FI100891B

FI100891B - Amorfinen metallinen pinnoite

Info

Publication number: FI100891B
Application number: FI932289A
Authority: FI
Inventors: Jean-Marie Dubois; Jean-Pierre Houin; Philippe Plaindoux; Jean-Marie Roman
Original assignee: Neyrpic
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1998-03-13
Also published as: EP0576366A1; ES2085132T3; AU664265B2; FI932289A; AU3867293A; FR2691478A1; ZA933517B; ATE136062T1; DE69301965T2; CN1049457C; JPH0688175A; CN1088630A; MX9302977A; KR100271996B1; CA2096682A1; DE69301965D1; US5421919A; EP0576366B1; NO931800D0; DK0576366T3

Description

, 100891

Amorfinen metallinen pinnoite - Amorf metallisk ytbelägg-ning

Esillä olevan keksinnön kohteena ovat amorfisiin seoksiin 5 pohjautuvat metalliset pinnoitteet, jotka kestävät kulumista ja korroosiota menetelmät näiden pinnoitteiden aikaansaamiseksi.

Seuraavassa keksinnön selityksessä näitä metallisia 10 pinnoitteita kuvataan pääasiallisesti tarkastelemalla niiden käyttöä metallisubstraateissa. Keksinnön rajoissa on kuitenkin mahdollista levittää näitä metallisia pinnoitteita ei-metallisubstraatteihin, kuten puu-, paperi-, synteettisiin substraatteihin ja vastaaviin.

15

Monilla eri aloilla etsitään ratkaisuja niiden kulumisesta aiheutuvien ongelmien ratkaisemiseksi, jotka johtuvat hankauseroosiosta, naarmuuntumisesta ja kitkasta syövyttävissä ympäristöissä sekä kavitaatiosta. Nämä ongelmat 20 ovat erityisen vaikeita hydraulisissa laitteissa, kuten turbiineissa.

Nykyisin käytettävät materiaalit ovat yleensä kovia, mutta ne ovat hauraita ja tästä syystä niiden käyttäjät etsivät 25 materiaaleja, joilla saavutettaisiin seuraava parantunut • ominaisuusyhdistelmä: (1) lisääntynyt kovuus syöpymisen, kitkan ja naarmuuntumisen haitallisten vaikutusten estämiseksi; (2) hyvä muovautuvuus iskujen ja pienten deformaatioiden kestämiseksi; ja (3) homogeeniset rakenteet yhte-30 näisen hyvän korroosionkestävyyden varmistamiseksi.

.. Nykyisin käytettävissä olevilla materiaaleilla, kuten hyvillä mekaanisilla ominaisuuksilla varustetuilla teräksillä, stelliitillä, keraamisilla aineilla ja vastaavilla 35 ei ole kaikkia näitä ominaisuuksia. Erityisesti hyvän korroosionkestävyyden omaavilla materiaaleilla on riittämättömät mekaaniset ominaisuudet.

100891 2

Eräänä ratkaisuna näiden vastakkaisten ominaisuuksien tyydyttävän kompromissin omaavien materiaalien aikaansaamiseksi on tähän mennessä käytetty amorfisilla rakenteilla varustettuja metalliseoksia, jotka on muodostettu 5 pikajäähdytysmenetelmillä.

Tähän mennessä käytetyt amorfiset seokset ovat olennaisesti ohuita rainoja, jotka on muodostettu valumenetelmillä tai hyvin ohuita, sähkökemiallisilla menetelmillä muodos-10 tettuja kerroksia.

Termisen ruiskutuksen menetelmillä ja esimerkiksi valokaa-ripuhallusplasmamenetelmällä ei tähän mennessä ole kyetty muodostamaan täysin amorfisia seoksia röntgensädedifrak-15 tiotasolla paksuina (eli > 0,5 mm) jauhekerroksina pintoihin, jotka ovat jopa useiden neliömetrien suuruisia.

Erilaisten tunnettujen amorfisten seosten joukossa ovat rautapohjaiset metalli/metalloidiseokset (Fe-B tai Fe-Cr-20 P-B-seokset) sellaisia, jotka ovat antaneet parhaat mekaaniset ominaisuudet. Yksikään näistä seoksista ei kuitenkaan ole tyydyttänyt sellaisia vastakkaisia tai ristiriitaisia vaatimuksia, kuten parantunut mekaaninen lujuus, korroosionkestävyys ja muovautuvuus.

