CN102356175A - 涉及不剥落低密度硬面涂层的涂层、组合物和方法 - Google Patents
涉及不剥落低密度硬面涂层的涂层、组合物和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102356175A CN102356175A CN2010800122672A CN201080012267A CN102356175A CN 102356175 A CN102356175 A CN 102356175A CN 2010800122672 A CN2010800122672 A CN 2010800122672A CN 201080012267 A CN201080012267 A CN 201080012267A CN 102356175 A CN102356175 A CN 102356175A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite body
- modulus
- mutually
- less
- ceramic particle
- 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
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title description 70
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title description 19
- 238000004901 spalling Methods 0.000 title 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 134
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 134
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 110
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 93
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 52
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 43
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 28
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 13
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 11
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910003564 SiAlON Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 claims description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000007771 core particle Substances 0.000 claims 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005552 hardfacing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 66
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 23
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 16
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 13
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 9
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 4
- 238000007749 high velocity oxygen fuel spraying Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910003298 Ni-Ni Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000002318 adhesion promoter Substances 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 2
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002514 Co–Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002060 Fe-Cr-Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003310 Ni-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229960004424 carbon dioxide Drugs 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GVEHJMMRQRRJPM-UHFFFAOYSA-N chromium(2+);methanidylidynechromium Chemical compound [Cr+2].[Cr]#[C-].[Cr]#[C-] GVEHJMMRQRRJPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 1
- JPNWDVUTVSTKMV-UHFFFAOYSA-N cobalt tungsten Chemical compound [Co].[W] JPNWDVUTVSTKMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000009313 farming Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000003966 growth inhibitor Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011872 intimate mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- SPIFDSWFDKNERT-UHFFFAOYSA-N nickel;hydrate Chemical compound O.[Ni] SPIFDSWFDKNERT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 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
