骤330和/或供应步骤340，以形成没有或基本上没有任何裂纹或任何缺陷(比如氧化物或孔隙)的熔覆层600。
可以在基材部分400上进行表面处理步骤350。还可以在供应步骤340过程中形成的中间层500和/或熔覆层600上进行表面处理步骤350。表面处理步骤350可以包括表面处理工艺，其可以包含磨削、抛光、研磨、机械加工或其它合适的工艺中的一个或多个，以对基材部分400的一个或多个表面进行表面处理。可以进行表面处理步骤350的表面处理工艺，以改善基材部分400的表面结构、厚度、内径、外径和/或类似特征，从而获得成品的金属面密封件的最终尺寸。表面处理步骤350可以包括热处理工艺，其可以在表面处理工艺之前或之后进行，以提升基材部分400的材料性能。热处理工艺可以包括热整平，其中基材部分400在热控制的环境中被压缩，以缓解产品应力。一方面，可以进行暴露步骤330和/或供应步骤340，以形成没有或基本上没有任何裂纹的熔覆层600，使得在表面处理步骤350的过程中在熔覆层600内不会形成裂纹。
参照图6，基材部分400可以至少包括外径表面410和沿公共中心轴线430延伸的内径表面420。基材部分400可以包括在外径表面410和内径表面420之间延伸的平坦表面440。当进行处理和表面处理时，基材部分400的平坦表面440可以形成于机械面密封件的界面处进行接触的机械密封环的表面。如上参照获得步骤310所述，基材部分400可以采用SAE52100合金钢、SAE 1020合金钢、SAE 1040合金钢、球墨铸铁或灰口铸铁锻造或铸造而成。在选择方面，获得步骤310可以包括对先前使用过的或损坏的基材部分进行整修、维修或补救，以获得基材部分400。
在获得步骤310中，基材部分400可以形成于环形元件内。在选择方面，基材部分400可以由SAE 52100合金钢制成，其可以具有的化学成分为1.3％到1.6％的铬、0.93％到1.1％的碳、0.25％到0.45％的锰、0.15％到0.35％的硅、多达0.025％的硫、多达0.025％的磷、以及余量的铁。在选择方面，基材部分400可以由SAE 1020合金钢制成，其可以具有的化学成分为0.18％到0.23％的碳、0.3％到0.6％的锰、多达0.04％的磷、多达0.05％的硫、以及余量的铁。在选择方面，基材部分400可以由SAE 1040合金钢制成，其可以具有的化学成分为0.37％到0.44％的碳、0.6％到0.9％的锰、多达0.04％的磷、多达0.05％的硫、以及余量的铁。在选择方面，基材部分400可以由球墨铸铁制成，其可以具有的化学成分为3.0％到3.9％的碳、1.7％到2.9％的硅、0.1％到0.6％的锰、0.02％到0.06％的镁、0.005％到0.04％的磷、多达0.04％的硫、多达0.4％的铜、以及余量的铁。在选择方面，铸铁基材可以由灰口铸铁制成，其可以具有的化学成分为2.5％到4.0％的碳、1％到3％的硅、以及余量的铁。
在激光熔覆工艺中，基材部分400可以预加热，如上述预加热步骤320中所述。基材部分400可以在烘箱中被加热、经由扁平线圈或其它合适的感应线圈进行感应加热、或者通过使基材部分400的顶层441暴露于激光1000而进行加热。在选择方面，激光1000可以在平坦表面440上跟踪，以至少对平坦表面440的顶层441进行加热。
在获得基材部分400之后，可以进行暴露步骤330，其可以在进行或不进行预加热步骤320的情况下发生。在暴露步骤330中，激光1000可以沿基材部分400的平坦表面440跟踪，使平坦表面440的顶层441至少部分地熔化。在选择方面，暴露步骤330可以包括调整或控制激光1000的功率水平。
与暴露步骤330同时或紧邻其后，由于激光1000在顶层441的至少一部分442上跟踪，因此可以进行供应步骤340，以将涂层材料1150供应到激光1000在平坦表面440上进行跟踪的位置处或附近的平坦表面440的部分442上。供应的涂层材料1150可以通过供应装置1100进行供给，供应装置1100被布置成将涂层材料1150输送到激光1000正在跟踪的平坦表面440的部分442处或附近。在选择方面，供应装置1100可以附接于产生激光1000的激光发生器1050。在选择方面，供应装置1100可以与激光发生器1050集成为一体，如图6中所示。在选择方面，供应步骤340可以包括经由供应装置1100控制涂层材料1150的供给速率。
涂层材料1150可以是丝材或粉末的形式，且涂层材料1150可以由铁基合金、镍基合金、和/或钴基合金制成。在选择方面，涂层材料1150可以包括60A、M2工具钢、1、6合金钢、或其它合适的材料。在以丝材的形式供应涂层材料1150的选择方面，该丝材可以在供应到平坦表面440上之前进行加热。在选择方面，涂层材料1150可以由镍基合金组成，其具有的化学成分为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。在选择方面，涂层材料1150可以由铁基合金组成，其具有的化学成分为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。在选择方面，涂层材料1150可以由钴基合金组成，其具有的成分为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。
供应装置1100可以配置成将滚筒上的涂层材料1150的丝材供应到、或将涂层材料1150的粉末气流喷射到平坦表面440的部分442上。由于涂层材料1150被供应到平坦表面440的部分442上，在供应步骤340中，来自激光1000和/或平坦表面440的熔化顶层441的热量可能导致涂层材料1150熔化并与平坦表面440的顶层441混合，从而形成中间层500，如图7中所示。中间层500可以包括涂层材料1150和基材部分400的材料的混合物。
