KR101450988B1 - 철-크롬-몰리브덴 기반 열 분사 분말 및 그의 제조 방법 - Google Patents

철-크롬-몰리브덴 기반 열 분사 분말 및 그의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101450988B1
KR101450988B1 KR1020127027268A KR20127027268A KR101450988B1 KR 101450988 B1 KR101450988 B1 KR 101450988B1 KR 1020127027268 A KR1020127027268 A KR 1020127027268A KR 20127027268 A KR20127027268 A KR 20127027268A KR 101450988 B1 KR101450988 B1 KR 101450988B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
composition
alloy
delete delete
amorphous
coating
Prior art date
Application number
KR1020127027268A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120139821A (ko
Inventor
제랄드 에이. 크루프닉
Original Assignee
크루서블 인텔렉츄얼 프라퍼티 엘엘씨.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 크루서블 인텔렉츄얼 프라퍼티 엘엘씨. filed Critical 크루서블 인텔렉츄얼 프라퍼티 엘엘씨.
Publication of KR20120139821A publication Critical patent/KR20120139821A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101450988B1 publication Critical patent/KR101450988B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/02—Amorphous alloys with iron as the major constituent
    • B22F1/0003—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/002—Making metallic powder or suspensions thereof amorphous or microcrystalline
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/003—Making ferrous alloys making amorphous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/001—Amorphous alloys with Cu as the major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/003—Amorphous alloys with one or more of the noble metals as major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/10—Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

한 실시양태는 적어도 부분적으로 비정질인 합금을 포함하는 분말 조성물을 포함하는 조성물을 제공하고, 상기 합금은 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함한다. 한 실시양태는 기판을 제공하는 단계; 및 기판 상에, 적어도 부분적으로 비정질인 합금을 포함하는 분말 조성물을 포함하는 코팅을 배치하는 단계 - 상기 합금이 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함함 -를 포함하는 코팅 형성 방법을 제공한다.

Description

철-크롬-몰리브덴 기반 열 분사 분말 및 그의 제조 방법{IRON-CHROMIUM-MOLYBDENUM-BASED THERMAL SPRAY POWDER AND METHOD OF MAKING OF THE SAME}
관련 출원
본 출원은 2010년 3월 19일에 출원한 미국 가출원 제61/315,661호의 우선권을 주장하고, 이 가출원은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
본 명세서에서 인용되는 모든 간행물, 특허 및 특허출원은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
중건설 및 중기계에 이용하기 위한 많은 철 합금(예를 들어, 고강도 스틸) 및 비철 합금이 개발되었다. 이들 합금은 강도 및 인성의 양호한 조합을 제공할지라도, 통상적으로 그들은 적당한 내마모성, 내마식성 및 내부식성을 나타내지 않는다. 따라서, 이들 합금은 그의 표면이 공격적 환경에 놓이거나 또는 연마되는 응용에 사용되기에는 그다지 적합하지 않다. 이 문제를 바로잡는 한 접근법은 기저 구조/기판의 표면에 침착되는 표면경화 재료를 이용하여 보호층으로 작용하도록 하는 것이다. 기저 구조(예를 들어, 스틸 기판)는 층-기판 구조에 필요한 강도 및 구조적 완전성을 제공하고, 표면경화 합금은 불리한 환경에서 마모 및 연마로부터 기판을 보호한다. 또한, 표면경화 재료는 기판을 부식으로부터도 보호할 수 있다.
예를 들어 세라믹 함유 조성물, 예컨대 텅스텐 탄화물/코발트 및 순수 금속 조성물을 포함하는 폭넓고 다양한 표면경화 재료가 알려져 있다. 대부분의 표면경화 재료가 부딪히는 한가지 문제는 열 분사에 의해 적용될 때 표면경화 침착물이 종종 기공을 함유하고, 코팅의 두께 방향에 수직으로 연장되는 관통 균열을 가진다는 것이다. 기공은 부식성 매질이 코팅을 통해 침투해서 기판에 도달하여 화학적 부식 또는 응력 부식에 의해 기판을 손상시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 관통 균열은 내마모성 코팅의 파괴 및 조각파손을 초래할 수 있고, 이렇게 해서, 연마성 또는 부식성 매질이 기저 기판에 도달해서 기저 기판을 급속하게 마모시키는 결과를 초래한다.