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
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
-
- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
- Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
- Y10T428/12063—Nonparticulate metal component
- Y10T428/12097—Nonparticulate component encloses particles
-
- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24802—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]
- Y10T428/24893—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.] including particulate material
Abstract
一种复合材料主体，其是耐剥落的并包括在基本上连续的富金属基质相中的基本上不连续的金属陶瓷相。复合材料主体通常结合到基材以在基材上形成硬化面。复合材料主体呈现出以至少约2％的断裂应变韧化的韧性相、小于约0.46亿磅每平方英寸的弹性模量和小于约7克每立方厘米的密度。在复合材料主体中的富陶瓷区域之间的富金属基质相具有约0.5到8微米的平均最小跨度以提供复合材料主体中的韧性。复合材料主体具有大于约650的维氏硬度值。不连续的金属陶瓷相呈嵌入复合材料主体中的富陶瓷区域的形式，且其包括陶瓷颗粒和金属陶瓷粘合剂。陶瓷颗粒具有至少约7.5的莫氏硬度、小于约0.46亿磅每平方英寸的弹性模量和从约0.1到10微米的平均粒度。相比于基质相，富陶瓷区域呈现出高的硬度。
Description
相关申请
本申请要求享有2009年2月3号提交的美国临时申请第61/149,680号的权益。
本发明由政府资助，根据由在1025F St，Washington DC的环境保护局授予的合同#EPA EP-D-06-053，铬代替物的微复合材料涂层，和根据由在Oklahoma City，OK的美国空军授予的GDIT主合同#FA8601-04-F-0040的分包合同#USAF-0040-SC-0024-1来进行。
发明背景
1.发明领域。
本发明一般涉及硬面涂层、组合物和方法，且更具体地，本发明的实施方式涉及与耐剥落的、低密度的硬面涂层相关的硬面涂层、组合物和方法。
2.现有技术描述。
硬面涂层尤其是通过复合材料粉末的热喷涂形成的基于铬和钨的涂层是众所周知的，但它们通常易于剥落，且它们是重的。例如，热喷涂的碳化钨-钴涂层是非常硬、脆和致密的。已经提出了通过热喷涂陶瓷例如陶瓷氮化物来形成涂层，但陶瓷通常分解而非熔化。例如，陶瓷氮化物在约1900摄氏度下分解。热喷涂操作通常在远超过1900摄氏度的温度下进行，因此试图通过热喷涂陶瓷氮化物来形成涂层通常是不成功的。先前已经提出了经由物理气相沉积和化学气相沉积操作来施用陶瓷氮化物以便形成控制磨损和摩擦的涂层，但这样的气相沉积操作倾向于是慢的和昂贵的。
过去改善磨损的尝试通常涉及以韧性为代价制造更硬的且刚性更强的涂层。一般而言，由于涂层变得更硬且刚性更强，剥落的出现增多了。
现有的用于形成硬面涂层的热喷涂操作通常将至少所喷涂的材料的熔化作为目标，且常常还将基材表面的熔化作为目标。所喷涂的粉末的彻底熔化通常被认为是有益的和必要的，这是因为它改善了在涂层和基材之间形成不同于机械结合的冶金结合的机会。这种彻底熔化通常使涂层的组成变得差不多完全均匀。现有的典型的热喷涂操作包括，例如，HVOF(高速氧燃气)、激光成型、等离子体喷涂、等离子体转移弧和类似物。
遗憾的是，因为这些热喷涂的涂层具有高的硬度，所以这些热喷涂的涂层是脆的，且当受到冲击、点荷载或其他高应力情况例如在舰载飞机中使用的起落架筒中存在的那些情况时，遭受剥落和灾难性故障。该剥落是通过增加高模量涂层中的应力与高模量涂层的低的应变耐受度(straintolerance)共同造成的。此外，这些涂层是非常致密的，在对于碳化铬/镍铬来说的约8克每立方厘米到对于碳化钨/钴涂层来说的约16克每立方厘米的范围内。这些较高密度的涂层增加了相当大的重量，具有通过HVOF枪系统的低的通过量，以及使飞机和其他运输系统的燃料燃烧效率和有效载荷造成显著的损失。最后，这些具有有限韧性的极硬的涂层必须是被超精加工以防止过量的密封磨损和消除造成早期故障的表面瑕疵的金刚石。由于它们的脆性和高的模量，它们对表面上和涂层中的瑕疵和缺陷极其敏感，意味着它们非常难以应用，限制了它们的效用和合格的施用器的数量。
高应力和磨损的宇宙空间应用例如飞机起落架需要在结构元件上的硬面涂层。许多这样的应用先前已经涉及使用WC-Co包覆的高强度钢。已经提出用钛合金来代替这样的高强度钢，这是因为可以实现重量减轻。钛合金具有的弹性模量小于先前的高强度钢的弹性模量。当先前的WC-Co涂层弯曲时，已经发现先前的WC-Co涂层出现钛的剥落。需要具有低到足以不出现钛的剥落的弹性模量的硬面涂层。为了减轻重量的目的，已经提出具有薄的横截面的结构构件。这样的结构构件倾向于弯曲和变形。这导致硬面涂层的剥落。又需要韧性硬面涂层。韧性硬面涂层的形成先前似乎是不可实现的。通常认为在同一涂层中不可能获得硬度和韧性两者。
使用热喷涂操作来形成其中分离的高陶瓷含量区域被嵌入韧性基质中的不均匀涂层被公开在2007年6月21号公布的Sherman的已公布美国申请第2007/0141270号中，该美国申请据此通过引用并入本文，如同在此完全阐述一样。
关注这些问题的人们认识到对改进的硬面涂层的需求。
发明简述
本发明响应于本领域的当前状态且尤其是响应于还未通过当前可用的办法充分地或完全地解决的这些和其他问题以及需求而开发。因此，本发明的总目的是有效地至少解决本文确定的问题和缺点。本发明的实施方式尤其适合用作对于功能性和安全性来说坚固性、可靠性、耐久性和低密度是重要因素的宇宙空间结构元件的硬化面(hardfacing)。
本发明的实施方式包括多相复合材料主体，该多相复合材料主体是耐剥落的并包括基本上连续的富金属基质相中的基本上不连续的金属陶瓷相。
尽管能够独立起作用而不需要基材，但在某些实施方式中，复合材料主体被结合到基材，例如，诸如钢、钛、铝或它们的合金，尤其是它们的高强度合金。这样的基材通常是为了耐磨损、坚固性、耐腐蚀和耐久性的目的而需要硬化面的金属。
