CN107709611A - 冷气喷涂方法和组合物 - Google Patents

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Abstract

冷气喷涂方法、组合物和制品。所述冷气喷涂方法描述为包括在要沉积致密多孔涂层的表面上喷涂一种组合物，该组合物包含与较软、剪切可变形的二级相金属和/或金属合金混合的至少一种镍或铁基材料。本发明也描述用于此方法的组合物和由此方法制造的制品。

Description

冷气喷涂方法和组合物
技术领域
本发明一般所属的技术领域为冷气喷涂。
发明背景
冷气喷涂是一种涂层沉积方法，该方法使用通过气体射流以高速加速的粉末材料，粉末材料在碰撞期间粘着到表面上。金属、聚合物和陶瓷是可用冷气喷涂技术沉积的一些代表性材料。与热喷涂方法例如等离子喷涂、电弧喷涂和火焰喷涂不同，例如，粉末在喷涂期间不在外部熔融。这种技术特别用于部件修复领域。例如，已有一些问题与用于制造很多不同类型组件的金属合金的腐蚀和磨损相关。这可代表与大的昂贵制品相关的高成本和显著的难题，例如用于例如旋转式飞行器的传动和变速箱。冷气喷涂提供修复此类部件的一种方法。方法也已用于修复飞行器发动机、燃气涡轮机和在石油天然气工业中使用的部件等。虽然已发现基础技术是提供这种修复和其它表面保护用途的成本有效和环境可接受技术，但在该领域不断探索以更有效和高效的方式产生、使用和改进这种方法的途径，这也可潜在提高其可用性和适用性。
本文所述组合物和方法满足上述挑战，尤其包括实现更有效和高效处理。
发明概述
本文描述一种冷气喷涂方法，该方法包括在基材上喷涂组合物，该组合物包含与较软、剪切可变形的二级相金属和/或金属合金混合的至少一种镍或铁基材料一级相，以沉积致密或多孔涂层。
另外的实施方案包括：上述方法，其中镍或铁基材料一级相包含一种或多种钢、不锈钢、镍合金、镍超合金、钴合金、钛合金和金属间化合物；上述方法，其中镍或铁基材料一级相包含以下一种或多种：镍包层、镍粉末、混合镍-铝粉末和陶瓷；上述方法，其中二级相包含以下一种或多种：铜、铝、银、锌、铂、钯及其合金；上述方法，其中二级相包含至少部分用铝薄片包层的镍颗粒；上述方法，其中陶瓷包含以下一种或多种：YSZ、氧化铝、碳化钨、CrC、TiO2、TiOx=1.7-1.9和SiC；上述方法，其中陶瓷用软延性合金包层；上述方法，其中涂层为至少1毫米厚；上述方法，其中涂层基本无残余应力，具有低孔隙率、低氧化物含量，且基本无内部裂纹；上述方法，其中组合物以至少约600米/秒平均速度在小于约1000℃喷流温度、大于约20克/分钟进料速率喷涂；上述方法，其中一级和二级相金属通过以下一种或多种方式组合：机械混合、机械成合金、机械包层、喷干附聚、制粒、化学气相沉积、物理气相沉积、电化学沉积和/或等离子致密化；上述方法，其中附聚包括纳米粉末附聚；上述方法，其中物理气相沉积包括流化床物理气相沉积；上述方法，其中化学气相沉积、物理气相沉积和/或电化学沉积包括在至少一种一级相金属的外表面上沉积至少一种二级相金属。
另外的实施方案也包括：特别适用于冷喷涂的组合物，所述组合物包含与较软、剪切可变形的二级相金属和/或金属合金混合的至少一种镍或铁基材料一级相；上述组合物，其中镍或铁基材料一级相包含一种或多种钢、不锈钢、镍合金、镍超合金、钴合金、钛合金和金属间化合物；上述组合物，其中镍或铁基材料一级相包含以下一种或多种：镍包层、镍粉末、混合镍-铝粉末和陶瓷；上述组合物，其中二级相包含以下一种或多种：铜、铝、银、锌、铂、钯及其合金；上述组合物，其中二级相包含至少部分用铝薄片包层的镍颗粒；上述组合物，其中陶瓷包含以下一种或多种：YSZ、氧化铝、碳化钨、CrC、TiO2、TiOx=1.7-1.9和SiC；上述组合物，其中陶瓷用软延性合金包层；和用组合物和通过上述方法制造的涂覆制品。
