CN109312438A - 完全可读的热喷涂涂层 - Google Patents

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Abstract

公开了被配置以被热喷涂的铁基涂层的实施方案。所述铁基涂层可以是完全可读的，因此可以以标准磁性测量设备对涂层进行厚度测量。此外，铁基涂层可以具有有利的性能，如高硬度、高耐磨性和高粘合强度。

Description

完全可读的热喷涂涂层
参考任何优先权申请的引入
本申请要求2016年3月22日提交的题为“完全可读的热喷涂涂层”的第62/311,757号美国临时申请以及于2016年9月15日提交的题为“完全可读的热喷涂涂层”的第62/394,963号美国临时申请的权益，其各自全部内容通过引用并入本申请。
技术领域
本公开内容一般涉及低磁性铁基合金，其能够被热喷涂到基体上用于腐蚀和侵蚀环境，同时保持使用磁性厚度计监控涂层厚度的能力。
背景技术
在热喷涂涂层中有许多使用的技术，包括双丝电弧喷涂(TWAS)、高速氧喷涂(HVOF)、等离子喷涂、燃烧喷涂(combustion spray)和爆炸喷涂。虽然所有方法都相似，但TWAS被认为是最简单的。
合金线，无论实心的、金属的或药芯焊丝都可以用作双丝电弧喷涂工艺的原料。当将喷丝加入到喷枪内时，它熔化成小粒子。例如，通过喷枪将两根线同时进料，每一根线施加相反的电压。电压间隙使两根线在枪内的连接点处产生电弧，使线在尖端处熔化。然后在熔体界面后面施加气流以雾化并喷涂得到的液态金属液滴到基体上，以形成涂层。具体地，粒子朝向基体加速并以半熔融态冲击。在冲击时，粒子在基体上铺平或在先前铺平的粒子上铺平，形成机械结合。这些铺平的粒子的层也由粒子之间的少量孔隙和氧化物组成。TWAS中的粒子速度可高达100m/s，等离子和HVOF中的粒子速度可高达600m/s。典型的粒子温度为1800-3500℃，尽管与焊接覆盖层相比，热喷涂具有较低的热输入，因为如果热输入高，则基体会经历脆化或尺寸翘曲。
热喷涂涂层为恶劣的腐蚀环境提供许多益处。例如，对于部件的主体，它们可以允许使用由廉价材料制造的锅炉和管子，同时涂覆以能够延长使用寿命的专用耐腐蚀材料。随着时间的推移，涂层慢慢腐蚀，不更换整个锅炉，而可以施加新的涂层，潜在地无限期地延长锅炉的寿命。
对于“可读的”热喷涂仍然存在工业需求，其通常伴随涂料计厚度测量装置如Elcometer 456或类似装置执行。然而，并非所有涂层合金都适用于所述技术。例如，如果有的话，很少铁基热喷涂涂层能够使用磁性厚度计进行测量，因为这些传统的铁基涂层是磁性的。因此，使用通常为非磁性的镍基涂层，因为它们可以用这种技术读取。但是，镍基体料比铁基体料贵得多。因此，由于与镍基合金相比铁基合金的相对低的成本和潜在的性能益处，需要Fe基可读合金。
此外，目前使用的能够磁性测量的涂层利用无定形的微观结构。在无定形材料中，通过合金化元素和冷却速率二者来防止形成标准金属合金中的晶体结构。大量不同原子尺寸的合金化元素可以在金属内引起随机结合并且可以防止晶粒的形成。如果冷却速率足够高，则也防止形成晶体结构。
另外，在目前用于喷涂涂层的合金中，它们在低于600℃的低温下保持“可读”。如果可操作温度高于此温度，则在无定形结构转变成纳米晶体结构处发生脱玻作用并且失去可读性。
发明内容
本文公开了被配置以通过热喷涂形成涂层的热喷涂线的实施方案，所述热喷涂线包括外部护套和外部护套内的粉末芯，其中组合的外部护套和粉末芯包含合金，所述合金具有等于或低于950K的FCC-BCC转变温度，至少10的总溶质元素含量，500℃下低于50％的总体积分数的磁相，和20％或更高的硬质相分数总和。
在上述公开的热喷涂线的一些实施方案中，外部护套和粉末芯可以具有Fe和以重量％计的下列组分的组合的合金组成：C：约2.9至约5；Cr：约11.9至约19；Ni：约17至约19；V：约0至约2；Al：约0至约2；Mn：约0至约1.5；和Si：约0至约0.5。在上述公开的热喷涂线的一些实施方案中，外部护套和粉末芯可以具有Fe和以重量％计的下列组分的组合的合金组成：C：约4.75至约5；Cr：约17至约19；Ni：约15至约19；V：约1.25至约2.75；Al：约0.75至约2.75；Mn：约0.25至约2.25；和Si：约0.1至约0.9。在上述公开的热喷涂线的一些实施方案中，外部护套和粉末芯可以具有Fe和以重量％计的下列组分的组合的合金组成：C约4.76，Cr约18.09，Mn约1.03，Ni约17.2，Si约0.31，V约1.9，Al约1.92；C：约5，Cr约11.9，Mn约1，Ni约17，Si约0.31，V约1.9，Al约1.9；或C：约2.9，Cr约13.3，Mn约1，Ni约19，Si约0.23。在上述公开的热喷涂线的一些实施方案中，外部护套和粉末芯可以具有Fe和以重量％计的下列组分的组合的合金组成：B：2.4-3；C：2-3；Cr：0-12；Mn：2-12；Nb：0-4；Ni：10-20；和Mn+Ni：14-24。
本文公开了由具有外部护套和粉末芯的热喷涂线形成的铁基热喷涂涂层的实施方案，所述涂层包含铁基基质，其中所述涂层是以磁性厚度计完全可读的或完全可读的，且其中在暴露于500-800℃之间的温度下至少24小时并以1℃/s或更低的速率冷却后铁基基质包含50％或更多的奥氏体。
本文进一步公开了由合金形成的热喷涂涂层的实施方案，所述涂层包含铁基基质，和基质内至少5重量％的元素溶质，其中所述涂层是非磁性的并且是用磁性厚度计完全可读的，其中所述合金在950K或更低的温度下具有从奥氏体到铁素体的热力学稳定转变，和其中500℃时的热力学磁相的总和等于或低于0.5摩尔分数。
在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，涂层可以具有高耐磨性，其特征在于ASTM G65B质量损失为1.4克或更少。在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，涂层可以具有如根据ASTM G65程序B测量的0.6g的磨损量。
在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，涂层可以具有5,000psi或更高的粘合强度。在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，涂层在600℃和30°撞击角下的热侵蚀测试中表现出小于200mg的损失。
在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，在500-800℃之间加热至少24小时后，可以通过磁性厚度计测量涂层的厚度，测量结果在30％标准偏差内。在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，在500-800℃之间加热至少24小时后，可以通过磁性厚度计测量涂层厚度，测量结果在20％标准偏差内。在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，在500-800℃之间加热至少24小时后，可以通过磁性厚度计测量涂层厚度，测量结果在25％标准偏差内。
在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，所述合金可以在900K或更低的温度下表现出从奥氏体到铁素体的热力学稳定转变。在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，涂层中磁相的总体积分数可以低于50％。在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，所述基质可以具有以体积计90％以上的奥氏体和至少一种非磁性氧化物夹杂物。在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，所述涂层可以具有400Vickers或更高的显微硬度。
在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，在暴露于500-800℃之间的温度至少24小时后铁基基质可以包含50％或更多的奥氏体。在上述公开的热喷涂涂层的一些实施方案中，在500-800℃之间加热后，可以通过磁性厚度计读取涂层的厚度，在0-1千分尺测量的30％内。
本文还公开了涂覆基体的方法的实施方案，所述方法包括将具有外部护套和内部芯的包芯线热喷涂到基体上，其中包芯线在基体上形成涂层，所述涂层包含具有至少50％或更多的奥氏体的喷涂态微观结构，并且其中在暴露于500-800℃之间的温度下至少24小时并且以1℃/s或更低的速率冷却后，所述涂层包含至少50％或更多的奥氏体。
