CN111757947B - 机械合金化的金属热喷涂涂层材料和利用所述材料的热喷涂涂布方法 - Google Patents

机械合金化的金属热喷涂涂层材料和利用所述材料的热喷涂涂布方法 Download PDF

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Abstract

由含有机械合金化至过渡金属的含铝颗粒的热喷涂粉末材料制成的热喷涂涂层。所述涂层包括合金化至所述过渡金属的铝合金部分。所述热喷涂粉末由机械合金化至过渡金属的含铝颗粒制成。

Description

机械合金化的金属热喷涂涂层材料和利用所述材料的热喷涂 涂布方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C. § 119(e)要求在2017年12月15日提交的美国临时专利申请号62/599,409的优先权。其公开内容通过引用明确地以其整体并入本文。
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技术领域
本发明是具有改进的滑动和磨损性质的基于金属的热喷涂涂层，并且所述涂层由热喷涂粉末制成，所述热喷涂粉末包括一种或多种过渡金属（例如钼或钼和铬），其被机械合金化至金属基材料如铝或铝合金。还公开了涂布方法。
相关技术的描述
热喷涂涂层材料是已知的，并且通常是金属和/或陶瓷粉末材料。当用于形成热喷涂涂层时，这些粉末材料中的一些提供耐磨性和耐腐蚀性。
在材料例如钢、不锈钢、钛合金和镍合金的情况下，由于氯化物以及电偶的存在，可以观察到涂层材料的腐蚀。典型的腐蚀类型包括电化腐蚀、应力腐蚀开裂、大气腐蚀和水腐蚀，其可导致灾难性故障，例如涂层起泡和散裂。
磨损损坏通常由过度的摩擦力(高摩擦系数)和摩擦生热引起。该损坏可表现为金属转移和磨痕、极端的本体塑性变形、甚至断裂的形式。
金属粉末与过渡金属的机械合金化也是已知的，并且已经研究了数十年。然而，它们通常用于通过烧结固结处理来制造部件。使用过渡金属的机械合金化允许增加例如铝合金中的这样的过渡元素的浓度，这可以产生实际上的固溶体。
基于铝合金的粉末涂层也是已知的。这些包括耐磨粉末涂层材料。实例包括：Metco 601NS（其利用具有7%硅(Si)和40%聚酯的铝(Al)）和METCO® 320NS（其利用具有10%硅(Si)和20%六方氮化硼(hBN)的铝(Al)）。
使用基于铝合金的热喷涂粉末来产生用于间隙控制应用的耐磨涂层也是已知的。这些在由于设计意图或操作激增而导致旋转部件可能与涂层接触的情况下使用。这些涂层被设计成通过在密封区域提供间隙控制来最小化对旋转部件的磨损，同时最大化气体路径效率。这样的涂层通常结合了聚合物材料（如软的可剪切且耐热的聚酯与较高强度的可剪切合金(例如METCO® 601 NS或M610NS，其为Al-青铜+聚酯)）的所需性质。另一种涂层概念将Al-Si与hBN结合，其中陶瓷hBN相用于促进切削性能和提高耐温性(METCO® 320NS)。这些涂层适于对钢、镍合金或钛合金压缩机叶片、刀或迷宫式密封条的摩擦侵入。
然而，已知具有铝合金基体的耐磨涂层在暴露于海盐和充满湿气的环境时易受全面腐蚀(生成白色氢氧化铝)、循环腐蚀、起泡腐蚀以及应力腐蚀开裂损坏的影响。
还已知的是，对于用作轻量涡轮间隙控制涂层(耐磨层)的主要成分的铝合金，可以看到金属到金属的转移现象，在一些涡轮转子侵入条件下，通常导致在护罩材料(耐磨层)上产生的不期望的开槽或"擦伤"效应。术语"转移"在此是指铝合金附着并积聚在其他表面上的趋势，在这种情况下，涡轮叶片由钛或不锈钢合金制造。转移的其他常用工程术语是"磨伤"或"冷焊"或在更大且工业上重要的规模上的摩擦焊接。虽然对磨伤现象仅有部分了解，但是当与其他表面接触时，促进金属和合金磨伤的两个主要因素是(a)具有高化学活性的金属和合金和(b)具有低剪切模量和剪切强度的金属和合金(参见Buckley，DonaldH.，Journal of Colloid and Interface Science，58 (1)，第36-53页，1977年1月"Themetal-to-metal interface and its effect on adhesion and friction"，Buckley，Donald H.，Thin Solid Films，53 (3)，第271-283页，1978年9月"Tribologicalproperties of surfaces"，和Miyoshi，Kazuhia/Buckley，Donald H.，Wear，82 (2)，第197-211页，1982年11月"Tribological properties of silicon carbide in the metalremoval process")。这些文献中的每一个的全部公开内容通过引用并入本文。
较低剪切强度的铝及其合金将倾向于转移到较高强度的金属表面(例如，在用铝进行间隙控制的情况下，钛合金涡轮发动机叶片尖端)。铝和钛合金两者都具有高化学活性并且非常迅速地氧化。二者都在其表面上形成保护性氧化物层，这将倾向于抑制材料转移效应，但是当表面在摩擦接触时经历变形时，这些氧化物层被分裂并去除，尤其是在较软的、较低剪切强度的铝合金上。保护性氧化物层和其他吸附的气体层(例如水)的分裂通过将未保护的合金暴露于高应变率塑性变形、摩擦焊接和接触界面处的机械混合而有助于附着转移(磨伤)过程。这也已经通过观察金属在高真空下的摩擦行为而清楚地证明，其中氧化物层的形成和补充被抑制，并且没有保护性氧化物或吸附的气体层来防止转移和磨伤现象(参见Miyoshi，Kazuhisa，Buckley，Donald H，Wear，77，第2期，1982年4月，第253-264页"Adhesion and friction of transition metals in contact with non-metallic hardmaterials")。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。