通过以下描述，这些和另外的实施方案将显而易见。
附图简述
图1显示关于本文所述颗粒的代表性压力-速度。
图2、3、4和5显示本文所述方法的一些实施方案的示意图。
图6、7、8、9、10和11显示本文所述方法的一些实施方案的显微图。
图12显示本文所述方法的一些处理参数实施方案。
图13和14显示本文所述方法的一些实施方案的显微图。
发明详述
本文所示细节作为实例，只为了说明性讨论本发明的不同实施方案，并为了提供相信作为本发明原理和概念方面的最有用和容易理解的描述而提出。关于这一点，不试图比基本了解本发明所必要的更详细地显示本发明的细节，该描述使如何可在实施中体现本发明的数种形式对本领域的技术人员显而易见。
现在参考更详细实施方案描述本发明。然而，本发明可以不同形式体现，而不应解释为限于本文阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案，使得本公开彻底和完全，并且充分对本领域的技术人员表达本发明的范围。
除非另外定义，本文所用的所有技术和科学术语均具有本发明所属领域的技术人员普遍了解的相同含义。本文发明详述中使用的术语只是为了描述具体实施方案，并不是要限制本发明。如发明详述和附加权利要求中所用，除非本文另外清楚地指明，单数形式“一个”和“所述”旨在包括复数形式。本文提到的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献均明确通过全文引用结合到本文中。
除非另外指明，说明书和权利要求书中所用的所有表示成分量、反应条件等的数字均应理解为在所有情况下受词语“约”修饰。因此，除非指明相反，以下说明书和附加权利要求书中阐述的数字参数均为可根据由本发明寻求获得所需性质变化的近似值。在最低限度，并且不作为试图限制权利要求范围的等同原则的应用，各个数字参数应按照有效数字和普通舍入方法的数值解释。
尽管阐述本发明宽范围的数字范围和参数为近似值，但具体实施例中提到的数值均尽可能精确报告。尽管如此，由于在相应试验测量中发现的标准偏差，任何数值本身必然包含一定误差。在整个说明书中给出的每个数字范围应包括在此较宽数字范围内的每个较窄数字范围，如同在本文中完全明确地写出这些较窄数字范围。
本发明的另外的优势将部分在以下描述中阐述，并且部分从以下描述显而易见，或者可通过实施本发明而认识。应当了解，前面一般描述和以下详述仅为示例性和说明性，并不是所要求保护的本发明的限制。
在经受碰撞诱导高冲击应力时，粉末材料混合物显示多种主要影响，在一些情况下显示辅助影响(见例如，Eakins DE, Thadhani NN, “Shock Compression of ReactivePowder Mixtures”(反应粉末混合物的冲击压缩), International Materials Reviews,2009,Vol: 54, ISSN: 0950-6608, 181-213页，以下称为Eakins论文；也见BosloughM.B., “Shock-induced Chemical Reactions in Ni-Al Powder Mixtures: RadiationPyrometer Measurements”(Ni-Al粉末混合物中的冲击诱导化学反应：辐射高温计检测),Chemical Physical Letters, Vol. 150, 5/6, Aug. 1989, p618-62，以下称为Boslough论文；和Do, I.P.H., Benson D.J. “Micromechanical Modeling of Shock-InducedChemical Reactions in Heterogeneous Multi-Material Powder Mixtures.”(不均匀多种材料粉末混合物中冲击诱导化学反应的微力学模型) Int. Journal of Plasticity,Vol 17, 4, 2001, p.641-668)，以下称为Do论文，所有这些均通过引用结合到本文中)：