25 . . Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan amorfisia metallisia pinnoitteita, joissa parantuneisiin mekaanisiin ominaisuuksiin yhdistyy tietty muovautuvuus, korkeampi kiteytymislämpötila, erinomainen kyky saada jäl-30 jellä olevat valmistusjännitykset poistetuksi lämpökäsittelyillä aiheuttamatta merkittävää muutosta pinnoiteaineiden rakenteeseen ja muovautuvuuteen sekä erinomainen korroosionkestävyys mukaanluettuna altistuminen halogeeneille. Keksinnön mukaisia pinnoitteita voidaan valmistaa 35 seoksista, joita voidaan muodostaa jäähdytysnopeuksilla noin 105 K/s ja näiden pinnoitteiden paksuudet voivat 3 100891 mahdollisesti olla välillä 0,03 mm - 1,5 mm suurilla pinnoilla.

Esillä olevan keksinnön mukaisia amorfisia pinnoitteita voidaan muodostaa yhdistämällä eri suhteissa tiettyjä 5 osaelementtejä perusainesosiin ja erityisesti yhdistämällä B ja Zr Fe-Ni ja/tai CO-matriisiin.

Lisäksi voidaan todeta, että alhainen metalloidipitoisuus ja suuren sulamispisteen omaavien sekametalliyhdisteiden 10 poissaolo mahdollistaa tyydyttävän muovautuvuuden aikaansaamisen. Zirkoniumin mukanaolo mahdollistaa korkeamman kiteytymislämpötilan aikaansaamisen. Lopuksi Cr:n ja Zr:n sopiva lisäys aikaansaa kestävyyden korroosiota vastaan.

15 Keksinnön mukainen amorfinen metallinen pinnoite on tunnettu siitä, että se kestää kulumista ja korroosiota ja muodostuu olennaisesti metalliseoksista, joilla on yleiskaava : 20 TaCrbZrcBdMeM’fXgIh (I) jossa a+b+c+d+e+f+g+h =100 atomiprosenttia; T on Ni, Co, Ni-Co tai joku yhdistelmä, jossa on ainakin joko Ni tai Co yhdistettynä Ferhen, jolloin 3<Fe<82 25 atomi-%; N on yksi tai useampia alkuaineita, jotka on valittu ryhmästä, johon kuuluu Mn, Cu, V, Ti, Mo, Ru, Hf,

Ta, W, Nb, Rh, jolloin 0<e<12 atomi-%; M' on yksi tai useampia harvinaisia maametallin oksideja mukaanluettuna Y, jolloin 0<f<4 atomi-%; 30 X on yksi tai useampia metalloideja, jotka on valittu ryhmästä, johon kuuluu C, P, Ge ja Si, jolloin 0<g<17 atomi-%; I tarkoittaa väistämättömiä epäpuhtauksia, jolloin h<1 atomi-%; 35 « 4 100891 5 5 b S 25 5 s c £ 15 5 < c < 15 5 Näiden seosten jauheita voidaan muodostaa atomisoimalla ja raekokojen ollessa pienempiä kuin 100 pm, rakeilla on täysin amorfinen rakenne röntgensädedifraktiolla määriteltynä.

10

Jauheiden kerrostaminen termisen ruiskuttamisen menetelmillä mahdollistaa sekä kerrosten luonteen että pinnoitteiden rakenteen toistuvuuden.

15 Keksinnön mukaisiin metallisiin amorfisiin pinnoitteisiin käytetyt seokset kestävät kulutusta ja eroosiota ja niillä on lukuisia etuja tekniikan tason mukaisiin seoksiin nähden. Ensinnäkin keksinnön mukaiset seokset muodostavat helposti amorfisia rakenteita johtuen siitä, että samanai-20 kaisesti mukana on booria, joka on alkuaine, jonka atomikoko on pienempi kuin komponentin T atomien sekä Zr, joka on suurempi kuin T-komponentin atomit.

Harvinaisten maametalliyhdisteiden ja/tai metalloidien 25 tapaisten muiden alkuaineiden lisäys tehostaa seosten taipumusta muodostaa amorfisia rakenteita.

Lisäksi keksinnön mukaisten seosten kiteytymislämpötila on merkittävästi korkeampi kuin tekniikan tason mukaisten 30 seosten, jollaisia ovat esimerkiksi Fe-B:n, Fe-B-C:n ja Fe-B-Si:n seokset. Vaikutus voidaan lukea zirkoniumin mukanaolon ansioksi ja sitä voidaan edelleen tehostaa · · ' lisäämällä Mo:n, Ti:n, V:n, Nb:n, Rh:n ja vastaavien tapaisia tulenkestäviä alkuaineita tai metalloideja.