在高速旋转涡轮转子叶片尖端(例如，100-400m/s尖端速度范围)的情况下，一旦转移的铝合金的块或粗糙部已经附着到相对的叶片尖端表面，其将充当叶片尖端的延伸并且在下一个叶片进入护罩的侵入步骤上在相对的耐磨表面上产生凹槽。结果是一旦在叶片尖端界面处或在转移层本身内的剪切应力变得太高，则铝合金的剪切变形和局部化、机械混合、发热、氧化、磨损、转移、进一步开槽和切割以及转移层的去除的动态过程。所得到的稳态机制是这些不同机制中的每一个之间的复杂平衡，其总体上由涡轮转子进入耐磨护罩的侵入条件确定。通常，低转子尖端速度条件(例如100-200m/s)有助于转移现象和开槽(擦伤)，其中铝合金转移速率高于通过尖端上的剪切切割应力去除它的速率；切割力引起的剪切应力不足以使摩擦焊接到叶片尖端金属的铝的界面断裂。开槽和擦伤现象的不期望的效果是，其增加了护罩和叶片尖端表面粗糙度二者，并且打开了尖端-护罩间隙，从而对涡轮密封效率产生负面影响。在侵入事件或发动机循环之后，随后将涡轮叶片尖端冷却到环境温度通常导致转移的铝由于热膨胀失配应力和在严重的变形过程期间赋予转移的铝层中的残余应力的松弛而使尖端断裂。这导致甚至更高的密封效率损失。护罩和叶片尖端两者的更平滑的表面对于提高密封效率和气体流动空气动力学是理想的。
为了减少开槽或擦伤现象，需要抑制金属到金属的转移过程。可以引入各种方法来实现这一点，最常见的是通过将固体润滑剂材料（如石墨或六方氮化硼(hBN)或其他类似材料）包含到涂层微结构中(参见S. Wilson The Future of Gas Turbine Technology，6th International Conference，17-18，2012年10月，比利时布鲁塞尔，Paper ID号51 "Thermally sprayed abradable coating technology for sealing in gas turbines")。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。这些在一定程度上有效地有帮助，但是作为金属到金属转移抑制剂稍微低效，因为它们仅能作为微结构上的大颗粒处理，其仅部分地和低效地润滑和保护暴露的铝合金基体。此外，虽然固体润滑剂如石墨和hBN是众所周知的抗粘材料，但它们也易燃(石墨)和易碎，并且倾向于抑制在热喷涂沉积过程中金属到金属结合的形成，结果微结构控制可能变得困难。
所使用的其他方法包括通过对叶片尖端表面上的材料进行微磨去除而将较硬的微结构相引入铝合金中，这有助于抑制铝转移到叶片尖端。这通常通过将铝合金的硅含量从亚共晶增加到近共晶组成来实现。硅的硬度为900-1000HV，并因此对较软的材料有研磨作用。然而，由于涡轮叶片磨损过多的风险，因此对于硅含量可增加多少存在限制。
导致本发明实施方案的另一种方法是通过在铝合金粉末颗粒表面上引入机械稳定的薄层来改性它们，其由具有高润滑性的材料制成，并且反过来有助于抑制金属到金属的转移效应(磨伤)。这里，具有高润滑性的固体薄层可能可以使用许多技术沉积到铝合金上，例如通过物理气相沉积(PVD，例如溅射涂布)、离子注入或激光加热(参见R.J. Rodrıguez, A. Sanz, A. Medrano, Ja. Garcia-Lorente Vacuum，第52卷，第1–2期，1999年1月1日，第187-192页“Tribological properties of ion implanted Aluminum alloys”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。然而，这些技术对于大规模生产涂层铝合金颗粒不是非常实用或经济上可行的。另一种方法是使用有机或无机粘结剂将细磨的一种或多种润滑材料包覆到铝合金颗粒上(参见J.R. Davis Handbook of Thermal SprayTechnology ASM International, 2004，第157页，“Material Production Techniquesfor Producing Unique Geometries of Compositions”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。然而，这种方法也是不实用的，因为细颗粒包覆层的附着取决于所用粘结剂的附着强度，该附着强度通常较弱并且受较高温度的影响。理想地，如果润滑材料层可以物理地焊接或合金化至颗粒的表面，则这将有助于它们的机械稳定性以用于热喷涂处理和流动两者、喷涂沉积，并且有助于它们在例如与涡轮叶片接触中作为机械稳定的润滑层的功能。一种方法是使用机械合金化技术将润滑材料颗粒的薄层合金化至铝合金颗粒。这可以使用众所周知的润滑材料如六方氮化硼或石墨来尝试，但是这些材料具有非常低的剪切强度并且不会焊接或合金化至颗粒表面。另一种方法是用润滑材料机械合金化该颗粒表面，该润滑材料也容易焊接到铝合金上。在这方面，钼金属是突出的材料，它具有良好的润滑性，并且容易与铝合金机械合金化(参见M. Zdujic, D. Poleti, Lj. Karanovic, K.F.Kobayashi, P.H. Shingu Materials Science and engineering, A185 (1994) 77-86“Intermetallic phases produced by the heat treatment of mechanically alloyedAl-Mo powders”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。
钼因其优异的润滑性而众所周知，并在滑动磨损和微振磨损应用中用于降低许多工程系统（例如汽车活塞环涂层）中的摩擦(参见V. Anand, S. Sampath, C.D. Davis,D.L. Houck US 5,063,021 “Method for preparing powders of nickel alloy andmolybdenum for thermal spray coatings”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。钼通常被引用为具有由高硬度赋予的优异磨损性质(参见M. Laribi, A.B. Vannes, D.Treheux Wear ，第262卷，第11–12期，2007年5月10日，第1330-1336页，”Study ofmechanical behavior of molybdenum coating using sliding wear and impacttests”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。事实上，块状状态的纯钼(由粉末烧结而成)的硬度对于"高耐磨"材料而言实际上非常软，硬度约230 HV (参见T.S. Srivatsan,B.G. Ravi, A.S. Naruka, L. Riester, M. Petraroli, T.S. Sudarshan, PowderTechnology 114, 2001. 