在上述公开的方法的一些实施方案中，外部护套和粉末芯的组合具有Fe和以重量％计的下列组分的合金组成：C：约2.9至约5；Cr：约11.9至约19；Ni：约17至约19；V：约0至约2；Al：约0至约2；Mn：约0至约1.5；和Si：约0至约0.5。在上述公开的方法的一些实施方案中，外部护套和粉末芯的组合具有Fe和以重量％计的下列组分的合金组成：C：约4.75至约5；Cr：约17至约19；Ni：约15至约19；V：约1.25至约2.75；Al：约0.75至约2.75；Mn：约0.25至约2.25；和Si：约0.1至约0.9。在上述公开的方法的一些实施方案中，外部护套和粉末芯的组合具有Fe和以重量％计的下列组分的合金组成：C约4.76，Cr约18.09，Mn约1.03，Ni约17.2，Si约0.31，V约1.9，Al约1.92；C约5，Cr约11.9，Mn约1，Ni约17，Si约0.31，V约1.9，Al约1.9；或C约2.9，Cr约13.3，Mn约1，Ni约19，Si约0.23。在上述公开的方法的一些实施方案中，外部护套和粉末芯的组合具有Fe和以重量％计的下列组分的合金组成：B：2.4-3；C：2-3；Cr：0-12；Mn：2-12；Nb：0-4；Ni：10-20；和Mn+Ni：14-24。
在上述公开的方法的一些实施方案中，在500-800℃之间加热至少24小时后，可以通过磁性厚度计测量涂层厚度，测量结果在30％标准偏差内。在上述公开的方法的一些实施方案中，在500-800℃之间加热至少24小时后，可以通过磁性厚度计测量涂层厚度，测量结果在25％标准偏差内。在上述公开的方法的一些实施方案中，在500-800℃之间加热至少24小时后，可以通过磁性厚度计测量涂层厚度，测量结果在20％标准偏差内。
还公开了发电设备中的部件，其可以至少部分地涂覆有上述公开的涂层，具有上述公开的热喷涂线，或使用上述公开的方法。
附图说明
图1是热喷涂涂层经受的应力及其如何引起分层的图示。
图2显示了合金X3的热力学凝固模型。
图3以扫描电子显微照片显示了合金X3的微观结构。
图4是200倍放大率下合金X3的光学显微照片。
图5显示了合金X5的热力学凝固模型。
图6显示了加热前合金X3的X射线衍射图。
图7显示了加热后合金X3的X射线衍射图。
图8显示了在喷涂状态下和暴露于800℃24小时后X11的X射线衍射图。
图9显示了合金X11的Elcometer读数。
图10以扫描电子显微照片显示了合金X11的微观结构。
图11显示了添加8％氧的合金X11的热力学凝固模型。
图12显示了合金X11与空气反应后所得涂层化学成分的热力学凝固模型。
具体实施方式
本文公开的合金可用于形成涂层，特别是那些具有有利的物理性质同时保持对磁传感器可读的涂层。在一些实施方案中，合金可以是在热喷涂涂层中使用的同时仍然保持磁性可读的铁基合金。
为了是可读的，本公开中列出的合金的实施方案可以是奥氏体(例如，面心立方(FCC)γ相铁)，并因此它们是非磁性的且不干扰磁性厚度测量。这允许在初始喷涂过程中快速测量许多不同位置而没有破坏性测试以确保施加正确的涂层厚度。它还允许在使用过程中监测厚度以测定涂层的剩余寿命。
另外，所公开的合金的实施方案可以在高的工作温度下使用，所述高的工作温度可以被定义为合金作为涂层保持奥氏体的温度(例如，材料的熔化温度)。在一些实施方案中，所述合金实施方案的工作范围可以是从0至1300°(或约0至约1300°)，或者通常是合金的熔化温度的0至0.95％(或合金的熔化温度的约0至约0.95％)。
特别地，本公开的一些实施方案在暴露于高温之后可以表现出“完全可读性”，这可能在临界的和超临界的锅炉中经历。临界和超临界锅炉在锅炉壁上可能达到约500℃-800℃(或约500至约800℃)的温度。通常很难或不可能知道在锅炉壁的不同部分上经受的工作温度。因此，使用类似的校准标准来读取存在于壁的低温部分和壁的高温部分的涂层可以是有利的。这种类型的涂层在高温暴露后可以保留大量的奥氏体，因此具有相对缓慢的至室温的冷却。将其中喷涂态的涂层和暴露于高温(例如，500℃(或约500℃)至800℃(或约800℃))及缓慢冷却(例如冷却速率小于1℃/s(或小于约1℃/s))之后的涂层可以使用类似的校准标准准确且精确地读取的热喷涂合金定义为表现出“完全可读性”。
例如，如果Elcometer或类似的测量装置(通常是干膜涂层厚度计)是对于具体厚度的特定合金如X3的热处理涂层进行专门校准的，则可能获得某些合金如下面详细讨论的X3涂层的合理的准确读数。这种方法只能准确读取那个厚度的热处理涂层。然而，喷涂态涂层在整个涂层中可以具有显著不同的涂层厚度，其将可能无法准确读取。由于涂层的厚度水平和锅炉中的暴露温度是未知的，因此，通过一个共同的校准步骤读取各种厚度和暴露温度的涂层可以是有利的。使用单一共同校准标准能够读取在各种暴露温度后的各种涂层是有用的，并且定义了如本文所用的术语“完全可读性”。
因此，在一些实施方案中，如果材料可以通过Elcometer或类似的磁性测量装置经由一个校准步骤以各种厚度和暴露温度进行读取，则材料可以是完全可读的。
此外，所公开的合金的实施方案可以具有高粘合性。当暴露于大的温度变化时，低粘合性的涂层会由于与基体的热膨胀不匹配而分层(见图1)。同样，较高的粘合值允许沉积更厚的涂层，这使得涂层有更长的使用寿命，同时更换或修复更少。在热喷涂涂层被沉积后，它仍处于张力状态。随着涂层变厚，这种张力增加并且可以超过涂层的粘合强度，从基体上“剥离”掉。
诸如本文公开的那些热喷涂可以用于许多应用，但是本公开内容的有意义的一个特定应用是工业锅炉，如在煤电厂使用的那些。这些锅炉受到延长时间周期的极端高温。同时，存在沉积在锅炉管和壁上由加热过程释放的灰分和其它燃烧副产物。公开的合金的实施方案可以有利地用于工业锅炉。
除非另有说明，以下术语将在整个说明书中使用并将具有以下含义。
薄片(Splat)指包含所述涂层的单个金属粒子。从热喷枪喷射的半熔融金属冲击基体或先前沉积的粒子，使其平铺并形成机械结合。
涂层是金属至基体上的喷涂状态形式，用于耐腐蚀和/或耐侵蚀。它由层叠在一起的许多薄片组成以形成具有最小孔隙率的层。
粘合性指热喷涂涂层和基体之间的机械结合。
原料化学成分指在提交给双丝电弧喷涂工艺(或其他热喷涂工艺)之前的线材的化学成分。这可以包括单独的包芯线的粉末或包芯线的粉末和护套的组合。护套可以由例如铁或钢制成。在一些实施方案中，护套可以是300系列不锈钢如303不锈钢。在一些实施方案中，护套可以是低碳钢，如420系列不锈钢中的低碳钢。
最终涂层化学成分是指线材已经熔融并喷涂到基体上之后涂层的化学成分。
如本文所公开的，术语合金可以指形成用于形成金属组分的粉末或线材原料的化学组合物、粉末本身、粉末和线材组合的总的组合物以及通过加热、烧结和/或沉积粉末或线材原料形成的金属组分的组合物。
热喷涂氧化
在一些实施方案中，在热喷涂工艺特别是双丝电弧喷涂工艺过程中，元素的氧化会影响合金的组成并且会使建模不准确。因此，合金可以用具体的氧添加进行建模，以预测在双丝电弧喷涂工艺过程中合金的性能。已经通过广泛的实验确定，可以将8重量％的氧添加到合金模型中，以便最好地预测双丝电弧喷涂工艺的行为。这在下面的实施例1中进一步描述。将氧添加到模型中，使得计算的合金中的元素之间的相对比率保持恒定。
氧添加到模型中用于解释在热喷涂工艺过程中某些元素物质的氧化。合金中的所有元素之间的氧化反应不相似，并且某些元素将优先氧化。这种氧化行为是理解和设计热喷涂合金的关键部分。
本文所述的氧化模型描述了原料合金转变成涂层合金的过程。在双丝电弧喷涂工艺中，原料合金是两根线的形式，并包含某些原料化学成分。在双丝电弧喷涂工艺过程中，将这两根线加热到其熔化温度以上并通过空气喷涂。在此步骤过程中，原料合金将与环境中的氧反应。这种氧化反应的结果是与原料化学成分不同的涂层化学成分沉积在基体上。
添加了8重量％氧的合金X3的热力学凝固模型示于图2。这个凝固图模拟了原料化学成分熔化、雾化、与空气中的氧反应、与基体接触和最后冷却到室温的过程。在此热力学图中存在许多氧化物和第二相，因此为了清楚起见，仅示出了特定的相。如图2所示，在1900K以上的极高温度下，合金由铁基液体[101]和二氧化碳气体[102]组成。由于碳被氧化并由此从原料组合物中除去，可以立即看到氧化作用的影响。在1900K时，开始形成尖晶石氧化物[103]，其为带有Cr、Mn、Al的氧化物。另一方面，这种氧化作用将从原料化学成分中除去Al、Cr和Mn并影响涂层的化学成分和性能。在约1600K时，奥氏体形成[104]。取决于合金组成，奥氏体相可以在较低温度下转变为铁素体[105]。
因此，图2可用于将原料化学成分与涂层化学成分分离。如所述，图2显示了某些元素物质优先氧化成氧化物，如碳氧化成CO2气体和Al、Mn和Cr氧化成尖晶石。当这些元素被氧化时，它们从原料化学成分中除去，并不再对涂层化学成分本身的微观结构有贡献。
图11显示了添加8％氧的合金X11的热力学凝固模型。此图区分了三种相类型：金属液体、金属固体和氧化物(其可以作为固体、液体或气体存在)。液体[1101]存在于高温下并由实心黑线描绘。氧化物[1102]贯穿整个温度范围内存在，由虚线表示并包括CO2气体和其他固体氧化物包括刚玉和尖晶石。金属固体[1103]是用于理解金属涂层最终如何表现的有意义的相。再者，确定了每种固体的元素相并进行计算以预测涂层化学成分，即热喷涂薄片与空气反应后它的总的组成。
