本發(fā)明大體上涉及采用激光熔覆工藝形成的機(jī)械部件領(lǐng)域，更具體地涉及采用激光熔覆工藝形成的機(jī)械密封件。

背景技術(shù)：

在具有旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)備和機(jī)械中，密封件通常用于保持潤滑劑，同時(shí)去除旋轉(zhuǎn)軸的軸承表面上的雜質(zhì)。特別地，金屬或機(jī)械面密封件用于重型旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中，比如軸、變速箱、履帶式車輛、輸送機(jī)系統(tǒng)等，其中部件暴露于惡劣、磨損和腐蝕環(huán)境中，導(dǎo)致軸密封件可能快速磨損。機(jī)械面密封件通常包括兩個(gè)相同的、彼此面對(duì)面安裝在兩個(gè)單獨(dú)的殼體或保持器內(nèi)的金屬密封環(huán)。這兩個(gè)金屬環(huán)中的一個(gè)通常在其相應(yīng)的保持器內(nèi)保持靜止，而這兩個(gè)金屬環(huán)中的另一個(gè)通常隨其相對(duì)面而旋轉(zhuǎn)。

由于這些部件的工作環(huán)境條件的操作要求和寬廣范圍，機(jī)械面密封件的金屬接觸表面可能由于摩擦接觸、應(yīng)力、極端溫度以及其它因素而遭受加速磨損和裂開。因此，機(jī)械面密封件可以由更加耐用且特殊的材料制成。然而，這些材料昂貴且難以形成。

標(biāo)題為“用于對(duì)機(jī)械面密封件涂覆耐磨涂層的方法”的美國第2011/0285091號(hào)專利申請(qǐng)(第091號(hào)申請(qǐng))旨在解決降低成本、同時(shí)保持期望的耐腐蝕和耐磨損性的問題。然而，相關(guān)領(lǐng)域中的涂覆工藝存在嚴(yán)重的粘結(jié)失效問題。因此，需要改進(jìn)的工藝來形成機(jī)械部件，比如面密封件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一方面，本發(fā)明描述了一種用于制造尺寸上嚴(yán)格控制的機(jī)械面密封件的方法。該方法可以包括形成鑄造或鍛造的基材部分?；牟糠挚梢跃哂袃?nèi)徑、外徑、以及在內(nèi)徑和外徑之間延伸的平坦表面。該方法可以包括將涂層材料供應(yīng)到平坦表面的頂層。該方法可以包括使激光至少暴露于平坦表面，暴露可以包括跟蹤平坦表面的頂層，以使基材部分的頂表面和涂層材料熔化在一起，從而形成冶金結(jié)合。

另一方面，本發(fā)明描述了一種用于制造尺寸上嚴(yán)格控制的機(jī)械面密封件的方法，包括形成鑄造或鍛造的基材部分?；牟糠挚梢跃哂袃?nèi)徑、外徑、以及在內(nèi)徑和外徑之間延伸的平坦表面。該方法可以包括使激光暴露于平坦表面的至少一部分，以對(duì)基材部分進(jìn)行預(yù)加熱。該方法可以包括將涂層材料供應(yīng)到預(yù)加熱過的平坦表面上。該方法可以進(jìn)一步包括使激光暴露于預(yù)加熱過的平坦表面的至少一部分，以使基材部分的頂表面和涂層材料熔化在一起，從而形成冶金結(jié)合。

