CN101134193A - 通过热喷涂形成的涂层及其形成方法 - Google Patents
通过热喷涂形成的涂层及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101134193A CN101134193A CNA2007101388194A CN200710138819A CN101134193A CN 101134193 A CN101134193 A CN 101134193A CN A2007101388194 A CNA2007101388194 A CN A2007101388194A CN 200710138819 A CN200710138819 A CN 200710138819A CN 101134193 A CN101134193 A CN 101134193A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coating
- micrometer size
- nanoscale particle
- size granule
- nanoscale
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 70
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 title claims description 16
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 49
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 27
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 14
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 14
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 35
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 25
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract description 18
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 6
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 6
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 6
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 3
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003294 NiMo Inorganic materials 0.000 description 2
- 241001074085 Scophthalmus aquosus Species 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- SNLFYGIUTYKKOE-UHFFFAOYSA-N 4-n,4-n-bis(4-aminophenyl)benzene-1,4-diamine Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1N(C=1C=CC(N)=CC=1)C1=CC=C(N)C=C1 SNLFYGIUTYKKOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 208000026935 allergic disease Diseases 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009610 hypersensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
本发明提供一种通过热喷涂原料组合物形成的涂层，所述原料组合物包括：离散的微米尺度颗粒和离散的纳米尺度颗粒附聚体。
Description
本发明涉及通过热喷涂原料组合物形成的涂层以及通过在表面上热喷涂所述原料组合物从而在该表面上形成涂层的方法。
热喷涂是利用例如金属、氧化物或聚合物材料的高速热颗粒涂覆表面的一组方法的通用名称。
在所有那些方法中，涂层材料的颗粒被加热到可以使其熔化或软化的温度，然后例如利用高速气体向待涂覆的表面加速。
加速颗粒与表面的碰撞使得在被涂覆材料的表面形成薄而坚固的薄膜。
热喷涂方法中的材料有三种主要的原料形态：线状，粉末和溶液。单组分氧化物陶瓷或多组分氧化物材料通常以粉末形态使用。
火焰和等离子法大概是热喷涂中最普遍使用的方法。在这些方法中，喷嘴产生过量热使喷涂材料熔化或软化。喷嘴产生的高速使得熔化的颗粒以很高的速率进行喷射，形成非常致密和高性能的涂层。
通常粉末颗粒的尺寸范围约为10-50微米。
