用于金属涂层的方法
交叉引用
本申请要求于2016年3月8日提交的美国临时专利申请序列号62/305,453的优先权,该申请通过引用整体并入本文。
背景技术
钢可以是铁和包括碳在内的其他元素的合金。当碳是主要合金元素时,其在钢中的含量按重量计可以在0.002%到2.1%之间。在钢中可以存在但不限于以下元素:碳、锰、磷、硫、硅以及痕量的氧、氮和铝。用于改变钢的特性所添加的合金元素可以包括但不限于:锰、镍、铬、钼、硼、钛、钒和铌。
不锈钢可以是不易用水腐蚀、锈蚀(或氧化)或沾污的材料。可以存在不同等级和表面处理的不锈钢来适应给定环境。可以在钢的性质和耐腐蚀性两者都是有益的地方使用不锈钢。
发明内容
本公开内容提供了用于使用浆料形成材料层的系统和方法。这种材料层的实例包括但不限于不锈钢、硅钢和噪声振动粗糙阻尼钢(noise vibration harshness dampingsteel)。
本公开内容提供了采用浆料形成邻近基体的层的系统和方法。这种层可包含例如,铁、铬、镍、硅、钒、钛、硼、钨、铝、钼、钴、锰、锆和铌、其氧化物、其氮化物、其硫化物或其组合中的一种或多种。
在一方面,本公开内容提供了用于形成含金属部件的方法,包括:(a)提供包含浓度为至少约0.001wt%的碳以及硅、锰、钛、钒、铝和氮中的一种或多种的基体,如通过X射线光电子能谱(XPS)所测量的;(b)沉积邻近所述基体的包含金属的第一层;以及(c)使所述第一层和所述基体在足以由邻近所述基体的所述第一层生成第二层的条件下进行退火,从而形成包含所述第二层和所述基体的所述含金属部件,其中所述第二层包含所述碳和所述金属作为金属碳化物。
在一些实施方案中,所述第二层包含所述金属碳化物的域。在一些实施方案中,所述第二层包含无所述金属碳化物的域。在一些实施方案中,使用包含所述金属的浆料沉积所述第一层。
在一些实施方案中,所述浆料包含合金剂、金属卤化物活化剂和溶剂,并且其中所述合金剂包含所述金属。在一些实施方案中,所述合金剂包含碳。在一些实施方案中,所述金属卤化物活化剂包含一价金属、二价金属或三价金属。在一些实施方案中,所述金属卤化物活化剂选自氯化镁(MgCl2)、氯化亚铁(II)(FeCl2)、氯化钙(CaCl2)、氯化锆(IV)(ZrCl4)、四氯化钛(IV)(TiCl4)、氯化铌(V)(NbCl5)、三氯化钛(III)(TiCl3)、氯化硅(SiCl4)、三氯化钒(III)(VCl3)、三氯化铬(III)(CrCl3)、三氯硅烷(SiHCl3)、二氯化锰(II)(MnCl2)、二氯化铬(II)(CrCl2)、氯化钴(II)(CoCl2)、氯化铜(II)(CuCl2)、氯化镍(II)(NiCl2)、二氯化钒(II)(VCl2)、氯化铵(NH4Cl)、氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、硫化钼(MoS)、硫化锰(MnS)、二硫化亚铁(FeS2)、硫化铬(CrS)、硫化亚铁(FeS)、硫化铜(CuS)、硫化镍(NiS)及其组合。
在一些实施方案中,所述浆料包含惰性物质。在一些实施方案中,所述惰性物质选自氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、粘土及其组合。
在一些实施方案中,所述溶剂是水性溶剂。在一些实施方案中,所述溶剂是有机溶剂。在一些实施方案中,所述溶剂包含无机粘合剂。在一些实施方案中,所述无机粘合剂是硅酸钠。在一些实施方案中,所述溶剂包含有机粘合剂。在一些实施方案中,所述有机粘合剂是甲基纤维素或聚氧化乙烯(PEO)。
在一些实施方案中,所述金属包括铁、铬、镍、硅、钒、钛、硼、钨、铝、钼、钴、锰、锆和铌中的一种或多种。在一些实施方案中,所述第一层通过气相沉积来沉积。在一些实施方案中,所述第一层通过电化学沉积来沉积。在一些实施方案中,所述基体包含钢。在一些实施方案中,所述第一层具有促进所述金属碳化物形成的图案或形态。在一些实施方案中,所述方法还包括在(b)之前选择所述图案或形态。
在一些实施方案中,所述碳的浓度为至少约0.01wt%,如通过XPS所测量的。在一些实施方案中,所述碳的浓度为至少约0.1wt%,如通过XPS所测量的。在一些实施方案中,所述基体包含硅、锰、钛、钒、铝和氮中的两种或更多种。在一些实施方案中,所述基体包含硅、锰、钛、钒、铝和氮中的三种或更多种。在一些实施方案中,所述基体包含硅、锰、钛、钒、铝和氮中的四种或更多种。在一些实施方案中,所述基体包含硅、锰、钛、钒、铝和氮中的五种或更多种。在一些实施方案中,所述基体包含硅、锰、钛、钒、铝和氮。在一些实施方案中,所述第二层扩散结合至所述基体。在一些实施方案中,所述第二层是最外层。
在另一方面,本公开内容提供了用于形成含金属部件的方法,包括:(a)提供包含浓度为至少约0.001wt%的碳的基体,如通过X射线光电子能谱(XPS)所测量的;(b)使用浆料沉积邻近所述基体的包含至少一种金属的第一层,其中至少一种金属选自铬和镍;以及(c)使所述第一层和所述基体在足以由邻近所述基体的所述第一层生成第二层的条件下进行退火,其中所述第二层包含所述碳和所述至少一种金属作为金属碳化物,从而形成包含所述第二层和所述基体的所述含金属部件,其中所述第二层包含所述金属碳化物的域和无所述金属碳化物的域。
在一些实施方案中,所述至少一种金属包括铬。在一些实施方案中,所述至少一种金属包括镍。在一些实施方案中,所述至少一种金属包括铬和镍。在一些实施方案中,所述浆料包含合金剂、金属卤化物活化剂和溶剂,并且其中所述合金剂包含所述金属。在一些实施方案中,所述合金剂包含碳。在一些实施方案中,所述金属卤化物活化剂包含一价金属、二价金属或三价金属。在一些实施方案中,所述基体包含钢。
在一些实施方案中,所述第一层具有促进所述金属碳化物形成的图案或形态。在一些实施方案中,所述浆料在剪切速率为1000s-1的剪切速率下具有约1厘泊(cP)至200cP的粘度。在一些实施方案中,浆料在剪切速率为1000s-1的剪切速率下具有约1厘泊(cP)至150cP的粘度。在一些实施方案中,所述第二层是最外层。在一些实施方案中,所述碳的浓度为至少约0.01wt%,如通过XPS所测量的。在一些实施方案中,所述碳的浓度为至少约0.1wt%,如通过XPS所测量的。
在另一方面,本公开内容提供了用于形成邻近基体的金属层的方法,包括:(a)提供包含浓度为至少约0.001wt%的碳的基体,如通过X射线光电子能谱(XPS)所测量的;(b)使用浆料沉积邻近所述基体的包含至少一种金属的第一层,其中所述浆料在剪切速率为1000s-1的剪切速率下具有约1厘泊(cP)至200cP的粘度;以及(c)使所述第一层和所述基体在足以由邻近所述基体的所述第一层生成第二层的条件下进行退火,其中所述第二层包含所述碳和所述至少一种金属作为金属碳化物,从而形成包含所述第二层和所述基体的所述含金属部件,其中所述第二层包含所述金属碳化物的域和无所述金属碳化物的域。
在一些实施方案中,所述浆料包含合金剂、金属卤化物活化剂和溶剂,并且其中所述合金剂包含所述金属。在一些实施方案中,所述合金剂包含碳。在一些实施方案中,所述金属卤化物活化剂包含一价金属、二价金属或三价金属。在一些实施方案中,所述基体包含钢。在一些实施方案中,所述第一层具有促进所述金属碳化物形成的图案或形态。在一些实施方案中,所述浆料在剪切速率为1000s-1的剪切速率下具有约1厘泊(cP)至150cP的粘度。在一些实施方案中,所述第二层是最外层。在一些实施方案中,所述碳的浓度为至少约0.01wt%,如通过XPS所测量的。在一些实施方案中,所述碳的浓度为至少约0.1wt%,如通过XPS所测量的。
通过以下详细描述,本公开内容的附加方面和优点将会对本领域技术人员变得显而易见,其中仅仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方案。应当明白,本公开内容能够有其他和不同的实施方案,并且其若干细节都能够在不偏离本公开内容的情况下在各个明显方面进行修改。因此,实际上附图和描述应被视为是说明性的,而非限制性的。
援引并入
本说明书中提及的所有出版物和专利申请均通过引用并入本文,其程度如同具体地和个别地指出通过引用而并入每一个别出版物或专利申请。
附图说明
在随附权利要求书中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考阐述了利用本发明原理的说明性实施方案的以下详细描述和附图(本文也称为“图”),将获得对本发明的特征和优点的更好理解,在附图中:
图1图示了用于形成邻近基体的层的方法;
图2示出了具有各种量的水的浆料的各种剪切速率导致的粘度变化;
图3示出了具有各种量的水的浆料的各种剪切速率导致的粘度变化;
图4示出了浆料的各种量的水导致的粘度变化;
图5示出了浆料的各种量的水导致的屈服应力变化;