又一方面，本發(fā)明描述了一種用于制造尺寸上嚴(yán)格控制的機(jī)械面密封件的方法，包括形成由SAE 52100合金鋼、SAE 1020合金鋼、SAE 1040合金鋼、球墨鑄鐵或灰口鑄鐵制成的鑄造或鍛造的基材部分?；牟糠挚梢跃哂袃?nèi)徑、外徑、以及在內(nèi)徑和外徑之間延伸的平坦表面。該方法可以包括使激光暴露于平坦表面的至少一部分，以對(duì)基材部分進(jìn)行預(yù)加熱。該方法可以包括將涂層材料(包含鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金)供應(yīng)到預(yù)加熱過的平坦表面上，并使激光進(jìn)一步暴露于預(yù)加熱過的平坦表面的至少一部分，以使基材部分的頂表面和涂層材料熔化在一起，從而形成冶金結(jié)合。該供應(yīng)和進(jìn)一步暴露可以通過使涂層材料和基材部分的材料熔化在一起而形成中間層，并可以在中間層上方形成涂層材料的熔覆層。鐵基合金可以由0.78％到1.05％的碳、0.15％到0.40％的錳、0.20％到0.45％的硅、2.0％到4.5％的鉻、4.5％到5.5％的鉬、5.5％到6.75％的鎢、1.75％到2.20％的釩、多達(dá)0.3％的鎳、多達(dá)0.25％的銅、多達(dá)0.03％的磷、多達(dá)0.03％的硫、以及余量的鐵組成。鎳基合金可以由16-17％的鉻、3.3％的硼、3.8％的硅、0.8％到1.0％的碳、以及余量的鎳組成。鈷基合金可以由26.5％到33％的鉻、0.8％到2.7％的碳、3.5％到20％的鎢、0.8％到1.2％的硅、多達(dá)3％的鐵、多達(dá)1.5％的鉬、多達(dá)1％的錳、以及余量的鈷組成。

附圖說明

通過結(jié)合附圖的以下具體實(shí)施方式，將更加充分地理解本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。

圖1是可以采用所公開的機(jī)械面密封件的一種示例性機(jī)械的透視圖，該機(jī)械被示出為靠近全尺寸的運(yùn)動(dòng)型多用途車輛。

圖2是圖1的示例性機(jī)械中所用的變速箱的剖面透視圖。

圖3是圖2的變速箱的第一密封組件的截面圖。

圖4是圖2的變速箱的第二密封組件的截面圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的用于對(duì)基材部分進(jìn)行激光熔覆從而形成激光熔覆的機(jī)械面密封件的步驟流程圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面而形成的一個(gè)示例性基材部分的局部剖面圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面而使激光暴露于基材部分的平坦表面、并將涂層材料供應(yīng)到平坦表面之后的圖6的示例性基材部分的局部截面圖。

圖8是圖7的基材部分的局部截面圖，示出了在表面處理過程中可能被去除的涂層表面的一部分。

圖9是圖7的基材部分的局部截面圖，示出了在表面處理過程中可能被去除的內(nèi)徑側(cè)和外徑側(cè)。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照附圖，圖1示出了可以采用機(jī)械面密封件以提供流體密封的相關(guān)領(lǐng)域中的一種示例性機(jī)械10。機(jī)械10可以是采礦卡車的形式，并被示出為靠近全尺寸的運(yùn)動(dòng)型多用途車輛12，以顯示這兩種機(jī)械的尺寸和比例。機(jī)械10通常用于運(yùn)輸數(shù)百噸的有效載荷，并在極端環(huán)境條件下工作。上述環(huán)境和載荷要求超出了其它領(lǐng)域中施加到機(jī)械的典型要求，因此必須設(shè)計(jì)和制造出承受極端條件和要求的部件。

機(jī)械10可以由內(nèi)燃機(jī)(未示出)或其它合適的動(dòng)力設(shè)備驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)或合適的動(dòng)力設(shè)備可以被啟動(dòng)，以提供原動(dòng)力，從而可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)機(jī)械10的輪轂11和相關(guān)聯(lián)的輪胎13。如圖2中所示，相關(guān)領(lǐng)域中的車輪齒輪單元14可以插置在機(jī)械10的發(fā)動(dòng)機(jī)和輪轂11之間，以提供適量的輸出扭矩和速度。車輪齒輪單元14包括可以用于安裝輪轂11的凸緣17。

