CN104685093A - 含金属涂层以及其使用和制备方法 - Google Patents

含金属涂层以及其使用和制备方法 Download PDF

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Abstract

一种实施方式提供了制备涂层组合物的方法，所述方法包括：使第一材料同第二空心材料的内表面接触以形成预制体，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，所述第二空心材料包含至少一种含铁第二合金；并加热至少部分的预制体以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以形成涂层组合物。

Description

含金属涂层以及其使用和制备方法
相关申请
该申请请求2012年8月3日提交的序列号为61/679,399的U.S.临时申请的优先权，通过引用其全部来将所述临时申请并入于此。
背景技术
工业用具通常具有布置（dispose）在它们上方的涂层以提供对腐蚀和其他环境损害的保护。通常地，涂层含有金属合金，通过在合金化过程中在升高的温度下混合个体合金元素来制造所述金属合金。然而，这种制造过程通常在合金化过程中产生大量的作为副产物的烟气（或“放气”）。该烟气不仅可危害健康，还使制造过程更加难以控制。
在合金化过程中生成的气体可导致具有高水平孔隙率的涂层产品，其不合需要地阻止了致密涂层的形成。并且，在合金化过程中涉及的高温可导致在涂层产品中的热应力，其最后可在最终涂层产品中带来裂纹。
通过之前存在的方法来制造的涂层还面临缺乏通用性的挑战。具体地，可能需要为待将涂层布置于其上方的特定基体定制涂层。不是为基体特别定制的涂层通常导致涂层从基体脱层。
发明内容
鉴于前述内容，发明人已经认可并赞成通用含金属涂层的优点以及制备和使用该涂层的方法。在此描述的涂层相对于可将涂层布置于其上方的任何基体可以是通用的。并且，在此描述的方法可制备前述的涂层，而不用面对之前存在的涂层制备技术中的挑战。
因此，在一种实施方式中提供了制备涂层组合物的方法，所述方法包括：使第一材料同第二空心材料的内表面接触以形成预制体（preform），所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，所述第二空心材料包含至少一种含铁第二合金；并加热至少部分的预制体以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以形成涂层组合物。
另一种实施方式提供了制备涂层组合物的方法，所述方法包括：形成管状的预制体，所述预制体具有第一直径且包含芯和在芯外部的鞘，其中所述芯包含第一材料，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，且所述鞘包含至少一种第二含铁合金；拉伸至少部分的预制体使得预制体的经拉伸的部分具有第二直径，其中所述第二直径小于第一直径；将预制体的至少经拉伸的部分布置在基体上方；且加热经布置的预制体的经拉伸部分以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以在基体上方形成涂层组合物。
另一种实施方式提供了涂层组合物，其中所述涂层组合物通过包括如下步骤的方法来形成：使第一材料同第二空心材料的内表面接触以形成预制体，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，所述第二空心材料包含至少一种含铁第二合金；并加热至少部分的预制体以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以形成涂层组合物。
应意识到的是前述的概念和在下面更为详尽讨论的另外的概念（假设这些概念不是相互矛盾的）的全部组合被认为是在此公开的发明主题的部分。特别地，在该公开的结尾出现的请求保护的主题的全部组合被认为是在此公开的发明主题的部分。还应意识到的是应当使在此明确采用的术语（其还可出现在通过引用并入的任何公开中）应当同在此公开的特定概念最为一致的意思相符合。
附图说明
本领域技术人员将理解附图主要为了说明性的目的，而不旨在限制在此描述的发明主题的范围。附图不必是按比例绘制的；在一些实例中，可在附图中夸张或扩大显示在此公开的发明主题的各种方面，以促进对不同特征的理解。在附图中，同样的附图标记通常指代同样的特征（例如，功能相似和/或结构相似的元素）。
图1提供了在一种示例性实施方式中的预制体的示意图。
图2提供了显示在一种示例性实施方式中制备预制体的过程的示意流程图。
图3提供了显示在一种示例性实施方式中制备预制体的过程的示意流程图。