复合材料主体呈现出以至少约2％的断裂应变韧化的韧性相、小于约0.46亿磅每平方英寸的弹性模量，和在一些实施方式中小于约7克每立方厘米的密度，且在另外的实施方式中，小于约6克每立方厘米的密度。在复合材料主体中的富陶瓷区域之间的富金属基质相具有约0.5到10微米的平均跨度以允许复合材料主体的韧性。复合材料主体在一些实施方式中具有大于约650的维氏硬度值(VHN)，且在另外的实施方式中具有大于约750，高达约1200的VHN。
不连续的金属陶瓷相呈嵌入在复合材料主体中的富陶瓷区域的形式，并包括陶瓷颗粒和金属陶瓷粘合剂。陶瓷颗粒具有至少约7.5的莫氏硬度，且在某些实施方式中，具有从约8或9的莫氏硬度、小于约0.46亿磅每平方英寸的弹性模量，且在一些实施方式中，具有小于约0.40亿磅每平方英寸的弹性模量和从约0.1到10微米的平均粒度。相比于基质相，富陶瓷区域呈现出高的硬度。
根据某些实施方式，多相复合材料主体是通过将细陶瓷颗粒和充分分散的金属陶瓷粘合剂附聚到芯金属陶瓷颗粒中来制备的。然后将芯金属陶瓷颗粒与富金属基质形成材料组合成复合材料主体。组合操作可以通过常规的热喷涂操作、常规的电解沉积工艺或类似操作来进行。当采用热喷涂来形成复合材料主体时，将芯金属陶瓷颗粒与富金属基质形成材料组合，成为用于热喷涂操作的原料中。热喷涂操作可以例如根据Sherman的已公布美国申请第2007/0141270号的教导来进行。已经发现HVOF热喷涂工艺特别适合于本发明的某些实施方式的生产。当采用常规的电解沉积过程时，芯金属陶瓷颗粒可以仅仅被分散在浴中，使得它们在涂层形成时被俘获在涂层中。
为了使与本发明最紧密相关的有关领域的技术人员熟知，本文通过形成说明书的一部分的附图并参考附图来描述阐明了用于将本发明投入实践的现在预期的最好模式的复合材料主体的实施方式。详细地描述示例性的实施方式，而不试图示出本发明可能包含的所有各种形式和修改。因此，本文所示出的和描述的实施方式是说明性的，且如对于本领域技术人员将变得明显的，可以在本发明的范围和精神内以许多方式进行修改，本发明由所附的权利要求而不是由说明书或附图的细节来定界。
附图简述
本发明在多种硬面应用中提供其益处，硬面应用包括宇宙空间、采矿、油和气体开采和开发、设备修理、耕作和施工设备以及类似物。尽管下文跟随的描述意图代表许多这样的应用，但它不是穷举性的。如本领域技术人员将认识的，本文教导的基础组合物、复合材料主体和方法可以容易地适合于许多用途。该说明书和附于此的权利要求应符合与被公开的本发明的范围和精神一致的宽度，尽管有些可能好像是由关于所公开的具体实例的需要强加的限制性语言。
仅为了阐明本发明和其目前被理解的最好模式而不是限制的目的，特别地参考附图：
图1描绘了用于生产根据本发明的多相复合材料主体的一个实施方式的流程图。
图2用图解法描绘了根据本发明的附聚的芯金属陶瓷颗粒的实施方式。
图3用图解法描绘了根据本发明的适合用作热喷涂操作中的原料的包覆的金属陶瓷颗粒的实施方式。
图4用图解法描绘了根据本发明的适合用作热喷涂操作中的原料的芯金属陶瓷颗粒和接合的基质形成富金属颗粒的另外的实施方式。
图5用图解法描绘了根据本发明的形成多相复合材料主体的工艺的实施方式。
优选实施方式的详细描述
现在参考附图，其中在全部若干副视图中，相同的参考数字指代相同的或相应的部件。应理解，附图是本发明的各种实施方式的图示的和示意性的表示，且不以任何方式被解释为限制本发明。本文关于具体的实施方式的词和词组的使用不意图将这样的词和词组的意思限制于那些具体的实施方式。除非本文详细地阐述具体的定义，否则本文的词和词组意图具有它们在本领域内的通常意思。
具体参考附图，在为了阐明的目的而选择的实施方式中，通常以10阐明由陶瓷颗粒和金属陶瓷粘合剂的附聚的紧密混合物组成的芯金属陶瓷颗粒。在图3的实施方式中，芯金属陶瓷颗粒被包封在富金属基质形成材料的基本上连续的涂层12内。在图4的实施方式中，典型的富金属基质形成材料的颗粒14通过附着于不连续涂层中的芯金属陶瓷颗粒而与芯金属陶瓷颗粒10相联。
在图5的实施方式中，复合材料主体16通过以下来形成：选择附聚的和固结的芯金属陶瓷颗粒18，在包覆步骤26中将其包覆，以形成基本上被包封在富金属基质形成材料28内的基本上连续地被包覆的金属陶瓷颗粒20。被包覆的金属陶瓷颗粒20被供应为热喷涂步骤32的原料。软化的被包覆的金属陶瓷颗粒20在基材(未示出)上碰撞以形成复合材料主体16。基本上连续地被包覆的金属陶瓷颗粒20变形以形成复合材料主体16中的不连续的金属陶瓷相。在选择用于阐明的实施方式中，不连续的金属陶瓷相包括富陶瓷区域34，富陶瓷区域34通常呈嵌入在基本上连续的富金属基质相36中且通常由基本上连续的富金属基质相36彼此间隔开的透镜形状的沉积物的形式。富陶瓷区域34通常由变形的芯金属陶瓷颗粒18形成，而富金属基质相36通常由富金属基质形成材料28形成。添加剂30可以被包括在形成金属陶瓷颗粒的任何阶段中。这样的添加剂通常以30指示。这样的添加剂通常是常规的，且为有利地改变金属陶瓷颗粒的性能或性质而包括它们。富陶瓷区域通常由如通常以38和40指示的跨度间隔开。跨度的形状和尺寸是不规则的，但呈现出主要地由富金属基质形成材料28与被包覆的金属陶瓷颗粒20的比例控制的平均距离。跨度基本上填满连续的富金属基质相36。如图4中阐明的，用不连续的被包覆的金属陶瓷颗粒代替基本上连续的被包覆的金属陶瓷颗粒20提供了基本上相同的复合材料主体16。使用疏松的富金属基质形成材料的颗粒(未阐明)产生基本上相同的复合材料主体16，条件是原料被完全充分地混合以便围绕芯金属陶瓷颗粒形成疏松的不连续涂层。
根据某些实施方式，复合材料主体具有大于1％的断裂应变，且在某些实施方式中，具有约2％到6％的断裂应变和从约0.46到0.20或0.40到0.25亿磅每平方英寸的模量。在一些实施方式中，富金属基质相具有在不连续的金属陶瓷相的金属陶瓷区域之间的约0.5到10微米的平均跨度，且在一些另外的实施方式中具有约0.4或0.5的最小跨度，高达约8微米的最大跨度，且在一些另外的实施方式中具有从约0.5到2微米的跨度。
已经发现在金属陶瓷区域之间的金属基质相的跨度基本上引起了复合材料主体的韧性。富金属基质的跨度是具有最小平均尺寸的韧性相内含物的性质。跨度必须足以允许富金属基质相加工硬化。已经发现约0.4到0.5微米的最小跨度是获得适当的韧性所需要的。如果该跨度太小，则存在很少的或不存在加工硬化，且复合材料主体受应力作用时往往会破裂。如果平均跨度大于允许加工硬化需要的平均跨度(通常小于约8，且在一些实施方式中约6或5或2或更小的微米)，则复合材料主体的硬度、密度和耐磨性可能不足以用于预期的用途。对于特定的金属陶瓷-富金属基质复合材料，复合材料主体中的金属陶瓷和富金属基质相的量是成比例的，以获得最佳的平均跨度。对于某些实施方式，最佳的比例通过初始计算的近似值(使用混合律)随后是实际测试的迭代过程来确定。