應(yīng)該注意，圖1中所示的機(jī)械10和參照的密封件僅僅為了簡明起見。本發(fā)明可以與任何類型的機(jī)械以及可能在極端環(huán)境條件下工作的這種機(jī)械內(nèi)的任何類型的機(jī)械部件結(jié)合使用。

參照?qǐng)D2，車輪齒輪單元14可以包括第一機(jī)械面密封組件100和第二機(jī)械面密封組件200。第一機(jī)械面密封組件100和第二機(jī)械面密封組件200為車輪齒輪單元14的部件提供流體密封。機(jī)械面密封組件100、200處的泄漏或故障可能對(duì)車輪齒輪單元14的內(nèi)部部件有害，并可能導(dǎo)致加速磨損、機(jī)械故障、以及機(jī)械清潔、維修或維護(hù)所需的停工時(shí)間。

轉(zhuǎn)到圖3，第一機(jī)械面密封組件100可以包括固定保持裝置102、旋轉(zhuǎn)保持裝置104、旋轉(zhuǎn)密封環(huán)110、以及靜止密封環(huán)112。O形環(huán)108可以被布置在固定保持裝置102和靜止密封環(huán)112之間，以及在旋轉(zhuǎn)保持裝置104和旋轉(zhuǎn)密封環(huán)110之間。固定保持裝置102和旋轉(zhuǎn)保持裝置104的每一個(gè)均可以包括傾斜表面，以壓縮它們各自的O形環(huán)108。響應(yīng)于壓縮力，O形環(huán)108可以壓迫旋轉(zhuǎn)密封環(huán)110和靜止密封環(huán)112彼此抵靠，使得旋轉(zhuǎn)密封環(huán)110將摩擦扭矩施加到靜止密封環(huán)112上，從而在界面106處形成流體密封。盡管圖3和4中示出了一種Duo-Cone^TM機(jī)械面密封件，但以下將進(jìn)一步詳細(xì)描述的本發(fā)明的激光熔覆工藝可以用于任何合適的機(jī)械面密封件，包括但不限于重型雙面密封件。

轉(zhuǎn)到圖4，第二機(jī)械面密封組件200可以包括固定保持裝置202、旋轉(zhuǎn)保持裝置204、靜止密封環(huán)210以及旋轉(zhuǎn)密封環(huán)212。O形環(huán)208可以被布置在固定保持裝置202和靜止密封環(huán)210之間，以及在旋轉(zhuǎn)保持裝置204和旋轉(zhuǎn)密封環(huán)212之間。固定保持裝置202和旋轉(zhuǎn)保持裝置204的每一個(gè)均可以包括傾斜表面，以壓縮它們各自的O形環(huán)208。響應(yīng)于壓縮力，O形環(huán)208可以壓迫靜止密封環(huán)210和旋轉(zhuǎn)密封環(huán)212彼此抵靠，使得旋轉(zhuǎn)密封環(huán)212施加摩擦扭矩到靜止密封環(huán)210上，從而在界面206處形成流體密封。

旋轉(zhuǎn)密封環(huán)110和靜止密封環(huán)112一起形成第一機(jī)械面密封件120，靜止密封環(huán)210和旋轉(zhuǎn)密封環(huán)212一起形成第二機(jī)械面密封件220。如上所述，旋轉(zhuǎn)扭矩被施加在第一機(jī)械面密封件120的界面106處以及第二機(jī)械面密封件220的界面206處。密封環(huán)110、112、210、212的每一個(gè)均可以由鑄鐵制成。然而，由于界面106、206處經(jīng)受的恒定旋轉(zhuǎn)扭矩和摩擦接觸，并由于諸如機(jī)械10的應(yīng)用中所用的極端操作條件，密封環(huán)110、112、210、212需要定期維護(hù)和更換，導(dǎo)致機(jī)械10的停工時(shí)間延長。