在一些实施方案中，涂层化学成分是在第一固体非氧化物相的形成温度以上的一个温度台阶处金属液体的化学成分。在一些实施方案中，所述台阶为大致50K的台阶。在图11的例子中，在1550K下形成第一个非氧化物固体，因此涂层化学成分等于1600K下金属液相的化学成分。
在合金X11的情况下，涂层化学成分为(以重量百分比计，余量是Fe)：C：2.6，Cr：13.2，Mn：0.1，Ni：19.6，V：2.2。在一些实施方案中，涂层化学成分可能与线材化学成分不同，因为氧化作用会减少元素。例如，线材化学成分中的C可以在过程中烧掉形成CO2，并且可能在涂层合金中不终结。
图12显示了合金X11与空气反应后所得的涂层化学成分的热力学凝固模型。在不添加氧气的这种情况下，现在正在使用所述模型预测沉积的涂层的性能。总之，为了理解单一热喷涂合金的性能，在合金X11的这种情况下，运行如下所述两个热力学模型。第一种化学成分用于理解热喷涂工艺过程中原料化学成分(在括号内)和空气中的氧的性能。通过第一种热力学模型计算第二种化学成分，并且第二个化学成分是预测的涂层化学成分。涂层化学成分是原料线材中的某些元素优先与氧反应以有效地形成不同的合金的结果。涂层化学成分用于预测合金在使用中的性能。
1.[Fe余量C4.76Cr18.09Mn1.03Ni17.2Si0.31V1.9Al1.92]92O8
2.Fe余量C2.6Cr13.2Mn0.1Ni19.6V2.2
涂层化学成分决定了涂层的实际性能。在一些实施方案中，涂层化学成分用于预测FCC-BCC转变温度(Tγ至α)和固溶强化行为。如果使用原料化学成分预测Tγ至α和固溶强化行为，那么预测将是不准确的。通过向合金中添加Mn可以证明这种不准确性。已知Mn促进奥氏体的形成。但是，还已知Mn在空气中非常快速地氧化。因此，在热喷涂工艺过程中含有Mn的原料合金具有一些或全部的Mn被氧化。在此例子中，涂层合金将不再满足本专利的热力学标准。此结果将在另外的实施例中具体示出。
合金组成
在一些实施方案中，可以通过特定的合金组合物描述合金。本公开内容中的合金的化学成分的实施方案示于表1。其中公开的化学成分可以是护套和粉末在一起用于包芯线的组合。
表1：用于热喷涂试验制造成包芯线的合金
在一些实施方案中，所述合金可以用满足下列公开的热力学标准的组合物范围来描述。在一些实施方案中，所述合金可以包含：
Al：0-10(或约0至约10)
B：0-3(或约0至约3)
C：0-6(或约0至约6)
Mn：0-16(或约0至约16)
Ni：0-16(或约0至约16)
Si：0-10(或约0至约10)
在一些实施方案中，所述合金可以进一步包含：
B+C：1-6(或约1至约6)
Mn+Ni：8-16(或约8至约16)
Al+Si：0-14(或约0至约14)
在一些实施方案中，在合金组合物中可以发现0重量％Ni(或约0重量％Ni)。在一些实施方案中，可以使用1-2重量％的镍。在一些实施方案中，可以将Mn换成Ni。
在一些实施方案中，所述合金可以具有特定的组成比例。例如，合金可以具有(Mn+Ni)/(Al+Si)＝0.8至8(或约0.8至约8)。这是“奥氏体形成剂”与“铁素体稳定化脱氧剂”的比例，如下面详细讨论。但是，应该理解，Al和Si可以不在每一种合金中。例如，如果使用大量的Mn+Ni(>10％或>约10％)，则可以不使用Al+Si，因为在发生氧化后最终涂层中可以有足够的Mn和Ni。
在一些实施方案中，合金可以被描述为具有奥氏体(面心立方γ相)或半奥氏体微观结构。在一些实施方案中，合金可以具有锭块和喷涂两种形式的微观结构，并且具有以重量％计的如下组成：Mn：10-18(或约10-约18)，Cr：3-6(或约3-约6)，Nb：3-6(或约3-约6)，V：0-5(或约0-约5)，C：2-5(或约2-约5)，W：3-6(或约3-约6)，Ni：0-3(或约0-约3)，Al：0-3(或约0-约3)，Ti：0-0.5(或约0-约0.5)，其中余量是Fe以及制造的杂质。
在一些实施方案中，合金可以是以重量％计的下列任一种：
TS4：Fe：余量，Mn：12，Cr：5，Nb：4，V：0.5，C：4，W：5，Ni：0，Al：2，Ti：0.2(或Fe：余量，Mn：约12，Cr：约5，Nb：约4，V：约0.5，C：约4，W：约5，Ni：约0，Al：约2，Ti：约0.2)
TS3：Fe：余量，Mn：12，Cr：5，Nb：4，V：0.5，C：4，W：5，Ni：2，Al：1，Ti：0.2(或Fe：余量，Mn：约12，Cr：约5，Nb：约4，V：约0.5，C：约4，W：约5，Ni：约2，Al：约1，Ti：约0.2)
TS2：Fe：余量，Mn：12，Cr：5，Nb：4，V：0.5，C：4，W：5，Ni：2，Al：0，Ti：0.2(或Fe：余量，Mn：约12，Cr：约5，Nb：约4，V：约0.5，C：约4，W：约5，Ni：约2，Al：约0，Ti：约0.2)
TS1：Fe：余量，Mn：12，Cr：5，Nb：4，V：0.5，C：4，W：5，Ni：1，Al：0，Ti：0.2(或Fe：余量，Mn：约12，Cr：约5，Nb：约4，V：约0.5，C：约4，W：约5，Ni：约1，Al：约0，Ti：约0.2)
在一些实施方案中，合金可以被描述为在从较高温度降低之后在500℃(或在约500℃)保留高分数的奥氏体(例如，在冷却过程中微观结构变成“冷冻的”)，这可以使它们能够在高温暴露后为可读的并因此“完全可读”。这些合金的例子示于表2。在一些实施方案中，表2中的这些合金可以是线材化学成分。表2：以重量％计的表现出“完全可读性”的合金，其中Fe为余量。
合金 B C Cr Mn Ni Si V Al
X5 2.6 2.8 6 8 12 0 0 0
X6 2.6 2.4 6 0 18 0 0 0
X7 2.6 2.4 12 0 18 0 0 0
X8 2.6 2.8 6 8 12 3.3 0 1.5
X9 2.6 2.4 6 0 18 3.3 0 1.5
X10 2.6 2.4 12 0 18 3.3 0 1.5
X11 0 4.76 18.09 1.03 17.2 0.31 1.9 1.92
X12 0 5 11.9 1 17 0.23 1.9 1.9
X13 0 2.9 13.3 1 19 0.23 0 0
在一些实施方案中，合金可以具有Fe和以重量％计的下列组成：
B：2.4-3(或约2.4至约3)
C：2-3(或约2至约3)
Cr：0-12(或约0至约12)
Mn：2-12(或约2至约12)
Nb：0-4(或约0至约4)
Ni：10-20(或约10至约20)
Mn+Ni：14-24(或约14至约24)
在一些实施方案中，合金可以具有Fe和以重量％计的下列组成：
C：2.9-5(或约2.9至约5)
Cr：11.9-19(或约11.9至约19)
Ni：17-19(或约17至约19)
V：高至约2(或高至约2)
Al：高至约2(或高至约2)
Mn：高至约1.5(或高至约1.5)
Si：高至约0.5(或高至约0.5)
在一些实施方案中，合金可以具有Fe和以重量％计的下列组成：
C：4.75至5(或约4.75至约5)
Cr：17至19(或约17至约19)
Ni：15至19(或约15至约19)
V：1.25至2.75(或约1.25至约2.75)
Al：0.75至2.75(或约0.75至约2.75)
Mn：0.25至2.25(或约0.25至约2.25)
Si：0.1至0.9(或约0.1至约0.9)
公开的合金可以加入上述元素成分至总共100重量％。在一些实施方案中，所述合金可能包括上述元素、可能限于上述元素或可能基本上由上述元素组成。在一些实施方案中，所述合金可能包含2％或更少的杂质。杂质可以理解为由于包含在原料组分中、通过在制造工艺中引入而可能包含在合金中的元素或组合物。
此外，在上述段落中描述的所有组合物中确定的Fe含量可以是如上所述的组合物的余量，或者可选地，组合物的余量可以包含Fe和其它元素。在一些实施方案中，余量可以基本上由Fe组成并且可以包括附带的杂质。在一些实施方案中，组合物可以具有至少60重量％的铁(或至少约60重量％的铁)。在一些实施方案中，组合物可以具有60至80重量％的铁(或约60至80重量％的铁)。
公开的合金的实施方案可以通过元素范围来描述，当以1/16”包芯线的形式生产此合金时，所述元素范围构成合理的制造公差。
对于上述讨论的所有组合物，在一些实施方案中，组合物可以用于包芯线并且包括外部护套和护套内的粉末二者。
在一些实施方案中，本文公开的作为包芯线的合金可以形成可读的涂层。在一些实施方案中，本文公开的作为包芯线的合金可以形成完全可读的涂层。
热力学标准
在一些实施方案中，可以通过热力学标准充分描述用于热喷涂工艺的合金。满足所有公开的热力学标准的合金很有可能表现出本文公开的所需微观结构特征及性能特征。
第一热力学标准涉及合金中的FCC-BCC转变。此转变温度标志着钢基质从奥氏体结构(FCC)向铁素体结构(BCC)的转变。FCC-BCC转变温度将在此缩写为符号Tγ至α。Tγ至α作为基质相的最终基质化学成分的预测因子。具有相对低的Tγ至α的合金将可能在热喷涂的涂层形式中占有式地(possessing)形成奥氏体基质。
在一些实施方案中，Tγ至α可以等于或低于950K(或等于或低于约950K)。在一些实施方案中，Tγ至α可以等于或低于900K(或等于或低于约900K)。在一些实施方案中，Tγ至α可以等于或低于850K(或等于或低于约850K)。