1)剪切变形到大的应变，具有改变的微结构和高缺陷浓度。
2)物理变化，例如相变，例如铁和亚稳钢和金属合金中的相转变(见例如，E. Moin, L. E. Murr, Mater. Sci. Eng., 37 (3) (1979) 249和C. J. Heathcock , B. E.Protheroe,A. Ball, Wear, 81 (1982) 311 - 327)，或熔融。
3)化学变化，其中反应动力学通过冲击能量加速产生反应，例如，降解、氧化或放热反应。
最近在文献中已充分证明了这些影响(例如，见以上提到的Eakins论文)，其中研发的信息模型单纯通过引入碰撞或冲击能量，预测材料组合发生化学反应或相互物理组合以产生具有商业潜力的新的稳定或亚稳材料的倾向。
尝试用于预测粉末材料组合相互化学反应或通过机械变形和混合相互物理组合而无化学反应的倾向的关键参数已观察到为以下参数(例如，见以上提到的Eakins论文)：
1)阻抗差 =X100
2)屈服强度差 = x100
其中：
=粉末材料A的密度，=粉末材料B的密度
=材料A中的音速，=材料B中的音速
=材料A屈服强度，=材料B屈服强度
基于这些等式，用关于三种普通材料的一般可得数据可进行以下“阻抗差”和“屈服强度差”计算，所述三种普通材料即镍、INCONEL 718超合金和纯铝(室温)(见以下表1)。镍和INCONEL 718组合得到884%的很大屈服强度差和4.9%的小阻抗差。镍和铝组合具有150%的高得多的阻抗差，并有320%的较低屈服强度差。
在它们经受足够高碰撞冲击时，大的屈服差和阻抗差可导致高度变形不均匀性和材料间混合，然而，已通过粉块试验冲击检验发现(例如，见以上提到的Eakins论文)高的值(约3.5GPa)在促进具有放热反应潜力的粉末材料之间的化学反应(例如，在Ni和Al之间)方面低效。已显示经受高冲击应力的材料组合促进化学反应，例如放热反应，其中阻抗差和屈服强度差二者均低，例如，在镍和硅(例如，见以上提到的Eakins论文)或铌和硅(例如，见以上提到的Do论文)之间。
表1
与冷气喷涂对压实颗粒冲击变形的上述观察相关，使金属合金粉末颗粒加速到至少500m/s (米/秒)和更高速度。可用其中阻抗乘以0.5 x 颗粒速度的峰压力计算估计对刚性表面产生的颗粒冲击应力(见，例如R. C. Dykhuizen, M. F. Smith, D. L. Gilmore, R.A. Neiser, X. Jiang, S. Sampath, “Impact of High Velocity Cold SprayParticles”(高速冷喷颗粒的碰撞), Journal of Thermal Spray Technology, 1999年12月, 8卷, 4期, pp 559-564)。
对于高于500m/s的颗粒速度，峰接触压力对于铝容易达到高于4GPa，而对于较硬INCONEL 718和镍粉末(图1)，大约为3倍高。碰撞应力范围类似，甚至高于在碰撞冲击实验中观察的(例如，见以上提到的Eakins论文)。这些条件有助于对压实Hugoniot致密固体的压实和机械混合现象。合金例如镍和INCONEL 718的冷气喷涂组合具有高机械混合潜力，假定它们之间有大的屈服强度差，这由对在例如本文图12中所示条件冷气喷涂例如INCONEL718粉末连同高达10%重量纯镍粉末观察到的高沉积效率证实。