136–144 “The microstructure and hardness of molybdenumpowders consolidated by plasma pressure compaction”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。已经表明，当将纯钼与青铜和/或Al12Si粉末和/或其混合物共混时，可以进一步改进钼基涂层的耐磨性。(参见J. Ahn, B. Hwang, S. Lee, Journal of ThermalSpray Technology，第14(2)卷，2005年6月-251 “Improvement of Wear Resistance ofPlasma-Sprayed Molybdenum Blend Coatings”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。当钼作为涂层(例如线材电弧、HVOF或等离子体)喷涂时，其趋于部分氧化，结果氧和氧化物包含物可使其显著硬化，从而容易产生600-950HV范围内的硬度，由此赋予改善的耐磨性(参见S. Tailor, A. Modi, S. C. Modi, J Therm Spray Tech，2018年4月，第27卷，第4期，第757–768页, “High-Performance Molybdenum Coating by Wire–HVOF ThermalSpray Process”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。
在较纯物中的低硬度、低氧含量状态和固有脆性（典型的耐火金属）使得这样的钼理想地用于机械研磨到非常细的亚微米粉末，而不需要高能量输入。使用高能研磨并随后进行固结处理（如压实和烧结）的元素铝和钼的合金化显示产生耐腐蚀过饱和铝合金。然而，这些产生块状材料的固结处理不能保持由高能球磨形成的耐腐蚀微结构(参见M.Zdujic, D. Poleti, Lj. Karanovic, K.F. Kobayashi, P.H. Shingu MaterialsScience and engineering, A185 (1994) 77-86 “Intermetallic phases produced bythe heat treatment of mechanically alloyed Al-Mo powders”和W.C. Rodriguesa,F.R. Mallqui Espinoza, L. Schaeffer, G. Knörnschild, Materials Research，第12卷，第2期，211-218, 2009 “A Study of Al-Mo Powder Processing as a Possible Wayto Corrosion Resistant Aluminum-Alloys”)。这些文献中的每一个的全部公开内容通过引用并入本文。还发现机械合金化随后高频感应加热烧结是生产在3.5% NaCl溶液中具有优异耐腐蚀性的含纳米晶体过渡金属的铝合金的可行技术(参见A.H. Seikh, M. Baig,H.R. Ammar, M. Asif Alam “The influence of transition metals addition on thecorrosion resistance of nanocrystalline Al alloys produced by mechanicalalloying”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。上述引用铝与过渡金属的机械合金化的参考文献由元素粉末组成，所述元素粉末被机械合金化和固结以产生具有更高强度和改进的耐腐蚀性和耐磨性的块状铝合金。
射频磁控溅射是另一种使用的方法，其中已经生产了具有不同钼含量的合金化的铝和钼的金属膜。通过将所生产的Al-Mo合金化金属膜浸入氯化物溶液中，与钼的合金化具有催化阴极半反应的作用，并产生快速增加的腐蚀电位，使临界孔蚀电位变为更电正性(参见W.C. Moshier, G.D. Davis, J.S. Ahearn, H.F. Hough “Corrosion Behavior ofAluminum-Molybdenum Alloys in Chloride Solutions”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。
铝-钼合金的优异耐腐蚀性也通过使用电沉积生产的合金的较高腐蚀电位来解释(参见T. Tsuda, C.L. Hussey, G.R. Stafford 2004 The Electrochemical Society“Electrodeposition of Al-Mo Alloys from the Lewis Acidic Aluminum Chloride-1-ethyl-3-methylimidazolium Chloride Molten Salt”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。其他研究已表明，含有过渡金属(例如钴和钼)和稀土(例如铈)金属合金的铝合金由于释放了作为腐蚀抑制剂的Ce、Co和/或Mo离子而表现出优异的耐腐蚀性(参见M.A.Jakab, J.R. Scully “Cerium, Cobalt and Molybdate Cation Storage States,Release and Corrosion Inhibition when delivered from Al-Transition Metal-RareEarth Metal Alloys”)。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。
通过热喷涂沉积的涂层的一种形式是耐腐蚀的耐磨铝合金，例如在C.W. Strock,M.R. Jaworoski, F.W. Mase，US公开申请2016/0251975A1 “Aluminum alloy coatingwith rare earth and transition metal corrosion inhibitors.”中公开的。该文献的全部公开内容通过引用并入本文。本申请描述了热喷涂铝合金涂层，其中通过渗透和/或通过使用大气等离子体共喷涂方法将稀土和过渡金属掺入到涂层中。
然而，上述现有技术公开中没有一个描述了具有改进的滑动和磨损性质的金属基热喷涂涂层，并且该涂层由热喷涂粉末制成，该热喷涂粉末包括一种或多种过渡金属（例如钼或钼和铬），其被机械合金化至金属基材料（例如铝或铝合金），或者描述使用该粉末的涂布方法。