在图12的情况下，(合金X11涂层化学成分)，Tγ至α[1201]为800K，因为在500℃或更高温度下不存在铁素体或渗碳体。
另一个热力学实施方案涉及基质相的固溶强化。当将不相似的元素添加到铁基质中时，可以发生固溶强化。添加到合金化学成分中但不形成第二相的元素有助于固溶强化。在一些实施方案中，考虑了奥氏体的固溶强化。随着添加到合金中的溶质元素的总浓度增加，固溶强化作用增加。已知引起固溶强化的一些元素包括硼、碳、氮、铬、钼、钨和镍。此外，广泛的元素可以有助于奥氏体钢的固溶强化，其包括钙、钛、锰、铜、锌、钇、铌和锡。在一些实施方案中，Fe以外的所有元素都可以被认为固溶强化。
因此，合金的实施方案可含有10至30重量％(或约10至约30重量％)的总溶质元素含量。在一些实施方案中，在最终基质中合金可含有至少5重量％(或至少约5重量％)元素溶质。在一些实施方案中，在最终基质中合金可含有至少10重量％(或至少约10重量％)元素溶质。在一些实施方案中，在最终基质中合金可含有至少15重量％(或至少约15重量％)元素溶质。
另一个热力学标准涉及合金中室温时磁相的总和。在一些实施方案中，可以使用热喷涂线的化学成分来预测涂层中磁相的总和。室温下的磁相可以包括铁素体(BCC铁)和渗碳体。由于当冷却至室温时，在400至550℃(或约400至约550℃)下的微观结构被“冷冻”到结构中，室温下的磁相的量可以与400至550℃(或约400至约550℃)下的磁相的量相匹配。500℃时磁相的总体积分数将在此缩写为符号Pmag。具有相对低的Pmag的合金可能具有奥氏体基质。在热处理之后可以形成其它非磁性沉积物，例如过渡金属碳化物和硼化物如铬碳化物、铬硼化物和铁硼化物，耐火碳化物如铌、钒或钛的碳化物以及石墨。
对于合金X5，Pmag的计算示于图5。如图5所示，500℃时唯一的磁相是铁素体[302]。非磁相是铬-硼化物[301]、奥氏体[304]和石墨[305]。[303]是铁素体相[302]和奥氏体相[304]之间的交点部分。铁素体是500℃时存在的唯一磁相，因此此处Pmag是500℃时铁素体的体积分数，其为28％。在图12的情况下，(合金X11涂层化学成分)，Pmag为零，因为在500℃或更高温度下不存在铁素体或渗碳体。
在一些实施方案中，Pmag可以等于或低于50％(或等于或低于约50％)。在一些实施方案中，Pmag可以等于或低于40％(或等于或低于约40％)。在一些实施方案中，Pmag可以等于或低于30％(或等于或低于约30％)。在一些实施方案中，Pmag可以等于或低于10％。在一些实施方案中，Pmag可以等于或低于5％(或等于或低于约5％)。在一些实施方案中，Pmag可以是0％(或等于或低于约0％)。
另一个热力学标准涉及合金中高温热暴露后的硬质相的总和。在一些实施方案中，可以使用热喷涂线的化学成分预测涂层中硬质相的总和。硬质相可以包括碳化物、硼化物和铝化物。在一些实施方案中，合金中的硬质相分数被视为500℃下合金中的硬质相的总和。
图12中示出了硬质相的总和的计算。再次，图11描绘了合金X11的涂层化学成分。500℃(～800K)时合金X11中存在的硬质相包含碳化钒(VC)[1202]和碳化铬(M7C3)[1203]。对于X11的涂层化学成分，VC摩尔分数为5.5％和M7C3摩尔分数为27.9％，因此11合金中的硬质相的总和为33.3％。
在一些实施方案中，硬质相分数总和可以是20摩尔％(或约20摩尔％)或更高。在一些实施方案中，硬质相分数总和可以是25摩尔％(或约25摩尔％)或更高。在一些实施方案中，硬质相分数总和可以是30摩尔％(或约30摩尔％)或更高。
这些热力学标准是相关的，并且可以同时考虑以设计在本公开内容下的有效的合金。如上所述，Mn是奥氏体稳定剂，可有助于固溶强化，但也易于快速氧化。驾驭这些用于三个或更多元素的复杂合金系统的相关标准需要使用先进的计算冶金学。作为另一个例子，可以将铝和/或硅添加到原料合金中以优先氧化并保护其他元素免于氧化。但是，Al和Si将倾向于稳定铁素体，导致不可读的涂层。几乎每种合金化元素都是奥氏体或铁素体稳定剂，可以以某种方式有助于固溶强化，并且相对于其他合金化元素具有更强或更弱的氧化热力学。因此，合金化元素的类型和它们之间的相对比率必须精确地控制在窄的组成范围内，以便满足本公开的实施方案。
微观结构标准
在一些实施方案中，可以通过微观结构特征来充分描述合金。与原料线的结构相反，在完成喷涂之后，合金的微观结构特征与涂层形式相关。
一个微观结构标准是涂层中存在奥氏体。奥氏体是铁的非磁性形式，并且涂层微观结构必须主要是奥氏体，以使涂层是非磁性的并且还是可读的。
在一些实施方案中，奥氏体(或FCCγ相铁)可以占涂层体积分数的50％(或约50％)或更多。在一些实施方案中，奥氏体(或FCCγ相铁)可以占涂层体积分数的90％(或约90％)或更多。在一些实施方案中，奥氏体(或FCCγ相铁)可以占涂层体积分数的99％(或约99％)或更多。在一些实施方案中，奥氏体(或FCCγ相铁)可以占涂层体积分数的100％(或约100％)。通常，热喷涂涂层由许多不同组成的不同薄片组成。可以通过确保即使对于奥氏体形成具有最差组成的薄片具有形成奥氏体的组成来获得具有高的奥氏体水平，这样使得平均涂层化学成分很好地进入到奥氏体形成区域。
另一个微观结构标准是涂层的显微硬度。合金的显微硬度取决于固溶强化并增加材料的耐磨性。
在一些实施方案中，合金涂层的显微硬度可以是400HV或更高(或约400HV或更高)。在一些实施方案中，合金涂层的显微硬度可以是450HV或更高(或约450HV或更高)。在一些实施方案中，合金涂层的显微硬度可以是500HV或更高(或约500HV或更高)。
合金X11具有500Vickers显微硬度，因此满足此微观结构标准。
合金X3的扫描电子显微照片示于图3。此显微照片代表本公开的典型的实施方案，由此构建铁基奥氏体薄片[201]和嵌入的氧化物[202]以形成涂层结构。
合金X11的扫描电子显微照片示于图10。此显微照片是在露天炉中暴露于800℃24小时后。X11合金在热处理后保留其有利的微观结构，其主要由奥氏体薄片[1001]组成。而且，在升高的温度下，通常会产生小的氧化皮[1002]，然而，大多数合金本质上仍然是金属的。
另一个微观结构标准可以涉及暴露于高达800℃(或高达约800℃)的高温后奥氏体的保留。只有基本上是奥氏体的涂层才能保持可读性。合金X3的X射线衍射图示于图6。图6表示出处于喷涂状态下的合金X3显示主要是奥氏体[401]和少量铁素体[402]的X射线衍射图。具体地，通过X射线衍射法测量的奥氏体为64％(或约64％)，这使得涂层在喷涂状态下是可读的。
相反，暴露于800℃24小时后的X3的X射线衍射图示于图7。涂层的体积分数现在主要由磁相如铁素体和/或渗碳体[502]的混合物组成。非磁相如奥氏体[501]的体积分数非常低。在合金X3中暴露于高达800℃的高温后低存在的奥氏体在800℃时不表现出“完全可读性”。此外，即使在500℃下，合金X3也不表现出“完全可读性”。
相反，在喷涂状态下和暴露于800℃24小时后的X11的X射线衍射图示于图8。在喷涂状态下，X11显示出与X3相似的微观结构，具有主奥氏体峰[801]和次铁素体峰[802]，表明奥氏体含量为50体积％或更高。但是，X11与X3的独特不同在于暴露于800℃24小时后保留了主奥氏体峰[803]和次铁素体峰[804]。
在一些实施方案中，在高达800℃(或高达约800℃)的高温下暴露至少24小时后，奥氏体可以占涂层体积分数的50％(或约50％)或更多。在一些实施方案中，在高达800℃(或高达约800℃)的高温下暴露至少24小时后，奥氏体可以占涂层体积分数的90％(或约90％)或更多。在一些实施方案中，在高达800℃(或高达约800℃)的高温下暴露至少24小时后，奥氏体可以占涂层体积分数的99％(或约99％)或更多。在一些实施方案中，在高达800℃(或高达约800℃)的高温下暴露至少24小时后，奥氏体可以占涂层体积分数的100％(或约100％)。24小时后，材料不应有进一步的变化。一旦达到适当的温度，材料就可以以小于1℃/s(或小于约1℃/s)的缓慢冷却速率进行冷却。
性能标准：
在一些实施方案中，可以通过一系列性能特征来充分描述合金。与热喷涂处理之前的合金原料相反，这些性能特征可与沉积后的合金涂层相关。
一个性能标准涉及涂层的喷涂态的可读性。可读性是一种特性，通过该特性可以使用涂料厚度计如Elcometer456或类似物来测量涂层厚度。由于涂层中显著部分的铁素体或马氏体，大多数铁基热喷涂涂层是磁性的。本公开内容的实施方案公开了这样的合金，其在喷涂态和暴露于高达800℃的温度后主要是非磁性的并且因此可以用标准涂料厚度计设备(例如，干膜厚度计或涂层厚度计)读取。
具体地，在喷涂态涂层上的相似位置，经由标准0-1千分尺(提供厚度的“真实”测量值)和Elcometer 456计量仪(提供厚度的磁性测量值)，通过测量喷涂态热喷涂试样来测量涂层的可读性。如果两种技术之间的厚度测量值是可堪比的，则涂层是可读的。如果厚度测量值是不可堪比的，或者磁性涂层厚度测量值有大的分散程度，则涂层是不可读的。