较软镍粉末分布到功能基质合金粉末颗粒(例如，25微米典型平均直径的INCONEL718粉末颗粒)的整个暴露表面区域上是理想的，但却完全不实际，考虑到在混合物中需要较高重量百分数镍粉末，这将不可避免地负面影响工程和商业用途所需的所需机械、物理和化学性质。克服这一点的一种方法是用例如2-3微米镍薄层给单独INCONEL 718颗粒包层，可用本文所述电化学(压热包层)或化学气相沉积技术施加。在此，加到INCONEL 718的额外镍的量为约5-15%重量，并且能够通过覆盖100%所有INCONEL 718颗粒表面发挥到最大益处。显示这种冷气喷涂微结构的典型显微图显示于本文图13中。
虽然冲击压缩模型显示，由于对于这两种材料见到(表1)的很高屈服应力差和阻抗差测量结果，一般不可能通过反应性物质(如Ni和Al粉末)之间的放热反应促进涂层致密化，但如果在足够高碰撞冲击应力条件(例如，见以上提到的Eakins论文)或很高碰撞冲击应力例如14GPa (例如，见以上提到的Boslough论文)下颗粒形态结构和粒径有大的差异，则可引发化学反应(放热)过程。关于这一点，如果颗粒形态结构显著不同，例如，圆形颗粒Ni相对于较小薄片状Al，则观察到化学反应性提高和促进Ni和Al之间的放热反应。本发明的一部分利用这一概念，并利用加入镍颗粒，镍颗粒用铝薄片作为二级“放热反应”相包层或部分包层，然后与INCONEL 718粉末一起混合。通过用这种混合物得到的高密度微结构和产生的高沉积效率例如显示于本文图6至11、13和14中，进一步证明这种效力。
如上所述，本文描述冷气沉积方法产生致密和多孔的涂层。这些涂层具有尤其用于航空组件修复、产生粘合涂层、多孔和致密的金属涂层、多孔和致密的金属基质(陶瓷填料)复合材料和耐磨涂层的特殊应用性。
本文所述冷气喷涂方法描述通过冷气喷涂用合金组合的二元或三元混合物主要沉积厚(例如，1mm，一般涂层厚度高于0.2毫米至1.5mm或更大，例如，最多10mm)镍基超合金类型涂层，但可扩展到其它类似涂层系统。使用较硬超合金粉末(例如INCONEL 718)与较少量(一般组成为例如5、10、15或20%重量，且组成具有最多45%重量的可能性)软的剪切可变形二级相粉末或包层(例如，纯镍或Ni-5Al复合物粉末(或Ni-Al复合物粉末变体，Al含量一般20%重量至约30%重量最大值))，其在冷喷涂期间出现的大量剪切变形过程期间软化并产生热能。热能由塑性变形过程或塑性变形和放热反应组合产生，例如，在未反应Ni和Al之间。另外，可用细的硬陶瓷粉末颗粒代替或与较软金属相一起改变这一概念，理论依据是在与超合金相沉积时陶瓷相也产生剪切失配和热。使用这种独特合金混合物减少对研发较高温度/较高速度冷气喷涂参数和设备的需要。
本文所述方法具有用于镍超合金组件的修复涂层的特殊应用性，尤其具有高沉积效率(>80%沉积效率)、达至少1mm厚、有很小或没有残余应力(涂层不剥落或弯曲)、低孔隙率(即，<2%)、由沉积过程引起的低氧化/氧化物含量和最小涂层内部裂纹(即，在底板(splat)之间的裂纹)的那些；将取代目前的高速氧燃料(HVOF)或空气等离子喷涂修复溶液，它们倾向于具有较高残余应力，较高孔隙率，较高氧化；并将通过使用这些独特材料组合减少对研发“较高温度/较高速度”冷气喷涂参数和设备的需要。
本文所述方法利用合金组分混合物的两种(或更多种)组分之间物理、机械和化学性质的失配，其中组分1为镍超合金，例如INCONEL 718，或其它超合金，如HASTELLOY(Haynes International, Inc.公司的注册商标) C276、INCONEL 625；或者组分1为镍合金，如NiCrAl、NiCrAlMo或NiAlMo；或组分1为铁基合金，如FeNiAlMo；并且组分2为较软、较有延性的合金，如镍、Ni-5%重量Al、Ni-20%重量Al或Al-12Si合金，且总重量百分数小于组分1，一般范围为总混合物内容物的3、4、5、6、7、8、9和10%重量。