图4（a）-4（b）分别提供了在一种示例性实施方式中的通过之前存在的方法制备和通过在此描述的方法制备的涂层样品的显微图。
发明详述
以下是对发明的含金属涂层以及制备和使用涂层的方法涉及的各种概念的更加详细的说明，以及发明的含金属涂层以及制备和使用涂层的方法的实施方式。应意识到的是上面引入的以及下面更为详细讨论的各种概念可以若干种途径中的任意途径来执行，因为所公开的概念不受限于任何特定的执行方式。提供的具体执行和应用的实施例主要是为了说明性的目的。
在一些实施方式中在此公开的方法涉及制备涂层组合物，可将所述涂层组合物（或简述为“涂层”）布置在任意的基体上方(over)（或在一些实例中直接在上面(on)）。所述基体可为任何结构部件的部分。所述结构部件可为用具或者装置或建筑结构的部分。所述用具可为工业用具，例如在油或气体工业中，电力工业，航空工业，产能工业等之中的用具。例如，所述结构部件可为钻头，钻杆，用具接头等。在一些实施方式中，所述结构部件可为用具或装置的任意部分，其中所述部分经受侵蚀，磨损，和/或腐蚀，且可受益于具有涂层以有助于延长其使用寿命。
在一种实施方式中，所述方法包括使第一材料同第二空心材料的内表面接触以形成预制体，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，所述第二空心材料包含至少一种含铁第二合金；并加热至少部分的预制体以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以形成涂层组合物。术语“第一”，“第二”等仅用于表示不同的实体并且不旨在限制实体的顺序和性质。
合金可指两种或更多种金属元素（例如，至少2种，3种，4种，5种或更多种元素）的固溶体或金属间化合物（包含至少一种金属元素和至少一种非金属元素）。术语“元素”在此可指可在元素周期表中找到的元素。金属可指任何的碱金属，碱土金属，过渡金属，后过渡金属，镧系元素，锕系元素，和类金属。
第一合金可具有任何合适的化学组成，取决于应用。在一些实例中，在此描述的方法中的第一合金可被称为“预合金”或“中间合金（master alloy）”，因为在使其同第二材料接触之前第一合金的元素已经被预合金化。可使用制造预合金的任何的合金化技术－例如球磨，研磨等。所述第一合金可含有两种，三种，或更多种元素。所述元素可为在元素周期表中找到的任何非气体和非液体元素。例如，元素可为金属或类金属元素。在一些实例中，还可能为非金属元素，例如C，P，S等。
第一合金可为含铁合金（或“铁合金”），然而还可使用其他类型的合金。含铁合金可包括Fe，Al，B，Ce，Cr，Mg，Mn，Mo，Nb，Ni，P，Si，Ti，U，V，W，或其组合。在其中第一合金具有至少两种元素的一种实施方式中，第一元素和第二元素中的至少一种是Fe，Cr，Mo，Mn，B，C，P，S，Mn，Si，Zr，和Ti之一。在一种实施方式中，第一合金包括基于Mn-Si-Fe，Fe-B，Fe-Mo，Fe-V，Fe-Nb，Fe-Ti，Fe-Al，Fe-P，Fe-Si，或其组合的合金。也可能是其他类型的铁合金。注意到在前描述的合金中的符号旨在表示在合金中存在的元素，且不是它们在合金中的各自的含量。在一种实施方式中，“XY-基”合金在此可指包含显著部分的元素X和Y的合金；显著部分可指至少5％-例如至少10％，15％，20％，25％或更多。百分数在此可指体积百分数或重量百分数，取决于上下文。
第一材料可包含第一合金，基本上由第一合金组成，或由第一合金组成，取决于应用。第一材料可含有多于一种的合金。例如，第一材料可含有至少两种，三种，四种，五种，或更多种合金。在一种实施方式中，第一材料可基本上由或由这些合金组成。第一材料可含有不为合金形式的另外的元素。例如。第一材料可含有为它们的元素形式的另外的金属和/或非金属元素。
当第一材料和第二材料一起不为预制体和/或最终涂层组合物提供所需的某些元素时，可使用另外的金属元素。换句话说，另外的元素可充当用于预制体和/或最终涂层的另外的（相对于第一和第二材料）元素源。因此，另外的元素可为所需的任何元素且不以任何方式受限。在一种实施方式中，另外的元素可为C，Cr，Mn，或其组合。在其中存在另外的元素的一种实施方式中，所述另外的元素不为Mn。在其中第一合金（或第一材料的其他另外的合金）和第二材料提供在预制体中和/或涂层组合物中需要的全部元素的实例中，不需要另外的元素。
第一材料可具有任意的几何形状。在一种实施方式中，第一材料包括混合物，所述混合物包含第一合金和/或其他另外的元素中的至少一种。所述混合物可为粉末或任意其他几何形状。第一材料可含有多于一种的合金，例如至少两种，三种，四种，或更多种合金。在一种实施方式中，至少部分的第一材料为粉末的形式。在一种实施方式中，所述至少第一合金和/或另外的元素可为任意合适尺寸的粉末。在一些实施方式中，第一材料的粉末的筛目大小为约28-约2400，例如，约30-约2000，约50-约1500，约100-约1000，约200-约800，约300-约600，约400-约500等。在一种实施方式中，筛目大小为约60/325-约60/200。\\第一合金的粉末尺寸可等于、大于或小于另外的元素的粉末尺寸，取决于应用。