在过去十年，许多研究中提出使用纳米尺寸粉末颗粒作为原材料，例如在下述专利中：US5,939,146；US6,025,034；US6,277,448；US6,287,714；US6,372,364；US6,579,573；和US6,689,424。只有专利US6,723,387所描述的热喷涂方法中使用了微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒的混合物。该专利与下文将要描述的本发明不同。
如上所述，纳米粉末最近才被用作热喷涂中的原材料。由纳米尺度颗粒特别是纳米尺度氧化物材料构成的涂层表现出比传统的由微米尺度颗粒构成的涂层更好的抗磨损和耐腐蚀性能。但是，对某些参数例如裂缝发展性能，由纳米尺度颗粒构成的涂层与传统的微米尺度涂层相比品质较差。
本发明的主要目的是提供一种涂层组分，其特征是与那些传统的微米尺度涂层和纳米尺度涂层相比具有改进的特性。本发明的另一个目的是生产与纳米尺度涂层相比更节省成本的涂层。
当前，与微米尺度涂层相比需要具有改进的性能并且节省成本的涂层，并提供使用市场中现有的传统设备和传统进料装置生产的纳米尺度涂层。
发明的公开
着眼于现有技术，本发明提供一种通过热喷涂原料组合物形成的涂层，原料组合物包括：
a)离散的微米尺度颗粒；和
b)离散的纳米尺度颗粒附聚体。
在本发明优选的实施方案中，所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比在大约10∶90和大约90∶10之间。
在本发明特别优选的实施方案中，所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比在大约10∶90和大约45∶55之间。
优选地，所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比是近似恒定的。
在优选的实施方案中，所述涂层由具有不同的所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间比率的至少两层组成。
在特别优选的实施方案中，所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比沿着涂层变化。
在另一个优选实施方案中，大多数所述附聚体为球形。
特别优选的是一种涂层，其中大多数所述纳米尺度颗粒和所述微米尺度颗粒在热喷涂过程中至少被软化。
仍然在另一个优选的实施例中，大多数所述附聚体的平均直径使得所述附聚体与微米尺度颗粒所传递的平均热量相近。
更特别地，所述附聚体的平均直径使得热量从聚集体表面传递到中点和热量沿着所述微米尺度颗粒传递的平均时长相近或为相同的数量级。
除非另有说明，本发明优选实施方案中所形成的离散的纳米尺度颗粒附聚体与离散的微米尺度颗粒实质上是相同大小的，以便可以使用相同的设备。
在本发明的优选实施方案中所述原料组合物的形态选自由粉末、线状和溶液组成的组。
优选地，所述原料组合物为粉末状。
在优选的实施方案中，所述涂层的应用选自由以下应用所组成的组：汽车工业、航空工业、航运业、发动机、涡轮机、弥补术或其它其中抗裂缝发展重要的应用。
在本发明另一优选实施方案中提供一种具有本发明的涂层组分的制品。
本发明的另一方面是提供一种涂层的形成方法，该方法包括步骤：
a)准备包括离散的微米尺度颗粒和离散的纳米尺度颗粒附聚体的原料组合物；和
b)热喷涂所述原料组合物到表面上。
在本发明优选实施方案中，所述喷涂是从单嘴喷涂机中喷涂离散的微米尺度颗粒和离散的纳米尺度颗粒附聚体的混合物。
优选地，所述方法的应用选自由以下应用所组成的组：汽车工业、航空工业、航运业、发动机涂层、涡轮机涂层、弥补术或其它其中抗裂缝发展重要的应用。
在本发明另一优选实施方案中提供一种由如上所述的方法制造的涂层。
本发明中的涂层与传统微米尺度涂层相比具有改进的性能，与只由纳米尺度颗粒组成的涂层相比具有意想不到的改进的性能。特别地，通过向纳米尺度颗粒中添加微米尺度颗粒，涂层的抗裂缝发展性能显著提高。
在本说明书中抗裂缝发展指与传统的微米尺度涂层和只由纳米尺度颗粒构成的涂层相比较小的裂缝发展到大裂缝的过程较慢。裂缝发展会损害涂层性能。
如文献中已知的，基本上以“可喷涂”形态应用的和在喷涂温度下稳定的任何材料可以用做热喷涂方法中的涂层原料。可以对那些在上述温度下易于化学分解的材料进行处理以便使用其作为喷涂原料，例如用其它材料涂覆它们。本说明书中所用的热喷涂颗粒可以选自已知的热喷涂颗粒，包括但不局限于选自由金属，合金，陶瓷及它们的组合所组成的组的颗粒。
热喷涂金属处理是本说明书中主要的优选实施方案之一。
铝、镍、铜、铬、锌和钼是热喷涂中广泛使用的材料。高熔点金属是很重要的，由于对氧气的高敏感性，其典型地是利用VPS(真空等离子喷涂)进行处理。
在优选的实施方案中，热喷涂应用中也使用大量的金属合金。优选使用NiAl和NiCr合金作为粘合层。由于镍铝合金的放热反应，涂层和基质之间会产生部分熔合/焊接从而改善粘合性能。使用这些材料作为粘合层的主要原因是它们的延展性使得基质和涂层材料之间的压力减少/减缓。
特别具有重要技术和经济意义的是MCrAlY合金，其中M指定为金属。当使用镍、钻或铁基材料时，这些材料证明是具有很好的抗高温腐蚀性能。
在优选的实施方案中，通过向铁、钴和镍合金中添加碳、硅或硼形成硬质合金来获得耐磨性。这种高耐磨性通常与良好的耐腐蚀性一起是因为硬质相(碳化物，硼化物)的形成，其作为第一/第二碳化物或作为二元/三元低共熔混合物沉淀。
优选地，金属硬质合金由铬、钨、钼和钒形成。也因为防腐蚀的原因使用铬。非金属，碳、硼和硅与硬质化合物一起在延性的、共熔结晶的基质(粘合剂)中形成均匀分散的硬质相。
钴基硬质合金很重要。这些材料以及铁基硬质合金主要在焊接或热喷涂过程中使用。