盡管已經(jīng)作出了努力來使密封環(huán)由更加能夠耐磨的更特殊材料制成，但那些材料基本上更加昂貴，而且更難于以及更花時(shí)間來形成機(jī)械面密封件的所需幾何形狀。另外，相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)嘗試采用雙線電弧噴涂法、類金剛石涂層法、或高速火焰噴涂法來對(duì)機(jī)械面密封件進(jìn)行涂覆。然而，這些方法已經(jīng)導(dǎo)致涂層缺乏耐久性，從基材上剝離，導(dǎo)致不可接受的表面開裂或類似缺陷。

參照?qǐng)D5和6，本發(fā)明提供了一種采用激光熔覆工藝而形成機(jī)械面密封件的方法，其能夠?qū)崿F(xiàn)使用較廉價(jià)的基材、提高性能并降低制造復(fù)雜性。該方法可以包括獲得基材部分400的獲得步驟310。在獲得步驟310中，基材部分400可以采用SAE 52100合金鋼、SAE 1020合金鋼、SAE 1040合金鋼、球墨鑄鐵或灰口鑄鐵鍛造或鑄造而成。也可以構(gòu)想其它材料。基材部分400可以鍛造或鑄造，以大致上具有成品機(jī)械面密封件的幾何形狀。另外或者作為替代方案，基材部分400可以由粉末冶金或其它合適的工藝形成。在選擇方面，獲得步驟310可以包括對(duì)先前使用過的或損壞的基材部分進(jìn)行整修、維修或補(bǔ)救，以獲得基材部分400。

在獲得基材部分400之后，基材部分400可以經(jīng)受預(yù)加熱步驟320。預(yù)加熱步驟320可以包括在烘箱內(nèi)對(duì)基材部分400進(jìn)行加熱、對(duì)基材部分400進(jìn)行電阻加熱、以及采用合適的線圈以提升基材部分400的感應(yīng)加熱、和/或類似的加熱工藝。在選擇方面，合適的線圈可以是U形線圈或扁平線圈。在選擇方面，激光1000可以暴露于基材部分400的頂層441，以加熱基材部分400的至少平坦表面440。

如果采用激光1000進(jìn)行預(yù)加熱步驟320，那么可以進(jìn)行暴露步驟330，從而使激光1000第一次地或后續(xù)次地暴露于基材部分400的表面。在暴露步驟330中，激光1000可以沿基材部分400的頂層441進(jìn)行跟蹤，至少部分地熔化基材部分400的材料的頂層441。

可以在暴露步驟330開始之前、之中或之后立即進(jìn)行供應(yīng)步驟340。在供應(yīng)步驟340中，涂層材料1150被供應(yīng)到激光1000在平坦表面440上進(jìn)行跟蹤的位置處或附近的基材部分400的頂層441上，從而經(jīng)由激光1000使基材部分400的頂層441與涂層材料1150熔化在一起，從而形成中間層500。中間層500可以包括涂層材料1150和基材部分400的材料，如圖7中所示。供應(yīng)步驟340可以進(jìn)一步包括供應(yīng)由激光1000熔化的涂層材料1150，以形成布置在中間層500之上的熔覆層600，如圖7中所示。一方面，可以進(jìn)行暴露步驟330和/或供應(yīng)步驟340，以形成沒有或基本上沒有任何裂紋或任何缺陷(比如氧化物或孔隙)的熔覆層600。

可以在基材部分400上進(jìn)行表面處理步驟350。還可以在供應(yīng)步驟340過程中形成的中間層500和/或熔覆層600上進(jìn)行表面處理步驟350。表面處理步驟350可以包括表面處理工藝，其可以包含磨削、拋光、研磨、機(jī)械加工或其它合適的工藝中的一個(gè)或多個(gè)，以對(duì)基材部分400的一個(gè)或多個(gè)表面進(jìn)行表面處理?？梢赃M(jìn)行表面處理步驟350的表面處理工藝，以改善基材部分400的表面結(jié)構(gòu)、厚度、內(nèi)徑、外徑和/或類似特征，從而獲得成品的金屬面密封件的最終尺寸。表面處理步驟350可以包括熱處理工藝，其可以在表面處理工藝之前或之后進(jìn)行，以提升基材部分400的材料性能。熱處理工藝可以包括熱整平，其中基材部分400在熱控制的環(huán)境中被壓縮，以緩解產(chǎn)品應(yīng)力。一方面，可以進(jìn)行暴露步驟330和/或供應(yīng)步驟340，以形成沒有或基本上沒有任何裂紋的熔覆層600，使得在表面處理步驟350的過程中在熔覆層600內(nèi)不會(huì)形成裂紋。