图6为示出了各种量的水导致的粘度、剪切稀化指数和屈服应力的变化的表;
图7示出了具有各种量的铬的浆料的各种剪切速率导致的粘度变化;
图8为示出了各种量的铬导致的浆料的粘度、剪切稀化指数(10:1000和100:1000)和屈服应力的变化的表;
图9示出了浆料的各种量的铬导致的粘度变化;
图10示出了浆料的各种量的铬导致的屈服应力的变化;
图11示出了铬加载与浆料粘度的计算Krieger-Dougherty拟合和实验Krieger-Dougherty拟合;
图12为示出了各种量的氧化铝(III)导致的浆料的粘度、剪切稀化指数(10:1000和100:1000)和屈服应力的变化的表;
图13示出了各种量的氧化铝(III)导致的浆料的粘度变化;
图14示出了各种量的氧化铝(III)导致的浆料的屈服应力变化;
图15示出了氧化铝(III)加载与浆料粘度的计算Krieger-Dougherty拟合和实验Krieger-Dougherty拟合;
图16为示出了各种量的氯化镁导致的浆料的粘度、剪切稀化指数(10:1000和100:1000)和屈服应力的变化的表;
图17示出了浆料的各种量的氯化镁导致的粘度变化;
图18示出了浆料的各种量的氯化镁导致的屈服应力变化;
图19示出了浆料的不同氯化物源的各种量的氯化物的流动性变化;
图20示出了浆料的不同氯化物源的各种量的氯化物的pH变化;
图21示出了浆料的各种浓度的镁盐的流动性变化;
图22示出了浆料的各种浓度的镁盐的pH变化;
图23示出了浆料的各种浓度和剪切速率的乙酸镁的屈服应力变化;
图24示出了浆料的各种浓度和剪切速率的硫酸镁的屈服应力变化;
图25示出了浆料的各种镁盐的一定盐浓度范围的pH、粘度和屈服应力的变化;
图26示出了浆料的各种盐的一定盐浓度范围的pH、粘度和屈服应力的变化;
图27示出了浆料的各种浓度的离子导致的屈服应力变化;
图28示出了计算机控制系统,其被编程或以其他方式配置用于实现本文提供的方法;
图29示出了具有表面处理的浆料涂布的基体;以及
图30A示出了在浆料邻近基体进行退火之后,邻近基体的层的横截面。碳化铬存在于层的表面上。图30B示出了在浆料邻近基体进行退火之后,邻近基体的层的横截面。碳化铬不存在于层的表面上。
具体实施方式
虽然本文已经示出和描述了本发明的各个实施方案,但对于本领域技术人员显而易见的是,这样的实施方案只是以示例的方式提供的。本领域技术人员现将在不偏离本发明的情况下想到许多更改、改变和替代。应当理解,可以采用对本文所描述的本发明实施方案的各种替代方案。
如本文所用,术语“浆料”通常是指包含液相和固相的溶液。固相可处于液相中。浆料可具有一种或多种液相和一种或多种固相。
如本文所用,术语“相邻”或“邻近”通常是指“紧挨着”、“邻接”、“接触”和“接近”。在一些情况下,邻近可在“上方”或“下方”。邻近第二层的第一层可与第二层直接接触,或者在第一层与第二层之间可存在一个或多个中介层。
本公开内容提供了浆料组合物(或浆料)以及采用浆料形成邻近基体的层的系统和方法。这种层可包含例如,铁、铬、镍、硅、钒、钛、硼、钨、铝、钼、钴、锰、锆和铌、其氧化物、其氮化物、其硫化物或其组合中的一种或多种。
本公开内容提供了用于形成邻近基体的层的浆料。浆料可包含各种组分。浆料的组分可包括合金剂、诸如卤化物活化剂的活化剂、溶剂和惰性物质。合金剂可包含至少一种被配置用于扩散至基体或扩散到基体内的元素物质。可通过活化剂促进元素物质向基体或基体内的扩散。借助于惰性物质,合金剂可分散在溶剂中。惰性物质可具有小于或等于约200目的粒度。
合金剂中的元素物质可根据浓度梯度扩散至基体内或基体上。例如,合金剂中的元素物质的浓度在基体表面上可以是最高的,并且可根据沿着基体深度的梯度而减小。浓度的减小可以是线性的、抛物线的、高斯的或其任何组合。浆料中合金剂的浓度可基于要在基体上形成的合金层的期望厚度来选择。合金剂的粒度可小于约140目。
合金剂中的元素种可以是过渡金属。合金剂中的元素种可以是铬、镍、铝、硅、钒、钛、硼、钨、钼、钴、锰、锆、铌或其组合。
合金剂可包含碳。对于一些应用,合金剂含有低水平的碳。合金剂可包含过渡金属。合金剂可包含铁、铬、镍、硅、钒、钛、硼、钨、铝、钼、钴、锰、锆、铌或其组合。合金剂可以是过渡金属的铁合金。合金剂可以是硅铁合金(FeSi)、铁铬合金(FeCr)、铬(Cr)或其组合。合金剂可以是盐或氧化物。合金剂可包含铬、镍、铁或其组合。
可通过活化剂促进合金剂中的元素物质向基体的扩散。活化剂可以是卤化物活化剂。卤化物可将合金剂中的元素种输送至基体的表面,从而促进元素种向基体的扩散。例如,合金剂可包含铬,而卤化物活化剂可包含氯化物。氯化物前体可将铬输送至基体表面。卤化物活化剂的卤化物与元素种的摩尔比可以是至多约0.0001:1、0.001:1、0.1:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1。卤化物活化剂的卤化物与元素种的摩尔比可以是约0.0001:1至10:1或0.001:1至5:1。卤化物活化剂的卤化物与元素种的摩尔比可以是至多约10:1。
可通过活化剂促进合金剂中的元素种向基体的扩散。活化剂可以是金属卤化物活化剂。金属卤化物可将合金剂中的元素种输送至基体的表面,从而促进元素种向基体的扩散。例如,合金剂可包含铬,而金属卤化物活化剂可包括氯化物。氯化物前体可将铬输送至基体表面。金属卤化物活化剂的卤化物与元素种的摩尔比可以是至多约0.0001:1、0.001:1、0.1:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1。金属卤化物活化剂的卤化物与元素种的摩尔比可以是约0.0001:1至10:1或0.001:1至5:1。
活化剂还可影响基体的浆料的粘附。另外,活化剂可影响浆料的粘度。此外,活化剂可影响浆料涂布的基体的湿强度。湿强度通常是指浆料涂布的基体在浆料完全固化之前经受处理或机械加工的能力。因此,可基于浆料与基体的期望粘附程度、浆料的期望粘度以及活化剂增加浆料涂布的基体的湿强度的能力来选择活化剂。此外,可基于活化剂相对于基体的腐蚀性来选择活化剂。例如,由于一些金属卤化物可腐蚀金属基体并且由于可能不期望发生腐蚀,因此可不选择那些金属卤化物作为活化剂。此外,一些金属卤化物可腐蚀将浆料施加至基体上的辊涂组装件的组件。这种腐蚀可能是不期望的。因此,可不选择那些金属卤化物作为活化剂。活化剂可防止在合金剂与基体的边界界面处形成Kirkendall空洞。在加热时,卤化物活化剂可分解成氧化物。退火后,活化剂可充当粘合剂。此外,在退火后,活化剂可变成惰性的。活化剂的浓度可以是可变的。在一些实施方案中,活化剂的浓度可以是广泛可变的。活化剂的浓度可取决于添加至浆料的粘合剂的量。
活化剂可以是金属聚合物。活化剂可包含一价金属、二价金属或三价金属。活化剂可以是双金属卤化物。活化剂的实例包括氯化镁(MgCl2)、氯化亚铁(II)(FeCl2)、氯化钙(CaCl2)、氯化锆(IV)(ZrCl4)、四氯化钛(IV)(TiCl4)、氯化铌(V)(NbCl5)、三氯化钛(III)(TiCl3)、氯化硅(SiCl4)、三氯化钒(III)(VCl3)、三氯化铬(III)(CrCl3)、三氯硅烷(SiHCl3)、二氯化锰(II)(MnCl2)、二氯化铬(II)(CrCl2)、氯化钴(II)(CoCl2)、氯化铜(II)(CuCl2)、氯化镍(II)(NiCl2)、二氯化钒(II)(VCl2)、氯化铵(NH4Cl)、氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)及其组合。
在一些情况下,氯化镁可以是比氯化铁更期望的活化剂。氯化镁的费用可比氯化铁便宜,但是产生的湿强度与氯化铁产生的湿强度相似。用氯化镁作为活化剂的浆料可表现出粘度增大。浆料的粘度增大可能不会增加干燥浆料涂层的厚度。
活化剂可以是水合的。水合活化剂的非限制性实例包括氯化亚铁四水合物(FeCl2·4H2O)、氯化亚铁六水合物(FeCl2·6H2O)和氯化镁六水合物(MgCl2·6H2O)。氯化镁六水合物可以是比氯化亚铁四水合物更期望的水合活化剂。氯化镁六水合物的费用可比氯化亚铁四水合物便宜。此外,与氯化亚铁四水合物相比,氯化镁六水合物对基体的腐蚀性可较小。
盐添加剂可用于获得浆料所期望的物理性质。盐可以是一价盐或二价盐。盐添加剂的非限制性实例包括硫化钼(II)(MoS)、硫化锰(II)(MnS)、硫化亚铁(II)(FeS)、二硫化亚铁(II)(FeS2)、硫化铁(III)(Fe2S3)、硫化铬(III)(Cr2S3)、硫化铜(II)(CuS)、硫化镍(II)(NiS)、硫化镁(II)(MgS)、乙酸镁(II)Mg(OAc)2和硫酸镁MgSO4、氯化镁(MgCl2)、氯化铵(NH4Cl)、氯化亚铁(FeCl2)、氯化钙(CaCl2)、氯化钠(NaCl)、乙酸钠(NaOAc)、碳酸钠(Na2CO3)、氯化锂(LiCl)、乙酸锂(LiOAc)、氯化钾(KCl)、乙酸铵(NH4OAc)、乙酸铝(Al(OAc)3)、碱式乙酸铝(Al(OH)(OAc)2)、二碱式乙酸铝(Al(OH)2(OAc))。