富金属基质相包括韧性金属。富金属基质相在由金属陶瓷颗粒形成的富陶瓷区域之间延伸。某些实施方式，例如利用以下中的至少一种作为韧性金属：镍和钴以及它们的合金；Ni-Ni3P、NiP、Ni2P；Ni-Cr；Fe-Cr-Al；Ni-Ni2B、Co-Co3P、Fe-Al合金、Ni-Al合金、钛和其合金(包括Ni-Ti合金)、铜和其合金、以及这些物质的混合物和合金。富金属基质相应具有小于约0.42亿磅每平方英寸的模量，且在一些实施方式中具有小于约0.35亿磅每平方英寸的模量。由铬呈现出的模量是0.42亿磅每平方英寸。富金属基质相中的金属应在约1900摄氏度(氮化硅的分解温度)下熔化。富金属基质相中的材料不会在热喷涂操作中遇到的温度下与陶瓷显著地反应。
富金属基质形成材料通常构成形成复合材料主体的原料的从约5到30V％，且根据一些实施方式，从约5V％或10V％或15V％到20V％或25V％或30V％。用作热喷涂操作中的原料的金属陶瓷颗粒通常处于10到60微米的平均粒度，且在一些实施方式中从20到50微米的平均粒度。金属陶瓷粒度主要取决于所使用的特定喷枪的要求，以及特定颗粒的热质量和密度。一般而言，在10微米以下的粒度倾向于堵塞许多喷涂枪，而在60微米以上的颗粒倾向于造成被喷涂的基材要进行喷砂处理。
根据某些实施方式，复合材料主体具有小于约6克每立方厘米的密度。为了获得该密度，同时仍然获得所需的断裂应变和模量性质时，必须使低密度陶瓷的量最大。当施用模式涉及热喷涂时，且涉及陶瓷氮化物，则存在另外的考虑事项。在金属陶瓷粘合剂和陶瓷氮化物之间存在平衡。陶瓷氮化物通常分解而不是熔化。例如，Si3N4在约1900摄氏度下分解。热喷涂系统通常在显著高于该分解温度的温度下操作。无保护的氮化物陶瓷在热喷涂操作中通常采用的温度下分解。当金属陶瓷粘合剂被完全充分地分布在金属陶瓷中(例如，通过包覆陶瓷颗粒，或采用与平均直径为约一微米的金属陶瓷粘合剂颗粒的延长的混合时间)时，较少发生陶瓷颗粒的分解。尽管不希望受任何理论束缚，但充分分布的金属陶瓷粘合剂明显地倾向于保持气态分解产物与陶瓷颗粒紧密接触，所以分解反应在动力学上是受抑制的。这需要足够的金属陶瓷粘合剂且金属陶瓷粘合剂被足够充分地分布以抑制陶瓷颗粒的分解。根据一些实施方式，小于约20％的陶瓷氮化物在热喷涂期间分解。若金属陶瓷中没有足够充分地分布的金属陶瓷粘合剂，则分解速率接近100％。对于某些实施方式，对于特定的陶瓷-金属陶瓷粘合剂组合，最佳的比例和混合操作通过初始计算的近似值(基于混合律)随后是实际测试的迭代过程来确定。根据某些实施方式，陶瓷颗粒构成附聚的芯金属陶瓷颗粒的从约30到80或从约40到70或从约40到50体积％。
根据某些实施方式，陶瓷颗粒的平均粒度在约0.01或更低到约10微米的范围内。在另外的实施方式中，陶瓷颗粒平均粒度在约0.1到8微米或0.3到8微米的范围内，且在另外的实施方式中在约0.3到5微米的范围内。对于大于约8到10微米的平均陶瓷粒度，所得到的复合材料主体倾向于呈现出比由具有尺寸在约10微米以下的陶瓷颗粒的复合材料主体呈现出的腐蚀率和磨损率高的腐蚀率和磨损率。陶瓷粒度的实际下限受加工局限性约束。约0.1微米以下的陶瓷粒度变得难以产生一致的均匀的金属陶瓷。
根据某些实施方式，陶瓷颗粒是具有高的硬度刚度比的陶瓷。即，这样的陶瓷具有高的硬度和低的模量。具有必需的硬度和低的弹性模量的合适的陶瓷包括，例如硅、钛、铬、钒、铝、锆、铌的氮化物、碳氮化物和氧氮化物以及其混合物、锆石、氧化锆、蓝宝石和莫来石。氧化铝单独地具有约0.48到0.50亿磅每平方英寸的模量，但其可以令人满意地与具有较低模量的其他陶瓷共混或其可以以小体积分数被使用。锆石具有约0.21亿磅每平方英寸的模量，且氧化锆具有约0.35亿磅每平方英寸的模量。莫来石具有约9的莫氏硬度和约0.38亿磅每平方英寸的模量。在某些实施方式中，陶瓷颗粒包括以下物质中的至少一种：Si3N4、TiN、VN、V2N、CrN、Cr2N、ZrN、Nb2N、TiCN、SiCN、SiON或SiAlON。氮化物呈现出低摩擦和通常高的与金属的热相容性。
在某些实施方式中，金属陶瓷粘合剂包括具有小于约5微米一直到约0.5微米的平均粒度的金属颗粒，且在另外的实施方式中包括具有从约2到0.5微米的平均粒度的金属颗粒。为了安全性的目的，金属的金属陶瓷粘合剂的粒度应在当暴露于空气时它们变成爆炸物的粒度以上。根据某些实施方式，合适的金属包括，例如Ni、Co、Fe和它们与Cr、Al和Ti的合金，以及其混合物。在另外的实施方式中，金属陶瓷粘合剂是在陶瓷颗粒上的金属涂层。这样的金属涂层通过常规技术来施用，常规技术包括例如化学气相沉积、在金属被涂到陶瓷上的条件下剧烈混合或碾磨、或类似技术。
对于现有的硬面涂层尤其是在高应力和薄片结构部件上的硬面涂层，剥落已经成为严重的问题。剥落是模量(对于给定的挠度，累积应力的量)和韧性或应变耐受度的组合。这不仅仅是模量，而是与粘附强度交错的模量和韧性或韧度的组合。陶瓷通常具有小于0.7％的应变耐受度，且兼具高的模量和通常差的粘附性。先前的硬化面材料通常具有高的模量、相对差的应变耐受度韧性(WC-Co为约0.5-0.8％)。根据本发明的复合材料主体具有低的模量，或与其被附着于的基材具有很低的模量失配(在钢被用作基材时，在理想的情况下与钢匹配)，所以具有很低的应变失配、良好的粘附(在约10,000磅每平方英寸以上)和非常高的韧度或应变耐受度(在1％以上，且在大部分实施方式中在约2％以上，且对于一些实施方式在约3％以上)。应变耐受度意指背离加工硬化和使应变重新定向成远离变形区，这通常不是由现有硬面涂层所享有的性质。目前所设想的实施本发明的最佳模式的以下实例将阐释本发明的实践并使本领域技术人员想到另外的实施方式。
实施例1
附聚的微复合材料粉末通过在球磨机中球磨研磨0.5微米的Si3N4粉末与40重量％(wt％)的Ni和10wt％的Cr粉末达24小时来制备。该实例用图解法在图1中阐明。添加聚乙烯醇粘合剂连同水和常规的表面活性剂以使所得到的浆料的粘度降到200和300厘泊之间。附聚的粉末通过喷雾干燥浆料来形成。使用离心喷雾器以15,000转每分钟、300摄氏度的气体温度和180华氏度的出口温度来喷雾干燥浆料，以产生大约球形的、自由流动的附聚的粉末。这些粉末在氢气中在200到300摄氏度下被脱束缚，并在1250摄氏度下被烧结2小时以产生致密的、自由流动的粉末，其中约一半颗粒具有约38微米的直径。筛分粉末以产生-270、+400目截留(meshcut)。在流化床反应器中采用羰基镍的分解来用10wt％镍进一步包覆筛过的粉末。然后使用利用液体煤油作为燃料且氧气作为氧化剂气体的TAFAJP8000热喷涂系统(由Tafa Division of Praxair制造)来将镍包覆的附聚的粉末喷涂到喷砂处理过的M300钢基材上。所得到的涂层具有约720的维氏硬度值(VHN)、大于约10,000磅每平方英寸表压的粘附强度(依据ASTM 622结合销粘附试验)。涂层具有小于约0.5英寸的180度弯曲半径和约5.6克每立方厘米的密度。在确定弯曲半径时，将试样围绕1/2英寸直径的心轴弯曲成“U”形状，而不使涂层开裂或破裂。该涂层经受得住在R＝-1.0时的180KSI疲劳测试，且没有碎裂或剥落的迹象。疲劳测试对被包覆的4140(M300)钢进行并使用ASTM E 466来测量。该未被包覆的钢具有220KSI疲劳极限值。通过比较，WC-Co涂层通常在约160KSI剥落。弹性模量使用混合律来计算，为约0.35亿磅每平方英寸。涂层的断裂应变从开裂时的弯曲半径来估计，为约4％。在修理飞机致动器和起落架筒时，该涂层适合于代替铬和WC-Co硬化面。根据该实例制备的涂层的实施方式将呈现出通常在约5,000磅每平方英寸表压(psig)压缩残余应力和约3,000psig拉伸残余应力之间的残余应力，且在另外的实施方式中，在近似无作用的拉伸残余应力到约2,000psig压缩残余应力之间。重复该实例将产生如下涂层：当在4340或300M钢上具有约5到7密耳的厚度时将在约200KSI到约210KSI完全反向的(R＝-1)载荷下经受住至少约200次循环。当被施用到其他已知的超高强度的钢时，这样的涂层的实施方式将提供相似的结果。