금속성 표면경화 재료의 또 다른 부류는 미국 특허 제4,725,512호에 일반적으로 게재된 마찰에 의해 변형하는 비정질 합금이다. 이들 철 재료는 열 분사 같은 기술에 의해 비정질 상태로 표면경화층으로서 기판 표면 상에 침착될 수 있다. 표면경화층이 연마성 마모 같은 마모력을 받을 때, 침착된 재료는 변성작용에 의해 단단한 내마모성 비정질 상태로 변형될 수 있다. 또 다른 부류의 합금은 미국 특허 제5,695,825호에 게재된 티타늄 함유 철 표면경화 재료이다. 이러한 표면경화 합금은 일부 응용에 적당하고 드릴 파이프에서 코팅으로 광범위하게 이용되지만, 특히 불리한 환경이 합금의 연마, 마식 및 부식 특성을 열화시키는 응용을 위해서는 아직 개선이 요망된다.
따라서, 표면경화 응용을 위한 이러한 재료의 기본적 사용가능성에 불리한 영향을 미치지 않는 방식으로 상기한 도전을 극복하는 것이 필요하다.
요약
한 실시양태에서는, 개선된 열 분사 침착을 위한 몰리브덴 함유 철 합금, 및 이 합금을 기판에 침착시켜 개선된 표면경화 성질 및 열전도도를 갖는 코팅을 형성하는 방법이 제공된다.
한 실시양태는 적어도 부분적으로 비정질인 합금을 포함하는 분말 조성물을 포함하는 조성물을 제공하며, 상기 합금은 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함한다. 한 실시양태에서, 조성물은 코팅의 일부이다.
또 다른 실시양태는 화학식
Figure 112012084959765-pct00001
(여기서, a, b, c, d는 각각 독립적으로 중량 백분율을 나타내고, a는 약 22 내지 약 28이고, b는 약 14 내지 약 20이고, c는 약 2 내지 약 3이고, d는 약 1.5 내지 약 2임)으로 나타내어지는 합금을 포함하는 분말 조성물을 제공한다.
한 실시양태는 기판을 제공하고; 적어도 부분적으로 비정질인 합금을 포함하는 분말 조성물을 포함하는 코팅을 기판에 배치하는 것을 포함하는 코팅 형성 방법을 제공하며, 상기 합금은 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함한다.
다른 한 실시양태는 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함하는 혼합물을 제공하고; 혼합물을 화학식
Figure 112012084959765-pct00002
(여기서, a, b, c, d는 각각 독립적으로 중량 백분율을 나타내고, a는 약 22 내지 약 28이고, b는 약 14 내지 약 20이고, c는 약 2 내지 약 3이고, d는 약 1.5 내지 약 2임)으로 나타내어지는 합금을 포함하는 분말 조성물로 형성하고; 분말 조성물을 기판에 배치하여 코팅을 형성하는 것을 포함하는 코팅 형성 방법을 제공한다.
도 1a 및 1b는 한 실시양태에서 예시적인 비정질 분말 (a) 및 고속 산소연료 ("HVOF") 분사된 코팅 (b)의 X선 회절 연구 데이터를 제공한 도면.
도 2a 및 2b는 한 실시양태에서 예시적인 비정질 분말 (a) 및 HVOF 분사된 코팅 (b)의 시차주사열량법("DSC") 연구로부터의 데이터를 제공한 도면.
도 3은 분말, HVOF 코팅, 및 ARC 분사된 코팅의 예시적인 실시양태의 DSC 곡선을 제공한 도면.
도 4는 HVOF 공정의 개략도.
도 5는 아크 와이어 열 분사 공정의 개략도.
도 6은 플라즈마 열 분사 공정의 개략도.
도 7은 한 실시양태에서 완전 합금된 조성물의 HVOF 코팅의 SEM 영상.