浆料可包含溶剂。可单独使用或作为溶剂混合物使用的溶剂的实例包括质子溶剂、非质子溶剂、极性溶剂和非极性溶剂。溶剂的非限制性实例包括醇,诸如水、甲醇、乙醇、1-丙醇和2-丙醇;脂肪烃和芳香烃,诸如戊烷、己烷、环己烷、甲基环己烷、苯、甲苯和二甲苯;醚,诸如二乙醚、二甘醇二甲醚、四氢呋喃和二氧杂环己烷;卤代烃,诸如二氯甲烷、氯仿、1,1,2,2-四氯乙烷和氯苯;酯和内酯,诸如乙酸乙酯、丁内酯和戊内酯;酰胺和内酰胺,诸如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮;以及酮,诸如丙酮、二丁基酮、甲基异丁基酮和甲氧基丙酮。
浆料可包含有助于将合金剂分散在溶剂中的惰性材料。惰性材料可以是浆料的其他组分的补充。惰性材料可有助于控制浆料的粘度。例如,惰性材料可通过促进活化剂与溶剂之间的氢键来增大粘度。另外,惰性材料与活化剂之间可形成氢键。此外,惰性材料可防止合金剂从悬浮液中脱离。此外,惰性材料可防止在退火过程中形成“贴纸(stickers)”形。
惰性材料的实例包括但不限于氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、膨润土、蒙脱土、高岭土、硅酸盐土、其他粘土及其组合。惰性材料可包括这种材料的非化学计量变体。
溶剂的沸点(或沸腾温度)可小于或等于约200℃、190℃、180℃、170℃、160℃、150℃、140℃、130℃、120℃、110°或100℃。
浆料中铬颗粒的大小可大于其他颗粒,并且可在没有高聚物添加物的情况下悬浮。
可向浆料添加有机粘合剂,诸如甲基纤维素和聚氧化乙烯(PEO)。可向浆料添加无机粘合剂,诸如硅酸钠。有机粘合剂和无机粘合剂可允许减少活化剂的量而不牺牲湿强度和流变性质。
惰性材料的粒度可小于约140目。惰性材料的粒度可小于或等于约200目、300目、400目、500目或600目。惰性材料的粒度可小于或等于约200目。粒度可有助于在退火后促进惰性材料的去除。
浆料的性质可以是用于形成浆料、保持浆料或施加浆料的一个或多个参数的函数。这些性质可包括粘度、剪切稀化指数和屈服应力。这些性质可包括雷诺数、粘度、pH和浆料组分浓度。可影响浆料性质的参数可包括含水量、合金剂身份和含量、卤化物活化剂身份和含量、以及惰性物质身份和含量、温度、剪切速率和混合时间。
本公开内容还提供了用于形成浆料的方法。可通过在混合室(或容器)中混合浆料的各种组分来形成浆料。在一些实例中,通过在室中混合一种或多种溶剂、一种或多种合金剂、一种或多种卤化物活化剂和一种或多种惰性物质来形成浆料。这些组分可同时或顺序地混合。例如,在室中提供溶剂,随后将合金剂添加至室。
图1图示了形成邻近基体的层的方法。如本文其他地方所述,在操作110中,由合金剂、活化剂、溶剂和惰性物质的组合制备浆料。可将这些组分顺序地或同时添加至混合容器。接下来,在操作120中,可将浆料从混合容器施加至基体。在操作130中,施加后通过在90℃-175℃下加热或真空干燥10秒-60秒来去除浆料中的溶剂。在操作140中,将网(web)或基体材料卷起或以其他方式制备以供热处理。混合顺序是首先加载水,然后添加盐,随后添加氧化铝,最后添加铬。
在浆料生产期间,合金剂、活化剂、溶剂和惰性物质可混合在一起。为了防止结块,可以以受控的量将干燥成分添加至溶剂。惰性材料和合金剂可以是干粉形式。
用于混合浆料组分的叶片可以是打蛋器(whisk)、叉子或桨的形状。可使用一个以上的叶片来混合浆料组分。每个叶片可具有不同的形状或相同的形状。可以以受控的量将干燥成分添加至溶剂以防止结块。可能需要高剪切速率来帮助控制粘度。
浆料可表现出触变行为,其中浆料在经受剪切应变时表现出减小的粘度。浆料的剪切稀化指数可以是约1至约8。为了达到目标粘度,可在高剪切速率下进行混合。剪切速率可以是约1s-1至约10,000s-1(或Hz)。剪切速率可以是约1s-1、约10s-1、约100s-1、约1,000s-1、约5,000s-1或约10,000s-1。
可在各种仪器上测量浆料的剪切速率。可在例如TA Instruments DHR-2流变仪上测量剪切速率。浆料的剪切速率可取决于用于进行测量的仪器而不同。
为了达到目标或预定粘度,混合可进行1分钟至2小时的一段时间。混合时间可少于30分钟。浆料的混合时间变长,浆料的粘度可减小。混合时间可对应于使浆料均匀化所需的时间长度。
适当混合的状态可以是浆料表面上没有水的状态。适当混合的状态可以是容器底部没有固体的状态。浆料的颜色和质地可表现均匀。
期望的浆料粘度可以是适合于辊涂的粘度。浆料的粘度可以是约1厘泊(cP)至5,000,000cP。浆料的粘度可以是约1cP、约5cP、约10cP、约50cP、约100cP、约200cP、约500cP、约1,000cP、约10,000cP、约100,000cP、约1,000,000cP或约5,000,000cP。浆料的粘度可以是至少约1cP、5cP、10cP、50cP、100cP、200cP、500cP、1,000cP、10,000cP、100,000cP、1,000,000cP或5,000,000cP。浆料的粘度可以是约1cP至1,000,000cP或100厘泊cP至100,000cP。浆料的粘度可取决于剪切速率。浆料的粘度可以是约200cP至约10,000cP或约600cP至约800cP。在具有1000s-1至1000000s-1的剪切速率的施加剪切窗口中,浆料可以是100cP至200cP。浆料的毛细管数可以是约0.01至10。浆料的毛细管数可以是至少约0.01、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。浆料的屈服应力可以是约0至1Pa。浆料的屈服应力可以是至少约0.01、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1Pa。
浆料的沉降速率可以是在分离或沉降之前稳定大于一分钟、大于15分钟、大于1小时、大于1天、大于1个月或大于1年。浆料的沉降速率可指浆料在沉降发生之前或在粘度增大到不适合辊涂的值之前能够在不混合的情况下经受的时间量。类似地,浆料的保质期可指浆料在浆料变稠到不适合辊涂的程度之前能够在不混合的情况下经受的时间。然而,即使浆料沉降并变稠,浆料也可以重新混合至其初始粘度。浆料的触变指数可以是稳定的,以使得浆料在辊涂组装件的盘中的死点(dead spot)处不会变稠到不合适的水平。
可通过在混合期间向浆料添加酸来控制氢键键合的程度,以控制浆料的粘度。此外,可在混合期间向浆料添加酸或碱来控制浆料的pH水平。浆料的pH水平可以是约3至约12。浆料的pH水平可以是约5至约8。浆料的pH水平可以是约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约11或约12。浆料的pH水平可随浆料沉降而变化。在浆料沉降后重新混合浆料可以使浆料的pH水平恢复到初始pH水平。可向浆料添加不同水平的粘合剂(例如,金属乙酸盐)来增大浆料的湿强度。
可通过倾斜测试测量浆料的流动性。倾斜测试可指示屈服应力和粘度。作为替代,可使用流变仪测量浆料的流动性。
添加成分的顺序如下:首先,将活化剂添加至溶剂,随后添加惰性材料;然后将合金剂添加至混合物。随后可将酸添加至混合物以控制混合物的pH水平。可以不要求添加方法以达到可接受的浆料性质。
浆料的干燥时间可以足够长,以使得浆料在辊涂过程中保持湿润,并且直到将浆料涂层施加到基体之后才被干燥。浆料可不在室温下干燥。在辊涂线的干燥区经受约10秒的加热后,浆料可摸起来变得干燥。施加热量的温度可以是约120℃。
浆料的比重可以是约1g/cm3至10g/cm3。浆料的湿强度可使得浆料能够经受辊涂,使得浆料涂布的基体不被损坏。例如,辊涂后在邻近漆涂间的干燥炉中进行干燥的浆料干膜可具有允许膜承受屈曲膜的力的湿强度,该力将膜以负方向和正方向交替屈曲成直径为20英寸的弧达二十次。浆料干膜的湿强度可进一步允许膜以少量粉化通过胶带测试。胶带测试可包括使一条胶带与涂布的材料表面接触。在胶带从涂布的材料表面移除后,胶带可足够透明以允许看到粘附至胶带的任何粉末。
在制备浆料之后,可通过例如辊涂过程将其施加至基体。基体可包含金属,诸如铁、铜、铝或其任何组合。基体可包含金属合金。合金可包含杂质。基体可包含钢。基体可以是钢基体。基体可包含陶瓷。基体可缺乏游离碳。基体可由熔融相制成。基体可处于冷轧状态、处于全硬状态(例如,在冷轧后不经受退火步骤)或处于热轧酸洗状态。
基体表面可不进行氧化处理。这可以通过常规酸洗来实现。基体表面可适度地不含有机材料。在用市售的清洁剂处理之后,基体的表面可适度地不含有机材料。