35 5 100891

Kromin ja zirkoniumin yhdistelmä antaa erinomaisen korroosion kestävyyden, jota voidaan edelleen tehostaa lisäämällä Rh, Nb, Ti, harvinaisia maametallin oksideja ja P.

5 Lopuksi voidaan todeta, että keksinnön mukaiset metalliset lasit ovat olennaisesti muovautuvia hyväksyttävän alhaisella metalloidipitoisuusalueella, nimittäin b+gs24 atomi-%. Siten esillä olevat seokset kestävät tyydyttävästi haurastumista, jota tavallisesti esiintyy muissa seok-10 sissa kiteytymislämpötilassa suoritettujen lämpökäsittelyjen jälkeen.

Yllä kuvatussa yleiskaavassa (I) alkuaineosaa T voidaan vaihdella ja siten muodostaa erilaisia seosperheitä, jotka 15 tyydyttävät keksinnön yllä mainitut kriteerit.

Mikäli T on nikkeli, voidaan muodostaa seuraava yleis-seosperhe tai -ryhmä (II): 20 NiaCrbZrcBdMeM'fXgIh (II) jossa a+b+c+d+e+f+g+h = 100 atomi %.

M, M', X ja I tarkoittavat samoja alkuaineita kuin aikai-25 semmin on lueteltu kaavan (I) kohdalla, jolloin niiden koostumukset ovat samat kuin yllä kuvatut.

Eräs toinen keksinnön mukainen yleinen seosryhmä (III) muodostuu seoksista samalla tavoin kuin ryhmä (II), jol-30 loin osa nikkeliatomeista on korvattu rauta-atomeilla, nimittäin • ·

NiaFea, CrbZrcBdMeM' f XgIh (III) 35 jossa: Osa+a'<85 atomi-%. Kaikilla muilla symboleilla on sama merkitys kuin yllä on kuvattu.

6 100891

Korvaamalla osa yllä kuvatun ryhmän (II) nikkeliatomeista kobolttiatomeilla saadaan seoksia, joilla on seuraava yleiskaavan (IV): 5 NiaCoa..CrbZrcBdMeM'fXgIh (IV) jossa 0<a+a"<85 atomi-%. Muilla symboleilla on sama merkitys kuin kaavassa (I).

10 Lopuksi ryhmä seoksia, joilla on yleiskaava (V), jossa osa nikkeliatomeista on korvattu rauta- ja kobolttiatomeilla, voidaan esittää seuraavasti:

NiaFea,COa, ,CrbZrcBdMeM'fXgIh (V) 15 jossa Osa+a'+a"s85 atomi-%.

Seuraavilla esimerkeillä selvitetään keksinnön eri näkökohtia mukaanluettuina sen ominaisuudet ja edut.

20

ESIMERKKI I: RYHMÄN (II) SEOKSIEN VALMISTUS

Ryhmän (II) yleiskaavan mukaisia seoksia valmistettiin sulassa tilassa yksittäisistä ainesosista. Kaupallisesti 25 hyväksyttävän puhtaita alkuaineita seostettiin sulassa tilassa heliumatmosfäärissä uunissa, jonka perustus ei kuumene. Seokset lisättiin nauhavalukoneeseen, jonka induktorin muodosti kuparipyörä, jonka halkaisija oli 250 mm ja tangenttinopeus 35 m/s. Pyörän sisältävä runkokotelo 30 sijoitettiin heliumatmosfääriin. Upokas muodostui kvartsista ja sen aukon halkaisija oli 0,8 mm. Metallisulan ruiskutuspaine oli 0,5 bar. Metallisulan lämpötila mitattiin optisella pyrometrillä metallin yläpinnasta.

35 Kemiallisten alkuaineiden pitoisuudet atomi-%:na olivat seuraavat: 7 100891 50 S Ni < 75 0 < Mo < 5 5 i Cr < 25 0 s Hf s 5 5 s Zr s 15 0 i Si i 5 5 ί B <15 0 S Ls S 4 5

Tarkempi kemiallinen analyysi antoi tulokseksi: Ni56; Cr20; Zr10; B10; Mo2. Optisella pyrometrillä mitattuna tämän seoksen sulamislämpötila (Tf0) oli 1127°C ja kovuus Hv3q oli 480.