镍基硬质合金由于其含有硼和硅而具有自熔性质，优选在带有后热处理步骤的火焰喷涂中使用。进一步优选的系统是CoMoSi(TribaloyTM)和NiMo(HastelloyTM)。Tribaloy主要在摩擦和磨损应用中使用。Hastelloy利于在防腐蚀应用中使用，通过添加钼增强镍的减少腐蚀介质的性能。添加铬的NiMo合金主要优选用于氧化腐蚀的条件下。
在本发明的优选实施方案中，使用用于热喷涂中的陶瓷颗粒，因为其所具有的抗腐蚀特性、硬度和温度稳定性。陶瓷硬质材料作为隔热涂层(TBC，s)也作为抗磨损和腐蚀涂层使用。优选的是包含氧化铝(Al2O3)，氧化铝加上二氧化钛(Al2O3xTiO2)，稳定的和部分稳定的二氧化锆(ZrO2)和氧化铬(Cr2O3)的颗粒，因为它们所具有的例如硬度、介电性和抗化学侵蚀等性质。
陶瓷涂层通常具有高孔隙率，其通常可以通过熔合/混合不同的氧化物得以改善。为了获得良好的粘合性，对基质进行粗化并使其涂覆粘合层，粘合层通常为NiCr，而当基质为ZrO2时粘合层为一种MCrAlY。
在本发明的优选实施方案中，使用的材料通过将金属硬质相和金属粘合剂结合而形成，上述金属粘合剂为硬质金属。优选地，在本发明中这些材料选自由作为硬质相的碳化钨(WC，W2C)和碳化铬(Cr3C2)，和嵌入硬质相的作为延展性粘合相金属的钻和/或镍所组成的组中。由于碳化物会在冶炼/熔化/液化时分解或溶解，通常这些材料只通过粉末冶金生产。
优选地，上述材料以下述三个基本组成使用：
·单相材料，例如金属、合金、金属互化物、陶瓷和聚合物，
·复合材料，例如金属陶瓷(WC/Co、Cr3C2/NiCr、NiCrAlY/Al2O3等)、加强金属和加强聚合物，
·层状的或梯度的材料，称为功能梯度材料(FGM)
本说明书中的术语纳米尺度颗粒指尺寸范围在大约1至200纳米的颗粒，而术语微米尺度颗粒指范围在大约0.1至100微米的颗粒，更优选的是大约0.1至50微米(1纳米＝10-9米，1微米＝10-6米)。
附聚的颗粒与聚集体颗粒的不同之处在于它们相互之间可以机械分离。这是热喷涂过程中所需要的特性。
在优选的实施方案中，大多数所述的纳米尺度颗粒附聚体为球形。
优选地，这里所使用的术语纳米尺度颗粒附聚体指最大直径为大约0.1至100微米，优选大约0.1至30微米的使用或不使用粘合剂粘结的纳米尺度颗粒。
能供应微米尺度的纳米尺度材料附聚体的公司包括：
1.Altair Nanotechnologies；Inc.(204Edison Way，Reno，NV89502，USA)；
2.Nanostructured & Amorphous Materials，Inc.(820 Krist Lane，LosAlamos，NM87544，USA)；
3.Inframat Corporation (74Batterson park Rd.，Farmington DT 06032，USA)；
4.Nanophase Technologies，Inc.(1319 Marquette Drive，Romeoville，IL60446,USA)。
在本发明优选的具体实施方案中，纳米尺度颗粒加工成固体附聚体。在一些情况下附聚自然发生(例如二氧化钛附聚)，而在其它情况下需要添加粘合制，其使用传统粘合剂，如树脂或石蜡和有机溶剂或其它在美国专利US6,025,034所教导的传统粘合剂。
包含所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒附聚体的原料混合物在气体介质中加热并以软化的或部分熔化的液滴的形式高速喷射到基质表面。在撞击的影响下，典型地，液滴变平，将热量传递到冷的基质上并迅速凝固形成“层片”。
特别优选的是一种涂层，其中大多数所述纳米尺度颗粒和所述微米尺度颗粒在热喷涂过程中以至少部分熔化的状态存在。
为形成本说明书中所提出的涂层，可以采用所有已知的热喷涂方法，包括例如大气等离子喷涂(APS)或真空等离子喷涂(VPS)的等离子喷涂法，包括高速氧燃料(HVOF)喷涂，爆炸火焰喷涂，火焰喷涂的火焰或燃烧喷涂法，和电弧喷涂法。
当颗粒在气体喷嘴(火焰，等离子)中加速时，它们被加热和软化，和/或部分或全部熔化，这尤其取决于它们在气体喷嘴中的停留时间，该停留时间是喷嘴中平均颗粒尺寸分布同样也是温度分布的函数。在颗粒的行程中，其与周围的介质互相作用，例如，由于在空气中喷涂时颗粒的高温与活性表面作用而发生氧化作用。然而在电弧喷涂过程中，喷涂材料是被电弧熔化的导线。因此，加速的液滴典型地处于熔化状态，但是其在由线头形成液滴后温度迅速下降。
为形成本说明书中提出的所述涂层可以采用所有传统的喷枪，包括但不局限于：F4VB(Plasma-Technik AG，Swiss)，F9-MB(Sulzer-Metco，USA)，F4-MB(Sulzer-Metco，USA)，PyroGenesis40kW(PyroGensis，Canada)，A-2000(Sulzer-Metco，Swiss)，SG-100(Praxair，USA)，DiamondJet2700-Hybrid(Sulzer-Metco，USA)，HV-2000(Praxair，USA)，JP-5000(TAPA，USA)。
如上所述，本说明书中所提出的涂层与传统的微米尺度涂层相比具有改善的性能，与只由纳米尺度颗粒组成的涂层相比具有意想不到地改善的性能。特别地，向纳米尺度颗粒中添加微米尺度颗粒所形成的涂层具有高抗裂缝发展的特性。因此，所提出的涂层优选的应用是那些高抗裂缝发展特别重要的地方。