參照?qǐng)D6，基材部分400可以至少包括外徑表面410和沿公共中心軸線430延伸的內(nèi)徑表面420。基材部分400可以包括在外徑表面410和內(nèi)徑表面420之間延伸的平坦表面440。當(dāng)進(jìn)行處理和表面處理時(shí)，基材部分400的平坦表面440可以形成于機(jī)械面密封件的界面處進(jìn)行接觸的機(jī)械密封環(huán)的表面。如上參照獲得步驟310所述，基材部分400可以采用SAE52100合金鋼、SAE 1020合金鋼、SAE 1040合金鋼、球墨鑄鐵或灰口鑄鐵鍛造或鑄造而成。在選擇方面，獲得步驟310可以包括對(duì)先前使用過的或損壞的基材部分進(jìn)行整修、維修或補(bǔ)救，以獲得基材部分400。

在獲得步驟310中，基材部分400可以形成于環(huán)形元件內(nèi)。在選擇方面，基材部分400可以由SAE 52100合金鋼制成，其可以具有的化學(xué)成分為1.3％到1.6％的鉻、0.93％到1.1％的碳、0.25％到0.45％的錳、0.15％到0.35％的硅、多達(dá)0.025％的硫、多達(dá)0.025％的磷、以及余量的鐵。在選擇方面，基材部分400可以由SAE 1020合金鋼制成，其可以具有的化學(xué)成分為0.18％到0.23％的碳、0.3％到0.6％的錳、多達(dá)0.04％的磷、多達(dá)0.05％的硫、以及余量的鐵。在選擇方面，基材部分400可以由SAE 1040合金鋼制成，其可以具有的化學(xué)成分為0.37％到0.44％的碳、0.6％到0.9％的錳、多達(dá)0.04％的磷、多達(dá)0.05％的硫、以及余量的鐵。在選擇方面，基材部分400可以由球墨鑄鐵制成，其可以具有的化學(xué)成分為3.0％到3.9％的碳、1.7％到2.9％的硅、0.1％到0.6％的錳、0.02％到0.06％的鎂、0.005％到0.04％的磷、多達(dá)0.04％的硫、多達(dá)0.4％的銅、以及余量的鐵。在選擇方面，鑄鐵基材可以由灰口鑄鐵制成，其可以具有的化學(xué)成分為2.5％到4.0％的碳、1％到3％的硅、以及余量的鐵。

在激光熔覆工藝中，基材部分400可以預(yù)加熱，如上述預(yù)加熱步驟320中所述?；牟糠?00可以在烘箱中被加熱、經(jīng)由扁平線圈或其它合適的感應(yīng)線圈進(jìn)行感應(yīng)加熱、或者通過使基材部分400的頂層441暴露于激光1000而進(jìn)行加熱。在選擇方面，激光1000可以在平坦表面440上跟蹤，以至少對(duì)平坦表面440的頂層441進(jìn)行加熱。

在獲得基材部分400之后，可以進(jìn)行暴露步驟330，其可以在進(jìn)行或不進(jìn)行預(yù)加熱步驟320的情況下發(fā)生。在暴露步驟330中，激光1000可以沿基材部分400的平坦表面440跟蹤，使平坦表面440的頂層441至少部分地熔化。在選擇方面，暴露步驟330可以包括調(diào)整或控制激光1000的功率水平。