发明内容
本发明包括铝基热喷涂涂层粉末，其包含一种或多种过渡金属（例如钼(Mo)和/或铬(Cr)），其已经与铝合金部件机械合金化，并且其可以用于形成可有利地具有改进的耐磨性和耐腐蚀性的耐磨涂层。
申请人已经发现，使用机械合金化的过渡金属(例如钼和铬)和铝合金粉末制备的铝合金基耐磨涂层表现出优异的耐腐蚀性-这被认为是另外的益处。据信，机械合金化粉末的热喷涂增强了喷涂粉末的合金化，使得所施加的涂层表现出优于由雾化的粉末制成的当前的热喷涂涂层的优异性质。
本发明的实施方案包括具有改进的滑动和磨损性质的金属基热喷涂涂层，其中通过将金属粉末与一种或多种过渡金属机械合金化来制备涂层材料。涂层材料的实施方案包括纯的或合金化的铝，例如99%纯的铝，如METCO® 54NS或纯度大于98%或更大的铝。在其他实例中，纯度可为90%或更大或95%或更大。一种或多种过渡金属的实施方案包括钼、铬、锆、钛、硅及其混合物。
本发明还涉及由含有机械合金化至过渡金属的含铝颗粒的热喷涂粉末材料制成的热喷涂涂层，所述涂层包含合金化至过渡金属的铝合金部分。
非限制性实施方案包括含铝颗粒，该含铝颗粒各自包括铝或铝合金芯，其被机械合金化至所述芯的过渡金属包围。热喷涂粉末可以包括与含铝颗粒共混或混合或包覆其的有机材料或固体润滑剂。含铝颗粒可包括纯铝的芯。含铝颗粒可包括铝合金的芯。
过渡金属可为以下中的至少一种：钼、铬、和/或钼和铬。过渡金属可以仅为钼。过渡金属可以仅为铬，或者可以仅为Mo和Cr二者。机械合金化的过渡金属的粒度为低于50μm(Fisher Model 95 Sub-Sieve Sizer (FSSS)测量)，或低于10μm (FSSS测量)，或低于1μm(FSSS测量)中的一种。
本发明还包括含有机械合金化至过渡金属的含铝颗粒的热喷涂粉末涂层材料。在非限制性实施方案中，含铝颗粒各自包括铝或铝合金芯，其被机械合金化至所述芯的过渡金属包围。热喷涂粉末可以包括与含铝颗粒共混或混合或包覆其的有机材料或固体润滑剂。含铝颗粒可包括纯铝的芯。含铝颗粒可包括铝合金的芯。
过渡金属可为钼、铬中的至少一种，和/或可以包括Mo和Cr二者。过渡金属可以仅为钼。过渡金属可以仅为铬或Mo和Cr二者。机械合金化的过渡金属的粒度为低于50μm(FSSS测量)，或低于10μm (FSSS测量)，或低于1μm (FSSS测量)中的一种。
含铝颗粒可与20-70重量%的有机材料共混或用其包覆。含铝颗粒可与30-50重量%的有机材料共混或用其包覆。有机材料是聚酯（如液晶聚酯）或聚合物（如甲基丙烯酸甲酯）中的一种。含铝颗粒可与5-50重量%的固体润滑剂共混或用其包覆。含铝颗粒可与15-25重量%的固体润滑剂共混或用其包覆。固体润滑剂可为以下之一：六方氮化硼；或氟化钙。
本发明还提供了用上述的热喷涂粉末涂层材料涂布基材的方法，其中该方法包括将粉末材料热喷涂到基材上，其中热喷涂包括：等离子体喷涂；高速氧燃料(HVOF)；或燃烧喷涂。
本发明还提供了制备上述的热喷涂粉末涂层材料的方法，其中该方法包括将过渡金属机械合金化至含铝粉末颗粒上。在实施方案中，过渡金属是钼。过渡金属可为铬或Mo和Cr二者。机械合金化的过渡金属可具有以下之一的粒度：低于50μm (FSSS测量)，或低于10μm (FSSS测量)，或低于1μm (FSSS测量)。
含铝粉末颗粒可以与有机材料共混或用其包覆。粉末颗粒可以与以下之一共混或用其包覆：聚酯，例如液晶聚酯；或聚合物，例如甲基丙烯酸甲酯。粉末颗粒可以与固体润滑剂共混或混合或用其包覆。
本发明还提供了由含有机械合金化至钼(Mo)和/或铬(Cr)的含铝颗粒的热喷涂粉末材料制成的热喷涂耐磨涂层，所述涂层包含合金化至Mo和/或Cr的铝合金部分。含铝颗粒可各自包括铝或铝合金芯，其被机械合金化至所述芯的Mo金属包围。热喷涂粉末材料可以包括与含铝颗粒共混或混合或包覆其的有机材料或固体润滑剂。
本发明还提供了包括机械合金化至钼(Mo)和/或Cr的含铝颗粒的热喷涂粉末耐磨涂层材料。含铝颗粒可各自包括铝或铝合金芯，其被机械合金化至所述芯的Mo和/或Cr金属包围。热喷涂粉末耐磨涂层材料可包括与含铝颗粒共混或混合或包覆其的有机材料或固体润滑剂。
本发明还包括含有机械合金化至过渡金属的含铝颗粒的热喷涂粉末涂层材料，所述过渡金属是Mo或Mo和Cr。在非限制性实施方案中，含铝颗粒各自包括铝或铝合金芯，其被机械合金化至所述芯的过渡金属包围。热喷涂粉末还包括与含铝颗粒共混或混合或包覆其的Si。组合物是列于下述表B中的第2-6项之一。含铝颗粒可包括纯铝的芯。含铝颗粒可包括铝合金的芯。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明了本发明的实施方案，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1显示具有铝芯和机械合金化至该芯的过渡金属的示例性粉末涂层颗粒；
图2显示如何可通过将图1的涂层颗粒与合成树脂材料（如聚酯）的颗粒结合或混合来制备涂层材料；
图3显示具有铝和硅的芯以及具有机械合金化至该芯的过渡金属的示例性粉末涂层颗粒；
图4显示如何可通过将图3的涂层颗粒与合成树脂材料（如聚酯）的颗粒结合或混合来制备涂层材料；
图5显示Al 12S1涂层部分的第一尺度下的SEM照片，并说明被钼过渡金属包围的铝颗粒(较浅阴影的包围颗粒)，并显示聚酯颗粒(较深阴影)；
图6显示Al 12S1涂层部分的第二尺度下的SEM照片，并说明被过渡金属(标记的)包围的芯颗粒(标记的)，并显示聚酯颗粒(标记的)；
图7显示Al 12S1涂层部分的SEM照片，并说明被钼过渡金属包围的标记的铝颗粒(较浅阴影的包围颗粒)和标记显示聚酯颗粒(较深阴影)；
图8显示比较在特定条件下经受耐磨性的表B的组合物1-6的图表；
图9显示表B的组合物1的磨损痕迹轮廓；
图10显示表B的组合物2的磨损痕迹轮廓；
图11显示表B的组合物3的磨损痕迹轮廓；
图12显示表B的组合物4的磨损痕迹轮廓；
图13显示表B的组合物5的磨损痕迹轮廓；
图14显示表B的组合物6的磨损痕迹轮廓；
图15显示列出用于耐磨性测试的五个条件的图表；
图15A显示组合物1的耐磨性的图表；
图15B显示组合物2的耐磨性的图表；
图15C显示组合物3的耐磨性的图表；
图15D显示组合物4的耐磨性的图表；
图16显示比较在特定条件下经受浸渍测试的表B的组合物1-4的图表；
图17显示在浸渍测试之后用组合物1制备的涂层的横截面；
图18显示在浸渍测试之后用组合物3制备的涂层的横截面；以及
图19显示用组合物5制备的涂层的不同尺度的两个横截面。
具体实施方式