这种方法的独特性包括以下。组分1和2的混合物用常规冷气喷涂(动力喷涂)使用以下最低基本参数喷涂：粉末颗粒进料喷速超过至少平均600米/秒，喷流温度小于约1000℃，粉末进料速率大于20克/分钟。在喷涂沉积过程期间，较软较有延性的组分2：优先于较硬较刚性的组分1变形，通过组分1颗粒较硬表面之间的压缩剪切变形到很高塑料应变，并挤入组分1的底板(在碰撞时变形的材料颗粒)之间的空隙和间隙，在高塑性应变变形过程期间产生热(摩擦热和变形能量)帮助软化两种组分1和2，通过组分2中两种或更多种组分之间的放热反应(例如镍和铝之间的放热反应)在高塑性应变变形过程期间产生热，或者通过组分2和组分1之间的放热反应，倾向于绝热剪切塑性变形过程，该过程促进快速剪切定位和产生热，并产生高应变变形和挤出/熔融过程。
上述结果是，用少量延性或延性/放热的第二相辅助，以最少缺陷和足够强度(类似于用空气等离子喷涂达到的，例如，约34MPa或约5000psi)，沉积镍超合金(传统上很难用冷气喷涂沉积，一般“最好情况”为约70%沉积效率，即，30%喷涂的材料弹出或落下)，所述第二相通过热变形(或放热)反应和对超合金涂层的总化学组成有最小影响帮助镍超合金颗粒熔接在一起。
上述的示例性变化可包括以下：其中组分2改变成：比组分1硬得多的细粉末材料，例如陶瓷，例如氧化铝或氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)；比组分1硬得多的细粉末材料，例如陶瓷，例如氧化铝或YSZ，用软的延性合金包层，例如镍或复合Ni-Al粉末。使用这种变型的结果是，用陶瓷的高硬度和弹性模量失配在表面上引发高塑料剪切应变，最终在变形/碰撞过程期间穿透入组分1颗粒的表面。另外，由于陶瓷倾向于具有低热扩散性/传导性，在陶瓷和金属合金表面之间的接触界面产生高摩擦热效应可能极大增强，并辅助熔接和扩散过程。
以上的其它示例性变型可包括：其中组分2改变成：铝铜合金，例如Cu 9.5Al 1 Fe或Cu 10Al或类似组成的铜合金。另外，组分1另外的合金变型可包括：NIMONIC 80A及变型，例如Ni (bal.) 18Cr 2Ti 1.5A11Si 0.2Cu 3Fe 1 Mn 2Co 0.1 C 0.15Zr；NIMONIC 75及变型；INCONEL 600、INCONEL 617、INCONEL 625及变型；HASTELLOY W、HASTELLOY N、HASTELLOY X、HASTELLOY C、HASTELLOY B及变型；Haynes 214、Haynes 230及变型；CMSX-4合金及变型；钴基合金，如一般已知的STELLITETM (Kennametal Stellite Company)或STELLITE类合金；CoNiCrAIY和NiCrAIY合金，一般用作隔热涂层的粘合涂层。
以上另外的示例性变型可包括使用一种(或多种)以上合金(粉末形态结构)的组分1：组分1粉末使用无电化学包层技术或化学压热包层或化学气相沉积技术用例如约0.5至约5微米厚(或接近此范围)的镍金属薄层包层；使用镍包层的供选包括金属变型，如铜、锌、铝、铁和这些与镍的合金。
实施例1