第一材料可含有Mn作为元素。Mn元素可为第一合金的一种元素，而不是另外的元素，然而其也可为另外的元素。在一种实施方式中，以合金形式而不是另外的元素形式具有Mn（例如作为至少一种第一合金的部分）是与之前存在的将所有的个体元素包括Mn混合在一起的涂层制造方法截然不同的。在一种实施方式中，所述至少一种第一合金可包括Fe-Mn，Fe-Mn-Si，或两者。不受任何特定理论束缚，但以其元素形式（而不是合金形式）包含Mn，可导致在生成涂层的合金化方法过程中的放气和发烟。因此，在一种实施方式中，避免具有为元素形式的Mn令人惊讶地可使在此描述的方法能够在不放气的情况下或放气减少的情况下产生涂层。
第二材料可包含合金，例如含铁合金。含铁合金可为任何已知的含铁合金，包括上面描述的那些。第二材料可为任何合适的形状，例如空心几何形状或平的几何形状。在一种实施方式中，第二材料为空心管。在其中第二材料为空心管的一种实施方式中，预制体可类似于空心鞘状结构，其包含围绕包含第一材料的内芯的第二材料，如图1中显示的。因此，预制体可具有管状几何形状－例如线材。还可采用其他几何形状的预制体，取决于应用。第二材料可在开始为平板或带，并被卷制成空心几何形状以使其同第一材料接触。可替代地，可在第一材料被布置在第二材料上方的情况下使第一和第二材料布置接触，并然后用如卷制香烟的方法来将这两种材料卷制在一起。在一种实施方式中，在被处理成空心几何形状的同时，第二材料的平板或带可进一步地经受硬化，例如加工硬化（work hardening）。
含铁第二合金可具有任何合适的组成，取决于应用。在一些实例中，含铁合金可包含元素Fe，Ni，Cr，或其组合。在一种实施方式中，含铁合金可为钢，包括不锈钢。不锈钢在此可指304L不锈钢，430不锈钢，或其他类型的不锈钢。在一种实施方式中，如果在最终的涂层组合物中需要有Ni，可使用304L不锈钢。
取决于应用，第一材料可占预制体以及最终涂层组合物的一定的百分数。在一种实施方式中，第一材料占预制体的约10wt％-约80wt％－例如占预制体的约20wt％-约60wt％，约30wt％-约50wt％，约35wt％-约45wt％。另一方面，第二材料可占预制体以及最终涂层组合物的一定的百分数。在一种实施方式中，第二材料占预制体的约30wt％-约90wt％－例如占预制体的约40wt％-约80wt％，约50wt％-约70wt％，约55wt％-约65wt％。这些百分数还可指体积百分数，取决于上下文。在一些实施方式中，特别是其中化学组成从预制体到最终涂层组合物不显著改变的那些实施方式中，还可将前述的百分数应用到涂层组合物。
在使第一材料和第二材料接触之后，可形成预制体。接触在此可指物理接触。在其中第二材料为空心结构形式的一种实施方式中，可使第一材料同第二材料的内表面接触。在这种情况下，预制体可类似于具有内芯和外鞘的线材，所述内芯含有第一材料10，所述外鞘含有第二材料20，如图1中显示的。可替代地，第二材料可为板的形式并可将第一材料（布置在第二材料上方）与第一材料的结合一起卷制以形成预制体，如上所述的。
图2提供了显示在一个示例性实施方式中所涉及的过程的示意流程图。预制体的形成可包括称重第一材料的个体组分100（例如，如前所述的预合金和任选的另外的元素）以具有所需的量，并将它们混合110（在多种组分的情况下）以形成第一材料。可在称重步骤前在别处形成预合金。例如，可在形成过程之前从商业卖主处购买预合金。混合可为共混110的形式。然后可使经共混的第一材料同第二材料接触以形成线材状的预制体120（或“成线材”）。
不需要立即将预制体布置在基体上方。例如，线材形状的预制体可任选地经受拉伸130以降低其直径和/或以被卷制成线圈140。在一些实例中，进一步拉伸预制体以降低预制体的直径。可将预制体拉伸一次或多次，取决于所需的直径。在一种实施方式中，可将经拉伸的预制体缠绕成线圈140，随后为涂层施加就地提供所述线圈以经受加热或在此描述的其他过程。
图3提供了显示在一种实施方式中制备涂层组合物的过程的示意流程图。如图3显示的，通过使第一材料200（至少一种预合金230和任选的另外的元素240）（例如作为芯）和第二材料（例如作为鞘）接触以形成预制体250来形成预制体，然后随后将所述预制体加热260以促进第一和第二材料的相互混合以形成涂层组合物270。在一种实施方式中，在涂层组合物的形成过程中，可将预制体布置在基体上方以形成涂层组合物，其中基体可为前述基体中的任何基体。在一些实例中，基体可已经包含涂层，且可将在此描述的涂层组合物涂覆在该涂层之上。基体可含有碳钢，包括不锈钢。基体还可含有钛（Ti 6-4，βTi等）和/或其合金和/或铝合金。