10

ESIMERKKI 2: RYHMÄN (III) SEOSTEN VALMISTUS

Ryhmän (III) yleiskaavan mukaisia seoksia muodostettiin nauhoina samalla tavoin kuin esimerkin 1 mukaisia seoksia. 15

Kemiallisten alkuaineiden pitoisuudet atomi-%:na olivat seuraavat: 10 s Fe S 75 5 < Zr < 15 0 < Hf < 4 10 < Ni s 60 5 < B < 15 0 < Nb < 4 20 5 < Cr < 15 0 < Mo < 12 0 < La < 4 0 < Ti £ 10

Tarkempi kemiallinen analyysi antoi tulokseksi: Fe5^; N*18' Cr8' Zr10' b12» Mo0,3' si0,5' Hf0,2.

25

Optisella pyrometrillä mitattuna tämän seoksen sulamislämpötila (TfQ) oli 1110°C ja kovuus HV30 oli 585.

Erään toisen seoksen kemiallinen analyysi antoi tuloksek-30 si: Fe65; Ni10; Cr5: Zrg; B10; Ti2. Tämän seoksen sulamislämpötila (TfQ) optisella pyrometrillä mitattuna oli 1080°C ja kovuus Hv30 oli 870.

• · « β 100891

ESIMERKKI 3: RYHMÄN (IV) SEOSTEN VALMISTUS

Ryhmän (IV) yleiskaavan mukaisia seoksia muodostettiin nauhoina samalla tavoin kuin yllä olevien esimerkkien 5 mukaisia seoksia.

Kemiallisten alkuaineiden pitoisuudet atomi-%:na olivat seuraavat: 10 50 £ Co £ 82 5 < B < 15 5 < Zr < 15 3 < Ni < 35 0 s MO s 12 5 < Cr < 15 0 < La < 4 Tämän seoksen kemiallinen analyysi antoi tulokseksi: Co65; 15 Ni10; Cr5, Zr12; Bg Optisella pyrometrillä mitattuna tämän seoksen sulamislämpötila (Tf0) oli 1020°C ja kovuus Hv30 oli 550.

ESIMERKKI 4: RYHMÄN (V) SEOSTEN VALMISTUS

20

Ryhmän (V) yleiskaavan mukaisia seoksia muodostettiin nauhoina samalla tavoin kuin ylläolevien esimerkkien mukaisia seoksia.

25 Kemiallisten alkuaineiden pitoisuudet atomi-%:na olivat - - seuraavat: « 10 < Fe < 65 5 < Cr i 15 10 i Co < 65 5 S B <15 5 < Zr < 15 30 10 i Ni < 65 1 < C < 5 0 < Si < 5 * Erään seoksen kemiallinen analyysi antoi tulokseksi: Fe36;

Co14; Ni17; Cr13; Zr7; B7, C3; SI0/3; ^2,7.

35 Tämän seoksen sulamislämpötila (TfQ) optisella pyrometrillä mitattuna oli 1065°C ja kovuus Hv30 oli 685.

9 100891

ESIMERKKI 5: RYHMÄN (V) MUKAISTEN SEOSTEN VALMISTUS

Ryhmän (V) yleiskaavan mukaisia seoksia muodostettiin nauhoina samalla tavoin kuin yllä olevien esimerkkien 5 mukaisia seoksia.

Kemiallisten alkuaineiden pitoisuudet atomi-%:na olivat seuraavat: 10 10 s Fe < 50 5 s Cr < 15 1 < P s 9 10 s Co < 50 5 < B < 15 5 < Zr s 15 10 i Ni < 50 0 S C < 5 0 < Si S 17

Minkä tahansa seoksen kemiallinen analyysi antoi tuloksek-15 si: Fe16; Co16; Ni2o; Cr10; Zr10; B14; Si14. Tämän seoksen sulamislämpötila (Tf0) oli 1080°C ja kovuus Hv30 oli 1430.

Seuraavissa esimerkeissä on esitetty yhteenvetona tulokset, jotka saatiin edellä olevien esimerkkien mukaisille 20 nauhoille ja kemiallisille jauheille. Tässä yhteydessä viitataan oheisiin kaaviomaisiin piirustuksiin, joissa:

Kuviot 1-7 ovat röntgensädedifraktiokäyriä, joissa X-akselit esittävät kulman 20 arvoa ja ordinaatat esittä-25 vät intensiteetin I arvoja.