如下所述喷涂以下混合物：样品1：INCONEL 718与5%重量Metco 480NS (Ni-5Al)的混合物；样品2：INCONEL 718与5%重量纯镍的混合物；样品3：HASTELLOY C276与5%重量纯镍的混合物。用冷气喷涂参数使用常规Kinetiks 8000枪一般在以下条件下喷涂以上粉末：温度(工艺流程气体)：900℃-950℃；工艺流程气体(m3/h)：92-94；气体压力：40bar；喷涂距离：40-60mm；涂层厚度：约1mm；粉末进料速率：30-34g/min。对于所选参数，获得超过80%的沉积效率，对各粉末混合物用优化参数获得至少88%沉积效率。
涂层的显微图显示于图5至10和14中。所有涂层具有低于1.6%的测定孔隙率，测定各涂层的硬度(Vickers HV03 (ASTM E384))，显示于图中。一般450-460 HV03为对所有初喷(as-sprayed)涂层得到的范围。
实施例2
可用材料组合的一些实例显示于以下表2-4中。
表2
表3
表4
实施例3
可用材料组合的一些实例和代表性质显示于下表中。
表5
可用于本文所述方法的代表性钢和不锈钢合金可包含任何组合的Fe余量(bal.)+ qCr+ rAl + sMo + tCo + xMn + xNi + zC + uN +wV，其中q, r, s, t, x, y, z, u, w = 0至50%重量之间的任何值，其条件为其总和不大于70%。
可用于本文所述方法的代表性镍合金可包含任何组合的Ni(bal.) + qCr + rAl+ sMo + tCo + xMn + xFe + zC +uY + vCu + wSi，其中q, r, s, t, x, y, z, u, v =0至50%重量之间的任何值，其条件为其总和不大于70%重量。
可用于本文所述方法的代表性钴合金可包含任何组合的Co(bal.) + qCr + rAl+ sMo + tNi + xY + xFe + zC +uCu + wSi，其中q, r, s, t, x, y, z, u, wSi = 0至50%重量之间的任何值，其条件为其总和不大于70%重量。
可用于本文所述方法的代表性镍超合金可包括INCONEL 718、HASTELLOY (HaynesInternational) C276、INCONEL (Special Metals Corporation) 625、NiCrAl、NiCrAlMo、NiAlMo、NIMONICTM (Special Metals Corporation) 80A、Ni 18Cr 2Ti 1.5A11Si 0.2Cu3Fe 1 Mn 2Co 0.1 C 0.15Zr、NIMONIC 75、INCONEL 600、INCONEL 617、INCONEL 625、HASTELLOY W、HASTELLOY N、HASTELLOY X、HASTELLOY C、HASTELLOY B、Haynes 214、Haynes230、CMSX-4合金、钴基合金、STELLITE、CoNiCrAIY和/或NiCrAIY合金。
可用于本文所述方法的代表性钛合金可包括Ti-6Al-4V和所有钛合金级6至38。
可用于本文所述方法的代表性金属间化合物可包括NiAl、NiAl3、Ni3Al、TiAl、Ti3Al、Fe3Al、Ni3Si、CrSi2、MoSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2和TiSi2。
可用于本文所述方法的代表性陶瓷可包括YSZ、氧化铝、碳化钨、CrC、TiO2、TiOx=1.7-1.9、SiC，具有约3至约120微米平均直径尺寸范围的粉末。
可用于本文所述方法的代表性镍包层可包括无电沉积镍、化学气相沉积镍(CVD)或化学压热包镍，镍金属≥97%重量，包层厚度约0.2至约15微米厚，包层表面覆盖率为粉末颗粒(核)表面的最小约10%至约100%。
可用于本文所述方法的代表性镍粉末可包括镍金属≥97%重量Ni和约3至约50微米平均直径尺寸范围的镍粉末。
