机械密封件及其制造方法技术

一种机械密封件包括一对相对的密封面（１０），其中，该对密封面（１０）中的至少一个密封面包括布置在基底（１２）上的多层涂层（１４），其中，该多层涂层（１４）具有：相异层的周期性重复；或一种组合物的多个层，其中该组合物中没有任何两个相邻层包括相同比例的组合物组分；或这两者。一种方法包括将多层涂层（１４）布置到基底（１２）上以形成机械密封件的一对相对密封面（１０）中的至少一个密封面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及密封件,特别是涉及用于旋转机械中的机械密封件。
技术介绍
机械密封件用于各种旋转轴装置，在包括鼓风机、压缩机、真空泵、膨胀 器和热气通路组件等等。通过在例如工作室和外界环境之间或在压缩机或涡轮 的两个连续级之间设置隔板，这些密封件防止流体(气体或液体)从容纳有旋 转轴的工作室泄漏或使其减到最少。一种这样的机械面密封件是螺旋槽密封件,其中螺旋形凹槽区域设置在一对 相对密封面中的一个密封面上。当密封面之一相对于另一个旋转时，由于流体力的作用，流体受itilil凹槽流向密封面的非凹槽部分。在某一取决于密封件设计的速度下，由于这种泵送作用，流体压力将这两个密封面分离一精确量。 密封面的非凹槽部分起到密封挡板的作用，以便为流体泄漏提供阻力及保持均 匀的流体压力。该对相对密封面中的一个密封面可弹簧加载，从而通过保证施 加作用力以阻止这两个密封面的分离以及将密封面间的缝隙减至撮少，以给流 体泄漏提供附加的阻力。当转速过低时(例如，在安装有螺旋槽密封件的装置开动和关闭期间)， 没有形成足够的压力以分离密封面。结果，密封面之间发生接触，尽管是短暂 的，但可足以在密封面处由于摩擦热和磨损而产生微裂缝、颗粒拔离和/或颗粒 粉化。这些缺陷的浓度由于反复接触和/或在正常工作斜牛(即转速)期间产生的周向应力与离心应力而增大，这导致密封件失效以及密封壳体和/或1OT密封件的装置的最终失效。之前延长密封件寿命的努力集中在增加硬度、增加抗裂缝性、减少摩擦、 使接触次数减到最少等等。现在，许多密封面由高性能碳化物制成(例如碳化 钩、碳化硅等等，及它们的各种形式)，以代替氧化物或金属。然而，许多这 样的密封件受到厚度的限制，所以不能经受它们在使用寿命期间所遭受的磨损4状况。因此，尽管已经获得改善，但是在本领域仍然需要改进的机械密封件。
技术实现思路
一种机械密封件包括一对相对的密封表面，其中该对密封面中的至少一个密封面包括布置于基底上的一多层涂层，其中，该多层涂层包括相异层(distinct layers)的周期性重复。在另一个实施例中，该机械密封件包括一对相对的密封面，其中该对密封 面中的至少一个密封面包括布置于基底上的一多层涂层，其中，该多层涂层包 括一种组合物的多个层，并且其中，该组合物中没有任何两个相邻层包含相同 比例的组合物组分。一种方法，包括将多层涂层布置到基底上以形成非接触式机械密封件的一 对相对密封面中的至少一个密封面。—h3i描述及其他特征由下列附图和具体实施方式執列说明。 '附图说明现在参考附图，所述附图是示例性的实施例，并且其中相同的元件以相同 的编号标注图1是非接触式机械密封面的一部分的纵向截面图；和 图2是具有螺旋形凹槽的非接触式机械密封面的示意图。 10-密封面12-基底14-多层涂层16-粘合层18-涂层20-涂层22-涂层24-涂层26-涂层28-低摩擦层30-固術闰滑层32-螺旋形凹槽具体实施例方式此处公开了。在示例性实施例中，机械密封件是 非接触式机械密封件。术语"非接触式"在此《顿以描述密封件时具有其领域公认 的含义(即在使用该密封件的装置的工作期间，在相对密封面之间某个点处 有由压力产生的分离)。转速(相对密封面之间的分离以这样的速度出现)也 与密封面的表面光洁度有关。随着时间的流逝，当密封表面老化时，需要高转 速以用于分离，从而导致当密封面的表面接触时在它们上面产生更多的热量和 磨损。与现有技术相比，在此公开的密封件和方法总体上基于包括多层涂层的至少一个密封面。多层涂层的使用有益地产生硬的耐磨密封面，该密封面减少 了摩擦并且减少了与磨损相关的微裂缝形成。这些特征最终导致密封件和装置 的寿命延长。