在制备基体期间,可向基体添加、去除或隐藏晶粒销颗粒(rain pinningparticle),以便控制基体的晶粒尺寸。例如,可将晶粒销添加至基体,以保持粒径较小并形成销点。又如,可从基体隐藏晶粒销,以允许晶粒长大并允许进行马达层压。在退火温度下,晶粒销可不溶。
晶粒销颗粒的实例包括金属互化物、氮化物、碳化物、钛的碳氮化物、铝的碳氮化物、铌的碳氮化物、钒的碳氮化物及其组合。晶粒销的非限制性实例包括氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)和氮化铝(AlN)。
可通过辊涂、单层涂布(split coating)、旋涂、狭缝涂布、幕涂、坡流涂布、挤压涂布、漆涂、喷涂、静电机制、印刷(例如,2D印刷、3D印刷、丝网印刷、图案印刷)、化学气相沉积、浸渍、喷射、其组合或通过任何其它合适的方法将浆料施加至基体。
可在浆料施加到基体之前对基体进行预处理。为了改善浆料对基体表面的粘附,可通过使用化学品对基体进行预处理以改性基体的表面。这些化学品的实例包括铬酸盐和磷酸盐。
可通过各种途径如辊涂将浆料施加至基体。辊涂过程可始于提供基体,诸如钢基体。基体可以以卷、网(例如,卷绕网)、线、管道、管、板、网、浸渍成形部件、箔、盘、片(例如,具有0.001英寸至0.100英寸厚度的片)、钢丝索或棒、或其中已将螺旋图案应用于任何长度或厚度的棒的螺杆来提供。接下来,可展开卷绕的基体。随后,可将展开的钢基体提供给可涂有浆料的辊涂机。继而,可激活辊涂机,以使得辊涂机用浆料涂布基体。可通过使基体多次循环进给通过辊涂机,使得浆料多次施加至基体。取决于浆料的性质,可期望将浆料的多个涂层施加至基体。可将多个浆料涂层施加至基体,以达到期望的浆料厚度。可将不同的浆料配方用于多个涂层中的每一个中。可以以在基体上形成图案的方式施加浆料。该图案可以是例如网格、条纹、点、焊接标记或其任何组合的形式。在同一基体上的多个涂层可在基体上形成分裂涂层。
在将浆料施加至基体后,可通过加热、蒸发、真空处理或其任何组合来去除浆料中的溶剂。在去除溶剂后,可使基体重新卷绕。接下来,可对卷绕的浆料涂布的基体进行退火。
浆料涂布的卷绕的基体可放置在蒸馏罐中并在热处理期间经受可控的气氛。可能有必要去除水。可能有必要拉动真空以在包裹物之间强加氢气。退火过程可经由紧卷退火或松卷退火。对浆料涂布的基体进行退火可允许浆料中的元素种扩散到基体中或穿过基体。在退火时,高达约100%wt的元素种可扩散到基体中或穿过基体。某些过程条件可仅提供1-5%的元素种从涂层扩散到基体中。通过浆料中的活化剂可辅助元素种向基体的扩散。为了防止在退火期间活化剂的损失,可将盐酸添加至退火气体。在高温下使反应器中活化剂的分压最小化可保持低沉积速率,这对于最小化或阻止形成Kirkendall空洞是必要的。添加过多的酸性活化剂也可导致涂布设备或基体的腐蚀。退火过程可以是连续退火过程。
浆料涂布的基体在退火之前可在真空或大气条件下温育或储存。这在退火之前发生,并且可用于从涂层去除残留的污染物,例如,从涂布过程留下的溶剂或粘合剂。温育期可持续约10秒至约5分钟或可超过约5分钟。温育期可以是涂布与退火之间的时间,并且可以是将涂布的制品运输到热处理设施或设备所需的时间长度。例如,温育期可持续约10秒、约30秒、约1分钟、约2分钟、约3分钟、约4分钟或约5分钟。温育温度可以是约50℃至约300℃。例如,温育温度可高于约50℃、约75℃、约100℃、约125℃、约150℃、约175℃、约200℃、约225℃、约250℃、约275℃或约300℃。在温育之后退火之前,可在真空条件下维持基体上的浆料干膜。在辊涂过程后的干燥步骤之后,涂层可立即摸起来干燥。在辊涂与退火之间的任何时间,涂层可存在吸收的水或其他污染物。
退火温度可以是约800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃或1300℃。退火期间的加热温度可以是约800℃至约1300℃,诸如约900℃至约1000℃。退火气氛可包含氢气、氮气、氩气。退火气氛可以是真空。
包含加热的总退火时间可以是约5小时至约200小时。例如,总退火时间可大于约5小时、约20小时、约40小时、约60小时、约80小时、约100小时、约120小时,约140小时、约160小时、约180小时或约200小时。退火过程期间的最高温度可在约1小时至100小时内达到。例如,退火过程期间的最高温度可在约1小时、10小时、20小时、30小时、40小时、50小时、60小时、70小时、80小时、90小时或100小时内达到。
大型制品在热处理期间可具有热点或冷点,其中制品可被均匀地涂布但被不均匀地加热。可指示热点或冷点以尽可能均匀地控制合金元素向制品中的扩散。
在退火过程之后,残留物可留在基体上。浆料中的活化剂可被消耗或去除(例如,沉积在蒸馏罐的壁上),并且合金剂的浓度由于其扩散至基体上和/或基体中而降低。然而,在退火之后,例如粉末形式的其他残留物可留在基体上。残留物可包括来自浆料的惰性材料。可在进一步加工(例如,硬化冷轧)之前除去该残留物。可用HCl气体吹洗反应以停止反应。用HCl气体吹洗可允许形成平坦轮廓。
在退火之后,可在基体上形成层。该层可以具有至少一种元素种。该层可以是具有至少一种元素种的外层,该元素种具有在外层中变化小于约20wt%、约15wt%、约10wt%、约5wt%、约4wt%、约3wt%、约2wt%、约1wt%或约0.5wt%的浓度。基体可包括邻近外层的结合层。元素种可具有在结合层中降低至小于约1.0wt%的浓度。该层可包含不锈钢。不锈钢可包含铬,在一些情况下可包含镍。退火后,基体可基本上没有Kirkendall空洞。该层可向基体赋予先前基体未包含的特征。例如,该层可使基体更硬、更耐磨、更美观、电阻更大、电阻更小、导热性更高或导热性更低。另外,该层可导致基体中的声速更快或更慢。
在退火之后,浆料涂布的基体可产生可具有某些外观的层。可针对各种应用或用途定制这种外观。该层可具有类似于不锈钢的外观。该层可具有光泽的、消光的或其组合的外观。该层的表面可具有某些处理(finish),例如粗纹处理、磨面处理、刷面处理、光泽处理、缎面处理、哑光处理、金属处理、反光处理、镜面处理、木纹处理、消光处理或其组合。
该层的表面可具有或看起来具有美观的或期望的外观。图29示出了使浆料涂布的基体经受退火之后的层表面的实例。该层具有看上去条纹的表面处理(surface finish)。该处理具有浅带和深带。浅带对应于碳化铬区域而深带对应于没有碳化铬的铬区域。可基于形成层所邻近的基体的组成来选择这种带的存在或不存在。在一些实例中,这种带的存在取决于这种基体中一种或多种元素(例如,碳)的浓度。
层的外观可包括但不限于粒状质地、条痕、线、各种几何形状或形状的组合、或其组合。在一些实施方案中,层的表面可具有条痕。条痕可在消光处理与光泽处理之间交替。条痕可具有短程或长程有序。替代地,条痕可以是无序的。在一些实例中,条痕具有约0.01cm、0.1cm、0.5cm、1cm、2cm、3cm、5cm或更大的尺寸。
基体上的金属层可使基体更硬。该层可使基体比未涂布的基体硬约10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或更多。对于一些应用,涂布的基体的硬度可以是期望的。
在涂布在基体上并退火后,不同的浆料可产生表现出不同性质的层。例如,涂布在基体上的特定浆料配方可产生这样的层:具有该层和基体的部件比在基体上涂布另一种特定浆料配方的部件更硬。该特定的浆料配方可使部件比在基体上涂布另一种特定浆料配方的部件硬约10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或更多。
本公开内容提供涂有一个或多个金属层的部件或物体(例如,片、管或线)。金属层可包含一种或多种金属。在一些情况下,基体可涂布有金属层。涂层可包含具有至少一种元素金属的合金剂。当基体涂布有包含具有至少一种元素金属的合金剂的浆料时,可形成浆料涂布的基体。已经涂布有合金剂的基体可经受退火条件以产生邻近基体的层。借助于金属层与基体之间的扩散层,金属层可耦合至基体。
扩散层中的合金剂的含量可随深度而变化。扩散层中的合金剂的量可以以一定的速率随深度变化,诸如约-0.01%每微米、约-0.01%每微米、约-0.01%每微米、约-0.05%每微米、约-0.1%每微米、约-0.5%每微米、约-1.0%每微米、约-3.0%每微米、约-5.0%每微米、约-7.0%每微米或约-9.0%每微米。扩散层中合金剂的量可具有随深度约-0.01%每微米至约-5.0%每微米或约-0.01%每微米至-3.0%每微米的变化。X射线光电子能谱(XPS)可用于测量含量(或浓度)随深度的这种变化。