供应步骤340可以进一步供应由激光1000和/或来自中间层500的热量熔化的涂层材料1150，以形成布置在中间层500之上的熔覆层600，如图7中所示。在选择方面，熔覆层600可以主要包括涂层材料1150，或可以仅包括涂层材料1150。在选择方面，中间层500和熔覆层600一起的厚度可以在基材部分400上形成厚度至少为0.1μm的涂层表面450。
转到图8和9，一旦基材部分400上已经形成中间层500和熔覆层600，可以进行表面处理步骤350，以获得成品金属面密封件对应的最终尺寸。如图8中所示，表面处理步骤350可以包括表面处理工艺，其可以包括磨削、抛光、研磨、机械加工或其它合适的工艺中的一种或多种，以从熔覆层600的顶表面605上去除材料710，从而获得成品金属面密封件的最终尺寸。在选择方面，表面处理步骤350可以包括热处理工艺，其可以在表面处理工艺之前或之后进行，以提升基材部分400的材料性能。热处理工艺可以包括热整平，其中基材部分400在热控制的环境中被压缩，以缓解产品应力。在选择方面，熔覆层600被表面处理成厚度在0.7mm到1.0mm之间的熔覆层。熔覆层600可以具有的洛氏硬度为HRC 60到65之间。在选择方面，熔覆层600的洛氏硬度可以在62到64之间。在选择方面，熔覆层600的顶表面605无裂纹。
如图9中所示，在选择方面，表面处理步骤350可以包括磨削、抛光、研磨、机械加工和/或其它合适的加工工艺，以从基材部分400的外径表面410、中间层500和/或熔覆层600上去除材料720，从而获得成品机械面密封件对应的最终尺寸。在选择方面，表面处理步骤350可以包括磨削、抛光、研磨、机械加工和/或其它合适的工艺，以从基材部分400的内径表面420、中间层500和/或熔覆层600上去除材料730，从而获得成品机械面密封件对应的最终尺寸。
工业实用性
本发明适用于轴承表面，特别适用于机械面密封件。本发明的各个方面提供了一种可以由激光熔覆的、具有成本效益的基材部分，以实现优良的强度和抵御恶劣环境性能。如图6-9中所示，基材部分400可以由激光熔覆和表面处理，以形成可以用于重型旋转应用中的机械面密封件，比如轴、变速箱、履带式车辆、输送机系统等。如图3和4中所示，当机械面密封件被安装在旋转应用中时，其可以包括两个相同的、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110、112、210、212。两个金属密封环112、210中的一个在其相应的保持器102、202内保持静止，而两个金属密封环110、212中的另一个随其相对面的旋转保持器104、204一起旋转。
在本发明的一个方面，可以在获得步骤310中提供基材部分400。如图6中所示，基材部分400可以由SAE 52100钢、SAE 1020合金钢、SAE1040合金钢、球墨铸铁或灰口铸铁锻造或铸造而成。在选择方面，基材部分400可以由SAE 52100合金钢制成，SAE 52100合金钢具有的化学成分为1.3％到1.6％的铬、0.93％到1.1％的碳、0.25％到0.45％的锰、0.15％到0.35％的硅、多达0.025％的硫、多达0.025％的磷、以及余量的铁。在选择方面，基材部分400可以由SAE 1020合金钢制成，其可以具有的化学成分为0.18％到0.23％的碳、0.3％到0.6％的锰、多达0.04％的磷、多达0.05％的硫、以及余量的铁。在选择方面，基材部分400可以由SAE 1040合金钢制成，其可以具有的化学成分为0.37％到0.44％的碳、0.6％到0.9％的锰、多达0.04％的磷、多达0.05％的硫、以及余量的铁。在选择方面，基材部分400可以由球墨铸铁制成，其可以具有的化学成分为3.0％到3.9％的碳、1.7％到2.9％的硅、0.1％到0.6％的锰、0.02％到0.06％的镁、0.005％到0.04％的磷、多达0.04％的硫、多达0.4％的铜、以及余量的铁。在选择方面，铸铁基材可以由灰口铸铁制成，其可以具有的化学成分为2.5％到4.0％的碳、1％到3％的硅、以及余量的铁。
在本发明的一个方面，供应到基材部分400的顶层441上的涂层材料1150可以由铁基合金、镍基合金、或钴基合金制成。在选择方面，涂层材料1150可以包括60A、M2工具钢、1、6合金钢、或其它合适的材料。在选择方面，涂层材料1150可以由镍基合金组成，其具有的化学成分为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。在选择方面，涂层材料1150可以由铁基合金组成，其具有的化学成分为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。在选择方面，涂层材料1150可以由钴基合金组成，其具有的成分为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。
在本发明的一个方面，可以在预加热步骤320中对基材部分400进行预加热。基材部分400可以在暴露步骤330中暴露于激光1000，可以将涂层材料1150供应到基材部分400的顶层441上以形成中间层500和/或熔覆层600。可以进行表面处理步骤350，以在表面处理工艺中对熔覆层600的顶表面605、基材部分400的外径表面410、和/或基材部分400的内径表面420进行表面处理。表面处理步骤350可以包括热处理工艺，其中基材部分400在热控制的环境中被压缩，以缓解产品应力。在选择方面，熔覆层600的顶表面605无裂纹。一旦进行完表面处理，基材部分400形成成品机械面密封件，其可以用于旋转应用中，比如轴、变速箱、履带式车辆、输送机系统等。除了熔覆层600之外，低成本的基材部分400使得机械面密封件以更加具有成本效益的方式进行制造，同时依然提供能够经受恶劣环境工作条件的必要的强度和耐用性。