在一些实施方案中，喷涂态涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的30％(或约30％)内。在一些实施方案中，喷涂态涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的25％(或约25％)内。在一些实施方案中，喷涂态涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的20％(或约20％)内。在一些实施方案中，喷涂态涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的15％(或约15％)内。在一些实施方案中，喷涂态涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的10％(或约10％)内。
另外的性能标准可以是曝露于高达800℃(或高达约800℃)的较高温度后热喷涂涂层的可读性。可以在喷涂态热喷涂试样上的相似位置，通过首先经由标准0-1千分尺测量喷涂态热喷涂试样和校准Elcometer 456计量仪来测量热处理的涂层的可读性。在校准喷涂态的试样后，可以在热处理的涂层上使用Elcometer 456计量仪和使用标准0-1千分尺测量来测量热处理的涂层的厚度。如果热处理试样上的厚度测量值在Elcometer和千分尺技术二者之间是可堪比的，则涂层是“完全可读的”。如果厚度测量值是不可堪比的，或者磁性涂层厚度测量值有大的分散程度，则涂层不是“完全可读”的。
在一些实施方案中，热处理的涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的30％(或约30％)内。在一些实施方案中，热处理的涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的25％(或约25％)内。在一些实施方案中，热处理的涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的20％(或约20％)内。在一些实施方案中，热处理的涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的15％(或约15％)内。在一些实施方案中，热处理的涂层的磁性厚度测量值可以在千分尺测量值的10％(或约10％)内。
在暴露于高达800℃的较高温度后，合金X3不是“完全可读的”。如表3所示，在使用Elcometer 456测量涂层的厚度后，热处理的试样的磁性厚度测量值超过千分尺测量值的20％。虽然有相对低的分散，但Elcometer测量值超过20％的不准确度表明经过热处理的涂层不是完全可读的。注意，Elcometer可以进行校准，以便非常准确地测量一个涂层厚度，但是，在整个温度范围内它不准确。在实践中可读性的功能是测量不能通过除Elcometer之外的任何其他技术测量的涂层的未知的涂层厚度。因此，整个厚度范围内的准确性和精度可以是有利的。
表3：在暴露于800℃24小时后合金X3的千分之一英寸的平均Elcometer读数
合金X11是完全可读的合金，如下表所示。表4说明了高温暴露后Elcometer厚度测量值的准确度。由于氧化膜的存在，Elcometer读数通常显示较低的涂层厚度，氧化膜固有地包括在物理千分尺测量值内。随着涂层厚度减小，由于氧化物生长导致的测量的厚度损失成为不准确度的更显著的贡献因素。这是因为无论涂层厚度如何，氧化物层的数量级为2-3密耳。氧化物的生长影响Elcometer读数，因为本质上它通常至少在某种程度上是磁性的。然而，由于金属涂层在大多数应用中是真正的功能层，因此在涂层的测量值内不包括氧化物层厚度会是有利的。实施例7中提供了此测试的完整详细信息。
根据这些测量值，合金X11符合“完全可读的”性能标准。
表4：在暴露于800℃24小时后千分之一英寸的合金X11的平均Elcometer读数
在一些实施方案中，热喷涂操作者可以通过用Elcometer多次测量一个点(spot)来测量可读性。Elcometer将始终记录测量值读数，但磁性涂层将导致测量值读数宽范围变化。可读涂层也可能在每次测量时显示不同的测量值，但是会是围绕实际物理厚度的标准偏差。在一些实施方案中，磁性厚度计可以具有测量值30％(或约30％)或更小的标准偏差。在一些实施方案中，磁性厚度计可以具有测量值28％(或约28％)或更小的标准偏差。在一些实施方案中，磁性厚度计可以具有测量值25％(或约25％)或更小的标准偏差。在一些实施方案中，磁性厚度计可以具有测量值20％(或约20％)或更小的标准偏差。在一些实施方案中，磁性厚度计可以具有测量值15％(或约15％)或更小的标准偏差。
另一个性能特征是材料的耐磨性。有两种与本公开内容相关的磨损测量测试，ASTM G65程序B和遵从ASTM G76的热侵蚀试验，两者的全部内容通过引用并入本文。这两种技术都与热喷涂涂层的常见应用，保护发电设备中的锅炉管相关。
在一些实施方案中，涂层的ASTM G65B质量损失可以是0.75克或更少(或约0.75克或更少)。在一些实施方案中，涂层的ASTM G65B质量损失可以是0.6克或更少(或约0.6克或更少)。在一些实施方案中，涂层的ASTM G65B质量损失可以是0.5克或更少(或约0.5克或更少)。
在一些实施方案中，可以使用30°(或约30°)的撞击角度，600℃(或约600℃)操作温度和Ottawa50/70石英砂在热侵蚀测试下测量涂层的质量损失。在一些实施方案中，在热侵蚀测试中合金会损失小于400mg(或小于约400mg)。在一些实施方案中，在热侵蚀测试中合金会损失小于300mg(或小于约300mg)。在一些实施方案中，在热侵蚀测试中合金会损失小于200mg(或小于约200mg)。在一些实施方案中，在热侵蚀测试中合金会损失小于100mg(或小于约100mg)。
在ASTM G76热侵蚀测试中合金X11表现出80mg质量损失，因此符合侵蚀性能标准。
另一个性能标准与涂层的粘合性有关。热喷涂涂层的粘合性可以通过ASTM 4541或ASTM C633进行测量，其全部内容均通过引用并入本文。涂层具有高粘合性可以是有利的，以防止在使用或施加过程中涂层的剥落或其它过早失效。
在一些实施方案中，粘合强度可以是5,000psi(或约5,000psi)或更高。在一些实施方案中，粘合强度可以是6,000psi(或约5,000psi)或更高。在一些实施方案中，粘合强度可以是7,000psi(或约7,000psi)或更高。这些值适用于ASTM 4541和ASTM C633测试。
合金X11在超过9,000psi粘合强度下测试。在此测试中，测试胶失效，因此仅知道X11涂层对基体具有至少9,000psi的粘合力。
实施例
以下实施例旨在是说明性的而非限制性的。
实施例1：
为了量化氧化对原料化学成分和通过双丝电弧喷涂工艺生产的涂层的涂层化学成分之间的差异的影响，进行了广泛的实验。此实验的目的是确定在本公开内容中发现的未来合金的建模中要使用的氧含量。在本实施例中通过双丝电弧喷涂工艺喷涂的三种合金，如根据下表5中的原料化学成分所列。除了上述的X3合金之外，还喷涂了合金E1-E3，E1-E3是已知的和不可读的热喷涂合金。表5：实施例1中提供的原料化学成分列表，用于开发本公开内容中使用的设计方法中采用的氧化模式
合金 Al Cr Mn Mo Nb Si Ti V W
E1 2 0 5 13 0 10 0 0 0
E2 0 26.5 1.6 0 0 1.6 0 0 0
E3 1.92 12.5 1 0 5.75 1 0 0 0
表5中存在的三种合金代表在经受双丝电弧喷涂工艺之前线材的原料化学成分。在每种情况下，合金在相似的喷涂参数下经受双丝电弧喷涂工艺并沉积在对应于每种合金的单独的钢试样上。在扫描电子显微镜中通过能量色散谱测量每种合金的涂层化学成分。每种合金的涂层化学成分结果示于表6。很明显，原料化学成分不等于所得的涂层化学成分。例如，当原料化学成分中使用2重量％以上水平的Mn时，其含量显著降低了。
表6：在实施例1中评估的合金的涂层化学成分
合金 Al Cr Mn Mo Nb Si Ti V W
X3 1.8 5.9 8.2 0 4.5 0 0.34 0.85 5.3
E1 1.7 0 2.5 15 0 9.25 0 0 0
E2 0 29.5 1.06 0 0 1.3 0 0 0
E3 1.04 14.3 1.05 0 4.8 0.53 0 0 0
最后，如表7所示，在喷涂工艺过程中氧化的元素的原料化学成分和涂层化学成分之间的百分比差值示于表7。如图所示，铝、锰、铌和硅可以氧化并因此减少或消除了对涂层微观结构和性能的贡献。因此，理解和预测这种氧化对于开发具有高性能的下一代热喷涂涂层合金是有用的。
表7：实施例1中评价的合金的原料合金含量在涂层合金含量中的下降
合金 Al Mn Nb Si
X3 -12％ -31.5％ - -
E1 -16％ -50.8％ - -7.5％
E2 -37.7％ - -17.5％
E3 -48％ - -20％ -47％