한 실시양태에서는 고속 열 분사 공정으로 적용될 때 기판에 내마모성 내부식성 코팅을 제공하는 몰리브덴 함유 철 합금 분말 조성물, 및 합금 조성물 형성 및 사용 방법이 제공된다. 합금 분말 조성물은 비반응성 기체를 이용한 통상적인 기체 분무에 의해 제조될 수 있다.
분말 함유 조성물
본원에서 "분말 함유 조성물" 또는 "분말 조성물"이라는 용어는 분말을 함유하는 어떠한 조성물도 의미한다. "분말"이라는 용어는 그라인딩된, 분쇄된, 또는 다른 방식으로 미세하게 분산된 고체 입자를 함유하는 물질을 의미한다.
상
본원에서 "상"이라는 용어는 열역학 상태도에서 발견할 수 있는 것을 의미할 수 있다. 상은 재료의 모든 물리적 성질이 본질적으로 균일한 공간(열역학계)의 영역이다. 물리적 성질의 예는 밀도, 굴절률, 화학 조성 및 격자 주기성을 포함한다. 간단히 설명하면, 상은 화학적으로 균일하고/하거나 물리적으로 뚜렷이 다르고/다르거나 기계적으로 분리가능한 재료의 영역이다. 예를 들어, 유리병에 얼음 및 물로 이루어진 계에서, 육각형 얼음이 하나의 상이고, 물이 제2 상이고, 물 위의 축축한 공기가 제3 상이다. 병의 유리가 또 다른 별도의 상이다. 상은 이원, 삼원, 사원 또는 그 초과의 용액일 수 있는 고용체, 또는 화합물, 예컨대 금속간 화합물을 의미할 수 있다.
본원에 기술된 합금 분말 함유 조성물은 단상일 수 있지만, 조성물이 다상을 가지게 하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 조성물은 적어도 2 개의 상, 적어도 3 개의 상, 적어도 4 개의 상, 또는 그 초과의 상을 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 합금 조성물은 금속 용액 상, 및 또 다른 금속 용액 상 또는 금속 용액이 아닌 상일 수 있는 추가의 상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 추가의 상은 화합물 상일 수 있다. 금속 용액 상은 용액의 화학적 성질에 의존해서 어떠한 유형의 금속 용액도 될 수 있다.
제2 상은 예를 들어 화합물 상일 수 있다. 화합물은 이원 화합물, 삼원 화합물, 사원 화합물, 또는 4 개 초과의 원소를 가지는 화합물일 수 있다. 상기 화학식에서 언급한 바와 같이, 화합물은 금속-비금속 화합물(예를 들어, MN)일 수 있다. M은 금속, 예컨대 예를 들어 전이금속을 나타낼 수 있고, 반면, N은 비금속을 나타낼 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 화합물은 다수의 M 및/또는 N을 가질 수 있다. 한 실시양태에서는, 화학 조성, 특히 N에 의존해서, 추가의 상이 예를 들어 탄화물, 붕화물, 또는 둘 모두일 수 있다. 따라서, 제2 상은 탄화물 화합물일 수 있고, 존재하는 경우에 제3 상은 붕화물 화합물일 수 있으며, 또는 그 역일 수 있다. 별법으로, 제2 상 및 제3 상은 탄화물 또는 붕화물일 수 있다. 한 실시양태에서, 추가의 상(들)은 화합물인 크롬 탄화물, 크롬 붕화물, 몰리브덴 탄화물, 몰리브덴 붕화물, 철 탄화물, 철 붕화물, 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
금속, 전이금속 및 비금속
"금속"이라는 용어는 전기양성 화학 원소를 의미한다. 본 명세서에서 "원소"라는 용어는 일반적으로 주기율표에서 발견할 수 있는 원소를 의미한다. 물리적으로, 바닥상태의 금속 원자는 점유된 상태에 가까운 빈 상태로 부분적으로 채워진 밴드를 함유한다. "전이금속"이라는 용어는 불완전한 안쪽 전자껍질을 가지고 한 주기의 원소에서 가장 큰 전기양성도와 가장 작은 전기양성도 사이의 전이 링크(transitional link) 구실을 하는 주기율표의 3족 내지 12족 내의 금속 원소 중 어느 것도 된다. 전이금속은 다수의 원자가의 유색 화합물, 및 안정한 착이온 형성 능력을 특징으로 한다. "비금속"이라는 용어는 전자를 잃어서 양이온을 형성하는 능력을 가지지 않는 화학 원소를 의미한다.