在涂层组合物的形成过程中，可将在此描述的预制体加热以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合。所述加热可涉及焊接，熔覆（clad），热喷射，或其组合。所述热喷射可涉及等离子体喷射，氧燃料喷涂（HVOF），双丝电弧喷射（TWAS），或其组合。作为相互混合的结果，至少部分的第一材料变得同至少部分的第二材料合金化。在一些实例中，第一材料的显著部分，例如基本上全部或全部部分同第二材料合金化以形成变为最终涂层组合物的预制体合金。与之前存在的涂层形成过程相反，在此至少一种实施方式中描述的涂层由含有至少一种合金（或者甚至由该合金组成）的预制体形成，而不是由以元素形式含有其所有元素的预制体形成。在一种实施方式中，预制体的化学组成与涂层组合物的化学组成至少基本上相同；在另一种实施方式中，两者的两个化学组成是相同的。
在一些实施方式中，在此描述的方法与之前存在的涂层形成技术相比的至少一个可识别的特征为，在此描述的预制体含有至少一种“预合金”，与之前存在的单个地混合每种元素以形成预制体，并且在涂层形成之前它们中的任何均不为合金的形式的情况下进行涂覆的方法不同。因此，在此的一些实施方式中描述的方法和由此制备的涂层组合物表现出了若干令人惊讶的有益的结果，如下面描述的。
不受任何特定理论束缚，然而至少由于所涉及的若干（如果不是全部）的元素已经为预合金的形式（在第一和第二材料两者中），而不是元素形式（之前存在的方法），第一材料芯的预合金与第二材料合金外鞘的结合可导致在制造过程中放气的降低（或完全没有），和/或导致形成预制体，所述预制体比由个体元素以元素形式的结合制成的预制体（正如用之前存在的方法）具有更低水平的孔隙率（并因此更致密或具有更高的堆积密度）。
如图4（a）和4（b）中显示的，由在此描述的一种实施方式中的方法制备的涂层（图4（b））比由之前存在的方法制备的另一个合金样品（图4 （a））表现出水平低得多的氧化物（在图中以黑点显示）－两个样品具有相同的化学组成且两者之间仅有的区别在于制备这些样品的方法。如图中所显示的，由至少在该实施方式中所描述的方法制备的涂层比由之前存在的方法制备的涂层更干净－例如，更低的杂质（例如，氧化物）－和/或更致密（例如，更低水平的孔隙率或更高的堆积密度）。在一种实施方式中，由在此描述方法制备的涂层可在最终涂层组合物中的构成（例如，不同的合金和/或元素）分布方面比由之前存在的方法制备的涂层更加的均匀。以及与之前存在的方法相比，由在此描述的方法制造的涂层可具有更高的硬度值，更高的拉伸强度，和/或更高的抗裂纹形成或扩散（propagation）性（例如，更少的可见裂纹）。
在一种实施方式中，由在此描述的方法形成的涂层比由之前存在的组合个体元素的方法制造的涂层表现出更少的裂纹。在另一种实施方式中，由在此描述的方法制造的涂层可比由之前存在的组合个体元素的方法制造的涂层具有更低的熔点。不受任何特定理论束缚，然而熔点的降低可归因于共晶熔融温度（eutectic melting temperature）（对于合金）的存在而不是个体元素的熔融温度－若干元素的合金的共晶熔融温度通常低于另外处于元素形式的这些个体元素的熔融温度。
在一种实施方式中，在涂层形成过程中的较低的熔融温度（或处理温度）的至少一个优点在于阻止裂纹的形成。在许多实例中，作为高处理温度所产生的残余热应力的结果，可形成裂纹。因此，降低所涉及材料的处理温度（和/或熔融温度）可减少热应力，由此减轻裂纹的形成。在一种实施方式中，裂纹可指表面裂纹或穿透深度（涂层的）裂纹（through-thickness crack）。在一些实施方式中，在此描述的这种过程可带来较光滑的表面光洁度。在一些实施方式中，仍可应用另外的后处理步骤，例如蚀刻，抛光等以提供不同水平的表面光洁度。更进一步地，不受任何特定理论束缚，然而至少由于涂层组合物的结构整体性的改进，可将在此公开的涂层布置在任何基体上方，而不是仅指定于某些类型的基体-这与由之前存在的方法制备的相对于它们的基体是特定的涂层形成鲜明对比。
如上所述，与之前存在的方法相比，在此描述的方法在涂层组合物的形成过程中通常产生较少的烟气（或放气）。不受任何特定理论束缚，然而在于此描述的至少一种实施方式中，在此描述的方法中的减少的（或甚至完全没有的）放气可能是由于在先于预制体形成的预合金形成过程中已经发生了放气。这与之前存在的方法相反，在所述之前存在的方法的过程中，在涂层的形成过程中第一次形成合金。换句话说，在一种实施方式中，在此描述的方法中对预合金的使用可能能够避开放气阶段，否则在之前存在的方法中将会发生所述放气阶段。对放气的避免可为有益的，特别是在含有Mn的实施方式中。例如，使用含有Mn的预合金而不是使用元素形式的金属Mn可避免Mn气的放气，其可为有毒的。