合金剂可具有在距基体表面小于或等于100微米的深度处至少约5wt%、在小于或等于30微米的深度处至少约10wt%、在小于或等于50微米的深度处至少约15wt%、或在小于或等于10微米的深度处至少约15wt%的浓度。
金属层中合金剂的浓度可以是在距基体表面约大于100微米的深度处至多约20wt%、在约大于110微米的深度处至多约15wt%、在约125微米的深度处约10wt%、在约大于140微米的深度处8wt%、或在约150微米的深度处约6wt%。
由于基体上金属层的退火,金属层中合金剂的浓度可在一定深度降低。金属层中合金剂的浓度在约100微米的深度处可降低不超过约50wt%、在约90微米的深度处不超过约40wt%、在约70微米的深度处不超过约30wt%在约60微米的深度处不超过约25wt%、或在约50微米的深度处不超过约20wt%。
在金属层退火至基体上之后,涂布在基体上的金属层可具有一定的厚度。涂布在基体上的金属层可具有小于约1毫米、900微米、800微米、700微米、600微米、500微米、400微米、300微米、200微米、100微米、10微米、5微米、1微米、500纳米(nm)、400纳米、300纳米、200纳米、100纳米、10纳米或更小的厚度。涂布在基体上的金属层可具有至少约1纳米、10纳米、100纳米、200纳米、300纳米、400纳米、500纳米、1微米、5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1000微米或更大的厚度。在一些实例中,该厚度为约10nm至100微米或100nm至10微米。
在一些情况下,基体可包含大于或等于约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%或40wt%的碳。在一些情况下,基体可包含至少约0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%或0.1wt%的碳。在一个实例中,基体包含大于或等于约0.004wt%的碳。
在一些情况下,基体可包含至多约40wt%、30wt%、20wt%、10wt%、5wt%、4wt%、3wt%、2wt%、1wt%、0.5wt%或0.1wt%的碳。
在一些情况下,在退火期间,来自基体的碳可迁移到层的表面并作为金属碳化物例如碳化铬沉淀。可在层的表面上形成所得金属碳化物(例如,碳化铬)的层。这种金属碳化物中的金属可包括存在于基体中或邻近基体的层中的金属。
在一些情况下,基体将会包含金属碳化物的域。在一些情况下,基体将会包含无金属碳化物的域。在一些情况下,基体将会包含碳化铬的域。在一些情况下,基体将会包含无碳化铬的域。
在一些情况下,金属碳化物可以以至少约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%或40wt%的浓度存在于基体或基体的层中。
在一些情况下,金属碳化物可以以至多40wt%、30wt%、20wt%、10wt%、9wt%、8wt%、7wt%、6wt%、5wt%、4wt%、3wt%、2wt%、1wt%、0.9wt%、0.8wt%、0.7wt%、0.6wt%、0.5wt%、0.4wt%、0.3wt%、0.2wt%、0.1wt%、0.05wt%、0.01wt%、0.005wt%、0.004wt%、0.003wt%、0.002wt%或0.001wt%的浓度存在于基体或基体的层中。
在一些情况下,碳化铬可以以至少约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%或40wt%的浓度存在于基体或基体的层中。
在一些情况下,碳化铬可以以至多40wt%、30wt%、20wt%、10wt%、9wt%、8wt%、7wt%、6wt%、5wt%、4wt%、3wt%、2wt%、1wt%、0.9wt%、0.8wt%、0.7wt%、0.6wt%、0.5wt%、0.4wt%、0.3wt%、0.2wt%、0.1wt%、0.05wt%、0.01wt%、0.005wt%、0.004wt%、0.003wt%、0.002wt%或0.001wt%的浓度存在于基体或基体的层中。
在一些情况下,基体或基体的层中的游离碳的浓度可以是至少约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%约40wt%。
在一些情况下,基体或基体的层中的游离碳的浓度可以是至多约40wt%、30wt%、20wt%、10wt%、9wt%、8wt%、7wt%、6wt%、5wt%、4wt%、3wt%、2wt%、1wt%、0.9wt%、0.8wt%、0.7wt%、0.6wt%、0.5wt%、0.4wt%、0.3wt%、0.2wt%、0.1wt%、0.05wt%、0.01wt%、0.005wt%、0.004wt%、0.003wt%、0.002wt%或0.001wt%。
层表面的外观可取决于基体中某些元素的数量。层表面的外观可基于层表面上的金属碳化物(例如,碳化铬)的形成而改变。层表面上金属碳化物(例如,碳化铬)的形成可取决于基体中游离碳的浓度。在一些实例中,当基体中的游离碳浓度大于或等于约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%的碳时,可在层表面上形成金属碳化物(例如,碳化铬)。例如,如果游离碳的浓度大于或等于约0.004wt%的碳的基体,则在该层表面上形成金属碳化物(例如,碳化铬)。游离碳在退火期间可具有迁移的能力,诸如迁移到基体表面或邻近基体的层。
邻近层表面的金属碳化物(例如,碳化铬)的形成可取决于浆料涂层形态或浆料在邻近基体处施加的图案。可以以这样的方式施加浆料,以便形成邻近基体的图案。图案可以是例如网格、条纹、点、焊接标记或其任何组合的形式。在一个实例中,浆料在邻近基体处以条纹图案施加,并且退火后在基体表面上形成的碳化铬具有条纹图案。可对图案进行选择以产生具有期望的或其他预定图案的金属碳化物的层。
层表面上的金属碳化物(例如,碳化铬)可具有与无碳化铬的层的表面不同的外观。层表面上的金属碳化物(例如,碳化铬)的颜色可比无碳化铬的层表面浅。尤其是,金属碳化物(例如,碳化铬)可以以特定图案形成在层的表面上,以便实现特定的或期望的图案。表面可具有金属碳化物的域和无金属碳化物的域。为了促进在层表面上形成金属碳化物(例如,碳化铬),可在基体上沉积附加的碳。在浆料邻近基体涂布之前、期间或之后和/或在退火之前、期间或之后,可共沉积附加的碳。
如果基体、浆料或两者中存在足够的碳,则可在邻近基体的金属层的整个表面上形成金属碳化物(例如,碳化铬)层。
在一些情况下,游离碳不能用于作为金属碳化物(例如,碳化铬)沉淀在层的表面上。例如,碳可以是碳化钛的形式,其可能不能用于作为金属碳化物沉淀。
基体可包含其他元素。基体可包含大于或等于约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%或40wt%的硅。基体可包含大于或等于约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%或40wt%的锰。基体可包含大于或等于约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%或40wt%的钛。基体可包含大于或等于约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%或40wt%的钒。基体可包含大于或等于约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%或40wt%的铝。基体可包含大于或等于约0.0001wt%、0.0005wt%、0.001wt%、0.002wt%、0.003wt%、0.004wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%、0.6wt%、0.7wt%、0.8wt%、0.9wt%、1wt%、1.1wt%、1.2wt%、1.3wt%、1.4wt%、1.5wt%、1.6wt%、1.7wt%、1.8wt%、1.9wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%、5wt%、7wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%或40wt%的氮。
涂布有金属层的基体的其他性质可描述于例如美国专利公开号2013/0171471;美国专利公开号2013/0309410;美国专利公开号2013/0252022;美国专利公开号2015/0167131;以及美国专利公开号2015/0345041,上述专利通过引用整体并入本文。
本公开内容的另一方面是用于形成包含邻近基体的金属层的含金属物体的方法。含金属物体在含金属物体的外层与基体之间可没有材料不连续性。