與暴露步驟330同時(shí)或緊鄰其后，由于激光1000在頂層441的至少一部分442上跟蹤，因此可以進(jìn)行供應(yīng)步驟340，以將涂層材料1150供應(yīng)到激光1000在平坦表面440上進(jìn)行跟蹤的位置處或附近的平坦表面440的部分442上。供應(yīng)的涂層材料1150可以通過供應(yīng)裝置1100進(jìn)行供給，供應(yīng)裝置1100被布置成將涂層材料1150輸送到激光1000正在跟蹤的平坦表面440的部分442處或附近。在選擇方面，供應(yīng)裝置1100可以附接于產(chǎn)生激光1000的激光發(fā)生器1050。在選擇方面，供應(yīng)裝置1100可以與激光發(fā)生器1050集成為一體，如圖6中所示。在選擇方面，供應(yīng)步驟340可以包括經(jīng)由供應(yīng)裝置1100控制涂層材料1150的供給速率。

涂層材料1150可以是絲材或粉末的形式，且涂層材料1150可以由鐵基合金、鎳基合金、和/或鈷基合金制成。在選擇方面，涂層材料1150可以包括60A、M2工具鋼、1、6合金鋼、或其它合適的材料。在以絲材的形式供應(yīng)涂層材料1150的選擇方面，該絲材可以在供應(yīng)到平坦表面440上之前進(jìn)行加熱。在選擇方面，涂層材料1150可以由鎳基合金組成，其具有的化學(xué)成分為16-17％的鉻、3.3％的硼、3.8％的硅、0.8％到1.0％的碳、以及余量的鎳。在選擇方面，涂層材料1150可以由鐵基合金組成，其具有的化學(xué)成分為0.78％到1.05％的碳、0.15％到0.40％的錳、0.20％到0.45％的硅、2.0％到4.5％的鉻、4.5％到5.5％的鉬、5.5％到6.75％的鎢、1.75％到2.20％的釩、多達(dá)0.3％的鎳、多達(dá)0.25％的銅、多達(dá)0.03％的磷、多達(dá)0.03％的硫、以及余量的鐵。在選擇方面，涂層材料1150可以由鈷基合金組成，其具有的成分為26.5％到33％的鉻、0.8％到2.7％的碳、3.5％到20％的鎢、0.8％到1.2％的硅、多達(dá)3％的鐵、多達(dá)1.5％的鉬、多達(dá)1％的錳、以及余量的鈷。

供應(yīng)裝置1100可以配置成將滾筒上的涂層材料1150的絲材供應(yīng)到、或?qū)⑼繉硬牧?150的粉末氣流噴射到平坦表面440的部分442上。由于涂層材料1150被供應(yīng)到平坦表面440的部分442上，在供應(yīng)步驟340中，來自激光1000和/或平坦表面440的熔化頂層441的熱量可能導(dǎo)致涂層材料1150熔化并與平坦表面440的頂層441混合，從而形成中間層500，如圖7中所示。中間層500可以包括涂層材料1150和基材部分400的材料的混合物。

供應(yīng)步驟340可以進(jìn)一步供應(yīng)由激光1000和/或來自中間層500的熱量熔化的涂層材料1150，以形成布置在中間層500之上的熔覆層600，如圖7中所示。在選擇方面，熔覆層600可以主要包括涂層材料1150，或可以僅包括涂層材料1150。在選擇方面，中間層500和熔覆層600一起的厚度可以在基材部分400上形成厚度至少為0.1μm的涂層表面450。