Kuvio 8 on isoterminen karkaisu- tai päästökäyrä, jossa X-akseli esittää aikaa (tuntia) ja ordinaatta esittää lämpötilaa (°C).

30

Kuvio 9 on anisoterminen karkaisu- tai päästökäyrä, jossa X-akseli esittää kuumennusnopeutta (°c/min.) ja ordinaatta

* I

esittää lämpötilaa kiteytymisen alkuvaiheessa (°C).

35 ESIMERKKI 6 « 100891

Yllä kuvattujen koostumusten mukaisilla nauhoilla on hyvin suuri lämpöstabiilisuus, josta todisteena ovat niiden korkeat kiteytymislämpötila-arvot Tx1, jotka olivat esimerkiksi : 5 ESIMERKKI 2 — tx1 = 545°C ESIMERKKI 3 - tx1 = 570°° ESIMERKKI 4 - txl = 560°C kuumennusnopeudella 20°K/min.

10

Lisäksi seos: Fe2o; 0ο2οί Ni26i ^r12» Zr10; B10 saatettiin esimerkiksi lämpökäsittelyyn 3 tunnin ajaksi 400°C:ssa eikä sen alkuperäisessä amorfisessa rakenteessa esiintynyt mitään muutoksia röntgensädedifraktiolla määriteltynä.

15

ESIMERKKI 7 - NAUHOINA MUODOSTETTUJEN SEOSTEN KORROOSIONKESTÄVYYS

Seosten korroosionkestävyyden luonnehtimiseksi mitattiin 20 seuraavat parametrit: (1) Staattinen ja dynaaminen liukenemisjännite; (2) korroosiojännitteen polarisoitumisvastus poten- 25 tiodynaamisessa muodossa ja/tai galvanodynaamisessa muodossa; ja (3) korroosiovirran voimakkuus.

30 Nämä kolme parametriä määriteltiin seuraavissa olosuhteissa: H2SO4, 0,1 N; NaOH, 0,1 N; ja NaCl, 3 % pitoisuudessa vedessä.

* »- » 35 11 100891

Tulokset seoksella: Fe60; Ni10; Cr10; Zr8; B12 olivat esimerkiksi seuraavat:

E corr E corr i corr RpK

__(mV/eaa)__(άγη)__(mA/cm)__(ohm/cm2)

HjS04 -556 -674 0,69 303 (O,IN )_____

NaOH -654 -660 0 3465 10 -igf-1”?_____

NaCl (3») -210 -90 0 ESIMERKKI 8 15 Yleisryhmien (II) - (V) mukaisten seosten hienontaminen suoritettiin hienonnustornissa, jossa oli alumiini-zir-koniumupokas ja käyttämällä He-argon-kaasuseosta; saatiin jauheita, joiden raekoot olivat välillä 20μιη - 150 pm.

Raekooltaan alle 100 pm olevien rakeiden rakenne tutkit-20 tiin röntgensädedifraktiolla (Cu-K-linja) ja rakenne osoittautui täysin amorfiseksi.

Esimerkiksi paino-%:na seoksella: 25 Fe20f5; Ni28f2; Co20f9; Zr16 2; cr11/4; B24 röntgensädedifraktiopiikki esiintyi alueella 35°<20<55°. Esimerkiksi kuviossa 1 esitetty käyrä saatiin rekisteröin-tinopeudelle 4 minuuttia.

30 Kuvion 2 käyrä osoittaa röntgensädedifraktion samaa rekisteröitymistä seokselle, jossa paino-%:na on:

Fe54,2'* Ni17,4'* Cr17,2'· Cr 11,6^ B2,27 ESIMERKKI 9 35

Ryhmien (II) - (V) mukaisia seosjauheita kerrostettiin eri metallisubstraateille, joita olivat esimerkiksi rakennete- 12 100891 räs, ruostumaton teräs ja kuparipohjäiset seokset ja jolloin käytettiin termisen ruiskutuksen menetelmiä ja esimerkiksi valokaaripuhallusplasmamenetelmää ohjatuissa ilmanpaine- ja lämpötilaolosuhteissa.

5

Jauheiden raekoko oli välillä 30 pm - 100 pm. Hiotulle substraatille päällystettyjen kerrosten paksuudet olivat välillä 0,03 mm - 1,5 mm. Päällystettyjen pintojen koko oli useita neliömetrejä.