优选地，本发明所提出的涂层用于涂层材料完全暴露于象摇动、强烈撞击和剧烈移动这样的运动的应用中。因此，高抗裂缝发展性具有重要的优势。
在优选的实施方案中，所述涂层的应用选自由以下应用所组成的组中：汽车工业、航空工业、航运业、发动机、涡轮机、弥补术或其它其中抗裂缝发展重要的应用。
发现只有美国专利US6,723,387描述了使用微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒混合物的热喷涂方法，包括以下步骤：(a)将作为颗粒聚集体的硬质相材料微米尺度颗粒与粘合相材料纳米尺度颗粒混合形成均匀的粉末混合物；(b)附聚粉末混合物，将纳米尺度颗粒与微米尺度颗粒粘合从而形成由附聚颗粒组成的原料粉末，和(c)将颗粒聚集体的原料粉末热喷涂到基质上从而在其上形成抗磨损涂层，涂层由与粘合相材料纳米尺度颗粒熔合在一起的硬质相材料微米尺度颗粒组成。因此在热喷涂过程中，在微米尺度颗粒被加热但不一定被熔化时，纳米尺度的材料经受快速熔化。
美国专利US6,723,387与本发明在至少两个基本方面不同：(1)美国专利US6,723,387所描述的聚集体由纳米尺度颗粒和微米尺度颗粒组成，而本发明中的附聚体只由纳米尺度颗粒组成；(2)美国专利US6723387教导了在喷涂由纳米尺度颗粒和微米尺度颗粒形成的聚集体之前的附聚过程，而本发明中附聚体只由纳米尺度颗粒组成，其优选具有与分离的微米颗粒相同的尺寸以使二者可以使用相同的设备喷涂。
明显地，对于本领域技术人员发明不局限于如前所述的具体内容，而且本发明在不背离其基本属性的情况下可以以其它特定的形式得以体现，因此所预期的是本发明的具体实施方案和实施例在各个方面被认为是说明性的而非限制性的，参考附加的权利要求而不是前面的描述，因此倾向于包括权利要求的等效意义和范围内的所有变化。
Claims (24)
1.一种通过热喷涂原料组合物形成的涂层，所述原料组合物包括：
a)离散的微米尺度颗粒；和
b)离散的纳米尺度颗粒附聚体。
2.根据权利要求1的涂层，其中所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比在大约10∶90和大约90∶10之间。
3.根据权利要求1的涂层，其中所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比在大约10∶90和大约45∶55之间。
4.根据权利要求1的涂层，其中所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比是近似恒定的。
5.根据权利要求1的涂层，包括具有不同的所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间比率的至少两层。
6.根据权利要求1的涂层，其中所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比沿着涂层变化。
7.根据权利要求1的涂层，其中大多数所述附聚体为球形。
8.根据权利要求1的涂层，其中大多数所述纳米尺度颗粒和所述微米尺度颗粒在热喷涂过程中至少被软化。
9.根据权要求求1的涂层，其中所述离散的微米尺度颗粒和所述离散的纳米尺度颗粒附聚体的粒径比在1∶3和3∶1之间。
10.根据权要求1的涂层，其中所述原料组合物的形态选自由粉末、线状和溶液组成的组中。
11.根据权利要求1的涂层，其中所述原料组合物为粉末形态。
12.根据权利要求1的涂层，其中所述涂层用于选自以下的应用：汽车工业、航空工业、航运业、发动机、涡轮机、弥补术或其它其中抗裂缝发展重要的应用。
13.一种具有根据权利要求1的涂层组分的制品。
14.一种涂层的形成方法，包括步骤：
a)准备包括离散的微米尺度颗粒和离散的纳米尺度颗粒附聚体的原料组合物；和
b)热喷涂所述原料组合物到表面上。
15.根据权利要求14的方法，其中所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比在大约10∶90和大约90∶10之间。
16.根据权利要求14的方法，其中所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比是近似恒定的。
17.根据权利要求14的方法，其中所述热喷涂包括至少两层，所述层具有不同的所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的比率。
18.根据权利要求14的方法，其中所述微米尺度颗粒和纳米尺度颗粒之间的重量比沿着涂层变化。
19.根据权利要求14的方法，其中大多数所述附聚体为球形。
20.根据权利要求14的方法，其中大多数所述纳米尺度颗粒和所述微米尺度颗粒在所述热喷涂过程中至少被软化。
21.根据权利要求14的方法，其中所述原料组合物的形态选自由粉末、线状和溶液组成的组中。
22.根据权利要求14的方法，其中所述原料组合物为粉末形态。
23.根据权利要求14的方法，用于选自以下的应用：汽车工业、航空工业、航运业、发动机涂层、涡轮机涂层、弥补术涂层或其它其中抗裂缝发展重要的应用。
24.根据权利要求14的方法，其中所形成的离散的纳米尺度颗粒附聚体与离散的微米尺度颗粒实质上是相同大小的。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IL175,045 | 2006-04-20 | ||