기호 N은 하나 이상의 비금속 원소를 나타낸다. 응용에 의존해서, 어떠한 적당한 비금속 원소 또는 그의 조합도 이용될 수 있다. 합금 조성물은 다수의 비금속 원소, 예컨대 2 개 이상, 3 개 이상, 4 개 이상, 또는 그 초과의 비금속 원소를 포함할 수 있다. 그 경우, 기호 "N"은 다수의 비금속 원소를 나타내고 포함하며, 화학식은 N1, N2, N3 등을 가질 수 있다. 비금속 원소는 주기율표에서 13족 내지 17족에서 발견되는 어떠한 원소도 될 수 있다. 예를 들어, 비금속 원소는 F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, Po, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, Pb 및 B 중 어느 하나일 수 있다. 때때로, 비금속 원소는 또한 13족 내지 17족의 일부 준금속(예를 들어, B, Si, Ge, As, Sb, Te 및 Po)도 의미할 수 있다. 한 실시양태에서, 비금속 원소는 B, Si, C, P 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 합금 조성물은 붕화물, 탄화물 또는 둘 모두를 포함할 수 있다.
기호 M은 하나 이상의 전이금속 원소를 나타낸다. 예를 들어, M은 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드륨, 하프늄, 탄탈, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 러더포듐, 더브늄, 시보르기움, 보륨, 하슘, 마이트너륨, 우눈닐륨, 우누누늄, 우눈븀 중 어느 것도 될 수 있다. 한 실시양태에서, M은 Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd 및 Hg 중 적어도 하나를 나타낼 수 있다. 응용에 의존해서, 어떠한 적당한 전이금속 원소 또는 그의 조합도 이용될 수 있다. 합금 조성물은 다수의 전이금속 원소, 예컨대 적어도 2 개, 적어도 3 개, 적어도 4 개, 또는 그 초과의 전이금속 원소를 포함할 수 있다. 그 경우, 기호 "M"은 다수의 전이금속 원소를 나타내고 포함하며, 화학 화학식은 M1, M2, M3 등을 가질 수 있다.
분말 함유 조성물에서 합금은 어떠한 모양 또는 크기도 가질 수 있다. 예를 들어, 합금은 구형, 타원형, 와이어형, 막대형, 시트형, 플레이크형 또는 불규칙한 모양 같은 모양을 가질 수 입는 미립자의 모양을 가질 수 있다. 미립자는 어떠한 적당한 크기도 가질 수 있다. 예를 들어, 그것은 약 1 마이크로미터와 약 100 마이크로미터 사이, 예컨대 약 5 마이크로미터와 약 80 마이크로미터 사이, 예컨대 약 10 마이크로미터와 약 60 마이크로미터 사이, 예컨대 약 15 마이크로미터와 약 50 마이크로미터 사이, 예컨대 약 15 마이크로미터와 약 45 마이크로미터 사이, 예컨대 약 20 마이크로미터와 약 40 마이크로미터 상이, 예컨대 약 25 마이크로미터와 약 35 마이크로미터 사이의 평균 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 미립자의 평균 직경은 약 25 마이크로미터와 약 44 마이크로미터 사이이다. 일부 실시양태에서는, 더 작은 미립자, 예컨대 나노미터 범위의 미립자, 또는 더 큰 미립자, 예컨대 100 마이크로미터 초과의 미립자가 이용될 수 있다.
고용체
"고용체"라는 용어는 고체 형태의 용액을 의미한다. "용액"이라는 용어는 고체, 액체, 기체 또는 이들의 조합일 수 있는 둘 이상의 물질의 혼합물을 의미한다. 혼합물은 균질 또는 불균질할 수 있다. "혼합물"이라는 용어는 서로 조합되고 일반적으로 분리될 수 있는 둘 이상의 물질의 조성물이다. 일반적으로, 둘 이상의 물질이 서로 화학적으로 조합되지 않는다.