以下详细描述通过实例而非限制的方式说明本公开的原理。本说明书将清楚地使本领域技术人员能够制造和使用本公开，并且描述了本公开的若干实施方案、修改、变化、替代和使用，包括目前被认为是执行本公开的最佳模式的那些。应当理解，附图是本公开的示例性实施方案的图解和示意性表示，并且不限制本公开，它们也不一定按比例绘制。
从以下结合附图考虑的描述中，将理解作为本公开的特征的新颖特点，关于其结构和操作方法两者，连同其进一步的目的和优点，其中通过实例的方式说明本公开的实施方案。然而，应当清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并且它们不旨在作为对本公开的限制的定义。
在以下描述中，将参考附图描述本公开的各种实施方案。根据需要，本文讨论了本公开的详细实施方案；然而，应当理解，所公开的实施方案仅仅是本公开的实施方案的实例，本公开的实施方案可以以各种形式和替代形式来实施。附图不一定是按比例的，并且一些特点可能被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本公开的代表性基础。
本文所示的细节仅作为实例并且出于本公开的实施方案的说明性讨论的目的，并且为了提供被认为是本公开的原理和概念方面的最有用和容易理解的描述而呈现。在这方面，除了对于本公开的基本理解所必需的之外，没有试图更详细地显示本公开的结构细节，使得结合附图的描述使得对于本领域技术人员，如何在实践中实施本公开的形式是显而易见的。
如本文所用，单数形式"一"、"一个"和"该"包括复数指代，除非上下文另外清楚地指明。例如，提及一种"粉末材料"也将意指一种或多种粉末材料的混合物可以存在，除非明确排除。如本文所用，不定冠词"一"表示一个以及多于一个，并且不必将其所指名词限制为单数。
除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的所有表示数量的数字应理解为在所有实例中由术语"约"修饰。因此，除非相反地指出，否则说明书和权利要求书中所阐述的数值参数是近似值，其可根据本公开的实施方案寻求获得的期望性质而变化。至少，并且不应被认为是试图限制权利要求范围的等同原则的应用，每个数值参数应根据有效数字的数值和普通的舍入惯例来解释。
另外，本说明书中数值范围的叙述被认为是该范围内的所有数值和范围的公开(除非另外明确指出)。例如，如果范围为约1至约50，则认为其包括例如1、7、34、46.1、23.7，或该范围内的任何其他值或范围。
如本文所用，术语"约"和"大约"表示所讨论的量或值可为指定的特定值或其附近的一些其他值。通常，表示某个值的术语"约"和"大约"旨在表示该值的±5%内的范围。作为一个实例，短语"约100"表示100±5的范围，即95-105的范围。通常，当使用术语"约"和"大约"时，可以预期，在所指的值的±5%的范围内可以获得根据本公开的类似结果或效果。
如本文所用，术语"和/或"表示所述组的所有元素或仅多个元素之一可以存在。例如，"A和/或B"应指"仅A，或仅B，或A和B二者"。在"仅A"的情况下，该术语还涵盖了B不存在的可能性，即"仅A，而没有B"。
术语"至少部分地"旨在表示在一定程度上或完全地满足以下性质。
术语"基本上"和"主要"用于表示以下特点、性质或参数被完全(全部)实现或满足，或者在不会不利地影响预期结果的主要程度上实现或满足。
如本文所用的术语"包括"旨在是非排他性的和开放式的。因此，例如包含化合物A的组合物可以包括除A以外的其他化合物。然而，术语"包含"也涵盖"主要由……组成"和"由……组成"的更限制性的含义，使得例如"包含化合物A的组合物"也可(主要)由化合物A组成。
除非有相反的具体说明，否则本文所公开的各种实施方案可以单独使用或以各种组合使用。
本发明是具有改进的滑动和磨损性质的金属基热喷涂涂层，其中涂层材料由包括一种或多种过渡金属的机械合金化的金属粉末制成。还公开了涂布方法。
本发明的一个实施方案是耐磨热喷涂涂层粉末，其由图1中所示类型的粉末颗粒制成，并且其表现出改善的切削性能，并且旨在消除对部件的磨损损坏，所述部件例如钛合金压缩机叶片(例如在航空发动机或陆基燃气轮机或蒸汽轮机的压缩机部分中使用的那些)；以及钢基压缩机叶片(航空发动机或陆基燃气轮机或蒸汽轮机的压缩机部分)。
耐磨密封可特别受益于本发明的涂层。这样的密封用于涡轮机中以减小旋转部件例如叶片和迷宫式密封刀口与发动机壳体之间的间隙。通过允许设计者通过消除灾难性的叶片/壳体摩擦的可能性来减小间隙安全裕度，减小的间隙改善了涡轮发动机的效率并降低了燃料消耗。压缩机密封通过将耐磨涂层施加到发动机的静止部件，旋转部件(叶片、刀)摩擦涂层而产生。
通过使用图1中所示的粉末材料在上述部件上形成耐磨涂层，人们应该预期看到减少的磨伤以及减少所谓的叶片粘着的倾向。
这种材料的一个附带益处是改善了的腐蚀性能。如上所述，铝合金基耐磨涂层易受一般腐蚀、循环腐蚀(生成白色氢氧化物)、起泡腐蚀以及应力腐蚀开裂损坏的影响，尤其是在海盐湿气环境中。然而，根据本发明，已经证明，使用机械合金化的过渡金属(例如钼和铬)制备的铝合金基耐磨涂层表现出优异的耐腐蚀性-这被看作是额外的益处。
本发明涂层耐磨性的改进也已经得到证实，特别是在经受来自一些现象（如腐蚀、磨伤、微振磨损和整体滑动磨损）的损坏的压缩机叶片的情况下。本发明提供改进的耐磨性的典型涂层包含：铝基材料(METCO® 54NS，METCO® 52C-NS，Amdry355)，钛基材料(纯钛和合金粉末，可从Oerlikon Metco portfolio获得)，镁基和铜基材料(DIAMALLOY® 1007，METCO® 445，METCO® 51F-NS，DIAMALLOY® 54，METCO® 57 NS，METCO® 58 NS)。这些热喷涂涂层材料易受本发明的实施方案不会受到的磨损损坏。
再次参考图1，人们可以看出将形成热喷涂涂层材料的粉末颗粒1包括涂布有过渡金属3（例如Mo和/或Cr）的铝芯2。通过机械合金化将更细或更小尺寸颗粒形式的过渡金属3涂布到芯2上。机械合金化已经被证明是在粉末颗粒上产生表面层的有效且低成本的合金化方法。
通过采用热喷涂增强芯2和过渡金属3的合金化。当上述机械合金化的粉末材料经受热喷涂时，来自等离子体喷涂的能量输入部分地熔化金属颗粒并使其与过渡金属形成合金(快速凝固溶液)。这是因为这些元素在低于铝的熔点(例如661℃)和铝硅合金的熔点的温度下在给定的金属基体(例如Al)中具有极低的溶解度。因此，涂层采用两阶段合金化方法。在第一阶段，通过机械合金化方法使过渡金属（如Mo和/或Cr）的细颗粒与金属颗粒（如Al）的外表面机械合金化，这导致金属颗粒具有被机械合金化的过渡金属薄外层包围的金属或金属合金的芯。当这样的粉末颗粒经受例如来自等离子体喷涂的热能时，该热能使金属颗粒与过渡金属薄层熔化。当这样的颗粒沉积为涂层时，它们形成类似于图5和图6中所示的合金部分的涂层。