当评估双丝电弧喷涂原料化学成分的热力学性质时，通过仔细的实验确定了可以向模型中加入8重量％的氧。例如，将通过以下组成建模诸如X3的潜在原料化学成分：[Fe余量Al1.8Cr5.9Mn8.2Nb4.5Ti0.34V0.85W5.3]92O8。在X3的例子中，8重量％的氧模型显示出计算的涂层化学成分与实验测量的涂层化学成分之间的良好相关性。计算结果和测量结果之间的比较示于表8。特别是，可以非常好地预测可以有利于稳定奥氏体和可读性性能标准的Mn。
表8：实验的和测量的涂层化学成分的比较
X3 Al Ti V Cr Mn Fe Nb W
计算的 0.01 0.01 0.57 2.74 8.73 77.33 3.93 5.75
测量的 1.76 0.34 0.85 5.92 8.22 73.17 4.45 5.29
实施例2：
为了使粘合性能合格，进行以下测试。
测试上述讨论的X3和X4两种合金。将样品放置在固定的夹具上，并使带有喷枪的机械臂光栅化跨越样品，从而可以构建受控的涂层厚度。为了量化涂层角度的影响，将样品与喷涂方向保持90°、60°和45°的角度。此外，以6”和9”的不同的喷涂距离喷涂样品。所述喷涂试验的目的是计量这些合金在各种似乎合理的喷涂条件下有效粘附到基体上的潜能。基体是3”×3”×1/4”钢试样，并喷砂至最小2.5密耳的喷砂轮廓。用以下喷涂参数喷涂样品，在此称为“喷涂参数1”
·TAFA 8830蓝气帽(Blue Air Cap)
·60psi
·32V
·250安培
将每种合金喷涂至目标20密耳(0.020”)。合金X3和合金X4的粘合性结果与合金和喷射角度的关系分别示于表9和表10。基于这些结果，在双丝电弧喷涂工艺中X3和X4合金均沉积>5,000psi粘合强度的涂层。
表9：合金X3的粘合值(psi)与喷涂参数的关系
合金X3 90o 60o 45o
6” 5,800 5,708 6,596
9” 7,033 5,640 8,064
表10：合金X4的粘合值(psi)与喷涂参数的关系
合金X4 90o 60o 45o
6” 6,988 6,064 6,232
9” 5,852 5,624 7,038
实施例3：
为了使X3和X4合格适用作双丝电弧喷涂产品，测量了沉积效率。沉积效率是以重量计附着在基体上多少材料除以按重量喷涂了多少材料的量度。足够高的沉积效率，通常>60％(或>约60％)，对于使用是有利的。在此实验中，将合金X3和X4喷涂到12”×12”旋转钢板上。将喷枪保持固定，以这种方式使得整个喷射图案与钢板相交。对每种材料测量使用的线材的重量和在板上累积的涂层的重量，以确定沉积效率。在两次测量值中，X3测得的沉积效率为64％和67％。在三次测量值中，X4的沉积效率测量值为70％、71％和76％。
使用X11合金进行类似的沉积效率测试。测得沉积效率为70％(或约70％)。
实施例4：
为了使所公开的合金在某些需要磨损性能的应用中使用性合格，在涂层上进行了几次磨损试验。为了比较测量，还测试了不可读的和已知的耐磨铁基涂层E2。结果示于表11。如图所示，X3合金在标准耐磨材料的15％分散范围内。这种分散水平对于测试本身的分散是典型的，并且人们可以预期两种涂层在领域中的表现相似。因此，可以说X3合金具有与E2合金类似的耐磨性，但是它还是可读的。
表11：磨损测试结果
实施例5：
为了测量每种合金的可读性，进行了仔细的实验。制备热喷涂涂层样品，使得1/2钢板被喷涂，并且剩余另一半面板不喷涂。这种类型的样品使得可以在0-1千分尺测量技术和Elcometer之间进行简单的比较。在此实验中，0-1千分尺测量值是准确的读数，取Elcometer读数用于比较目的以确定涂层是否可读。使用要读取的预期涂层校准Elcometer是标准实践的一部分，并且使用标称的15密耳涂层执行。然后使用千分尺及校准的Elcometer二者测量5种不同厚度的涂层。以6”的喷涂距离和90°喷涂角度，使用“喷涂参数1”喷涂所有样品。可读性测量的结果示于表12，其向本领域技术人员证明X3合金确实是可读的。在Elcometer测量中，相对低的分散和低于20％的不准确度％表明了可读性。
表12：合金X3的可读性测量值
实施例6：
为了证明本公开内容的目的，将合金X11、X12和X13制成包芯线的形式。设定护套和粉末组合物以使得整个涂层结构中均匀的薄片化学成分。在所有三种线材X11、X12和X13的情况下，使用304不锈钢护套(stainless still sheath)形成包芯线。304SS合金具有显著的Ni含量，因此，镍含量比如果包芯线的Ni含量完全存在于粉末组分中时更均匀地分布在构成涂层的整个薄片中。当比较X10合金的薄片化学成分中的镍分布时，可以实现这种设计方法，X10合金被制造为所有合金Ni来自粉末组分。如表2所示，尽管X10合金在涂层中具有相对高的平均Ni含量，但是薄片中的实际Ni含量显著改变。在薄片中发现的最小镍含量为3重量％，这将表明使用本文公开的热力学标准的磁相结构。然而，X11涂层显示镍含量较小的变化和在所查询的薄片中镍浓度的较高的最小值。这表明所有的薄片本质上都是非磁性的，并且可读性不会受到负面影响。
在一些实施方案中，公开了一种制品，其中在包芯线的构造中使用的护套中存在最小镍含量。在一些实施方案中，最小镍含量可以为1重量％(或约1重量％)。在一些实施方案中，最小镍含量可以为5重量％(或约5重量％)。在一些实施方案中，最小镍含量可以为8重量％(或约8重量％)。在一些实施方案中，护套可以是300系列不锈钢合金。在一些实施方案中，护套可以是304不锈钢。
表13：对于X10和X11喷涂态涂层中10种单独的和独特的薄片的化学成分，用扫描电子显微镜进行的能量色散光谱测量值
表13显示涂层在化学成分上是均匀的。如果使用304SS带材制造包芯线，则可以确保均匀的涂层。如果涂层化学成分不均匀，则涂层中的一些薄片可能不是磁性的并且涂层可能不可读。例如，如果涂层非常不均匀，则会导致一些薄片实际上低的Ni含量，导致它们具有磁性。
X11、X12和X13的制造技术可以是有利的，因为它导致在薄片中更均匀的Ni分布，从而限制了由于低于目标镍含量而不是奥氏体的薄片出现率。用于X11、X12和X13线材的具体制造配方示于表14。在所有情况下，使用304SS带材。其余成分规定了用于生成包芯线的粉末混合物。粉末组分以总粉末混合物的％表示。然而，总粉末混合物实际上占包芯线的总重量分数的20-40％，其中护套构成剩余部分。
表14：用于生成X11、X12和X13包芯线的粉末填充物的具体细节
实施例7：
将X11、X12和X13线材喷涂到样品板上以展示本公开内容的所有性能标准。将样品板喷涂至各种标称厚度：约5密耳，约10密耳，约15密耳，约30密耳，和约50密耳。沉积两组每个涂层厚度。喷涂这些板的目的是确定在喷涂状态下和各种温度下热处理后的涂层的可读性。首先证明了涂层在喷涂状态下是可读的。然后，将涂层置于500℃的露天炉中并在此温度下放置24小时。通过关掉炉子并使涂层保留在炉子中，实现以1℃/s或更低的缓慢速率冷却涂层。在那个温度暴露之后，涂层被证实是可读的，所述温度代表了亚临界锅炉壁温。然后，将涂层置于800℃的露天炉中并放置24小时。800℃表示临界或超临界锅炉壁温，并且也高于此合金和所有已知钢合金的铁素体到奥氏体转变温度。因此，它代表当在温度下保持24小时时可以实现相平衡的温度。然后，使试样缓慢冷却并再次测量可读性。此研究的结果示于下表15，结果表明在本公开的定义下所有三种线材都是“完全可读的”。
表15：合金X11、X12和X13在喷涂状态下和高温暴露后的厚度测量值
“完全可读性”的证明示于图9，其示出了Elcometer读数y轴与x轴上的千分尺读数匹配。在此特定实验中，将Elcometer校准为喷涂态50密耳试样。然后使用校准的Elcometer准确测量所有喷涂态试样和所有无论是经受500℃还是800℃的热处理试样的涂层厚度。
实施例8：
对X11进行另外的测试以评估涂层的耐腐蚀性。根据ASTM G76测试规范(其全部内容通过引用并入本文)，在高温600℃下用砂子喷砂2”×2”的涂层部分。具体测试如下：30°撞击角，600℃测试温度，Ottawa 50/70石英砂，1500g使用的砂和35psi的空气流压力。X11合金表现出80毫克的体积损失，其证明了高的耐高温腐蚀性。
实施例9：
进行全面的实验以开发热力学参数，用于在升高的暴露于高温后评估室温微观结构。应当理解，在现有热力学模型下，本公开中的所有合金在室温下具有主要的铁素体微观结构。然而，大量实验揭示了在室温下可以保留奥氏体相。将X3合金暴露于各种热处理，并评估可读性，以便理解这种现象。确定了在400℃暴露后，合金保持可读性，并且在约500℃时，合金开始转变为不可读。通过这项研究，确定500℃是提供原子重新排列自身成为热力学有利相所需的热能的足够高的温度。因此，开发了在500℃下观察的热力学稳定相的总和以确定室温下的相结构的非显而易见的用途。
实施例10：
使合金X11经受一系列额外的测试。合金X11的预期应用之一是用作锅炉的耐磨涂层。因此，涂层在高温下长时间如数月或数年起作用会是有利的。因此，合金X11在800℃下进行不同时间的热处理：24小时、48小时、72小时和96小时。分析每个涂层样品以确定随暴露时间增加是否可以在微观结构上或者从性能角度观察到任何趋势。暴露24小时的涂层与暴露更长时间的涂层之间的微观结构评估显示没有差异。此外，测试每种涂层的涂层粘合性，显示涂层保持至少6,000psi粘合强度，与暴露时间无关。
