激光熔覆的机械面密封件制造技术

本发明专利技术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。

Mechanical surface seal by laser cladding

The present invention provides a method for manufacturing a mechanical surface seal comprising the steps of obtaining a casting or forging base material portion (400) having an inner diameter, an outer diameter, and a flat surface (440). The method may include exposing a flat surface (440) to a laser (1000) exposure step (330). The method may further include coating material (1150) is supplied to a flat surface (440) of the laser (1000) supply step position or near the place, so that the coating material (1150) and the base portion (400) forming metallurgical bonding.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光熔覆的机械面密封件
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
一方面，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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SAE52100合金钢、SAE1020合金钢、SAE1040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专利技术，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是根据本专利技术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是根据本专利技术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是根据本专利技术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。本专利技术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专利技术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。响应于压本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.10 US 14/4824751.一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SAE52100合金钢、SAE1020合金钢、SAE1040合金钢、球墨铸铁或灰口铸铁制成。9.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·佛特恩腾，D·J·索尔德艾利特，C·J·哈斯，D·T·卡瓦纳奥夫，T·A·马尔基奥内，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国,US