计算机控制系统
本公开内容提供了被编程用于实现本公开内容的方法的计算机控制系统。图28示出了计算机控制系统2801,其被编程或以其他方式配置用于产生浆料和/或将浆料涂层施加至基体。计算机控制系统2801可调节本公开内容的方法的各个方面,例如生产浆料的方法和将浆料涂层施加至基体的方法。计算机控制系统2801可在用户的电子设备上实现或在相对于该电子设备远程定位的计算机系统上实现。电子设备可以是移动电子装置。
计算机系统2801包含中央处理单元(CPU,本文也称为“处理器”和“计算机处理器”)2805,其可以是单核或多核处理器,或者是用于平行处理的多个处理器。计算机控制系统2801还包括存储器或存储位置2810(例如,随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器)、电子存储单元2815(例如,硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口2820(例如,网络适配器)和外围设备2825,诸如高速缓存存储器、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器2810、存储单元2815、接口2820和外围设备2825通过诸如主板的通信总线(实线)与CPU 2805通信。存储单元2815可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。计算机控制系统2801可借助于通信接口2820可操作地耦合至计算机网络(“网络”)2830。网络2830可以是因特网、互联网和/或外联网、和/或与因特网通信的内联网和/或外联网。在一些情况下,网络2830是远程通信和/或数据网络。网络2830可包含一个或多个计算机服务器,其可以实现分布式计算,诸如云计算。在一些情况下,网络2830可借助于计算机系统2801实现对等网络,其可使耦合至计算机系统2801的装置充当客户端或服务器。
CPU 2805可执行一系列机器可读的指令,该指令可体现在程序或软件中。指令可存储在存储位置,诸如存储器2810中。可将指令引导至CPU 2805,该指令随后可编程或以其他方式配置CPU 2805以实现本公开内容的方法。由CPU 2805执行的操作的实例可包括获取、解码、执行和回写。
CPU 2805可以是电路如集成电路的一部分。系统2801的一个或多个其他组件可包括在电路中。在一些情况下,该电路是专用集成电路(ASIC)。
存储单元2815可存储文件,诸如驱动器、库和保存的程序。存储单元2815可存储用户数据,例如用户偏好和用户程序。在一些情况下,计算机系统2801可包括在计算机系统2801外部,诸如位于通过内联网或因特网与计算机系统2801通信的远程服务器上的一个或多个附加数据存储单元。
计算机系统2801可通过网络2830与一个或多个远程计算机系统进行通信。例如,计算机系统2801可与用户(例如,控制制造浆料涂布的基体的用户)的远程计算机系统进行通信。远程计算机系统的实例包括个人计算机(例如,便携式PC)、板型或平板PC(例如,iPad、GalaxyTab)、电话、智能电话(例如,iPhone、支持Android的装置、)或个人数字助理。用户可经由网络2830访问计算机系统2801。
本文描述的方法可通过存储在计算机系统2801的电子存储位置上(诸如,存储器2810或电子存储单元2815上)的机器(例如,计算机处理器)可执行代码来实现。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间,代码可由处理器2805执行。在一些情况下,可从存储单元2815恢复代码并将其存储在存储器2810上以供处理器2805迅速存取。在一些情况下,可排除电子存储单元2815,并且机器可执行指令存储在存储器2810上。
代码可被预编译并被配置用于具有适于执行代码的处理器的机器,或者可在运行期间进行编译。代码可以以可被选择以使代码能够以预编译或编译的方式执行的编程语言提供。
本文提供的系统和方法的各方面,诸如计算机系统2801,可在编程中体现。该技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”,通常是在机器可读介质类型中执行或体现的机器(或处理器)可执行代码和/或相关数据的形式。机器可执行代码可存储在电子存储单元,诸如存储器(例如,只读存储器、随机存取存储器、闪速存储器)或硬盘上。“存储”型介质可包括计算机、处理器等的有形存储器或其相关模块诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等中的任一种或全部,它们可随时提供非暂时性存储器进行软件编程。有时,软件的全部或部分可通过因特网或各种其他远程通信网络进行通信。例如,这种通信可使得软件能够从一个计算机或处理器加载到另一个计算机或处理器,例如,从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台。因此,可承载软件元件的另一种类型的介质包括光波、电波和电磁波,诸如通过有线和光学陆上网络以及各种空中链路在本地设备之间的物理接口中使用的。携带这种波的物理元件,诸如有线或无线链路、光学链路等,还可被认为是承载软件的介质。如本文所用,除非限于非暂时性有形“存储”介质,否则诸如计算机或机器“可读介质”的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
因此,诸如计算机可执行代码之类的机器可读介质可采用许多形式,包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘,诸如任何计算机等中的任何存储装置等,诸如可以用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器,诸如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤,包括构成计算机系统内总线的线。载波传输介质可采用电或电磁信号或者声波或光波的形式,诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间产生的那些。因此,常见形式的计算机可读介质包括:软磁盘、软盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡纸磁带、具有孔图案的任何其他物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或盒式磁带、传输数据或指令的载波、传输此类载波的电缆或链路、或计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。许多这些形式的计算机可读介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带至处理器以供执行。
计算机系统2801可包括电子显示器2835或与电子显示器2835进行通信,电子显示器2835包括用于提供例如用于生产浆料和/或将浆料施加到基体的参数的用户界面(UI)2840。UI的实例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。
可通过一种或多种算法来实现本公开内容的方法和系统。该算法可在由中央处理单元2805执行时通过软件实现。该算法可例如调节浆料的混合剪切速率、添加至浆料混合物的每种成分的量以及将成分添加至浆料混合物的顺序。又如,该算法可调节浆料施加至基体的速度和施加至基体的浆料涂层的数目。
实施例
实施例1
在一个实例中,通过在混合室中将水、合金剂、卤化物活化剂和惰性物质与铬、氯化镁六水合物和氧化铝的物质混合而形成浆料。将这些组分添加至混合室,同时混合所得溶液。可改变混合的剪切速率,在图2-图6中记录、列出并显示了诸如粘度和屈服应力等性质。
改变添加至浆料的水量以形成多种浆料,并记录对浆料性质产生的影响。接下来,经由辊涂过程将浆料施加到碳钢基体上。随后将浆料在200℃下退火2小时。继而将浆料在约2小时至约100小时或更长时间干燥至完全。铬化制品表面附近的气氛可低于-20°F露点。
实施例2
在另一实例中,通过在混合室中混合浆料的各种组分来形成浆料。通过在高剪切混合器中混合溶剂(诸如水)、合金剂(诸如硅酸铁)、卤化物活化剂(诸如氯化铁)和惰性物质(诸如铬)来形成浆料。改变剪切速率,并在图7-图10中记录和列出诸如粘度和屈服应力等性质。改变添加至浆料的铬的量以形成多种浆料,并记录对浆料性质产生的影响。随后将浆料施加至基体辊涂层。使基体达到70℃至120℃的温度,持续20秒至120秒的时间,从而使浆料在基体上干燥。在后续处理之前去除过量的浆料。