10 Röntgensädediffraktiomuodot on esitetty käyrillä kuviossa 3 (paksuus 0,1 mm), kuviossa 4 (paksuus 0,2 mm), kuviossa 5 (paksuus 0,3 mm), kuviossa 6 (paksuus 0,4 mm) ja kuviossa 7 (paksuus 0,5 mm) ja ne muodostettiin samoissa olosuh-15 teissä kuin esimerkissä 8 kuvatut, jolloin saatiin kerrosten pintaan ja niiden paksuudelta täysin amorfiset rakenteet .

Näiden jauhekerrostusten jälkeen voidaan suorittaa myös 20 kryogeeninen jäähdytysvaihe olosuhteissa, jotka on kuvattu esimerkiksi julkaisussa FR-A 83 07 135.

ESIMERKKI 10 25 Kerrostumat valmistettiin esimerkissä 9 kuvatuissa olosuhteissa. Keksinnön mukaisen menetelmän erään suoritusmuodon mukaisesti ei kuitenkaan toimittu ohjatussa tai valvotussa ilmakehässä mahdollisen hapettumisen estämiseksi ruiskutettaessa jauheita sulamisen aikana, vaan yksittäinen 30 sulavien hiukkasten väylä suojattiin rengasmaisella typ-pisuihkulla, joka suunnattiin samankeskeisesti kuin hiuk-·' kasia kuljettava plasmasuihku ja muodostettiin vain hieman suuremmaksi kuin se. Kerrokset levitettiin ilman vaikutuksen alaisena osittain suojattuina typellä.

35 100891 13

Hyvin paksulla kappaleella voi kappaleen lämpötilassa olla riittävä jäähtymisen varmistamiseksi siten, että kerrokselle saadaan amorfinen rakenne. Siten tässä tapauksessa ei tarvittaisi kryogeenistä jäähdytysvaihetta.

5

ESIMERKKI 11 - JAUHEIDEN JA KERROSTUMIEN LAMPÖSTABII-LISUUDEN TUTKIMINEN

Seosryhmien (I) - (V) kemiallisia analyysejä vastaavilla 10 kerrostumilla isotermiset ja anisotermiset karkaisut tai päästöt osoittivat, että amorfisilla seoksilla oli erinomainen lämpöstabiilisuus. Kuviossa 8 esitetyt käyrät vastaavat seosta, jossa atomi-%:na on: Fe20; Ni28; Co20;

Cri2; Zr10; B10.

15

Seuraava taulukko esittää pitoisuuksien atomi-%:n ja paino-%:n välistä keskinäistä suhdetta:

Atomi-% Atomimassa Alkuainemassa paino-% 20 seoksessa

Fe 20 56 1120 20

Ni 28 58,7 1643 29 °° 20 59 1180 21 12 52 624 11

Zr 10 91,2 912 16 30 B 10 10; 8 108 2 **’ Isotermiset päästöt määrittelevät amorfisten (A) ja kitey tyneiden (C) rakenteiden stabiilisuusalueen tietylle 35 ajalle ja lämpötilalle.

100891 14

Kuviossa 9 esitetty käyrä esittää anisotermisten päästöjen tulokset, jotka määrittävät kiteytymislämpötilan alkamisen kuumennusnopeuden suhteen.

5 Nämä tulokset osoittavat, että amorfisilla pinnoitteilla on erinomainen lämpöstabiilisuus jopa hyvin korkeissa lämpötiloissa, mikä on esillä olevan keksinnön erittäin tärkeä etu.

10 ESIMERKKI 12 Määriteltiin esillä olevan keksinnön mukaisesti aikaansaatuja kerrosten poikkeukselliset mekaaniset ominaisuudet, jotka liittyvät kerrosten kovuuteen ja muovautuvuuteen.

15

Esimerkiksi seokselle, jossa oli atomi-%:na: Fe2o,' Ni28; Co20; Cr-|2; Zrio? B10' suoritettiin "perfect disk" -testit "materiaalin ja timantti- tai alumiini-indentterin välisen keskimääräisen kitkakertoimen mittaamiseksi. Kuivakitka-20 kertoimen arvo 0,11 saatiin, kun kerrokselle suoritettiin päästö 3 tunnin ajan 400°C:ssa. Kerrokseen muodostuneen indentterin jäljen tutkimus osoitti, että mikäli säröjä esiintyi, ne olivat tyypiltään muovautuviin materiaaleihin liittyviä.