轉(zhuǎn)到圖8和9，一旦基材部分400上已經(jīng)形成中間層500和熔覆層600，可以進(jìn)行表面處理步驟350，以獲得成品金屬面密封件對(duì)應(yīng)的最終尺寸。如圖8中所示，表面處理步驟350可以包括表面處理工藝，其可以包括磨削、拋光、研磨、機(jī)械加工或其它合適的工藝中的一種或多種，以從熔覆層600的頂表面605上去除材料710，從而獲得成品金屬面密封件的最終尺寸。在選擇方面，表面處理步驟350可以包括熱處理工藝，其可以在表面處理工藝之前或之后進(jìn)行，以提升基材部分400的材料性能。熱處理工藝可以包括熱整平，其中基材部分400在熱控制的環(huán)境中被壓縮，以緩解產(chǎn)品應(yīng)力。在選擇方面，熔覆層600被表面處理成厚度在0.7mm到1.0mm之間的熔覆層。熔覆層600可以具有的洛氏硬度為HRC 60到65之間。在選擇方面，熔覆層600的洛氏硬度可以在62到64之間。在選擇方面，熔覆層600的頂表面605無裂紋。

如圖9中所示，在選擇方面，表面處理步驟350可以包括磨削、拋光、研磨、機(jī)械加工和/或其它合適的加工工藝，以從基材部分400的外徑表面410、中間層500和/或熔覆層600上去除材料720，從而獲得成品機(jī)械面密封件對(duì)應(yīng)的最終尺寸。在選擇方面，表面處理步驟350可以包括磨削、拋光、研磨、機(jī)械加工和/或其它合適的工藝，以從基材部分400的內(nèi)徑表面420、中間層500和/或熔覆層600上去除材料730，從而獲得成品機(jī)械面密封件對(duì)應(yīng)的最終尺寸。