应该认识到，前面的描述提供了所公开的系统和技术的实例。然而，可以构想在细节上不同于前述实例的本发明的其它实施方式。所有对本发明或其实例的引用旨在提及特定实例在该点被讨论，并且并不旨在暗示对本发明的范围的任何更一般的限制。关于某些特征的差别和贬低的所有语言旨在表示缺乏对这些特征的偏好，但不是将这些完全排除在本发明的范围之外，除非另有指示。
除非本文中另外指出，否则本文中对数值范围的叙述仅仅用作一种速记方法，分别涉及落入范围内的各单独数值，并且各单独数值包含在说明书内，如同在此个别列举一样。本文所述的所有方法可以按任何合适的顺序进行，除非本文另有指示或者上下文明显矛盾。
Claims (10)
1.一种用于制造尺寸上严格控制的机械面密封件的方法，所述方法包括：
形成铸造或锻造的基材部分(400)，所述基材部分(400)具有内径(420)、外径(410)以及在所述内径(420)和所述外径(410)之间延伸的平坦表面(440)；
将涂层材料(1150)供应到所述平坦表面(440)的顶层(441)，所述涂层材料(1150)包括铁基合金、镍基合金、以及钴基合金中的至少一个；以及
使激光(1000)至少暴露于所述平坦表面(440)，所述暴露包括跟踪所述平坦表面(440)的所述顶层(441)，以使所述基材部分(400)的顶表面和所述涂层材料(1150)一起熔化，从而形成冶金结合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述供应包括将所述涂层材料(1150)的粉末气流或丝材供给到所述平坦表面(440)的所述顶层(441)上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述供应包括控制所述粉末气流或所述丝材的供给速率，以在所述暴露之前，在所述平坦表面(440)的顶表面的位置处形成中间层(500)，所述中间层(500)具有所述涂层材料(1150)和所述基材部分(400)的材料熔化在一起的组合物，以及
其中在所述中间层(500)之上形成熔覆层(600)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述中间层(500)和所述熔覆层(600)在所述基材部分(400)上形成无裂纹的涂层表面(450)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述供应包括将所述涂层材料(1150)的粉末气流或丝材供给到所述平坦表面(440)的所述顶层(441)上，同时暴露于所述激光(1000)，所述涂层材料(1150)和所述基材部分(400)的材料熔化在一起以形成中间层(500)，以及
其中所述供给包括供应另外的涂层材料(1150)以形成熔覆层(600)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述中间层(500)和所述熔覆层(600)在所述基材部分(400)上形成无裂纹的涂层表面(450)。
7.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括对所述基材部分(400)的表面进行表面处理以形成机械面密封件，所述表面处理包括从所述熔覆层(600)上去除材料(710)，以得到0.7mm到1.0mm之间的熔覆层(600)厚度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述基材部分(400)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。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述铁基合金由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；
其中，所述镍基合金由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，以及
其中，所述钴基合金由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。
10.一种用于制造尺寸上严格控制的机械面密封件的方法，所述方法包括：
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(400)，所述基材部分(400)具有内径(420)、外径(410)以及在所述内径(420)和所述外径(410)之间延伸的平坦表面(440)；
使激光(1000)暴露于所述平坦表面(440)的至少一部分(442)，以对所述基材部分(400)进行预加热；以及
将包括铁基合金、镍基合金或钴基合金的涂层材料(1150)供应到已经预加热过的所述平坦表面(440)上，并使激光(1000)进一步暴露于已经预加热过的所述平坦表面(440)的至少一部分(442)，以使所述基材部分(400)的顶表面和所述涂层材料(1150)熔化在一起，从而形成冶金结合，
其中，所述供应和所述进一步暴露通过将所述涂层材料(1150)和所述基材部分(400)的材料进行熔化而形成中间层(500)，并在所述中间层(500)之上形成所述涂层材料(1150)的所述熔覆层(600)，
其中所述铁基合金由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，
其中，所述镍基合金由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，以及
其中，所述钴基合金由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。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170524 |