实施例2
在Segvari型磨碎机中将具有约1到3微米的平均粒度的氮化钛粉末(由Kennametal inc制造)与32wt％Ni和8wt％Cr粉末(约1到5微米的平均粒度)机械地熔合24小时。磨碎机由Union Process制造。所有的粉末为-325目。将机械地熔合的粉末从磨机移出、干燥，然后使用高剪切混合器与用NH3OH碱化的水-2％聚乙烯醇溶液共混以产生约45体积％(V％)的固体含量的浆料，该浆料具有在100到300厘泊之间的粘度。通过FU11离心喷雾器(由NIRO制造)以18,000转每分钟将浆料喷涂以产生约34微米平均粒度的附聚的粉末。将喷雾干燥的附聚粉末在氢气中在约200到300摄氏度下脱束缚。当被脱束缚的附聚颗粒在约1200摄氏度下被烧结约3小时以产生基本上完全致密的微复合材料芯金属陶瓷时，被脱束缚的附聚颗粒基本上保留它们的尺寸。还在流化床中，在350摄氏度下在氧气的存在下采用镍盐(乙酰乙酸镍一水合物)的分解来用10wt％镍金属包覆附聚的芯材料。然后将微复合材料粉末喷涂到已经被清洁和喷砂处理过的4340M高强度钢基材上。热喷涂的条件是使得TiN部分地分解，产生具有0.42亿磅每平方英寸(295Gpa)的经计算的模量的富Ti的TiN。涂层具有838VHN的微硬度，极其耐酸性油中见到的酸性环境，具有大于约3到4％的估计的断裂应变(基于开裂时的弯曲半径)，具有超过10,000磅每平方英寸表压的附着力(ASTM 622)，和约6.3克每立方厘米的密度。弹性模量从混合律计算，为约0.41亿磅每平方英寸。该基于TiN的涂层适合于深钻孔部件的涂层，包括经历腐蚀和侵蚀条件的棒、轴承、泵轴、密封件、转子和阀主体。
实施例3
制备0.3-0.8微米αSiAlON粉末(在Al2O3和Si3N4之间约1.2方式)并将其与40V％Ni-Cr粘合剂共混。将该共混物喷涂干燥并烧结以形成约35微米直径的附聚的芯颗粒。该颗粒随后通过常规的化学镀用5到7V％的Ni-Ni3P纳米复合材料来包覆。这些粉末然后使用高速氧燃气(HVOF)热喷涂系统来喷涂，以产生基本上完全致密的涂层，该涂层呈现出800到950VHN的硬度和在3和5％之间的弯曲韧性，如使用ASM弯曲韧性试样测量的。1/32英寸厚6英寸长的钢板被热喷涂以形成50到70微米厚的涂层(2到3密耳)。将该试样围绕直径为0.5到1英寸的变化直径的锥形心轴弯曲。弯曲韧性从开裂或条纹首次被观察到时估计。1英寸弯曲为约3.5％韧性，而0.5英寸弯曲直径为约7％韧性。在该试样上的涂层在约0.75英寸弯曲直径时呈现出开裂。弹性模量从混合律来估计，为约0.37亿磅每平方英寸。断裂应变从开裂时的弯曲半径来估计，为约4.5％。该涂层可以使用砂带打磨或其他快速的和低成本的精加工技术来精加工。在不需要非常高的硬度(或成本)的WC-Co，但需要比可以由硬铬提供的耐磨损性和耐腐蚀性高的耐磨损性和耐腐蚀性的应用中，这些涂层适合用作WC-Co的代替物。
先前，已经提议各种添加剂和改性剂用于形成和使用不同金属陶瓷产品的各种目的。这样的添加剂包括，例如湿润剂、晶粒生长抑制剂、熔点调节剂和类似物。将任选的改性剂和添加剂包含到金属陶瓷颗粒中以30指示(图5)。改性剂和添加剂通常用来促进粘附，或限制晶粒生长，或限制扩散或反应，或以其他方式改变熔化温度、物理性质、机械性质或化学性质或类似的。
尤其是当采用热喷涂来形成复合材料主体时，参与复合材料主体的所有材料被包含在金属陶瓷粉末中。因此，复合材料主体的组成和物理构型至少主要由金属陶瓷颗粒的组成和构型连同形成主体的条件来确定。
金属陶瓷粘合剂可以包括改变金属陶瓷粘合剂和/或复合材料主体的物理性质或化学性质的增强内含物或溶解材料。一般而言，金属陶瓷粘合剂为大于50体积％的韧性金属。
形成复合材料主体中的富金属基质相的富金属的金属基质前驱体通常包含大于一半且在某些实施方式中大于约75体积％的韧性金属。富金属基质前驱体材料可以包括改变复合材料主体的富金属基质相的物理性质或化学性质的增强内含物或溶解材料。
根据本发明的复合材料主体通常在基材表面上原位形成。即，相比于在别的地方形成、被转移到和施用到基材表面，复合材料主体由大体流体状态原地形成。由近似流体状态原位形成使主体尽可能紧密地结合到基材。当结合是机械的，原位形成的复合材料主体以用单独形成的主体不可能实现的方式在微小细节上符合支撑表面。原位形成使得主体符合弓形表面或有角表面，或已经有意提供锚固构型或粗糙度的表面。
复合材料主体便利地形成在基材的平坦的、弓形的或有角的表面上。基材通常具有不同于复合材料主体的物理特征的物理特征。通常，基材支撑复合材料主体并向复合材料主体提供强度，且主体为基材提供耐磨损性和硬度。当复合材料主体意图与基材分离时，基材可以是可以通过浸析来除去而不损害复合材料主体的低熔点合金或材料或类似物。当需要冶金结合时，基材的表面可以用粘合增进剂预包覆。粘合增进剂包括，例如，与富金属基质形成低熔点合金的铝或其他元素。当要形成机械结合时，基材的结合表面可以是粗糙的或多孔的。
与金属陶瓷颗粒接合的富金属基质相前驱体可以例如呈以下形式：金属涂层、颗粒的大体松散粘附的沉积物、与陶瓷颗粒处于疏松的但紧密混合关系的颗粒、或类似物。在某些实施方式中，富金属基质相前驱体中的韧性金属含量高于金属陶瓷粉末中的金属含量。
金属沉积物可以通过机械的、化学的、电化学的、气相沉积、附聚、烧结或其他常规的沉积物形成过程形成在陶瓷颗粒和金属陶瓷芯颗粒上，如可以期望的。如果需要的话，可以采用为了改进金属陶瓷颗粒或其组分的完整性或其他性质的目的例如清洁、活化、预涂覆或类似的而进行的各种处理步骤。富金属基质相前驱体可以在一个或若干个连续操作中形成在金属陶瓷芯颗粒上，以在相同的或不同的条件下沉积相同的或不同的这样的前驱体材料。
已经描述的是优选的实施方式，其中可以进行修改和变化，而不偏离所附的权利要求的精神和范围。根据上文的教导，本发明的许多修改和变化形式是可能的。因此应理解，在所附的权利要求的范围内，本发明可以不同于如具体所描述的来实践。
Claims (22)
1.一种复合材料主体，所述复合材料主体是耐剥落的并包括富金属基质相中的不连续的金属陶瓷相，所述不连续的金属陶瓷相包括陶瓷颗粒和金属陶瓷粘合剂，所述陶瓷颗粒具有至少约8的莫氏硬度、小于约0.46亿磅每平方英寸的模量和从约0.1到10微米的平均粒度，所述复合材料主体具有大于约650的维氏硬度值、至少1％的断裂应变和小于约0.46亿磅每平方英寸的模量。