可用于本文所述方法的代表性镍-铝粉末可包括镍包铝、一般Ni + xAl，其中x=约5至约30%重量，Ni5Al类型如Diamalloy 4008NS、Metco 450NS、Metco 450P和Metco 480NS；Ni 20Al类型如Metco 404NS、Metco 1101和Metco 2101ZB。也包括NiAlMo(如Ni 5Mo5.5Al)附聚(机械包层)粉末，例如Metco 447NS。
可用于本文所述方法的代表性较软合金可包括铜和铜的典型合金，包括任何组合的Cu (bal.)+ xNi + yAl + zZn + uSn，其中x, y, z, u = 0至约50%重量之间的任何值，其条件为其总和不大于70%重量；铝和Al的典型合金，包括任何组合的Al(bal.)+ xCu +xMg + yMn + zZn + uSi，其中x, y, z, u = 0至约50%重量之间的任何值，其条件为其总和不大于70%重量；银金属≥ 97%重量Ag，和银合金；锌金属≥ 97%重量Zn，和锌合金；铂和钯金属≥97%重量Pt或Pd，和Pt和Pd合金。
图2显示在颗粒速度一般>500m/s时颗粒之间的动态碰撞/接触。粒径范围A和B一般<50微米。将有以下一个或多个情况：材料A和B之间的流动(屈服)强度失配，其中A>B；材料A和B之间的硬度失配，其中A>B；材料A和B之间的弹性(杨氏)模量失配，其中A>B。由于变形(锻造)过程在A和B之间的界面产生摩擦热主要局限于材料B中。
在图3中显示所得锻造和摩擦熔接，其中例如组分1 (A)可以为例如INCONEL 718，组分2 (B)为例如镍或Ni-5Al。引入较软的可剪切第二相材料，例如镍或Ni-5Al或其它软合金，该材料容易变形或剪切，例如通过较硬INCONEL 718颗粒之间的摩擦接触/剪切产生热；通过摩擦/放热反应产生热，例如NiAl。也可使用的其它方法为在喷涂期间反应或可在沉积后扩散处理的粉末的组合。
在图4中，组分41可以为例如INCONEL 718，组分42可以为镍或镍-5Al或其它软合金。引入较软的可剪切第二相材料，例如镍或Ni-5Al或其它软合金，容易变形/剪切，例如通过较硬INCONEL 718颗粒之间的摩擦接触/剪切产生热，和/或通过摩擦/放热反应产生热，例如NiAl。高剪切区域43表明摩擦加热。可使用的其它方法为在喷涂期间反应或可在沉积后扩散处理的粉末的组合。
在图5中，组分1 (51)可以为例如INCONEL 718，组分2 (52)可以为例如氧化铝或YSZ。高剪切区域53表明摩擦加热。该区域也可例如通过引入较硬陶瓷、不可剪切第二相材料产生，例如氧化铝或YSZ，该材料通过较软INCONEL 718颗粒之间的摩擦接触/剪切产生热。
图6和7显示本文所述方法的实施方案的显微图，其中INCONEL 718+5% NiAl合金利用KINETICS® 8000枪(Sulzer Metco)通过常规冷气处理施加到基材(61，在图7中未显示)，涂料(62和71)为样品1，孔隙率为1.6%，微观硬度为453 HVO.3 s=32 (ASTM E384)。
图8和9显示本文所述方法的实施方案的显微图，其中INCONEL 718+5% NiAl合金利用Kinetic 8000枪通过常规冷气处理施加到基材(81，在图9中未显示)，涂料(82和91)为样品2，孔隙率为1.5%，微观硬度为460 HVO.3 s=26。
图10和11显示本文所述方法的实施方案的显微图，其中HASTELLOY C276+5% NiAl合金利用Kinetic 8000枪通过常规冷气处理施加到基材(101，在图11中未显示)，涂料(102和111)为样品3，孔隙率为1.2%，微观硬度为468 HVO.3 s=28。
