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微細構造のスケール減少の他に、析出物の体積分率は、一般に、従来の取組み方により得ることができない高い水準にまで増加し得る。例えば、事例により示され得るように、様々な高体積分率の、硬質なホウ化物、炭化物及び/又はホウ炭化物の析出物を、硬質相が15%より多く少なくとも75%以下である範囲で、溶接中に析出させることができる。従来のPTA硬化肉盛マクロ複合体粉末の中においては、硬質金属とバインダーは、いかなる比率でも容易に混合され得るが、不十分な濡れ及び脆性の問題のため、一般に、65%以下だけの硬質金属が用いられ得る。コアードワイヤにおいては、体積の制限のため、金属ワイヤの芯の中央にまで組み入れられ得る硬質相はより少ない。例えば、0.01インチから0.5インチの範囲で金属のコアードワイヤを作製する際の最大充填比率は、一般に、35%、40%及び45%であり、それぞれ、0.045”、1/16”及び7/64”等、その範囲の全ての値及び増分を含む。
本明細書における合金は、より高い溶接速度(すなわち、ワイヤ供給溶接におけるインチ毎分(IPM)、又は粉末供給系におけるポンド毎時(ポンド/時間,lb/hr))で利用され得る。従来のマクロ複合体肉盛溶接部材料の中において、複合体混合物の中に加えられる硬質微粒子は、しばしば、分解され、完全若しくは部分的に溶解され、及び/又はより脆い若しくは柔軟である劣った相の二次的な析出を引き起こすことがあるので、付着速度がより速いときには、問題が生じ得るより高い入熱が必要となることがある。目下意図された合金の配合において、硬質の粒子は、凝固する間に形成されることがあり、したがって、これらの点は問題を引き起こさないことがある。
3.5及び18.0ポンド/時間の合金5のPTAW試料のSEM後方散乱電子顕微鏡写真を、図6a、6b、7a及び7bに示す。図6a及び6bは、a)低倍率及びb)高倍率での、3.5ポンド/時間で溶接した合金5のPTAW試料のSEM後方散乱電子顕微鏡写真を図解する。図7a、7bは、a)低倍率及びb)高倍率での、18.0ポンド/時間で溶接した合金5のPTAW試料のSEM後方散乱電子顕微鏡写真を図解する。これらの図において、立方晶の、正方晶の及び不規則な形状を含む様々な形状である一連の炭化物及びホウ化物の析出物を見出すことができる。形成された様々な相の限定的なEDS調査により、これらの相の多くが、ホウ素及び炭素の両方を含有することが示され、それらは、明確な複合的なホウ化物又は炭化物というより、複合ホウ炭化物の相と考えられ得ることが示されることに注意されたい。これらのホウ炭化物の相のスケールは様々であるが、一般に、幅2から10μm、長さ10から60μmの大きく主要な長方状の相、2から10μm大の中位の立方状、及び300nmから1000nm大の小さな二次析出物の、3種類の大きさであることが見出される。
合金5のGMAW試料のための倍率の範囲でのSEM後方散乱電子顕微鏡写真を、図12a、12b、12c及び12dに示す。これらの図においては、立方晶の、正方晶の及び不規則な形状を含む様々な形状である一連の炭化物及びホウ化物の析出物を見出すことができる。形成された様々な相の限定的なEDS調査により、これらの相の多くが、ホウ素及び炭素の両方を含有することが示され、それらは、明確な複合ホウ化物又は炭化物ではなく、複合ホウ炭化物の相と考えるのが最も良いかもしれないことが示されることに注意されたい。これらのホウ炭化物の相のスケールは様々であるが、一般に、幅5から20μm、長さ50から175μmの大きく主要な長方状の相、10から20μm大の中位の立方状、及び500nmから1.5μm大の小さな二次析出物の、3種類の大きさで見出される。

Claims (11)

  1. 鉄及びマンガンを含むベース金属44.2から55.4原子%と、
    ホウ素、炭素、ケイ素及びそれらの組み合わせの群から選択される格子間元素20.2から39.3原子%と、
    クロム、モリブデン、タングステン及びそれらの組み合わせの群から選択される遷移金属13.3から20.5原子%と、並びに
    ニオブ3.2から4.4原子%と、
    を含む、基板表面に堆積される組成物を備え、