2.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述复合材料主体被结合到基材。
3.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述复合材料主体具有从约2％到6％的断裂应变。
4.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述复合材料主体具有从约46,000,000到20,000,000磅每平方英寸的模量。
5.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述金属陶瓷粘合剂包括金属。
6.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述富金属基质相包括镍、铁、铜、钴、硅、其与它们中另一种的合金或其与铬、钨或钼的合金中的至少一种。
7.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述复合材料主体具有小于约6克每立方厘米的密度。
8.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述陶瓷颗粒具有小于约46,000,000的模量和至少约8的莫氏标度硬度。
9.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述陶瓷颗粒包括氮化物、氧氮化物或碳氮化物中的至少一种。
10.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述陶瓷颗粒包括Si3N4、TiN、VN、V2N、CrN、Cr2N、ZrN、Nb2N、TiCN、SiCN、SiON或SiALON中的至少一种。
11.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述陶瓷颗粒包括SiAlON。
12.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述富金属基质相具有约0.5到10微米的平均跨度。
13.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述富金属基质相具有约0.5到2微米的平均跨度。
14.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述不连续的金属陶瓷相通常包括嵌入所述富金属基质相中的多个大约平行延伸的透镜形状的岛状物。
15.如权利要求1所述的复合材料主体，其中所述陶瓷颗粒具有从约0.3到8微米的平均粒度。
16.一种复合材料主体，所述复合材料主体是耐剥落的并包括富金属基质相中的不连续的金属陶瓷相，所述不连续的金属陶瓷相包括陶瓷颗粒和金属陶瓷粘合剂，所述陶瓷颗粒具有至少约8的莫氏硬度、小于约46,000,000磅每平方英寸的模量和从约0.1到10微米的平均粒度，所述复合材料主体具有大于约650的维氏硬度值、至少约2％的断裂应变、小于约7克每立方厘米的密度和小于约0.46亿磅每平方英寸的模量，且所述富金属基质相具有从约0.4到10微米的平均跨度。
17.一种复合材料主体，所述复合材料主体是耐剥落的并包括富金属基质相中的不连续的金属陶瓷相，所述不连续的金属陶瓷相包括陶瓷颗粒和金属陶瓷粘合剂，所述陶瓷颗粒具有至少约8的莫氏硬度、小于约46,000,000磅每平方英寸的模量和从约0.3到8微米的平均粒度，所述复合材料主体具有大于约750的维氏硬度值、从至少约2％到约6％的断裂应变、小于约6克每立方厘米的密度和小于约0.46亿磅每平方英寸的模量，且所述富金属基质相具有约0.5到2微米的平均跨度。
18.一种复合材料主体，所述复合材料主体是耐剥落的并包括富金属基质相中的不连续的金属陶瓷相，所述不连续的金属陶瓷相包括陶瓷颗粒和金属陶瓷粘合剂，所述复合材料主体具有大于约650的维氏硬度值、至少约2％的断裂应变和小于约0.46亿磅每平方英寸的模量。
19.如权利要求18所述的复合材料主体，其中所述复合材料主体以大于约10,000磅每平方英寸表压的粘附强度粘附于金属基材。
20.如权利要求18所述的复合材料主体，其中所述陶瓷颗粒具有小于约0.4亿磅每平方英寸的模量。
21.一种在基材上形成复合材料主体的方法，包括：
选择金属陶瓷颗粒，所述金属陶瓷颗粒包括含有陶瓷颗粒的金属陶瓷芯颗粒、金属陶瓷粘合剂和富金属基质相前驱体，所述富金属基质相前驱体包括从约20到70体积％的所述金属陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒具有至少约8的莫氏硬度、小于约46,000,000磅每平方英寸的模量和从约0.3到8微米的平均粒度；
将所述金属陶瓷颗粒注入到热喷雾产生装置中；
使所述热喷雾产生装置产生包括所述金属陶瓷颗粒的热喷雾；
将所述热喷雾引导到基材上；和
允许所述复合材料主体在所述基材上形成。
22.一种制备金属陶瓷颗粒的方法，所述金属陶瓷颗粒适用于通过热喷涂将高硬度低模量的复合材料主体施用至基材，所述方法包括：
选择具有至少约8的莫氏硬度、小于约46,000,000磅每平方英寸的模量和从约0.01到10微米的平均粒度的陶瓷颗粒，
选择具有小于约5微米的平均粒度的金属陶瓷粘合剂；
紧密混合和附聚所述陶瓷颗粒和所述金属陶瓷粘合剂以形成基本上均匀的金属陶瓷芯颗粒，其中所述陶瓷颗粒包括从约30到80体积％的附聚的芯金属陶瓷颗粒；
紧密组合所述金属陶瓷芯颗粒与从约5到30体积％的富金属基质相前驱体以形成所述金属陶瓷颗粒；和
回收所述金属陶瓷颗粒。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14968009P | 2009-02-03 | 2009-02-03 | |
| US61/149,680 | 2009-02-03 | ||
| PCT/US2010/023097 WO2010123612A2 (en) | 2009-02-03 | 2010-02-03 | Coatings, composition, and method related to non-spalling low density hardface coatings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102356175A true CN102356175A (zh) | 2012-02-15 |
Family
ID=42540638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010800122672A Pending CN102356175A (zh) | 2009-02-03 | 2010-02-03 | 涉及不剥落低密度硬面涂层的涂层、组合物和方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8460796B2 (zh) |