由于高熔点过渡金属与显著较低熔点的铝芯的非常低的溶解度，因此用于涂布颗粒芯的过渡元素的量保持实用上尽可能低是必要的，以便使用由热喷涂等离子体提供的热能来帮助过渡金属溶解到芯颗粒的表面中。芯上的过渡元素层太厚或由太粗的颗粒构成，将趋于产生太硬和太耐磨而不能用作耐磨件的合金或复合材料。
因此，当机械合金化的颗粒通过等离子体的高温羽流喷射(plume jet)时，热喷涂是增强进一步合金化的有效方式。因此，人们可以将机械合金化视为芯2和过渡金属3的第一阶段合金化，并将热喷涂视为芯2和过渡金属3的第二阶段或最终阶段合金化，以产生固溶体或部分过饱和固溶体。
参考图2，人们可以看出颗粒1可以与聚合物（如聚酯）的颗粒10混合。该混合物的非限制性重量百分比可为约40重量%的聚合物和余量的机械上允许的粉末。然后，可以将该混合粉末等离子体喷涂到基材上以形成涂层。
参考图3，人们可以看出，将形成热喷涂涂层材料的颗粒1'也可以包括具有离散的硅4'部分的铝芯2'，并且该芯涂布有过渡金属3'，例如Mo和/或Cr。过渡金属3'通过机械合金化涂布在芯2'/4'上。机械合金化已经被证明是在粉末颗粒上产生表面层的有效且低成本的合金化方法。
参考图4，人们可以看出颗粒1'可以与聚合物（如聚酯）的颗粒10混合。该混合物的非限制性重量百分比可为约40重量%的聚合物和余量的机械上允许的包括Si的粉末。
已经用可获得的Al 12Si基涂层粉末(具有类似于图3的构造)进行了实验，该涂层粉末被改性以便与含钼固溶体合金机械合金化。Al 12Si中硅的存在允许Mo与Si反应以形成硅化钼。该热喷涂涂层表现出改善的耐磨性和耐腐蚀性。
还进行了实验以研究用于低压压缩机(LPC)部分部件（即涡轮发动机的LPC中使用的部件）的耐磨涂层粉末组合物。目的是提出这样的热喷涂粉末组合物，其表现出优于先前描述的Oerlikon Metco涂层的组合物的改进的耐磨性能和耐腐蚀性。在LPC部分中观察到的典型温度在最大值350℃的范围内，但在下一代涡轮发动机中可能超过该范围。
分析以下热喷涂粉末材料：
实例A-包括7重量%的Si、3重量%的Mo、3重量%的Cr、40重量%聚合物，以及余量为Al。
实例B-包括6重量%的Si、2.7重量%的Mo、2.7重量%的Cr、46重量%聚合物，以及余量为Al。
实例C-包括7重量%的Si、6重量%的Mo、40重量%聚合物，以及余量为Al。
实例D-包括7重量%的Si、1重量%的Mo、1重量%的Cr、40重量%聚合物，以及余量为Al。
使用机械合金化(球磨)机制备上述实验粉末。将铝硅合金雾化的粉末与一种或多种过渡金属或其混合物一起研磨。过渡金属(钼和铬)具有小于10μm的fisher sub sievesizer (FSSS)粒度。
然后将实例A-D与不同的材料比较：如Metco 601NS: Al 7Si 40 Polyester、Metco 320NS: Al 10Si 20hBN和Metco 52C-NS: Al 12Si。
如下使用实例A-D以形成耐磨涂层。将耐磨粉末A-D沉积在Metco 450NS (NiAl)的粘结涂层上，之后将该粘结涂层施加到不锈钢(17-4PH)或钛合金基材上。所有的粘结涂层被喷涂至150-200 µm之间的厚度，并且耐磨涂层的每个顶涂层被喷涂至2.0mm的总涂层厚度，然后被研磨。所有测试都在研磨表面上进行，并且没有进行进一步的表面制备。对于每种粉末类型，制备一些试样用于硬度、金相学、腐蚀、结合强度和侵入(耐磨性)测试。
将对示例性涂层A-D进行的不同测试与上述Metco产品进行比较，并发现产生具有优异和改进性质的涂层。这些性质包括改善的耐磨性(减少的磨伤和叶片粘着以及没有钛合金叶片磨损)和耐腐蚀性(NaCl湿腐蚀环境)。其他细节可参见下文讨论的表A中所列的实例。
这样的实验的结果证明，过渡金属与金属基合金粉末的机械合金化增加了这些元素在不同金属基体(例如铝)中的溶解度。这样的合金粉末的热喷涂增强了合金化和溶解性，进一步导致改善的滑动和整体磨损和腐蚀性能。这些改进对于铝基耐磨涂层得到证实，其中发现当被钛合金压缩机叶片摩擦时，这样的涂层的切削性能非常优于本文所述的现有铝基耐磨涂层的切削性能。还发现使用由含过渡金属的机械合金化粉末制成的金属耐磨涂层降低本发明的耐磨涂层的磨伤行为并降低所谓的叶片粘着的倾向。另一个证明的附带益处是铝合金基耐磨涂层的改善的腐蚀性能，其通常易受一般腐蚀(生成白色氢氧化铝)、循环腐蚀、起泡腐蚀以及应力腐蚀开裂损坏影响，尤其是在海盐湿气环境中。证明了使用含有铝合金粉末的机械合金化的过渡金属(例如钼和铬)制备的铝合金基耐磨涂层表现出优异的耐腐蚀性。
实例A
由金属颗粒1'和聚合物颗粒10'制成的粉末涂层材料，其中颗粒1'与颗粒10'共混。颗粒1'具有由7重量%的Si (Si部分4')和余量Al制成的芯2'。过渡金属3'由3重量%的Mo和3重量%的Cr制成。颗粒10'由40重量%的聚合物构成。颗粒1'的尺寸在11μm-150μm之间的范围内。颗粒10'的尺寸在45μm-150μm之间的范围内。
实例B
由颗粒1'与颗粒10'共混制成的粉末涂层材料，其中颗粒1'具有由6重量%的Si(Si部分4')和余量Al制成的芯2'。过渡金属3'由2.7重量%的Mo和2.7重量%的Cr制成。颗粒10'由46重量%的聚合物构成。颗粒1'的尺寸在11μm-150μm之间的范围内。颗粒10'的尺寸在45μm-150μm之间的范围内。
实例C
由颗粒1'与颗粒10'共混制成的粉末涂层材料，其中颗粒1'具有由7重量%的Si(Si部分4')和余量Al制成的芯2'。过渡金属3'由6重量%的Mo制成。颗粒10'由40重量%的聚合物构成。颗粒1'的尺寸在11μm-150μm之间的范围内。颗粒10'的尺寸在45μm-150μm之间的范围内。
实例D
由颗粒1'与颗粒10'共混制成的粉末涂层材料，其中颗粒1'具有由7重量%的Si(Si部分4')和余量Al制成的芯2'。过渡金属3'由1重量%的Mo和1重量%的Cr制成。颗粒10'由40重量%的聚合物构成。颗粒1'的尺寸在11μm-150μm之间的范围内。颗粒10'的尺寸在45μm-150μm之间的范围内。
表A
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其他实例
通过摩擦研磨方法将气体雾化的近共晶铝硅粉末与亚微米的细纯钼(例如1.0重量%)和纯铬粉末(例如1.0重量%)机械合金化，导致钼层和铬层机械合金化至粉末表面上。接着，制备机械合金化的Al12Si-Mo-Cr与聚酯填料(40重量%)的机械共混物，然后使用APS或HVOF或燃烧喷涂使该粉末材料经受热喷涂。