합금
일부 실시양태에서, 본원에 기술된 합금 분말 조성물은 완전히 합금될 수 있다. "합금"은 한 금속의 원자가 다른 한 금속의 원자 사이의 간극 위치를 대체하거나 또는 점유하는 둘 이상의 금속의 균질 혼합물 또는 고용체를 의미하고, 예를 들어 황동은 아연 및 구리의 합금이다. 복합체와 대조적으로, 합금은 금속 기질(metal matrix) 중의 하나 이상의 원소, 예컨대 금속 기질 중의 하나 이상의 화합물의 부분 또는 완전 고용체를 의미할 수 있다. 본원에서 합금이라는 용어는 단일의 고체상 마이크로구조를 제공할 수 있는 완전 고용체 합금 및 둘 이상의 상을 제공할 수 있는 부분 용액 둘 모두를 의미할 수 있다.
따라서, 완전히 합금된 합금은 그것이 고용체 상, 화합물 상 또는 둘 모두이면, 구성성분의 균질한 분포를 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 "완전히 합금된"이라는 용어는 허용 오차 내에서의 미미한 변화를 허용할 수 있다. 예를 들어, 그것은 적어도 90% 합금된 것, 예컨대 적어도 95% 합금된 것, 예컨대 적어도 99% 합금된 것, 예컨대 적어도 99.5% 합금된 것, 예컨대 적어도 99.9% 합금된 것을 의미할 수 있다. 본원에서 백분율은 상황에 의존해서 부피 백분율 또는 중량 백분율을 의미할 수 있다. 이들 백분율은 합금의 일부가 아닌 조성물 또는 상에 있어서일 수 있는 불순물에 의해 균형을 맞출 수 있다.
비정질 또는 비결정질 고체
"비정질" 또는 "비결정질 고체"는 결정의 특징인 격자 주기성이 없는 고체이다. 본원에서 사용되는, "비정질 고체"는 가열시 유리 전이를 통해서 액체로 변형하는 비정질 고체인 "유리"를 포함한다. 다른 유형의 비정질 고체는 겔, 박막, 및 나노구조화된 재료를 포함한다. 일반적으로, 비정질 물질은 화학 결합의 특성 때문에 원자 길이 규모에서 어떤 단범위 질서를 가질지라도 결정의 특성인 장범위 질서는 없다. 비정질 고체와 결정질 고체는 구조 특성화 기술, 예컨대 X-선 회절 및 투과전자현미경법에 의해 결정할 수 있는 격자 주기성에 기초해서 구별할 수 있다.
"질서" 및 "무질서"라는 용어는 다입자계에서 어떤 대칭 또는 상관성의 존재 또는 부재를 나타낸다. "장범위 질서" 및 "단범위 질서"라는 용어는 재료에서의 질서를 길이 규모에 기초해서 구별한다.
고체에서 가장 엄밀한 질서 형태는 격자 주기성이고: 어느 일정 패턴(단위 셀에서의 원자의 배열)이 여러 번 반복되어 병진 불변성 공간 타일링을 형성한다. 이것은 결정의 정의적 성질이다. 가능한 대칭은 14 개의 브라베이 격자 및 230 개의 공간군에서 분류된다.
격자 주기성은 장범위 질서를 의미한다. 하나의 단위 셀만 알면, 병진 대칭성 때문에 임의 거리에서 모든 원자 위치를 정확하게 예상할 수 있다. 예를 들어, 완벽하게 결정적인 타일링을 가지지만 격자 주기성을 가지지 않는 준결정을 제외하고는, 그 역도 일반적으로 참이다.
장범위 질서는 동일 샘플의 멀리 떨어진 부분들이 상관된 거동을 나타내는 물리계의 특징이다.
이것은 상관함수, 즉 스핀-스핀 상관함수로 나타낼 수 있다: G(x,x') = ＜s(x),s(x')＞
상기 함수에서, s는 스핀 양자수이고, x는 특정 계 내에서 거리 함수이다.