实施例3
在另一实例中,通过在混合室中混合浆料的各种组分来形成浆料。通过在室中混合溶剂(诸如水)、合金剂(诸如硅酸铁)、卤化物活化剂(诸如氯化铁)和惰性物质(诸如氧化铝(III))来形成浆料。改变剪切速率,并在图12-图14中记录和列出诸如粘度和屈服应力等性质。改变添加至浆料的铝的量以形成多种浆料,并记录对浆料性质产生的影响。随后经由单步处理将浆料施加至基体。使基体达到70℃至120℃的温度,持续20秒至120秒的时间,从而使浆料在基体上干燥。在后续处理之前除去过量的浆料。
实施例4
在另一实例中,通过在混合室中混合浆料的各种组分来形成浆料。通过在室中混合溶剂(诸如水)、合金剂(诸如硅铁)、卤化物活化剂(诸如氯化铁)和惰性物质(诸如铝)来形成浆料。改变剪切速率,在图16-图18、图21和图22中记录和列出诸如粘度、屈服应力、流动性和pH等性质。改变添加至浆料的氯化镁的量以形成多种浆料,并记录对浆料性质产生的影响。
实施例5
在另一实例中,形成包含15g铬、5.25g氧化铝、0.25g MgCl2·6H2O和增量为0.2g的4.2g至5.4g水的浆料。将这些组分添加至混合室,同时混合所得溶液。可改变混合的剪切速率,并在图2-图6中记录、列出和显示诸如粘度和屈服应力等性质。
图2和图3图示了其中各种量的水可影响浆料粘度的实例。该图示出了各种曲线A-G,其中粘度可随剪切速率的增大而减小。曲线按水含量增加的顺序排列。例如,曲线A的水含量为4.2克(g),而曲线G的水含量为5.4克。通常,增大剪切速率可减小浆料的粘度。增加水量可减小浆料的粘度。在一些情况下,浆料在约0.01s-1至1,000s-1的剪切速率下可具有约1x10-2帕斯卡(Pa)秒至100Pa秒的粘度。例如,浆料在4s-1下可具有10Pa秒的粘度,或者在7400s-1下可具有1x10-2Pa秒的粘度。
浆料的粘度可以是浆料中水的重量的函数。图4图示了在固定剪切速率(1000s-1)下浆料的各种量的水导致的粘度变化。增加浆料中水的重量可减小浆料的粘度。该减小可以是线性的。在一些实例中,在1000s-1的剪切速率下,浆料的粘度可以是约140厘泊(cP)(浆料中水的重量为约4.2g)至约60cP(浆料中水的重量为约5.4g)。
浆料的屈服应力可以是浆料中水的重量的函数。图5示出了浆料的各种量的水导致的屈服应力变化。增加浆料中水的重量可减小浆料的屈服应力。该减小可以是线性的。在一些实例中,浆料的屈服应力可以是约70帕斯卡(Pa)(浆料中水的重量为约4.2g)至约30Pa(浆料中水的重量为约5.4g)。
图6图示了各种量的水导致的粘度、剪切稀化指数和屈服应力的变化。通常,增加浆料中水的量可减小浆料的粘度。该减小可以是线性的。在一些实例中,在1000s-1的剪切速率下,浆料的粘度可以是约136厘泊(cP)(浆料中水的重量为约4.2g)至61cP(浆料中水的重量为约5.4g)。通常,增加浆料中水的量可减小浆料的剪切稀化指数。该减小可以是线性的。在一些实例中,剪切稀化指数可以是约6.1(100:1000s-1)(浆料中水的重量为约4.2g)至5.8(浆料中水的重量为约5.4g)。增加浆料中水的重量可减小浆料的屈服应力。该减小可以是线性的。在一些实例中,浆料的屈服应力可以是约71帕斯卡(Pa)(浆料中水的重量为约4.2g)至约30Pa(浆料中水的重量为约5.4g)。
实施例6
浆料的粘度可以是浆料中合金剂(诸如铬)的重量的函数。图7图示了其中各种量的铬可影响浆料粘度的实例。形成包含5g水、5.25g氧化铝、0.25g MgCl2·6H2O和1g至35g的量的铬的浆料。该图示出了各种曲线A-J,其中粘度可随剪切速率的增大而减小。曲线按铬含量增加的顺序排列。例如,曲线A的铬含量为1.0克(g),而曲线J的水含量为35.0g。通常,增加剪切速率可减小浆料的粘度。增加铬的量可减小浆料的粘度。在一些情况下,浆料在约0.01s-1至1,000s-1的剪切速率下可具有约1x10-2帕斯卡(Pa)秒至100Pa秒的粘度。例如,浆料在0.01s-1下可具有1,000Pa秒的粘度。例如,浆料在1,000s-1下可具有1x10-2Pa秒的粘度。
浆料的粘度、剪切稀化指数和屈服应力可以是浆料中合金剂(诸如铬)的重量的函数。图8图示了各种量的铬导致的粘度、剪切稀化指数和屈服应力的变化。通常,增加浆料中铬的量可增大浆料的粘度。该增大可以是指数的。在一些实例中,在1000s-1的剪切速率下,浆料的粘度可以是约26厘泊(cP)(浆料中铬的重量为约1.0g)至442cP(浆料中铬的重量为约35.0g)。通常,增加浆料中铬的量可减小浆料的剪切稀化指数。该减小可以是线性的。在一些实例中,剪切稀化指数可以是约42(10:1000s-1)(浆料中铬的重量为约1.0g)至约6(浆料中铬的重量为约35.0g)。在一些实例中,剪切稀化指数可以是约5.5(100:1000s-1)(浆料中铬的重量为约1.0g)至约3.0(浆料中铬的重量为约35.0g)。增加浆料中铬的重量可增大浆料的屈服应力。该增大可以是线性的。在一些实例中,浆料的屈服应力可以是约10帕斯卡(Pa)(浆料中铬的重量为约1.0g)至约104Pa(浆料中铬的重量为约35.0g)。
浆料的粘度可以是浆料中合金剂(诸如铬)的重量的函数。图9图示了在固定剪切速率(1000s-1)下浆料的各种量的铬导致的粘度变化。增加浆料中的铬可增大浆料的粘度。该增大可以是指数的。在一些实例中,在1000s-1的剪切速率下,浆料的粘度可以是约25厘泊(cP)(浆料中铬的重量为约1.0g)至约450cP(浆料中铬的重量为约35.0g)。
浆料的屈服应力可以是浆料中合金剂(例如铬)的重量的函数。图10图示了浆料中各种量的铬导致的屈服应力变化。增加浆料中的铬可增大浆料的屈服(yield)。该增大可以是线性的。在一些实例中,浆料的屈服应力可以是约10帕斯卡(Pa)(浆料中铬的重量为约1.0g)至约100Pa(浆料中铬的重量为约35.0g)。
图11图示了铬加载与浆料粘度的实验数据和计算Krieger-Dougherty拟合。铬加载与浆料粘度的实验数据和计算Krieger-Dougherty拟合可良好对应。增加浆料中的铬可增大浆料的粘度。该增大可以是指数的。
实施例7
浆料的各种性质可根据期望进行选择或定制。这些性质可包括粘度、剪切稀化指数和屈服应力。在一些实例中,这些性质可随氧化铝含量而变化。
在另一实例中,形成包含约5g水、15g铬、0.25g MgCl2·H2O和增量为0.5g的4.5g至7.5g的量的氧化铝的浆料。图12图示了各种量的氧化铝导致的粘度、剪切稀化指数和屈服应力的变化。通常,增加浆料中氧化铝的量可增大浆料的粘度。该增大可以是指数的。在一些实例中,在1000s-1的剪切速率下,浆料的粘度可以是约57厘泊(cP)(浆料中氧化铝的重量为约4.5g)至203cP(浆料中铬的重量为约7.5g)。通常,增加浆料中氧化铝的量可减小浆料的剪切稀化指数。在一些实例中,剪切稀化指数可以是约42(10:1000s-1)(浆料中氧化铝的重量为约4.5g)至约14(浆料中氧化铝的重量为约7.5g)。在一些实例中,剪切稀化指数可以是约5.6(100:1000s-1)(浆料中氧化铝的重量为约4.5g)至约5.9(浆料中氧化铝的重量为约7.5g)。增加浆料中氧化铝的重量可增大浆料的屈服应力。在一些实例中,浆料的屈服应力可以是约26帕斯卡(Pa)(浆料中氧化铝的重量为约4.5g)至约104Pa(浆料中氧化铝的重量为约7.5g)。
浆料的粘度可以是浆料中惰性物质(例如,氧化铝)的重量的函数。图13图示了在固定剪切速率(1000s-1)下浆料的各种量的氧化铝导致的粘度变化。增加浆料中的氧化铝可增大浆料的粘度。该增大可以是指数的。在一些实例中,在1000s-1的剪切速率下,浆料的粘度可以是约50厘泊(cP)(浆料中氧化铝的重量为约4.5g)至200cP(浆料中氧化铝的重量为约7.5g)。然而,不希望受机械理论的束缚,浆料中较大量的氧化铝(III)可与浆料发生化学相互作用,从而改变结构或物理性质。
浆料的屈服应力可以是浆料中惰性物质(例如,氧化铝)的重量的函数。图14图示了浆料的各种量的氧化铝导致的屈服应力变化。增加浆料中的氧化铝(III)可增大浆料的屈服(yield)。该增大可以是指数的。在一些实例中,浆料的屈服应力可以是约25帕斯卡(Pa)(浆料中氧化铝的重量为约4.5g)至约100Pa(浆料中氧化铝的重量为约7.5g)。
图15图示了氧化铝(III)加载与浆料粘度的计算Krieger-Dougherty拟合和实验Krieger-Dougherty拟合。氧化铝(III)加载与浆料粘度的实验数据和计算Krieger-Dougherty拟合可良好对应。增加浆料中的氧化铝可增大浆料的粘度。该增大可以是线性的或指数的。
实施例8