25 . Koostumukseltaan saman, mutta rakenteeltaan kiteisen kerrostuman keskimääräinen kitkakerroin oli suurempi noin 5 %:lla. Lisäksi indentterin jäljen tutkimuksessa havaittiin, että säröt olivat sellaisia, jotka esiintyvät hau-30 raissa materiaaleissa.

Nämä havainnot varmistettiin standardiuurtotestauksella, jossa käytettiin materiaalien murtoraja-alueella olevia paineita eikä minkäänlaista murtumista tai säröytymistä 35 havaittu.

ESIMERKKI 13 15 100891

Keksinnön mukaisella termisen ruiskutuksen menetelmällä muodostettujen, paksuudeltaan noin 0,5 mm olevien kerrosten huokoisuus-% on kerrosten viimeistelemättömässä tilassa noin 8 % luokkaa mitattuna kuvakäsittelyllä.

5 Tämä huokoisuus-% voidaan alentaa lähes nollaan granuloimalla kerros halkaisijaltaan 1 - 1,6 mm olevista hiiliteräs- tai ruostumattomista teräskuulista vakiogranulointi-voimakkuudella (Halmen of the Metal Improvement Company) 10 16-18 ja saantoasteella (metal improvement method) 600 %.

Tämä tulos vahvistettiin läpäisevyystestaamalla kerros sähkökemiallisella menetelmällä, joka osoitti yllä esite-15 tyissä ankarissa korroosio-olosuhteissa sen, että kerroksen substraattina käytetyssä hiiliteräksessä ei tapahdu korroosiota. Kerros oli läpäisemätön elektrolyytille.

ESIMERKKI 14 20

Kerrokset testattiin kulumisolosuhteissa, jotka oli aikaansaatu hankauseroosiolla ja jotka olivat samanlaiset kuin ne olosuhteet, joita esiintyy vesipitoisessa ympäristössä toimivissa hydraulisissa konelaitteissa, joka ympä-25 ristö sisältää kvartsin tapaisen kiinteän materiaalin . hienoja hiukkasia.

Vertailutestejä suoritettiin muilla materiaaleilla seuraa-vissa olosuhteissa: 30 (1) Tangentiaalinen virtaus ja myös nesteen/kappaleen kohtaus kulmalla <45°; (2) virtausnopeus *48 m/s; ja (3) kvartsipitoisuus 20 g/1 raekoolla 200 pm.

Ympäröivässä lämpötilassa kerrokselle mitatut kulumis-ominaisuudet vastasivat esimerkiksi C^Ojin tapaisia kerää- 35 16 100891 misia kulumisorainaisuuksia ja olivat merkittävästi vähäisemmät kuin stelliittityyppisillä metalliseoksilla, dup-lex-tyyppisillä tai martensiitti-ferriitti-tyyppisillä ruostumattomilla teräksillä sekä kaupallisilla teräksillä, 5 jotka kestävät hankausta.

Kohtauskulmilla 0 - 90° suoritetut kuivahankauseroosiotes-tit osoittivat, että keksinnön mukaisilla amorfisilla seoksilla on paremmat ominaisuudet kuin keraamisilla 10 aineilla ja muilla metalliseoksilla.

Rakenteiden tutkiminen röntgensädedifraktiolla osoitti, että kerrostumat säilyttivät testausten jälkeen amorfisen rakenteen, joka oli samanlainen kuin niiden alkuperäinen 15 rakenne.

Lopuksi voidaan todeta, että erinomaisia tuloksia voidaan saavuttaa myös levittämällä kerrokset ei-metallisiin substraatteihin, kuten puu-, paperi- ja synteettisiin 20 substraatteihin.

«

Claims

1. Amorfinen metallinen pinnoite, tunnettu siitä, että se kestää kulumista ja korroosiota ja muodostuu olen- 5 naisesti metalliseoksista, joilla on yleiskaava: TaCrbZrcBdMeM’fXgIh (I) jossa a+b+c+d+e+f+g+h =100 atomiprosenttia; 10. on Ni, Co, Ni-Co tai joku yhdistelmä, jossa on ainakin joko Ni tai Co yhdistettynä Fe:hen, jolloin 3<Fe<82 atomi-%; N on yksi tai useampia alkuaineita, jotka on valittu ryhmästä, johon kuuluu Mn, Cu, V, Ti, Mo, Ru, Hf, Ta, W, Nb, Rh, jolloin 0<e<12 atomi-%;