图12显示一些示例性冷气喷涂参数和沉积效率(显示于图中的圆圈中)。使用样品2，也见以下表6。
图13显示包含INCONEL 718 (131)与纯镍较软外层(132)的冷气喷涂微结构(常规在用例如硫酸铜稀溶液涂覆后蚀刻)的实例，在冷气喷涂前用常规电化学涂覆方法在INCONEL 718颗粒上包覆纯镍较软外层(132)。
图14显示在INCONEL 718基材(141)上沉积的冷气喷涂INCONEL 718涂层(142)的实例。所用粉末的一般组成为INCONEL 718 + 5%重量Ni5Al，冷气喷涂到超过10mm厚度。
表6
因此，本发明的范围应包括可落在附加权利要求范围的所有改进和变化。通过研究本文公开的本发明的说明和实施方案，本发明的其它实施方案对本领域的技术人员显而易见。说明和实例仅作为示例考虑，本发明的真实范围和精神由以下权利要求指明。

Claims (22)

1.一种冷气喷涂方法，所述方法包括喷涂组合物，该组合物包含与较软、剪切可变形的二级相金属和/或金属合金混合的至少一种镍或铁基材料一级相，以在基材上沉积致密或多孔涂层。
2.权利要求1的方法，其中所述镍或铁基材料一级相包含一种或多种钢、不锈钢、镍合金、镍超合金、钴合金、钛合金和金属间化合物。
3.权利要求1的方法，其中所述镍或铁基材料一级相包含以下一种或多种：镍包层、镍粉末、混合镍-铝粉末和陶瓷。
4.权利要求1的方法，其中所述二级相包含一种或多种铜、铝、银、锌、铂、钯及其合金。
5.权利要求1的方法，其中所述二级相包含至少部分用铝薄片包层的镍颗粒。
6.权利要求3的方法，其中所述陶瓷包含以下一种或多种：YSZ、氧化铝、碳化钨、CrC、TiO2、TiOx=1.7-1.9和SiC。
7.权利要求3的方法，其中所述陶瓷用软延性合金包层。
8.权利要求1的方法，其中所述涂层为至少1毫米厚。
9.权利要求1的方法，其中所述涂层基本无残余应力，具有低孔隙率、低氧化物含量，且基本无内部裂纹。
10.权利要求1的方法，其中所述组合物以至少约600米/秒平均速度在小于约1000℃喷流温度、大于约20克/分钟进料速率喷涂。
11.权利要求1的方法，其中所述一级和二级相金属通过以下一种或多种方式组合：机械混合、机械成合金、机械包层、喷干附聚、制粒、化学气相沉积、物理气相沉积、电化学沉积和/或等离子致密化。
12.权利要求11的方法，其中所述附聚包括纳米粉末附聚。
13.权利要求11的方法，其中所述物理气相沉积包括流化床物理气相沉积。
14.权利要求11的方法，其中所述化学气相沉积、物理气相沉积和/或电化学沉积包括在至少一种一级相金属的外表面上沉积至少一种二级相金属。
15.一种特别适用于冷喷涂的组合物，所述组合物包含与较软、剪切可变形的二级相金属和/或金属合金混合的至少一种镍或铁基材料一级相。
16.权利要求15的组合物，其中所述镍或铁基材料一级相包含一种或多种钢、不锈钢、镍合金、镍超合金、钴合金、钛合金和金属间化合物。
17.权利要求15的组合物，其中所述镍或铁基材料一级相包含以下一种或多种：镍包层、镍粉末、混合镍-铝粉末和陶瓷。
18.权利要求15的组合物，其中所述二级相包含以下一种或多种：铜、铝、银、锌、铂、钯及其合金。
19.权利要求15的组合物，其中所述二级相包含至少部分用铝薄片包层的镍颗粒。
20.权利要求17的组合物，其中所述陶瓷包含以下一种或多种：YSZ、氧化铝、碳化钨、CrC、TiO2、TiOx=1.7-1.9和SiC。
21.权利要求17的组合物，其中陶瓷用软延性合金包层。
22.一种涂覆制品，所述制品通过权利要求1的方法制造。
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