| IL175045A IL175045A0 (en) | 2006-04-20 | 2006-04-20 | A coating formed by thermal spraying and methods for the formation thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101134193A true CN101134193A (zh) | 2008-03-05 |
Family
ID=38721315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2007101388194A Pending CN101134193A (zh) | 2006-04-20 | 2007-04-20 | 通过热喷涂形成的涂层及其形成方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20080113105A1 (zh) |
| JP (1) | JP2007291523A (zh) |
| CN (1) | CN101134193A (zh) |
| DE (1) | DE102007018859A1 (zh) |
| IL (1) | IL175045A0 (zh) |
| RU (1) | RU2007114951A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102388158A (zh) * | 2009-03-03 | 2012-03-21 | Vtt科技研究中心 | 阻止热喷涂中金属氧化的方法 |
| CN104658514A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-05-27 | 湖南城市学院 | 一种长寿命琵琶弦 |
| CN112719823A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-30 | 太原科技大学 | 一种一体化3d打印的枪钻制造方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI118211B (fi) * | 2006-05-19 | 2007-08-31 | Metso Paper Inc | Staattinen vedenpoistoelin rainanmuodostuskonetta varten sekä menetelmä rainanmuodostuskonetta varten olevan staattisen vedenpoistoelimen pinnoittamiseksi |
| DE102008014800B3 (de) * | 2008-03-18 | 2009-08-20 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dispersionsgehärteten Gegenstandes, der Carbid-Nanopartikel enthält |
| JP5417364B2 (ja) | 2011-03-08 | 2014-02-12 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子用硬化性組成物、並びに、これを用いた感光層、永久パターン、ウエハレベルレンズ、固体撮像素子、及び、パターン形成方法 |
| CN107709611A (zh) * | 2015-06-29 | 2018-02-16 | 欧瑞康美科（美国）公司 | 冷气喷涂方法和组合物 |
| US10801097B2 (en) * | 2015-12-23 | 2020-10-13 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Thermal spray coatings onto non-smooth surfaces |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4248940A (en) * | 1977-06-30 | 1981-02-03 | United Technologies Corporation | Thermal barrier coating for nickel and cobalt base super alloys |
| WO1997018341A1 (en) * | 1995-11-13 | 1997-05-22 | The University Of Connecticut | Nanostructured feeds for thermal spray |
| US6551664B2 (en) * | 1998-07-02 | 2003-04-22 | Alcoa Inc. | Method for making aluminum sheet and plate products more wear resistant |
-
2006
- 2006-04-20 IL IL175045A patent/IL175045A0/en unknown
-
2007
- 2007-04-19 US US11/737,501 patent/US20080113105A1/en not_active Abandoned
- 2007-04-20 JP JP2007112066A patent/JP2007291523A/ja not_active Abandoned