同样，不受任何特定理论束缚，然而至少由于对预合金的使用，而不是使全部的元素为元素的形式，可在较低的温度下发生相互混合（在加热或合金化第一材料和第二材料的过程中）。在一些实施方式中，在加热和/或布置的步骤过程中，基本上不（包括完全不）发生放气。进一步地，在相互混合过程（作为加热的结果）之中，由在此描述的方法制造的涂层组合物可比由包含为非合金形式的第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物在加热过程中表现出较少的飞溅。在一种实施方式中，由在此描述的方法制造的涂层可比由常规方法制造的涂层在布置过程中具有更高的布置速率。
取决于第一和第二材料的化学组成，预制体和最终的涂层组合物可具有各种化学组成。例如，预制体（和/或最终的涂层组合物）可为含铁合金，正如前述的那些中的任何的含铁合金。合金可含有，例如约0.5%-约2%的C（例如约1.1%-约1.7%），约0.5%-约2.5%的Mn（例如约0.8%-约1.6%），约0.2%-约2.0%的Si（例如约0.4%-约1.0%），约5%-约30%的Cr（例如约24.2%-约28.2%，约6%-约7.5%），约4%-约8%的Nb（例如约5%-约6%），约0.2%-约1%的V（例如约0.5%-约0.8%），约0.05%-约0.5%的Ti（例如约0.1%-约0.3%），和/或约3%-约10%的Ni（例如约4.5%-约7%），和/或约1%-约5%的B（例如约3.2%-约3.7%），以及余量为Fe。其他元素和含量也是可以的。
附加实施方式
以下的附加实施方式取自本发明请求其优先权的序列号为61/679,399的U.S.临时专利申请的权利要求。
1.制备涂层组合物的方法，所述方法包括：使第一材料同第二空心材料的内表面接触以形成预制体，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，所述第二空心材料包含至少一种含铁第二合金；并加热至少部分的预制体以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以形成涂层组合物。
2.实施方式1的方法，其中所述至少一种第一合金包括含铁合金。
3.实施方式1的方法，其中所述第一元素和所述第二元素中的至少一种是Fe，Cr，Mo，Mn，B，C，P，S，Mn，Si，Zr和Ti中的一种。
4.实施方式1的方法，其中所述至少一种第一合金包括基于如下的合金：Mn-Si-Fe，Fe-B，Fe-Mo，Fe-V，Fe-Nb，Fe-Ti，Fe-Al，Fe-P，Fe-Si，或其组合。
5.实施方式1的方法，其中至少部分所述第一材料为粉末的形式。
6.实施方式1的方法，其中所述至少一种含铁第二合金包含元素Fe，Ni，Cr，或其组合。
7.实施方式1的方法，其中所述至少一种含铁第二合金包括钢和不锈钢中的至少一种。
8.实施方式1的方法，其中所述第一材料是预制体的约30wt%-约50wt%。
9.实施方式1的方法，其中所述第二材料是预制体的约50wt%-约70wt%。
10.实施方式1的方法，进一步包括：将至少一种另外的元素同至少一种合金混合以形成第一材料。
11.实施方式1的方法，进一步包括：将至少一种另外的元素同至少一种第一合金混合以形成第一材料，所述另外的元素是C和Cr中的至少一种。
12.实施方式1的方法，其中所述加热进一步包括将所述预制体布置在基体上方并在基体上方形成涂层组合物。
13.实施方式1的方法，进一步包括在加热前拉伸所述预制体。
14.实施方式1的方法，其中所述预制体具有线材的形状。
15.实施方式1的方法，其中所述加热基本不涉及来自相互混合的放气。
16.实施方式1的方法，其中所述预制体比包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的不同的预制体具有更低的熔点。
17.实施方式1的方法，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物具有更高的密度。
18.实施方式1的方法，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物具有更高的硬度值。
19.实施方式1的方法，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物表现出更少的裂纹。
20.实施方式1的方法，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物在加热过程中表现出更少的飞溅。