设计热喷涂的方法
在一些实施方案中，可以通过将各种原料材料混合在一起形成合金，然后可以将其在炉膛或炉中熔化并形成锭块。可以将所述锭块重新熔化并翻打一次或多次，这可以增加锭块的均匀性。
评估生成的每个锭块，检查其微观结构、硬度和磁导率。锭块被设计成非磁性的并且具有小于1.01的磁导率。在每个连续锭块中进行组成的增量变化，得到最终的合金。
使用湿磨锯切剖每种合金，并使用光学显微镜分析其剖面。理想的微观结构在薄片之间具有很少的氧化物或孔隙，仅留下喷涂的材料的致密涂层。大量的孔隙率会削弱涂层的粘合性，并且还可以为腐蚀性介质提供穿透涂层并攻击基体的路径。图4中示出了本公开的一个实施方案的微观结构。
在合金中添加Al和Ni提供了材料的“可喷涂性”的增加。
使用Severn Engineering提供的Low-Mu磁导率测试仪完成磁导率测量。将具有已知磁导率的参考标准置于测试仪中。测试仪由参考标准和旋转磁铁组成。磁铁从与参考标准相对的测试仪的侧面延伸。磁铁尖端与锭块的表面接触。如果磁铁没有被吸引到锭块上，那么磁导率小于所用参考标准的磁导率。
喷涂过程开始于喷砂钢基体，以清除任何油或污垢同时还提供施加涂层到其上的均匀表面。通过在以下喷涂条件下喷涂20密耳和60密耳厚的涂层来沉积涂层：32伏，200安培，5-7”喷涂距离，2-3.5密耳/遍，85psi雾化压力。
通过使用环氧树脂将10mm测试底盘(dolly)粘合到基体上来测试涂层粘合性。使用Positest AT-A粘合性测试仪拉底盘处于张力作用。在每个涂层上至少进行3次测试并将结果编制成平均值。同样令人感兴趣的是涂层失效的模式以及它是否是粘合模式(涂层完全从基体上拉出)、粘合模式(在没有拉出基体的情况下涂层自身失效)或经历粘合和内聚破坏的混合模式。
性能
涂覆有厚度为20密耳的来自本公开的合金的板具有超过10,000psi的平均涂层粘合性值。在一个合金实施方案中，通过磁性厚度计测量的厚度具有±0.001”的精度，和在第二个实施方案中，厚度精度±0.00075表明具有足够低的磁干扰的良好的可读性。
测得一种锭块形式的合金实施方案的磁导率为<1.01。
在一个实施方案中，涂覆有厚度为60密耳的本公开的板根据ASTM G65程序B具有1.19g的磨损损失和在另一个实施方案中具有1.13g的磨损损失。
组合物
下面的表16和17示出了包芯线的特定组成及其可以满足本文公开的标准的性能。对于表16和17：1)以K计的FCC-BCC转变温度；2)以摩尔％计的硬质相的总和；3)500℃下以体积％计的磁相的总和；4)以重量％计的溶质元素含量。
表16：实施例组合物和热力学标准
因此，如上表16中所示，热线材组合物可以具有包含铁的以重量％计的以下组成范围：
Al-1.9(或约1.9)
C-3至6(或约3至约6)
Cr-6至24(或约6至约24)
Mn-1(或约1)
Si-0.31(或约0.31)
V-0至10(或约0至约10)
此外，热线材组合物可以具有以下热力学标准范围：
以K计的FCC-BCC转变温度-800至950(或约800至约950)
以摩尔％计的硬质相的总和-30.0至65.3(或约30.0至约65.3)
以体积％计的500℃下磁相的总和-25.2至49.7(或约25.2至约49.7)
以重量％计的溶质元素含量-35至38(或约35至约38)表17：实施例组合物和热力学标准
因此，如上表17中所示，热线材组合物可以具有包含铁的以重量％计的以下组成范围：
B-0至5(或约0至约5)
C-0至5(或约0至约5)
Cr-0至13(或约0至约13)；
Mn-0至12(或约0至约12)；
Mo-0至12(或约0至约12)
Nb-0至15(或约0至约15)
Ni-4至19(或约4至约19)；
Si-0至3(或约0至约3)
此外，热线材组合物可以具有以下热力学标准范围：
以K计的FCC-BCC转变温度-500至900(或约500至约900)
以摩尔％计的硬质相的总和-30至99(或约30至约99)
以体积％计500℃下磁相的总和-0至50(或约0至约50)
以重量％计的溶质元素含量-13.4至约42.0(或约13.4至约42.0)
公开的合金可以包含上述元素成分至总共100重量％。在一些实施方案中，所述合金可能包括、可能限于或可能基本上由上述元素组成。在一些实施方案中，所述合金可能包含2％或更少的杂质。杂质可以理解为由于包含在原料组分中、通过在制造工艺引入而可能包含在合金中的元素或组合物。
此外，在上表中描述的所有组合物中确定的Fe含量可以是如上所述的组合物的余量，或者可选地，组合物的余量可以包含Fe和其它元素。在一些实施方案中，余量可以基本上由Fe组成并且可以包括附带的杂质。在一些实施方案中，组合物可以具有至少60重量％的铁(或至少约60重量％的铁)。在一些实施方案中，组合物可以具有60至80重量％之间的铁(或约60至80重量％之间的铁)。
所公开的合金的实施方案可以通过元素范围来描述，当以1/16”包芯线的形式生产所述合金时，所述元素范围构成合理的制造公差。
对于上述讨论的所有组合物，在一些实施方案中，组合物可以用于包芯线并且包括外部护套和护套内的粉末二者。
在一些实施方案中，本文公开的合金可以是可读的。在一些实施方案中，本文公开的合金可以是完全可读的。
应用和工艺用途：
此专利中描述的合金的实施方案可用于各种应用和工业中。一些非限制性应用实例包括：
露天开采应用包括下列部件和用于下列部件的涂层：用于浆料管道的耐磨套管和/或耐磨表面硬化层，泥浆泵部件包括泵壳或叶轮或用于泥浆泵部件的表面硬化层，矿石进料槽部件包括槽块或槽块的表面硬化层，分离筛包括但不限于旋转破碎筛、香蕉筛和振动筛，用于自动研磨机和半自动研磨机的衬层，接地工具和用于接地工具的表面硬化层，钻头和钻头镶嵌件，用于铲斗和自卸车衬层的耐磨板，垫块和用于采矿铲上的垫块的表面硬化层，平地机叶片和平地机叶片的表面硬化层，堆取料机，分级破碎机，采矿部件和其它粉碎部件的一般性耐磨包装。
上游石油和天然气应用包括下列部件和用于下列部件的涂层：井下套管和井下套管，钻杆和用于钻杆包括耐磨带的涂层，泥浆管理组件，泥浆马达，水力压裂泵套筒，水力压裂叶轮，水力压裂搅拌机泵，止动环，钻头和钻头组件，定向钻井设备和用于包括稳定器和扶正器的定向钻井设备的涂层，防喷器和用于防喷器和包括剪切闸板的防喷器组件的涂层，石油工业用管材和用于石油工业用管材的涂层。
下游石油和天然气应用包括下列部件和用于下列部件的涂层：过程容器和用于包括蒸汽发生设备、胺容器、蒸馏塔、旋风分离器、催化裂化器、一般精炼管道、绝缘保护下的腐蚀、硫回收装置、对流罩、酸汽提管线、洗涤器、烃桶和其他精炼设备和容器的过程容器的涂层。
纸浆和纸张应用包括下列部件和用于下列部件的涂层：造纸机械中使用的辊筒，其包括杨克烘缸和其他烘干机、压延辊、机械辊、压榨辊、蒸煮器、纸浆混合机、碎浆机、泵、锅炉、碎纸机、薄纸造纸机、卷和打捆机、刮刀、蒸发器、磨浆机、流浆箱、电线配件、压榨部件、光泽烘缸、卷纸机、复卷机、真空泵、疏解机和其他纸浆和造纸设备。
发电应用包括下列部件和用于下列部件的涂层：锅炉管、除尘器、燃烧室、涡轮机、发电机、冷却塔、冷凝器、溜槽和槽沟(chutes and troughs)、螺旋钻(augers)、布袋集尘室、管道、ID风机、煤炭管道和其他发电部件。
农业应用包括下列部件和用于下列部件的涂层：溜槽、基底切割机刀片、槽沟、主风机叶片、二次风机叶片、螺旋钻和其他农业应用。
建筑应用包括下列部件和用于下列部件的涂层：水泥溜槽、水泥管道、布袋集尘室、混合设备和其他建筑应用。
机械元件应用包括下列部件和用于下列部件的涂层：轴颈、纸辊、齿轮箱、驱动辊、叶轮、通用回收和尺寸恢复应用以及其他机械元件应用。
钢材应用包括下列部件和用于下列部件的涂层：冷轧机、热轧机、线材轧机、镀锌线、连续酸洗线、连铸辊和其他钢材轧辊以及其他钢材应用。
所述专利中描述的合金可以有效地以各种技术生产和/或沉积。工艺的一些非限制性例子包括：
热喷涂工艺包括例如双丝电弧、喷涂、高速电弧喷涂、燃烧喷涂的使用线材原料的工艺以及例如高速氧燃料、高速空气喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂和冷喷的使用粉末原料的工艺。线材原料可以是金属包芯线、实心线或药芯焊丝的形式。粉末原料可以是单一的均匀合金或多种合金粉末的组合，当熔化在一起时其产生所需的化学。
焊接工艺包括使用线材原料的那些，包括但不限于金属惰性气体(MIG)焊、钨惰性气体(TIG)焊、电弧焊、埋弧焊、明弧焊、本体焊接、激光熔覆，以及使用粉末原料的那些，包括但不限于激光熔覆和等离子转移弧焊。线材原料可以是金属包芯线、实心线或药芯焊丝的形式。粉末原料可以是单一的均匀合金或多种合金粉末的组合，当熔化在一起时其产生所需的化学。
铸造工艺包括生产铸铁的典型工艺包括但不限于砂型铸造、永久模铸造、冷硬铸造、熔模铸造、消失模铸造、压铸、离心铸造、玻璃铸造、流铸，和生产锻钢产品的典型工艺包括连续铸造工艺。