| EP (1) | EP2393954A2 (zh) |
| CN (1) | CN102356175A (zh) |
| BR (1) | BRPI1005423A2 (zh) |
| CA (1) | CA2751250C (zh) |
| SG (1) | SG173515A1 (zh) |
| WO (1) | WO2010123612A2 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109177367A (zh) * | 2018-09-07 | 2019-01-11 | 昆明理工大学 | 一种不连续层状结构复合材料及其制备方法 |
| CN109844177A (zh) * | 2016-08-16 | 2019-06-04 | 塞拉姆涂料股份有限公司 | 陶瓷材料的热喷涂 |
| CN111148567A (zh) * | 2017-10-13 | 2020-05-12 | Sabic环球技术有限责任公司 | 生产弹性体附聚组合物的方法、弹性体附聚组合物及其用途 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9376573B2 (en) * | 2009-02-03 | 2016-06-28 | Mesocoat Inc. | Coatings, composition and method related to non-spalling low density hardface coatings |
| EP2683515A4 (en) | 2011-03-10 | 2015-06-03 | Mesocoat Inc | METHOD AND APPARATUS FOR FORMING PLATED METAL PRODUCTS |
| US20140234549A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | Mahle International Gmbh | Thermally sprayed wear-resistant piston ring coating |
| CN105209178B (zh) | 2013-03-15 | 2018-09-07 | 梅索涂层公司 | 三元陶瓷热喷涂粉末和涂覆方法 |
| US9611532B2 (en) * | 2013-07-03 | 2017-04-04 | Mahle International Gmbh | Coating additive |
| WO2016007224A2 (en) * | 2014-05-16 | 2016-01-14 | Powdermet, Inc. | Heterogeneous composite bodies with isolated cermet regions formed by high temperature, rapid consolidation |
| US10538871B2 (en) | 2016-11-24 | 2020-01-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Washing machine |
| CA3002295A1 (en) | 2017-06-21 | 2018-12-21 | Rolls-Royce Corporation | Impurity barrier layer for ceramic matrix composite substrate |
| US11976013B2 (en) | 2017-09-27 | 2024-05-07 | Rolls-Royce Corporation | Composite coating layer for ceramic matrix composite substrate |
| CN114807723B (zh) * | 2022-04-13 | 2023-01-17 | 北京科技大学 | 一种金属陶瓷复合涂层及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3309897B2 (ja) * | 1995-11-15 | 2002-07-29 | 住友電気工業株式会社 | 超硬質複合部材およびその製造方法 |
| JP3522588B2 (ja) * | 1999-05-26 | 2004-04-26 | トーカロ株式会社 | 高温硬さに優れるクロム炭化物サーメット溶射皮膜被覆部材およびその製造方法 |
| ITRM20030602A1 (it) | 2003-12-24 | 2005-06-25 | Ct Sviluppo Materiali Spa | Procedimento di produzione di rivestimento multistrato |
| US7635515B1 (en) | 2004-04-08 | 2009-12-22 | Powdermet, Inc | Heterogeneous composite bodies with isolated lenticular shaped cermet regions |
| JP5013364B2 (ja) * | 2006-09-12 | 2012-08-29 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | サーメット皮膜形成方法とそれにより得られたサーメット被覆部材 |
-
2010
- 2010-02-03 US US12/699,779 patent/US8460796B2/en active Active
- 2010-02-03 BR BRPI1005423A patent/BRPI1005423A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2010-02-03 EP EP10767468A patent/EP2393954A2/en not_active Withdrawn
- 2010-02-03 WO PCT/US2010/023097 patent/WO2010123612A2/en active Application Filing
- 2010-02-03 CA CA2751250A patent/CA2751250C/en active Active
- 2010-02-03 CN CN2010800122672A patent/CN102356175A/zh active Pending
- 2010-02-03 SG SG2011055803A patent/SG173515A1/en unknown