21.制备涂层组合物的方法，所述方法包括：形成管状的预制体，所述预制体具有第一直径并且包含芯以及在所述芯外部的鞘，其中所述芯包含第一材料，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，并且所述鞘包含至少一种第二含铁合金；拉伸至少部分的预制体使得预制体的经拉伸的部分具有第二直径，其中所述第二直径小于所述第一直径；将预制体的至少经拉伸的部分布置在基体上方；并且加热经布置的预制体的经拉伸的部分以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以在基体上方形成涂层组合物。
22.实施方式21的方法，进一步包括在接触前形成所述至少一种第一合金。
23.实施方式21的方法，进一步包括通过将所述至少一种第一合金同至少一种另外的元素混合来形成所述第一材料。
24.实施方式21的方法，其中所述加热基本不涉及来自相互混合的放气。
25.实施方式21的方法，其中所述第一材料包含Mn，其为至少第一合金的第一和第二元素中的一种。
26.实施方式21的方法，其中所述加热涉及焊接，熔覆，热喷射，或其组合。
27.实施方式21的方法，其中所述第一材料包含至少两种合金。
28.实施方式21的方法，其中所述第一材料基本上由至少第一合金和为C和Cr之一的至少一种另外的元素组成。
29.实施方式21的方法，其中所述基体是工业用具的一部分。
30.实施方式21的方法，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物在布置过程中表现出更高的布置速率。
31.涂层组合物，其中所述涂层组合物通过包括如下步骤的方法形成：使第一材料同第二空心材料的内表面接触以形成预制体，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，所述第二空心材料包含至少一种含铁第二合金；并加热至少部分的预制体以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以形成涂层组合物。
32.实施方式31的涂层组合物，其中所述预制体比包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的不同的预制体具有更低的熔点。
33.实施方式31的涂层组合物，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物具有更高的密度。
34.实施方式31的涂层组合物，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物具有更高的硬度值。
35.实施方式31的涂层组合物，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物表现出更少的裂纹。
36.实施方式31的涂层组合物，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物在加热过程中表现出更少的飞溅。
37.实施方式31的涂层组合物，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物在加热过程中表现出更低的孔隙率量。
38.实施方式31的涂层组合物，其中所述预制体的相互混合比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物的相互混合在更低的温度下发生。
39.实施方式31的涂层组合物，其中所述第一材料包含粉末，所述粉末包含至少第一合金。
40.实施方式31的涂层组合物，其中所述第一材料包含Mn，其为所述第一合金的第一和第二元素中的一种。
41.实施方式31的涂层组合物，其中至少部分的第一材料为粉末的形式，所述粉末的筛目大小为约60/325-约60/200。
结论
在本申请中引用的全部文献和类似材料，包括但不限于，专利，专利申请，文章，书籍，协议，和网页，无论此类文献和类似材料的格式如何，均明确地通过引用其全部来并入。在并入的文献和类似材料中的一个或多个与本申请不同或矛盾的情况下，包括但不限于定义的术语，术语的使用，所描述的技术等，本申请优先。
尽管已经联合各种实施方式和实施例来描述本教导，然而不旨在将本教导限制在这样的实施方式或实施例中。相反，本教导涵盖了各种替代方案，修改，和等效内容，正如本领域技术人员将意识到的。