    前記組成物がRc64以上の溶接堆積物の硬度を有し、また前記基板表面の250ミクロン以内で最大の硬度を示し、前記組成物はホウ炭化物の相を含むα−Fe及び/又はγ−Feの延性マトリックスを形成15%より多く少なくとも75%以下の前記ホウ炭化物析出物の体積分率を有し、前記析出物相が400nmから25μmの範囲の粒径を示し、さらに前記ホウ炭化物相が、
    (1)幅5μmから20μm、長さ50から175μmの長方状の相、
    (2)幅2μmから10μm、長さ10から60μmの長方状の相、
    (3)2μmから10μmのサイズの立方状の相、
    (4)10μmから20μmのサイズの立方状の相、
    の1つ以上を有するサイズ範囲にある、金属合金組成物。
  2. 前記組成物は、粉末を含み、前記粉末の少なくとも50%が、15から250μmの範囲の粒子サイズを有する、請求項1に記載の金属合金組成物。
  3. 前記組成物は、0.01から0.5インチの範囲の直径を有するコアードワイヤの形をとる、請求項1に記載の金属合金組成物。
  4. 前記組成物は、0.01から0.5インチの範囲の直径を有する棒電極の形をとる、請求項1に記載の金属合金組成物。
  5. 前記組成物を基板に付着させたときに、前記組成物が、0.20g未満のASTM G65 Procedure A(6000サイクル)の重量減少を有する、請求項1に記載の金属合金組成物。
  6. 基板に付着させたときに、前記組成物は、Rc68以上の溶接堆積物の硬度を有する、請求項に記載の金属合金組成物。
  7. 基板に付着させたときに、0.08g未満のASTM G65 Procedure A(6000サイクル)の重量減少を有する、請求項5に記載の金属合金組成物。
  8. 鉄及びマンガンを含むベース金属44.2から55.4原子%と、
    ホウ素、炭素、ケイ素及びそれらの組み合わせの群から選択される格子間元素20.2から39.3原子%と、
    クロム、モリブデン、タングステン及びそれらの組み合わせの群から選択される遷移金属13.3から20.5原子%と、並びに
    ニオブ3.2から4.4原子%と、を含む組成物を提供するステップと、
    前記組成物を噴霧することによって、前記組成物を粉末に形成するステップであって、前記粉末が、15μmから250μmの範囲の粒子サイズを有する、ステップと、
    噴霧された前記組成物を基板上に溶接するステップであって、その組成が凝固点を有し、かつ前記凝固点を超えて前記組成の温度を下げて液体の形を維持することにより過冷却する状況で、析出相を含んだ実質的なガラス組成を形成するステップと
    を含
    前記組成物を基板に付着させたときに、前記組成物がRc64以上の溶接堆積物の硬度を有し、また前記基板表面の250ミクロン以内で最大の硬度を示し、前記組成物はホウ炭化物の相を含むα−Fe及び/又はγ−Feの延性マトリックスを形成し、15%より多く少なくとも75%以下の前記ホウ炭化物析出物の体積分率を有し、前記析出物相が400nmから25μmの範囲の粒径を示し、さらに前記ホウ炭化物相が、
    (1)幅5μmから20μm、長さ50から175μmの長方状の相、
    (2)幅2μmから10μm、長さ10から60μmの長方状の相、
    (3)2μmから10μmのサイズの立方状の相、
    (4)10μmから20μmのサイズの立方状の相、
    の1つ以上を有するサイズ範囲にある、基板の硬化肉盛方法。
  9. 前記組成物を、0.01インチから0.50インチの範囲の直径を有するコアードワイヤの形にするステップをさらに含む、請求項に記載の方法。
  10. 前記組成物を、0.01インチから0.50インチの範囲の直径を有する棒電極の形にするステップをさらに含む、請求項に記載の方法。
  11. 前記溶接が、レーザー溶接、移行性プラズマアーク溶接(PTAW)、ガス金属アーク溶接(GMAW)、金属不活性ガス溶接(MIG)、サブマージアーク溶接、オープンアーク溶接、被覆アーク溶接(SMAW)、手棒溶接及びそれらの組み合わせからなる群から選択される工程をさらに含む、請求項に記載の方法。
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