15 M' on yksi tai useampia harvinaisia maametallin oksideja mukaanluettuna Y, jolloin 0<f<4 atomi-%; X on yksi tai useampia metalloideja, jotka on valittu ryhmästä, johon kuuluu C, P, Ge ja Si, jolloin 0<g<17 atomi-%; 20. tarkoittaa väistämättömiä epäpuhtauksia, jolloin h<1 atomi-%; ja 5. b < 25 5 s c i 15 25 5 S c < 15 «

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen amorfinen metallinen pinnoite, tunnettu siitä, että metalliseoksilla on yleiskaava: 30 NiaCrbZrcBdMeM'fXgIh (II) jossa a+b+c+d+e+f+g+h = 100 atomiprosenttia; ja M, M*, X, I tarkoittavat samoja alkuaineita kuin kaavassa 35 (I) olevat, jolloin niiden koostumukset ovat samat kuin yllä on esitetty. 1β 100891

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen amorfinen metallinen pinnoite, tunnettu siitä, että metalliseoksilla on yleiskaava:

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen amorfinen metallinen pinnoite, tunnettu siitä, että metalliseoksilla on yleiskaava:

15 NiaCoa..CrbZrcBdMeM'fXgIh (IV) jossa: 0 s a + a" < 85 atomi-%; ja kaikilla muilla symboleilla on sama merkitys kuin kaavassa (I). 20

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen amorfinen metallinen pinnoite, tunnettu siitä, että metalliseoksilla on yleiskaava:

25 NiaFoa-Coa. 'CrbZrcBdMeM' fXgIh (V) jossa: 0 < a + a' + a" s 85 atomi-%: ja kaikilla muilla symboleilla on sama merkitys kuin kaavassa (I). 30

5 NiaFea,CrbZrcBdMeM’fXgIh (III) jossa: 0 s a + a' s 85 atomi-%; ja kaikilla muilla symboleilla on sama merkitys kuin kaavassa (I). 10

6. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen amorfisen metallisen pinnoitteen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että mainitut pinnoitteet muodostetaan kerrostamalla niiden vastaanottamiseksi sovitetulle substraatille, 35 jolloin atomisoimalla muodostettujen metalliseosjauheiden raekoko on välillä 20 - 150 pm. 100891 19

7. Menetelmä patenttivaatimuksen 6 mukaisen amorfisen metallisen pinnoitteen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että jauheet kerrostetaan termisen ruiskutuksen menetelmillä metallisubstraateille, joiden paksuus on 5 välillä 0,03 - 1,5 mm ja edullisesti suurempi kuin 0,3 mm.

8. Menetelmä patenttivaatimuksen 7 mukaisen amorfisen metallisen pinnoitteen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että jauhe kerrostetaan valokaaripuhallusplasma- 10 menetelmällä ohjatuissa ilmanpaine- ja lämpötilaolosuhteissa.

9. Menetelmä patenttivaatimuksen 7 mukaisen amorfisen metallisen pinnoitteen aikaansaamiseksi, tunnettu 15 siitä, että jauhe kerrostetaan valokaaripuhallusplasma-menetelmällä, jolloin sulan hiukkasen kulkurata suojataan hapettumiselta rengasmaisella typpisuihkulla, joka suunnataan samankeskeisesti hiukkasia kuljettavan plasmasuihkun kanssa ja joka on vain hiukan suurempi kooltaan.

10. Menetelmä patenttivaatimuksen 7 mukaisen amorfisen metallisen pinnoitteen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että jauheen kerrostamista seuraa kryogeeninen jäähdytysvaihe. 25 .

11. Menetelmä patenttivaatimuksen 7 mukaisen amorfisen metallisen pinnoitteen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että tiivistysvaihe suoritetaan sen jälkeen, kun jauhemateriaali on kerrostettu substraatille termisen 30 ruiskutuksen menetelmillä.

12. Menetelmä patenttivaatimuksen 7 mukaisen amorfisen metallisen pinnoitteen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että jauheet kerrostetaan termisen ruiskutuksen 35 menetelmillä ei-metallisille substraateille kerrosten paksuuden ollessa välillä 0,03 - 1,5 mm ja edullisesti 100891 20 suurempi kuin 0,3 mm, jolloin tämän vaiheen jälkeen suoritetaan kryogeeninen jäähdytysvaihe. « 21 100891