尽管在此已经描述和说明了各种发明实施方式，本领域技术人员将容易地预想到在此描述的用于实行功能和/或获得结果和/或一种或多种优点的多种其他方式和/或结构，并且认为每个此类变化和/或修改在于此描述的发明实施方式的范围内。更为概括地，本领域技术人员将容易地意识到在此描述的所有参数，尺寸，材料和构造旨在为示例性的且实际的参数，尺寸，材料，和/或构造将取决于发明教导所用于的特定的一种或多种应用。本领域技术人员将认识到，或仅使用常规实验能够确定在此描述的具体发明实施方式的许多等效内容。因此，将理解的是前述的实施方式仅以实施例的方式呈现，且在所附的权利要求及其等效内容的范围内，发明实施方式可以除如具体描述和请求保护的之外的方式实施。本公开的发明实施方式针对在此描述的每个个体特征，系统，制品，材料，套件，和/或方法。此外，如果此类特征，系统，制品，材料，套件，和/方法不是相互矛盾的，两种或更多种此类特征，系统，制品，材料，套件，和/或方法的任意组合包括在本公开的发明范围内。
同样，可将在此描述的技术表达为方法，已经提供了所述方法的至少一个实施例。可以任何合适的方式来对作为方法的部分所实行的行为进行排序。因此，可构造其中行为以与所说明的不同的顺序来实行的实施方式，其可包括同时实行一些行为，即使所述行为在说明性的实施方式中作为相继的行为显示。
所有的定义，如在此定义和使用的，应当被理解为优先于字典定义，在通过引用来并入的文件中的定义，和/或所定义的术语的通常意思。
如说明书中和权利要求中在此使用的不定冠词“a”和“an”，除非明确地相反指示，应当理解其意思为“至少一个”。
在整个该说明书中使用的术语“基本上”和“约”是用于描述和说明小的浮动。例如，它们可指小于或等于±5%，例如小于或等于±2%，例如小于或等于±1%，例如小于或等于±0.5%，例如小于或等于±0.2%，例如小于或等于±0.1%，例如小于或等于±0.05%。
如说明书和权利要求中在此使用的词组“和/或”，应当理解其意思为如此联合的元素中的“任一或两者”，即元素在一些情况下共同存在以及在其他情况下分开存在。应当以相同的方式来解释用“和/或”列出的多个元素，即元素中的“一种或多种”如此联合。除了由“和/或”条件具体确认的元素之外，还可任选地存在其他元素，无论其与那些具体确认的元素是相关的还是不相关的。因此，作为非限制性的例子，参考“A和/或B”，当同开放式语言例如“包含”联合使用时可指：在一种实施方式中，仅包含A（任选地包含不是B的元素）；在另一种实施方式中，仅包含B（任选地包含不是A的元素）；在又一种实施方式中，包含A和B两者（任选地包含其他元素）；等。
如在说明书和在权利要求中在此使用的，应当将“或”理解为与上面定义的“和/或”具有相同的意思。例如，当在列表中分隔项目时，应当将“或”或者“和/或”解释为包括性的，即包括多个或列表的元素中的至少一个，但还包括多于一个，以及任选地另外的未列出的项目。仅明确地作出相反指示的术语，例如“仅之一”或“精确地之一”，或当在权利要求中使用时的“由…组成”，将指对多个或列表的元素中的精确的一个元素的包括。一般地，当排除性的术语（例如“任一，” “之一，” “仅之一，”或“精确地之一。”）在前时，如在此使用的术语“或”应将仅被解释为指示排除性的选择（即“一个或另一个但不是两者”）。“基本上由…组成” 当在权利要求中使用时将具有其常规的意思，正如在专利法领域内使用的。
如在说明书和在权利要求中在此使用的，关于列表的一个或多个元素的词组“至少一个”，应当理解其意思为选自元素列表中的元素的任意一个或多个的至少一个元素，但不必须包括在元素列表内具体列出的每个元素中的至少一个，且不排除元素列表中的元素的任意的组合。该定义还允许可任选地存在除了词组“至少一个”所指的在元素列表内具体确认的元素之外的元素，无论其与那些具体确认的元素是相关的还是不相关的。因此，作为非限制性的例子，“A和B中的至少一个”（或等同地，“A或B中的至少一个”，或等同地，“A和/或B中的至少一个”）在一种实施方式中可指至少一个（任选地包括多于一个）A，而不存在B（且任选地包括除B以外的元素）；在另一种实施方式中，可指至少一个（任选地包括多于一个）B，而不存在A（且任选地包括不是A的元素）；在又一个实施方式中，可指至少一个（任选地包括多于一个）A，以及至少一个（任选地包括多于一个）B（且任选地包括其他元素）；等。
在权利要求中以及在上面的说明书中，全部的连接词例如“包含”，“包括”，“装载”，“具有”，“含有”，“涉及”，“拥有”，“构成为（composed of）”等将被理解为是开放的，即其意思为包括但不限于。仅连接词“由…组成”和“基本上由…组成”应分别是封闭或半封闭的连接词，正如United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures，2111.03部分中所阐明的。
不应将权利要求解读为受限于所描述的顺序或元素，除非表达了该意思。应理解的是本领域技术人员可对形式和细节作出各种改变，而不违背附上的权利要求的精神和范围。请求保护落入到如后权利要求及其等效内容的精神和范围内的全部实施方式。

Claims (26)

1.制备涂层组合物的方法，所述方法包括：