而且，术语"第一"、"第二"等等，并不表示任何次序、数量、或重要性，而 是用于区f个元件与另一个元件；并且术语"该"、"一"和"一个"并不表示数量 限制，而是表示存在至少一个所引用的部件。用于与数量相关的修饰语"大约" 包括所述值，并且具有根据上下文表述的含义(例如，包括与特定量测量有关 的误差度)。此外，描述相同数量或物理特性的所有范围包括所述端点并且可 独立地组合。密封件通常包括一对相对的密封面，其中至少一个密封面包括布置在基底 上的多层涂层。在密封件工作期间，密封面中的一个相对于另一个旋转。尽管 密封面的二者之一 (或两者)可包含多层涂层，但最好是至少该旋转密封面包 括多层涂层。此外，密封面的二者之一 (或两者)可选地包含螺旋形凹槽；然 而，最好是至少该旋转密封面具有这些凹槽。现在参考图1 ，显示了标注为10的密封面的一部分。密封面10的该部分总 体上包括基底12和布置于其上的多层涂层14。在其上布置有多层涂层14的基底12可为任何金属、金属合金、或陶瓷的 (例如，氧化物、氮化物、碳化物等等)成分。在示例性实施例中，基底12是 碳化物成分。示例性的碳化物包括碳化硅(例如，固体碳化硅、硅化石墨、反 应烧结碳化硅、自烧结的碳化硅、或包括前，少一种的组合物)和碳化钨(例 如，碳化钨或金属结合碳化钨)。值得注意的是，基底的成分和微结构能影响 密封面的性能。在多层涂层14内，各层的成分可选择成提供所期望的特性，例如硬度、耐 磨性、润滑性、抗热应力性、断裂韧度、粘附性、或包括至少一个上述特性的组合。举例来说，当期望的是硬度、耐磨性、禾B/或抗热应力性时，可用陶瓷材料 作为多层涂层14中一层的成分。适当的陶瓷成他括硬质相(hardphase)金 属氧化物，例如Al2Cb、 Cr203、 Zr02等等；金属碳化物，例如&A、 WC、 TiC、 ZiC、 B4C等等；金刚石、类金刚石碳；金属氮化物，例如立方BN、 TiN、 ZrN、 HfN、 Si3N4、 A1N、 TiAlN、 TiAlCrN、 TiCrN、 TiZrN等等；金属硼化物，例如TiB2、 ZrB2、 Cr3B2、 \^82等等；以及包括至少一种，成分的组合。或者，多 层涂层14的一层的成分是陶瓷组合物，该陶瓷组合物包括占该组合物总体积的 至少51%体积(体积百分比)的前述适当陶瓷成分以及粘结相的相对较软且低 熔点的成分。用于该陶瓷组合物的适当的陶瓷粘结相成分包括SK)2、Ce02、Y203、 TK32、以及包括至少一种前述陶瓷粘结相成分的组合。在另一可供选择的实施 例中，多层涂层14的一层的成分是金属陶瓷组合物(金属陶瓷)。适当的金属 陶瓷包括WC/Co、 WC/CoCr、 WC/Ni、 TiC/Ni、 TiC/Fe、 Ni(Cr)/Cr3C2 ，以及包 括上述至少一种的组合。用于多层涂层14的一层的其他成分包括这样的组合， 这些组合包括陶瓷、陶瓷组合物、或金属陶瓷(例如包括上述之一的金属或合 金基体)中的至少一种。在另一个示例中，当期望的愚闰滑性时，多层涂层14的一层的成分可包含 锗、MoS2、聚翻安、含氟聚合物(例如聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯共聚物等等)、 石墨、过渡金属硼化物、六方氮化硼和类似固体润滑剂。有益地是，当处于粉 末形式时，这些固体润滑剂除提供润滑外还将促进从密封件的接触区域排走热在另一个示例中，当期望的是粘附性时，该多层涂层14的一层的成分可包 括MCrAl或MCrAlY合金，其中M表示例如铁、镍、或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械密封件，包括：　一对相对的密封面（１０），其中，该对密封面（１０）中的至少一个密封面包括布置在基底（１２）上的一多层涂层（１４），其中，该多层涂层（１４）包括：　相异层的周期性重复；或　一种组合物的多个层，其中，该 组合物中没有任何两个相邻层包括相同比例的组合物组分；或　这两者。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：K阿南德，M萨尔希，BW布里森，F加斯皮普尔，P马修，DM格雷，D斯里尼瓦桑，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]