이 함수는 x = x'일 때는 1과 같고, 거리 ｜x-x'｜가 증가함에 따라 감소한다. 통상적으로, 그것은 큰 거리에서는 지수적으로 감소해서 0에 이르고, 그 계는 무질서하다고 여긴다. 그러나, 상관함수가 큰 ｜x-x'｜에서 일정한 값으로 감소하면, 그 계는 장범위 질서를 가진다고 말한다. 그것이 거리의 거듭제곱으로서 0으로 감소하면, 그것은 준장범위 질서라고 불린다. ｜x-x'｜의 큰 값을 구성하는 것은 상대적임을 유의한다.
한 계의 거동을 정의하는 어떤 매개변수가 시간에 따라 점진적으로 변화하지 않는 랜덤 변수일 때, 그 계는 켄칭된 무질서(quenched disorder)를 나타낸다고 말하고, 즉, 그것은 켄칭된 또는 굳은 예를 들어 스핀 유리이다. 그것은 랜덤 변수가 그 자신을 점진적으로 변화시키도록 허용된 어닐링된 무질서와 반대이다. 본원의 실시양태는 켄칭된 무질서를 포함하는 계를 포함한다.
본원에 기술된 합금 분말 조성물은 결정질, 부분 결정질, 비정질, 또는 실질적으로 비정질일 수 있다. 예를 들어, 합금된 분말은 적어도 약간의 결정도를 포함할 수 있고, 결정립/결정이 나노미터 및/또는 마이크로미터 범위의 크기를 가진다. 별법으로, 합금된 분말은 실질적으로 비정질일 수 있고, 예컨대 완전 비정질일 수 있다. 한 실시양태에서, 합금 분말 조성물은 적어도 실질적으로 비정질이 아니고, 예컨대 실질적으로 결정질이고, 예컨대 완전히 결정질이다.
비정질 합금 또는 비정질 금속
"비정질 합금"은 50 부피% 초과의 비정질 함량, 바람직하게는 90 부피% 초과의 비정질 함량, 더 바람직하게는 95 부피% 초과의 비정질 함량, 가장 바람직하게는 99 부피% 초과 내지 거의 100 부피%의 비정질 함량을 갖는 합금이다. "비정질 금속"은 무질서한 원자 규모 구조를 갖는 비정질 금속 재료이다. 결정질이고 따라서 고도로 질서있는 원자 배열을 갖는 대부분의 금속과 대조적으로, 비정질 합금은 비결정질이다. 냉각시 액체 상태로부터 직접 이러한 무질서한 구조가 생성되는 재료는 때로는 "유리"라고 부른다. 따라서, 비정질 금속은 흔히 "금속 유리" 또는 "유리 금속"이라고 불린다. 그러나, 비정질 금속을 생성하는 방법에는 극도로 급속한 냉각 이외에도, 물리 증착, 고체상 반응, 이온 조사, 용융방사 및 기계적 합금화를 포함해서 몇 가지 있다. 비정질 합금은 그것이 준비되는 방법과 상관 없이 단일 부류의 재료일 수 있다.
비정질 금속은 다양한 급속 냉각 방법을 통해 제조될 수 있다. 예를 들어, 비정질 금속은 용융된 금속을 회전하는 금속 원반에 스퍼터링함으로써 제조될 수 있다. 1초에 수백만 도 정도의 급속 냉각은 너무 빨라서 결정이 형성될 수 없고, 이 재료는 유리 상태로 "고정"된다. 또한, 비정질 금속은 두꺼운 층(1 ㎜ 초과)으로 비정질 구조의 형성을 허용하기에 충분히 낮은 임계 냉각 속도로 제조될 수 있고; 이것은 벌크 금속 유리(BMG)라고 알려져 있다.
비정질 금속은 순수 금속이라기보다는 합금일 수 있다. 합금은 상당히 상이한 크기의 원자를 함유할 수 있고, 용융 상태에서 낮은 자유 부피를 초래한다(따라서, 다른 금속 및 합금보다 더 높은 자릿수까지의 점도를 가진다). 이 점도는 원자가 질서있는 격자를 형성할 정도로 충분히 움직이는 것을 방지한다. 이 재료 구조 때문에 냉각시 낮은 수축 및 소성 변형 저항이 일어날 수 있다. 결정질 재료의 약한 곳인 결정 입계의 부재는 더 좋은 내마모성 및 내부식성을 초래할 수 있다. 또한, 비정질 금속은 기술적으로는 유리이지만, 산화물 유리 및 세라믹보다 훨씬 더 강인하고 덜 깨질 수 있다.