工業(yè)實(shí)用性

本發(fā)明適用于軸承表面，特別適用于機(jī)械面密封件。本發(fā)明的各個(gè)方面提供了一種可以由激光熔覆的、具有成本效益的基材部分，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的強(qiáng)度和抵御惡劣環(huán)境性能。如圖6-9中所示，基材部分400可以由激光熔覆和表面處理，以形成可以用于重型旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中的機(jī)械面密封件，比如軸、變速箱、履帶式車輛、輸送機(jī)系統(tǒng)等。如圖3和4中所示，當(dāng)機(jī)械面密封件被安裝在旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中時(shí)，其可以包括兩個(gè)相同的、彼此面對(duì)面安裝在兩個(gè)單獨(dú)的殼體或保持器內(nèi)的金屬密封環(huán)110、112、210、212。兩個(gè)金屬密封環(huán)112、210中的一個(gè)在其相應(yīng)的保持器102、202內(nèi)保持靜止，而兩個(gè)金屬密封環(huán)110、212中的另一個(gè)隨其相對(duì)面的旋轉(zhuǎn)保持器104、204一起旋轉(zhuǎn)。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，可以在獲得步驟310中提供基材部分400。如圖6中所示，基材部分400可以由SAE 52100鋼、SAE 1020合金鋼、SAE1040合金鋼、球墨鑄鐵或灰口鑄鐵鍛造或鑄造而成。在選擇方面，基材部分400可以由SAE 52100合金鋼制成，SAE 52100合金鋼具有的化學(xué)成分為1.3％到1.6％的鉻、0.93％到1.1％的碳、0.25％到0.45％的錳、0.15％到0.35％的硅、多達(dá)0.025％的硫、多達(dá)0.025％的磷、以及余量的鐵。在選擇方面，基材部分400可以由SAE 1020合金鋼制成，其可以具有的化學(xué)成分為0.18％到0.23％的碳、0.3％到0.6％的錳、多達(dá)0.04％的磷、多達(dá)0.05％的硫、以及余量的鐵。在選擇方面，基材部分400可以由SAE 1040合金鋼制成，其可以具有的化學(xué)成分為0.37％到0.44％的碳、0.6％到0.9％的錳、多達(dá)0.04％的磷、多達(dá)0.05％的硫、以及余量的鐵。在選擇方面，基材部分400可以由球墨鑄鐵制成，其可以具有的化學(xué)成分為3.0％到3.9％的碳、1.7％到2.9％的硅、0.1％到0.6％的錳、0.02％到0.06％的鎂、0.005％到0.04％的磷、多達(dá)0.04％的硫、多達(dá)0.4％的銅、以及余量的鐵。在選擇方面，鑄鐵基材可以由灰口鑄鐵制成，其可以具有的化學(xué)成分為2.5％到4.0％的碳、1％到3％的硅、以及余量的鐵。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，供應(yīng)到基材部分400的頂層441上的涂層材料1150可以由鐵基合金、鎳基合金、或鈷基合金制成。在選擇方面，涂層材料1150可以包括60A、M2工具鋼、1、6合金鋼、或其它合適的材料。在選擇方面，涂層材料1150可以由鎳基合金組成，其具有的化學(xué)成分為16-17％的鉻、3.3％的硼、3.8％的硅、0.8％到1.0％的碳、以及余量的鎳。在選擇方面，涂層材料1150可以由鐵基合金組成，其具有的化學(xué)成分為0.78％到1.05％的碳、0.15％到0.40％的錳、0.20％到0.45％的硅、2.0％到4.5％的鉻、4.5％到5.5％的鉬、5.5％到6.75％的鎢、1.75％到2.20％的釩、多達(dá)0.3％的鎳、多達(dá)0.25％的銅、多達(dá)0.03％的磷、多達(dá)0.03％的硫、以及余量的鐵。在選擇方面，涂層材料1150可以由鈷基合金組成，其具有的成分為26.5％到33％的鉻、0.8％到2.7％的碳、3.5％到20％的鎢、0.8％到1.2％的硅、多達(dá)3％的鐵、多達(dá)1.5％的鉬、多達(dá)1％的錳、以及余量的鈷。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，可以在預(yù)加熱步驟320中對(duì)基材部分400進(jìn)行預(yù)加熱?；牟糠?00可以在暴露步驟330中暴露于激光1000，可以將涂層材料1150供應(yīng)到基材部分400的頂層441上以形成中間層500和/或熔覆層600?？梢赃M(jìn)行表面處理步驟350，以在表面處理工藝中對(duì)熔覆層600的頂表面605、基材部分400的外徑表面410、和/或基材部分400的內(nèi)徑表面420進(jìn)行表面處理。表面處理步驟350可以包括熱處理工藝，其中基材部分400在熱控制的環(huán)境中被壓縮，以緩解產(chǎn)品應(yīng)力。在選擇方面，熔覆層600的頂表面605無裂紋。一旦進(jìn)行完表面處理，基材部分400形成成品機(jī)械面密封件，其可以用于旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中，比如軸、變速箱、履帶式車輛、輸送機(jī)系統(tǒng)等。除了熔覆層600之外，低成本的基材部分400使得機(jī)械面密封件以更加具有成本效益的方式進(jìn)行制造，同時(shí)依然提供能夠經(jīng)受惡劣環(huán)境工作條件的必要的強(qiáng)度和耐用性。

應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，前面的描述提供了所公開的系統(tǒng)和技術(shù)的實(shí)例。然而，可以構(gòu)想在細(xì)節(jié)上不同于前述實(shí)例的本發(fā)明的其它實(shí)施方式。所有對(duì)本發(fā)明或其實(shí)例的引用旨在提及特定實(shí)例在該點(diǎn)被討論，并且并不旨在暗示對(duì)本發(fā)明的范圍的任何更一般的限制。關(guān)于某些特征的差別和貶低的所有語言旨在表示缺乏對(duì)這些特征的偏好，但不是將這些完全排除在本發(fā)明的范圍之外，除非另有指示。

除非本文中另外指出，否則本文中對(duì)數(shù)值范圍的敘述僅僅用作一種速記方法，分別涉及落入范圍內(nèi)的各單獨(dú)數(shù)值，并且各單獨(dú)數(shù)值包含在說明書內(nèi)，如同在此個(gè)別列舉一樣。本文所述的所有方法可以按任何合適的順序進(jìn)行，除非本文另有指示或者上下文明顯矛盾。