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109844177A (zh) * | 2016-08-16 | 2019-06-04 | 塞拉姆涂料股份有限公司 | 陶瓷材料的热喷涂 |
| CN109844177B (zh) * | 2016-08-16 | 2022-05-17 | 塞拉姆涂料股份有限公司 | 陶瓷材料的热喷涂 |
| CN111148567A (zh) * | 2017-10-13 | 2020-05-12 | Sabic环球技术有限责任公司 | 生产弹性体附聚组合物的方法、弹性体附聚组合物及其用途 |
| CN111148567B (zh) * | 2017-10-13 | 2022-04-15 | Sabic环球技术有限责任公司 | 生产弹性体附聚组合物的方法、弹性体附聚组合物及其用途 |
| CN109177367A (zh) * | 2018-09-07 | 2019-01-11 | 昆明理工大学 | 一种不连续层状结构复合材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20100203255A1 (en) | 2010-08-12 |
| BRPI1005423A2 (pt) | 2018-04-10 |
| WO2010123612A2 (en) | 2010-10-28 |
| US8460796B2 (en) | 2013-06-11 |
| SG173515A1 (en) | 2011-09-29 |
| CA2751250C (en) | 2017-04-25 |
| WO2010123612A3 (en) | 2011-04-07 |
| CA2751250A1 (en) | 2010-10-28 |
| EP2393954A2 (en) | 2011-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102356175A (zh) | 涉及不剥落低密度硬面涂层的涂层、组合物和方法 | |
| US7141110B2 (en) | Erosion resistant coatings and methods thereof | |
| EP1024209B1 (en) | Thermal spray coating for gates and seats | |
| CN102418065B (zh) | 复合金属碳化物耐磨涂层及其制备工艺 | |
| CN102218857B (zh) | 覆有SiC-Fe基合金层的复合材料及其制备方法 | |
| US20080072790A1 (en) | Methods of making finely structured thermally sprayed coatings | |
| Valarezo et al. | Damage tolerant functionally graded WC–Co/stainless steel HVOF coatings | |
| EP1936002A1 (en) | Environmentally friendly wear resistant coating | |
| EP1816236B1 (en) | Coating process for fatigue critical components | |
| CN107841702B (zh) | 一种粉芯丝材及制备抗腐蚀、冲蚀热喷涂金属涂层的方法 | |
| US9556506B2 (en) | Spallation-resistant multilayer thermal spray metal coatings | |
| CN101302364A (zh) | 碳化钨/钴系涂层材料 | |
| CN112626442A (zh) | 一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层及其制备方法 | |
| Hernández et al. | Fatigue properties of a 4340 steel coated with a Colmonoy 88 deposit applied by high-velocity oxygen fuel | |
| US9376573B2 (en) | Coatings, composition and method related to non-spalling low density hardface coatings | |
| Kulu | Selection of powder coatings for extreme erosion wear conditions | |
| JP2018059174A (ja) | 溶射皮膜 | |
| Mahmud et al. | Mechanical property changes in HVOF sprayed nano-structured WC-17wt.% Ni (80/20) Cr coating with varying substrate roughness | |
| Ranjan et al. | Morphological, microstructural, and mechanical study of FGM coatings prepared using the HVOF technique | |
| Quintana et al. | Tribo-corrosion protection of valves and rotors using cermet layers applied with HVOF | |
| Altuncu et al. | Solid particle erosive wear behaviour of flame sprayed EVA based polymeric coatings | |
| Majumdar et al. | Development of Functionally Graded Coating by Thermal Spray Deposition | |
| RU2791250C1 (ru) | Композиционное износостойкое покрытие | |
| Al-Hamed et al. | Design of Experiment for Advanced Nanostructured WC-12Co Coating HVOF: Three-Point Bending Tests | |
| Akisin et al. | Microstructure, mechanical and wear resistance properties of low‑pressure cold‑sprayed Al‑7 Mg/Al |
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 |
Application publication date: 20120215 |