浆料的性质可随活化剂(例如,氯化镁)的含量而变化。图16图示了各种量的氯化镁导致的粘度、剪切稀化指数和屈服应力的变化。通常,增加浆料中氯化镁的量可减小浆料的粘度。该减小可以是指数的或对数的。在一些实例中,在1000s-1的剪切速率下,浆料的粘度可以是约93厘泊(cP)(浆料中氯化镁的重量为约0.1g)至35cP(浆料中氯化镁的重量为约4g)。通常,增加浆料中氯化镁的量可改变浆料的剪切稀化指数。在一些实例中,剪切稀化指数可以是约16(10:1000s-1)(浆料中氧化铝的重量为约0.1g)至约42(浆料中氯化镁的重量为约0.8g)至约16(浆料中氯化镁的重量为约4g)。在一些实例中,剪切稀化指数可以是约5.8(100:1000s-1)(浆料中氯化镁的重量为约0.1g)至约3.1(浆料中氯化镁的重量为约4g)。增加浆料中氯化镁的重量可减小浆料的屈服应力。该减小可以是指数的。在一些实例中,浆料的屈服应力可以是约47帕斯卡(Pa)(浆料中氯化镁的重量为约0.1g)至约4Pa(浆料中氯化镁的重量为约4g)。
浆料的粘度可以是浆料中活化剂(例如,氯化镁)的重量的函数。图18图示了在固定的剪切速率(1000s-1)下浆料的各种量的氯化镁导致的粘度变化。增加浆料中的氯化镁可减小浆料的粘度。该减小可以是指数的。在一些实例中,在1000s-1的剪切速率下,浆料的粘度可以是约90厘泊(cP)(浆料中氯化镁的重量为约0.1g)至约40cP(浆料中氯化镁的重量为约4g)。
浆料的物理性质可以是浆料中活化剂的量的函数。例如,浆料的屈服应力可以是浆料中氯化镁的重量的函数。图18图示了浆料的各种量的氯化镁导致的屈服应力变化。增加浆料中的氯化镁可减小浆料的屈服(yield)。该减小可以是指数的。在一些实例中,浆料的屈服应力可以是约50帕斯卡(Pa)(浆料中氯化镁的重量为约0.1g)至约5Pa(浆料中氯化镁的重量为约4g)。
图19图示了倾斜测试的结果,其中证明了浆料的不同氯化物源的各种氯化物量的流动性变化。浆料中较高量的氯化镁、氯化铁和氯化钙可对应于浆料流动性的增加。在一些实例中,来自氯化镁、氯化铁和氯化钙的0.1摩尔氯化物可对应于约10量筒单位(graduatedcylinder unit)的浆料流动性。在一些实例中,浆料中较高量的氯化铵对浆料的流动性几乎没有改变,来自氯化铵的0.1摩尔氯化物可对应于10毫升量筒上约0.5量筒单位的浆料流动性。
浆料的pH可根据浆料中使用的氯化物源而变化。图20图示了浆料的不同氯化物源的各种氯化物量的pH变化。浆料中较高量的氯化镁、氯化铵、氯化铁和氯化钙可对应于浆料pH的略微减小。在一些实例中,来自氯化镁、氯化铵、氯化铁和氯化钙的0.1摩尔氯化物可分别对应于约5、7、2和4的pH。
实施例9
浆料的物理性质可受到可添加至浆料的盐的身份和含量的影响。图21图示了浆料的各种浓度的镁盐的流动性变化。进行浆料的倾斜测试。通常,浆料中较高量的镁盐如氯化镁、乙酸镁和硫酸镁可对应于浆料流动性的增大。在一些实例中,硫酸镁和乙酸镁中0.02摩尔的镁可对应于约6量筒单位的浆料流动性。在一些实例中,氯化镁中0.02摩尔的镁可对应于约4量筒单位的浆料流动性。
图22图示了浆料的各种浓度的镁盐的pH变化。通常,浆料中较高量的镁盐如氯化镁、乙酸镁和硫酸镁可对应于浆料pH的略微减小。该减小可以是指数的。在一些实例中,来自氯化镁、乙酸镁和硫酸镁的0.02摩尔镁可分别对应于约7、7.5和6的pH。
图23图示了浆料的各种浓度和剪切速率的乙酸镁的屈服应力变化。浆料包含15g铬、7.5g氧化铝、5.05g水和0.01g至10g Mg(OAc)2·4H2O。通常,增加剪切速率可减小浆料的屈服应力。增加乙酸镁的量可对应于浆料屈服应力的减小,直至达到溶解度极限。随着更多盐溶解可观察到单调的变弱行为,直至达到溶解度极限。在一些实例中,浆料中乙酸镁的量为约0.01g、1g、2g、4g或10g。
图24图示了浆料的各种浓度和剪切速率的硫酸镁的屈服应力变化,该浆料包含15g铬、7.5g氧化铝、5.05g水和0.01g至10g Mg(OAc)2·7H2O。观察到随着盐增加的粘度减小。随着更多盐溶解可观察到单调的变弱行为,直至达到溶解度极限。在浆料中使用每克水0.0018g至0.8000g MgSO4制备样品6-样品9。
图25图示了浆料的各种镁盐的一定盐浓度范围的pH、粘度和屈服应力的变化。
浆料的性质(诸如pH、粘度和屈服应力)可受到可添加至浆料的盐的身份和含量的影响。图26图示了浆料的各种盐的一定盐浓度范围的pH、粘度和屈服应力的变化。然而,不希望受机械理论的束缚,阳离子化合价可直接影响浆料流变学,并且盐的离子强度可能无法预测浆料流变学。一价乙酸盐可有利于目标湿强度性质。一价盐浆料粘度在低浓度下可以是时间依赖性的。然而,不希望受机械理论的束缚,可添加二碱式乙酸铝以获益并去除高氧化铝加载浆料的表观屈服应力,并且可在湿强度测试中表现出良好的内聚力和较差的粘附性。在该实例中,浆料包含15g铬、7.5g氧化铝、5.05g水和各种量的盐,其中,#1是指0.1mmol盐、#2是指5mmol盐、#3是指9mmol盐、#4是指20mmol盐,#5是指49mmol盐。
图27图示了浆料中各种浓度的离子导致的屈服应力变化。通常,镁盐最初具有高屈服应力,随后显示变弱。通常,一价盐在添加更多盐时表现增强,随后在更高的浓度下轻微变弱。通常,三价盐和二碱式乙酸铝在溶液浓度下显示很小的或不显示屈服应力。
实施例10
在另一实例中,提供的基体包含碳、硅、锰、钛、钒、铝和氮。在一个实例中,以下基体包含以下组分,以wt%计:
基体 |
C |
Si |
Mn |
Ti |
V |
Al |
N |
SDI-01 |
0.039 |
0.32 |
0.523 |
0.169 |
0.01 |
0.049 |
0.0081 |
SDI-03 |
0.035 |
0.333 |
0.634 |
0.281 |
0.018 |
0.059 |
0.0051 |
SDI-04 |
0.032 |
0.321 |
0.592 |
0.245 |
0.015 |
0.03 |
0.0065 |
C6 |
0.029 |
0.0017 |
0.52 |
0.018 |
0.0008 |
0.0095 |
0.007 |
C13 |
0.007 |
0.016 |
1.6 |
0.019 |
0.11 |
0.0012 |
0.012 |
C20 |
0.007 |
0.02 |
1.25 |
0.015 |
0 |
0.006 |
0.008 |
C21 |
0.004 |
0.02 |
1.24 |
0.014 |
0.09 |
0.011 |
0.009 |
基体SDI-01和C6是在基体涂布浆料并退火之后,在邻近基体的层的表面上形成碳化铬基体的实例。基体SDI-03、SDI-04、C13、C20和C21是在基体涂布浆料并退火之后,在邻近基体的层的表面上不形成碳化铬的基体的实例。对于基体SDI-03、SDI-04、C13、C20和C21,如果选择加工条件以促进碳化铬的形成,诸如如果以促进碳化铬形成的图案或形态施加浆料,则可形成碳化铬。
实施例11
在另一实例中,邻近基体的层的外观受到基体元素的身份的影响。图30A示出了在浆料邻近基体进行退火之后邻近基体的层的横截面。碳化铬存在于层的表面上。该层的表面富含铬和碳。该层具有在消光处理与光泽处理之间交替的条纹。相反,图30B示出了在浆料邻近基体进行退火之后邻近基体的层的横截面。碳化铬不存在于层的表面上。该层外观有光泽。
本文的材料、装置、系统和方法(包括材料组合物(例如,材料层))可与其他材料、装置、系统和方法(包括材料组合物)进行组合或被其修改,该其他材料、装置、系统和方法诸如在美国专利公开号2013/0171471;美国专利公开号2013/0309410;美国专利公开号2013/0252022;美国专利公开号2015/0167131;美国专利公开号2015/0345041和专利合作条约申请号PCT/US2016/017155中描述的那些,上述专利通过引用整体并入本文。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方案,但对于本领域技术人员显而易见的是这样的实施方案只是以示例的方式提供的。不意图本发明受说明书中所提供的具体实施例限制。虽然已经参考前述说明书描述了本发明,但是对本文的实施方案的描述和说明不意味着以限制性意义进行解读。在不偏离本发明的情况下本领域技术人员现将想到众多变更、改变和替换。此外,应当理解本发明的所有方面并不限于本文阐述的依赖于各种条件和变量的具体描述、配置或相对比例。应当理解,在实践本发明的过程中可以采用对本文所述的本发明实施方案的各种替代。因此设想,本发明应当覆盖任何这样的替代、修改、变体或等效项。以下权利要求旨在限定本发明的范围,并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等效项。