使用大气等离子体喷涂将不同的组合物(下面指定)喷涂到17-4PH基材上，并测试涂层以发现耐磨性(对TiAl6V4叶片对应物的低磨损、低叶片粘着，即从涂层到叶片尖端的材料转移)、耐侵蚀性(耐外来物体损坏冲击)和耐湿腐蚀性(在湿腐蚀介质如NaCl中耐起泡裂纹)功能性之间的最佳状态。
1. Al12Si (气体雾化的)和40重量%聚酯的机械共混物
2. Al12Si-0.5Mo-0.5Cr (机械合金化的)和40重量%聚酯的机械共混物
3. Al12Si-1.0Mo-1.0Cr (机械合金化的)和40重量%聚酯的机械共混物
4. Al12Si-2.0Mo-2.0Cr (机械合金化的)和40重量%聚酯的机械共混物
5. Al12Si-5.0Mo-5.0Cr (机械合金化的)和40重量%聚酯的机械共混物
6. Al12Si-10.0Mo (机械合金化的)和40重量%聚酯的机械共混物。所施加的组合物6的SEM横截面在图7中显示。
使上述涂层经受转子侵入测试，其根据叶片尖端速度(高达500m/s)和叶片进入耐磨涂层的侵入速率(高达2,000μm/s)再现发动机摩擦条件。侵入测试装备包括转子、可移动样品台和加热装置，如专利US 7,981,530中所述。结果中以总侵入深度的百分比显示叶片磨损。正值描述磨损，而负值显示从护罩到叶片尖端的转移。因此，值100显示不侵入涂层，但结果为总的叶片磨损。通过测量进入耐磨涂层的实际侵入深度除以设定的要达到的侵入深度来计算过度渗透。使用垂直于耐磨涂层磨损轨迹的触觉轮廓测定法(Mahr-PerthenPerthometer PRK表面轮廓仪)测量摩擦后的表面粗糙度。
来自侵入耐磨性和腐蚀测试的不同数据记录在表B (如下所示)中并示于图8至图15D中。从耐磨性测试结果人们可以观察到，用于与气体雾化的Al12Si机械合金化的过渡金属水平的增加导致较低的摩擦后表面粗糙度和相关的过度渗透。这证实了使用与铝合金机械合金化的过渡元素（如钼和铬）允许降低铝合金在摩擦事件中附着和积聚在叶片尖端上的固有倾向，导致降低的叶片粘着并致使如前所述的"擦伤"效应。
表B
Figure DEST_PATH_IMAGE006
*侵入条件：200 m/s叶片尖端速度，150μm/s侵入速率，室温，0.7mm叶片尖端厚度。
一些上述涂层也经受浸渍测试(在40℃下，具有5重量%的NaCl的水)并在图16中说明。对于不同的组合物，在加热至40℃的具有5重量%的NaCl的水中进行一些浸渍测试200小时。从测试后的玻璃检查中，对于使用与过渡金属（如铬和钼）机械合金化的Al12Si的涂层，没有观察到氢氧化铝的形成，而基准Al12Si-聚酯涂层显示在玻璃中高浓度的氢氧化铝。测试后的涂层检查显示，对于使用与过渡金属（如铬和钼）机械合金化的Al12Si的涂层，在涂层表面上没有形成腐蚀产物，并且没有表面粗糙度增加(参见图18)。然而，基准Al12Si-聚酯涂层由于腐蚀产物的形成和所得的起泡裂纹而表现出显著的表面粗糙度增加(参见图17)。
图19显示表B的涂层5在两个尺度下的SEM和EDS分析，并说明涂层中的机械合金化的固溶体相的部分。
表B的上述涂层2-6由铝硅聚合物粉末制成，该铝硅聚合物粉末产生用于间隙控制应用的耐磨涂层，在间隙控制应用中，由于设计意图或操作激增，旋转部件可能成为与涂层接触。将涂层设计成通过在密封区域提供间隙控制使对旋转部件的磨损最小化，同时使气体路径效率最大化。
该粉末产生具有优异摩擦特征的涂层，即它们可以提供耐磨性、耐腐蚀性和硬度这些希望的性质之间的最佳平衡。它们可被特别设计以满足当前燃气轮机原始设备制造商(OEM)对于间隙控制涂层的规格。表B中的这样的涂层2-6由最好使用大气等离子体喷涂方法施加的粉末材料制成。典型的用途和应用包括用于航空航天涡轮发动机低压压缩机、汽车和工业涡轮增压器的轻量间隙控制涂层。耐磨涂层可用于在高达325℃(615℉)的工作温度下抵抗无尖端的钛合金和镍合金以及钢叶片，并且还可用于抵抗无尖端的铝合金径向叶轮叶片。它们可以具有不规则的圆形形态，并包括Metco 601NS的一个或多个特点/性质，其通过引用以其整体并入本文。
其他实例/可能的用途
通过摩擦研磨方法将气体雾化的近共晶铝硅粉末与亚微米的细纯钼和纯铬粉末机械合金化，其中将钼层和铬层机械合金化至粉末表面上。可为表B的组合物2-6中的任何的该组合物用于制造线材，并且使用线材喷涂(电弧或燃烧)方法使线材经受热喷涂。该涂层可以用作耐磨涂层和/或耐腐蚀铝合金涂层。
此外，至少因为本发明在此以使得人们能够制造和使用本发明的方式公开，所以，由于特定示例性实施方案的公开（例如诸如为了简单或效率），本发明可以在没有在本文中没有具体公开的任何附加元件或附加结构的情况下实践。
注意，上述实例仅出于解释的目的而提供，并且绝不被解释为限制本发明。尽管已经参考示例性实施方案描述了本发明，但是应当理解，本文使用的词语是描述性和说明性的词语，而不是限制性的词语。在所附权利要求书的范围内，如当前所述和修改的，可以进行改变，而不偏离在本发明各方面中其范围和精神。尽管本发明在此已经参考特定的方式、材料和实施方案进行了描述，但是本发明不旨在限于本文公开的细节；相反，本发明扩展到所有功能上等同的结构、方法和用途，例如在所附权利要求的范围内。

Claims (45)

1.热喷涂涂层，所述热喷涂涂层由机械合金化至过渡金属钼(Mo)或铬(Cr)或Mo和Cr的组合的含铝颗粒制成，所述涂层包含合金化至所述过渡金属的铝或铝合金部分，其中所述含铝颗粒各自包含铝芯或铝合金芯，所述铝芯或铝合金芯被机械合金化至所述芯的过渡金属包围。
2.权利要求1所述的涂层，其中所述热喷涂涂层由以下制成：
与所述含铝颗粒共混或混合或包覆其的有机材料；或
与所述含铝颗粒共混或混合或包覆其的固体润滑剂。
3.权利要求1所述的涂层，其中所述含铝颗粒包含纯铝的芯。
4.权利要求1所述的涂层，其中所述含铝颗粒包含铝合金的芯。
5.权利要求1所述的涂层，其中所述过渡金属仅为钼。
6.权利要求1所述的涂层，其中所述过渡金属仅为铬。
7.权利要求1所述的涂层，其中所述过渡金属仅为钼和铬的混合物。
8.权利要求1所述的涂层，其中所述机械合金化的过渡金属具有以下粒度：
低于50μm，Fisher Model 95 Sub-Sieve Sizer测量。
9.权利要求8所述的涂层，其中所述机械合金化的过渡金属具有以下粒度：
低于10μm，Fisher Model 95 Sub-Sieve Sizer测量。
10.热喷涂粉末涂层材料，所述材料包含机械合金化至过渡金属钼(Mo)或铬(Cr)或Mo和Cr的组合的含铝颗粒，其中所述含铝颗粒各自包含铝芯或铝合金芯，所述铝芯或铝合金芯被机械合金化至所述芯的过渡金属包围。
11.权利要求10所述的材料，其中所述热喷涂粉末包含与所述含铝颗粒共混或混合或包覆其的有机材料或固体润滑剂。