- 2007-04-20 CN CNA2007101388194A patent/CN101134193A/zh active Pending
- 2007-04-20 RU RU2007114951/02A patent/RU2007114951A/ru not_active Application Discontinuation
- 2007-04-20 DE DE102007018859A patent/DE102007018859A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102388158A (zh) * | 2009-03-03 | 2012-03-21 | Vtt科技研究中心 | 阻止热喷涂中金属氧化的方法 |
| CN102388158B (zh) * | 2009-03-03 | 2014-08-27 | Vtt科技研究中心 | 阻止热喷涂中金属氧化的方法 |
| CN104658514A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-05-27 | 湖南城市学院 | 一种长寿命琵琶弦 |
| CN104658514B (zh) * | 2015-03-11 | 2017-11-21 | 湖南城市学院 | 一种长寿命琵琶弦 |
| CN112719823A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-30 | 太原科技大学 | 一种一体化3d打印的枪钻制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102007018859A1 (de) | 2007-12-27 |
| US20080113105A1 (en) | 2008-05-15 |
| JP2007291523A (ja) | 2007-11-08 |
| RU2007114951A (ru) | 2008-10-27 |
| IL175045A0 (en) | 2006-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101134193A (zh) | 通过热喷涂形成的涂层及其形成方法 | |
| CN103781929B (zh) | 金属陶瓷粉末 | |
| US5122182A (en) | Composite thermal spray powder of metal and non-metal | |
| EP2067872B1 (en) | Article having composite layer | |
| JP4359442B2 (ja) | 溶射用粉末及びそれを用いた溶射皮膜の形成方法 | |
| US7892652B2 (en) | Low stress metallic based coating | |
| CA1276843C (en) | Composite hard chromium compounds for thermal spraying | |
| CA2337322C (en) | Spray powder, thermal spraying process using it, and sprayed coating | |
| CN101300313B (zh) | 氧化钛锶和由其制得的可磨损涂料 | |
| TWI549918B (zh) | 用於高速氧燃料噴塗之新材料及由其製得之產品 | |
| CN106834974A (zh) | 铁基合金涂层与其形成方法 | |
| CN101003089A (zh) | 超微或纳米金属粉包覆的复合粉末及其制备方法 | |
| CN106424714A (zh) | 一种复合wc合金粉末及其制备方法和用途 | |
| CN101139709A (zh) | 一种用于钛合金表面获得高适配耐磨钛基复合材料的方法 | |
| Li et al. | Effect of particle state on the adhesive strength of HVOF sprayed metallic coating | |
| CN1637163B (zh) | 热喷涂粉末 | |
| JPH11350102A (ja) | 炭化クロムとニッケルクロムとからなる粉末 | |
| CN101838807B (zh) | 一种发动机进、排气门用激光熔覆涂层材料及其涂层 | |
| CN102822256A (zh) | 可磨耗组合物及其制造方法 | |
| WO2008049080A1 (en) | Superfine/nanostructured cored wires for thermal spray applications and methods of making | |
| CN110016601A (zh) | 一种镍铬-金刚石合金复合粉末及其制备方法和用途 | |
| CN108048784A (zh) | 一种等离子热喷涂制备氮化物增强高熵合金涂层的方法 | |
| JP5769255B2 (ja) | サーメット皮膜とそれを形成する噴射用粒子、サーメット皮膜形成方法、皮膜形成品 | |
| CN1929991B (zh) | 耐磨材料 | |
| CN110000376A (zh) | 一种镍钼铬-金刚石合金复合粉末及其制备方法和用途 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080305 |