后处理技术包括但不限于轧制，锻造，表面处理如渗碳、渗氮、碳氮共渗，热处理，包括但不限于奥氏体化处理，正火，退火，消除应力，回火，老化，淬火，深冷处理，火焰淬火，感应淬火，差别硬化，表面硬化，脱碳，机加工，研磨，冷加工，加工硬化和焊接。
从上述描述中，将理解的是公开了发明的热喷涂产品和使用方法。虽然已经描述了一些具有一定特殊性的部件、技术和方面，显而易见的是在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下对上面描述的具体设计、结构和方法可以做出许多改变。
在各自实施的背景中，在本公开内容中描述的某些特征也可以在单个实施中组合实现。相反，在单个实施的上下文中描述的各种特征也可以分开地或以任何合适的子组合在多个实施中实现。此外，虽然以上可以将特征描述为以某些组合的方式起作用，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从组合中切离，并且所述组合可以作为任何子组合或任何子组合的变体要求保护。
此外，虽然方法可以在附图中描绘或者以特定顺序在说明书中描述，但是这些方法不必以所示的特定顺序或按顺序次序执行，并且不必执行所有方法，来实现期望的结果。没有示出或描述的其它方法可以并入示例性方法和过程中。例如，一个或多个附加方法可以在所描述的任何方法之前、之后、同时或之间执行。此外，可以在其他实施中重新排列或重新排序方法。而且，上述实施中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施中需要这样的分离，并且应当理解为所描述的组件和系统通常可以集成在单个产品中或者被打包成多个产品。另外，其他实施也在本公开内容的范围内。
除非另有明确说明或在所使用的上下文中以其它方式理解，条件语言例如“可以”、“能”、“可能”或“也许”，通常旨在表达某些实施方案包括或不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件语言通常不意图暗示以任何方式对于一个或多个实施方案需要所述特征、元素和/或步骤。
除非另有明确规定或在所使用的上下文中以其它方式理解，例如短语“X、Y和Z中的至少一个”这样的连接语言通常表达项目、术语等可以是X、Y或Z。因此，这样连接语言通常不旨在暗示某些实施方案需要至少一个X、至少一个Y和至少一个Z的存在。
如本文所使用的程度语言，例如本文使用的术语“约”、“大约”、“通常”和“基本上”代表接近所述值、数量或特性的一个值、数量或特性，其仍然执行期望的功能或达到期望的结果。例如，术语中“约”、“大约”、“通常”和“基本上”可以指的这个数量是在所述量的小于或等于10％，小于或等于5％，小于或等于1％，小于或等于0.1％，以及小于或等于0.01％的范围内。如果所述量为0(例如，无，没有)，则上述范围可以是特定范围，而不在所述值的特定百分比内。例如，在所述量的小于或等于10重量/体积％，小于或等于5重量/体积％，小于或等于1重量/体积％，小于或等于0.1重量/体积％，小于或等于0.01重量/体积％的范围内。
一些实施方案已经结合附图被描述。这些图是按比例绘制的，但是这种比例不应受到限制，因为超出显示范围的尺寸和比例是设想的并在所公开的发明的范围内。距离、角度等仅仅是说明性的，并不一定与所示设备的实际尺寸和布置具有确切的关系。组件可以添加、删除和/或重新排列。此外，本文中公开的与各种实施方案相关的任何特定特征、方面、方法、性质、特性、质量、属性、元素等可以用于本文所阐述的所有其它所有实施方案中。另外，应当认识到本文所述的任何方法可以使用适用于执行所述步骤的任何装置来实践。
尽管已经详细描述了许多实施方案及其变体，但使用它们的其它修改和方法对本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，应当理解为在不脱离本文的独特和发明公开内容或权利要求的范围的情况下，各种应用、修改、材料和替换可以由等同内容组成。

Claims (21)

1.一种热喷涂线，其被配置以通过热喷涂形成涂层，所述热喷涂线包括：
外部护套；和
外部护套内的粉末芯；
其中组合的外部护套和粉末芯包括合金，所述合金具有：
等于或低于950K的FCC-BCC转变温度；
至少10重量％的总溶质元素含量；
500℃下低于50％的磁相的总体积分数；和
20％或更高的硬质相分数总和。
2.权利要求1所述的热喷涂线，其中所述外部护套和所述粉末芯具有Fe和以重量％计的下列组分的组合的合金组成：
C：约2.9至约5；
Cr：约11.9至约19；
Ni：约17至约19；
V：约0至约2；
Al：约0至约2；
Mn：约0至约1.5；和
Si：约0至约0.5。
3.权利要求1所述的热喷涂线，其中所述外部护套和所述粉末芯具有Fe和以重量％计的下列组分的组合的合金组成：
C：约4.75至约5；
Cr：约17至约19；
Ni：约15至约19；
V：约1.25至约2.75；
Al：约0.75至约2.75；
Mn：约0.25至约2.25；和
Si：约0.1至约0.9。
4.权利要求1所述的热喷涂线，其中所述外部护套和所述粉末芯具有Fe和以重量％计的下列组分的组合的合金组成：
C：约4.76，Cr约18.09，Mn约1.03，Ni约17.2，Si约0.31，V约1.9，Al约1.92；
C：约5，Cr约11.9，Mn约1，Ni约17，Si约0.31，V约1.9，Al约1.9；或
C：约2.9，Cr约13.3，Mn约1，Ni约19，Si约0.23。
5.一种Fe基热喷涂涂层，其由具有外部护套和粉末芯的热喷涂线形成，所述涂层包括：
铁基基质；
其中所述涂层用磁性厚度计完全可读；并且
其中在暴露于500-800℃之间的温度下至少24小时并以1℃/s或更低的速率冷却后，所述铁基基质包含50％或更多的奥氏体。
6.权利要求5所述的热喷涂涂层，其中所述涂层的粘合强度为5,000psi或更高。
7.权利要求5所述的热喷涂涂层，其中所述涂层在600℃和30°撞击角下的热侵蚀测试中表现出小于200mg的损失。
8.权利要求5所述的热喷涂涂层，其中可以在500-800℃之间加热至少24小时后，通过磁性厚度计测量涂层厚度，测量结果在30％标准偏差内。
9.权利要求5所述的热喷涂涂层，其中所述涂层中磁相的总体积分数低于50％。
10.一种发电设备中的部件，其至少部分地被权利要求5的热喷涂涂层涂覆。
11.一种由合金形成的热喷涂涂层，所述涂层包括：
铁基基质；和
所述基质内至少5重量％元素溶质；
其中所述涂层是非磁性的并且用磁性厚度计完全可读；
其中所述合金在950K或更低的温度下具有从奥氏体到铁素体的热力学稳定转变；并且
其中在500℃下热力学磁相的总和等于或低于0.5摩尔分数。
12.权利要求11所述的热喷涂涂层，其中所述基质具有以体积计90％以上的奥氏体和至少一种非磁性氧化物夹杂物。
13.权利要求11所述的热喷涂涂层，其中所述涂层具有400Vickers或更高的显微硬度。
14.权利要求11所述的热喷涂涂层，其中在暴露于500-800℃之间的温度至少24小时后所述铁基基质包含50％或更多的奥氏体。
15.权利要求11所述的热喷涂涂层，其中在500-800℃之间加热后所述涂层的厚度可以通过磁性厚度计读取，测量结果在0-1千分尺测量的30％内。
16.一种发电设备中的部件，其至少部分地被权利要求11的热喷涂涂层涂覆。
17.一种涂覆基体的方法，所述方法包括：
将具有外部护套和内部芯的包芯线热喷涂到基体上；
其中，所述包芯线在所述基体上形成涂层，所述涂层包括具有至少50％或更多的奥氏体的喷涂态微观结构；并且其中在暴露于500-800℃之间的温度下至少24小时并以1℃/s或更低的速率冷却后，所述涂层包含至少50％或更多的奥氏体。
18.权利要求17所述的方法，其中所述外部护套和粉末芯的组合具有Fe和以重量％计的下列组分的合金组成：
C：约2.9至约5；
Cr：约11.9至约19；
Ni：约17至约19；
V：约0至约2；
Al：约0至约2；
Mn：约0至约1.5；和
Si：约0至约0.5。
19.权利要求17所述的方法，其中所述外部护套和粉末芯的组合具有Fe和以重量％计的下列组分的合金组成：
C：约4.75至约5；
Cr：约17至约19；
Ni：约15至约19；
V：约1.25至约2.75；
Al：约0.75至约2.75；
Mn：约0.25至约2.25；和
Si：约0.1至约0.9。
20.权利要求17所述的方法，其中所述外部护套和粉末芯的组合具有Fe和以重量％计的下列组分的合金组成：
C：约4.76，Cr约18.09，Mn约1.03，Ni约17.2，Si约0.31，V约1.9，Al约1.92；
C：约5，Cr约11.9，Mn约1，Ni约17，Si约0.31，V约1.9，Al约1.9；或
C：约2.9，Cr约13.3，Mn约1，Ni约19，Si约0.23。
21.权利要求17所述的方法，其中在500-800℃之间加热至少24小时后，可以通过磁性厚度计测量涂层厚度，测量结果在30％标准偏差内。
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