使第一材料同第二空心材料的内表面接触以形成预制体，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，所述第二空心材料包含至少一种含铁第二合金；和
加热至少部分的预制体以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以形成涂层组合物。
2.权利要求1的方法，其中所述至少一种第一合金包括含铁合金。
3.权利要求1的方法，其中所述第一元素和所述第二元素中的至少一种是Fe，Cr，Mo，Mn，B，C，P，S，Mn，Si，Zr和Ti中的一种。
4.权利要求1的方法，其中所述至少一种第一合金包括基于如下的合金：Mn-Si-Fe，Fe-B，Fe-Mo，Fe-V，Fe-Nb，Fe-Ti，Fe-Al，Fe-P，Fe-Si，或其组合。
5.权利要求1的方法，其中至少部分的所述第一材料为粉末的形式。
6.权利要求1的方法，其中所述至少一种含铁第二合金包含元素Fe，Ni，Cr，或其组合。
7.权利要求1的方法，其中所述第一材料是预制体的约30wt%-约50wt%。
8.权利要求1的方法，其中所述第二材料是预制体的约50wt%-约70wt%。
9.权利要求1的方法，进一步包括：将至少一种另外的元素同至少一种第一合金混合以形成第一材料。
10.权利要求1的方法，其中所述加热进一步包括将所述预制体布置在基体上方并在基体上方形成涂层组合物。
11.权利要求1的方法，进一步包括在加热前拉伸所述预制体。
12.权利要求1的方法，其中所述预制体具有线材的形状。
13.权利要求1的方法，其中所述加热基本不涉及来自相互混合的放气。
14.权利要求1的方法，其中所述预制体比包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的不同的预制体具有更低的熔点。
15.权利要求1的方法，其中下列中的至少之一是真实的：
所述涂层组合物比由包含为非合金形式的第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物在加热过程中表现出更少的飞溅，
所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物在加热过程中表现出更低的孔隙率量；和
所述预制体的相互混合比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物的相互混合在更低的温度下发生。
16.制备涂层组合物的方法，所述方法包括：
形成管状的预制体，所述预制体具有第一直径并且包含芯以及在所述芯外部的鞘，其中所述芯包含第一材料，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，并且所述鞘包含至少一种第二含铁合金；
拉伸至少部分的预制体使得预制体的经拉伸的部分具有第二直径，其中所述第二直径小于所述第一直径；
将预制体的至少经拉伸的部分布置在基体上方；和
加热经布置的预制体的经拉伸的部分以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以在基体上方形成涂层组合物。
17.权利要求15的方法，进一步包括在所述形成前形成所述至少一种第一合金。
18.权利要求15的方法，其中所述第一材料包含Mn，其为至少第一合金的第一和第二元素中的一种。
19.权利要求15的方法，其中所述加热涉及焊接，熔覆，热喷射，或其组合。
20.权利要求15的方法，其中所述第一材料包含至少两种合金。
21.权利要求15的方法，其中所述第一材料基本上由至少第一合金和为C和Cr之一的至少一种另外的元素组成。
22.权利要求15的方法，其中所述基体是工业用具的一部分。
23.权利要求15的方法，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物在布置过程中表现出更高的布置速率。
24.涂层组合物，其中所述涂层组合物通过包括如下步骤的方法形成：
使第一材料同第二空心材料的内表面接触以形成预制体，所述第一材料包含至少一种第一合金，所述第一合金包含至少第一元素和第二元素，所述第二空心材料包含至少一种含铁第二合金；和
加热至少部分的预制体以促进第一材料和第二材料中的至少一些相互混合以形成涂层组合物。
25.权利要求24的涂层组合物，其中所述涂层组合物比由包含为非合金形式的至少第一元素和第二元素的预制体制备的不同的涂层组合物具有更高的密度，更高的硬度值或更少的裂纹中至少之一。
26.权利要求24的涂层组合物，其中至少部分的第一材料为粉末的形式，所述粉末的筛目大小为约60/325-约60/200。
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Application publication date: 20150603