12.权利要求10所述的材料，其中所述含铝颗粒包含纯铝的芯。
13.权利要求10所述的材料，其中所述含铝颗粒包含铝合金的芯。
14.权利要求10所述的材料，其中所述过渡金属仅为钼。
15.权利要求10所述的材料，其中所述过渡金属仅为铬。
16.权利要求10所述的材料，其中所述过渡金属仅为钼和铬的混合物。
17.权利要求10所述的材料，其中所述机械合金化的过渡金属具有以下之一的粒度：
小于1μm；或
1μm-10μm之间。
18.权利要求10所述的材料，其中所述含铝颗粒：
与20-70重量%的有机材料共混；或
用20-70重量%的有机材料包覆。
19.权利要求18所述的材料，其中所述含铝颗粒：
与30-50重量%的有机材料共混；或
用30-50重量%的有机材料包覆。
20.权利要求18所述的材料，其中所述有机材料是以下之一：
芳族聚酯；
液晶聚酯；或
甲基丙烯酸甲酯。
21.权利要求18所述的材料，其中所述有机材料是聚合物。
22.权利要求10所述的材料，其中所述含铝颗粒：
与5-50重量%的固体润滑剂共混；或
用5至50重量%的固体润滑剂包覆。
23.权利要求10所述的材料，其中所述含铝颗粒：
与15-25重量%的固体润滑剂共混；或
用15至25重量%的固体润滑剂包覆。
24.权利要求22或23所述的材料，其中所述固体润滑剂是以下之一：
六方氮化硼；或
氟化钙。
25.权利要求10所述的材料，其中所述机械合金化的过渡金属具有小于10μm的粒度。
26.用权利要求10的热喷涂粉末涂层材料涂布基材的方法，所述方法包括：
将所述粉末材料热喷涂到所述基材上，
其中热喷涂包括：
等离子体喷涂；
燃烧喷涂；或
电弧线材喷涂。
27.制备权利要求10所述的热喷涂粉末涂层材料的方法，所述方法包括：
将过渡金属机械合金化至含铝的粉末颗粒上，
其中所述过渡金属为钼、铬或钼和铬二者。
28.权利要求27所述的方法，其中所述机械合金化的过渡金属具有以下粒度：
低于50μm Fisher Model 95 Sub-Sieve Sizer测量。
29.权利要求27所述的方法，所述方法还包括将所述含铝粉末颗粒与有机材料共混或用其包覆。
30.权利要求27所述的方法，所述方法还包括与以下中的一种共混或用其包覆所述粉末颗粒：
聚酯；或
聚合物。
31.权利要求27所述的方法，所述方法还包括使所述粉末颗粒与固体润滑剂共混或混合。
32.权利要求27所述的方法，其中所述机械合金化利用：
摩擦研磨；
在预定气氛条件下球磨；
在惰性气体环境下球磨；
在预定气氛条件下低温研磨；以及
在惰性气体环境下低温研磨。
33.权利要求28所述的方法，其中所述机械合金化的过渡金属具有低于10μm FisherModel 95 Sub-Sieve Sizer测量的粒度。
34.用权利要求10的热喷涂粉末涂层材料涂布基材的方法，所述方法包括：
将所述粉末材料热喷涂到所述基材上，
其中热喷涂包括高速氧燃料(HVOF)。
35.权利要求27所述的方法，所述方法还包括与以下中的一种共混或用其包覆所述粉末颗粒：
液晶聚酯；或
甲基丙烯酸甲酯。
36.可热喷涂的粉末材料，所述材料含有聚酯和含铝颗粒，所述含铝颗粒被机械合金化至过渡金属钼(Mo)和铬(Cr)，所述涂层包含合金化至Mo和Cr的铝合金部分，其中所述含铝颗粒各自包含铝芯或铝合金芯，所述铝芯或铝合金芯被机械合金化至所述芯的过渡金属包围，其中所述粉末包含以下组成：
其量为40重量%的聚酯；
其量为0.5重量%的Mo；
其量为0.5重量%的Cr；
其量为12重量%的硅(Si)；以及
余量为铝(Al)。
37.可热喷涂的粉末材料，所述材料含有聚酯和含铝颗粒，所述含铝颗粒被机械合金化至过渡金属钼(Mo)和铬(Cr)，所述涂层包含合金化至Mo和Cr的铝合金部分，其中所述含铝颗粒各自包含铝芯或铝合金芯，所述铝芯或铝合金芯被机械合金化至所述芯的过渡金属包围，其中所述粉末包含以下组成：
其量为40重量%的聚酯；
其量为1重量%的Mo；
其量为1重量%的Cr；
其量为12重量%的硅(Si)；以及
余量为铝(Al)。
38.可热喷涂的粉末材料，所述材料含有聚酯和含铝颗粒，所述含铝颗粒被机械合金化至过渡金属钼(Mo)和铬(Cr)，所述涂层包含合金化至Mo和Cr的铝合金部分，其中所述含铝颗粒各自包含铝芯或铝合金芯，所述铝芯或铝合金芯被机械合金化至所述芯的过渡金属包围，其中所述粉末包含以下组成：
其量为40重量%的聚酯；
其量为2重量%的Mo；
其量为2重量%的Cr；
其量为12重量%的硅(Si)；以及
余量为铝(Al)。
39.可热喷涂的粉末材料，所述材料含有聚酯和含铝颗粒，所述含铝颗粒被机械合金化至过渡金属钼(Mo)和铬(Cr)，所述涂层包含合金化至Mo和Cr的铝合金部分，其中所述含铝颗粒各自包含铝芯或铝合金芯，所述铝芯或铝合金芯被机械合金化至所述芯的过渡金属包围，其中所述粉末包含以下组成：
其量为40重量%的聚酯；
其量为5重量%的Mo；
其量为5重量%的Cr；
其量为12重量%的硅(Si)；以及
余量为铝(Al)。
40.可热喷涂的粉末材料，所述材料含有聚酯和含铝颗粒，所述含铝颗粒被机械合金化至过渡金属钼(Mo)和铬(Cr)，所述涂层包含合金化至Mo和Cr的铝合金部分，其中所述含铝颗粒各自包含铝芯或铝合金芯，所述铝芯或铝合金芯被机械合金化至所述芯的过渡金属包围，其中所述粉末包含以下组成：
其量为40重量%的聚酯；
其量为10重量%的Mo；
其量为12重量%的硅(Si)；以及
余量为铝(Al)。
41.热喷涂耐磨涂层，所述涂层由含有聚酯和含铝颗粒的热喷涂粉末材料制成，所述含铝颗粒被机械合金化至过渡金属钼(Mo)和铬(Cr)，所述涂层包含合金化至Mo和Cr的铝合金部分，其中所述含铝颗粒各自包含被所述过渡金属包围的铝或铝合金芯。
42.热喷涂耐磨涂层，所述涂层由含有聚酯和含铝颗粒的热喷涂粉末材料制成，所述含铝颗粒被机械合金化至过渡金属钼(Mo)和铬(Cr)，所述涂层包含合金化至施加到发动机部件的所述过渡金属的铝合金部分，其中所述含铝颗粒各自包含铝芯或铝合金芯，所述铝芯或铝合金芯被机械合金化至所述芯的过渡金属包围。
43.权利要求42所述的涂层，其中所述发动机部件是以下中的至少一种：
涡轮叶片；
活塞环；
发动机护罩；
发动机汽缸衬垫；
发动机机体；或
轴承。
44.热喷涂粉末，其包含以下物质的混合物或共混物：
聚合物的第一颗粒；以及
含有金属和硅的第二颗粒，
其中所述第二颗粒具有机械合金化至所述第二颗粒的外表面的过渡金属，并且所述过渡金属包含钼(Mo)、铬(Cr)或Mo和Cr二者。
45.权利要求44所述的热喷涂粉末，其中所述第二颗粒构成比所述第一颗粒更大的重量百分比。
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