비정질 재료의 열전도도는 결정질 대응물의 열전도도보다 더 낮을 수 있다. 심지어 더 느린 냉각 동안에도 비정질 구조의 형성을 달성하기 위해, 합금은 3 개 이상의 성분으로 제조될 수 있고, 결국은 더 높은 퍼텐셜 에너지 및 더 낮은 형성 확률을 갖는 복잡한 결정 단위를 초래한다. 비정질 합금의 형성은 몇 가지 인자에 의존할 수 있다: 합금의 성분들의 조성; 성분들의 원자 반경(바람직하게는 높은 충전밀도 및 낮은 자유부피를 달성하기 위해서는 12% 초과의 상당한 차이를 가짐); 및 결정 핵생성을 억제하고 용융된 금속이 과냉각 상태에 머무르는 시간을 연장시키는 성분들의 조합의 음의 혼합열. 그러나, 비정질 합금 형성은 많은 상이한 변수에 기초하기 때문에, 합금 조성물이 비정질 합금을 형성할 것인지를 사전에 결정하는 것이 어려울 수 있다.
예를 들어, 붕소, 규소, 인 및 다른 유리 형성제와 자성 금속(철, 코발트, 니켈)의 비정질 합금은 자성일 수 있고, 낮은 보자력 및 높은 전기저항을 가진다. 높은 저항은 교류 자기장을 받을 때 와상 전류에 의한 낮은 손실을 초래하고, 예를 들어 트랜스(transformer) 자심으로서 유용한 성질이다.
비정질 합금은 다양한 잠재적으로 유용한 성질을 가질 수 있다. 특히, 그것은 유사한 화학 조성의 결정질 합금보다 더 강한 경향이 있고, 그것은 결정질 합금보다 더 큰 가역적("탄성") 변형을 유지할 수 있다. 비정질 금속은 그의 비결정질 구조로부터 직접적으로 그의 강도를 얻으므로, 결정질 합금의 강도를 제한하는 결함(예컨대, 전위)을 전혀 가질 수 없다. 예를 들어, 비트렐로이(Vitreloy)™라고 알려진 최신의 비정질 금속은 고등급 티타늄의 인장강도의 거의 2 배의 인장강도를 가진다. 일부 실시양태에서는, 실온에서 금속 유리가 연성이 아니고, 장력을 받을 때 갑자기 파괴되는 경향이 있어서, 임박한 파괴가 분명하지 않기 때문에 신뢰성이 결정적인 응용에서는 재료 응용을 제한한다. 따라서, 이러한 도전을 극복하기 위해, 연성 결정질 금속의 수지상 입자 또는 섬유를 함유하는 금속 유리 기질을 갖는 금속 기질 복합체 재료를 이용할 수 있다.
벌크 비정질 합금의 또 다른 유용한 성질은 그것이 진짜 유리일 수 있다는 것이다; 다시 말해서, 그것은 가열시 연화하여 유동할 수 있다. 이것은 중합체와 대체로 똑같이, 용이한 가공, 예컨대 사출성형에 의한 가공을 허용한다. 따라서, 비정질 합금은 스포츠 장비, 의료기구, 전자 컴포넌트 및 장비, 및 박막 제조에 이용할 수 있다. 고속 산소연료 기술에 의해 보호 코팅으로서 비정질 금속의 박막을 침착시킬 수 있다.
비정질 금속 또는 비정질 합금은 단범위 질서만을 나타내는 금속 원소 함유 재료를 의미할 수 있고 - 본원 전체에 걸쳐서 "원소"라는 용어는 주기율표에서 발견되는 원소를 의미한다. 단범위 질서 때문에, 비정질 재료는 때로는 "유리"라고 기술할 수 있다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 비정질 금속 또는 합금은 때로는 "금속 유리" 또는 "벌크 금속 유리(BMG)"라고 부를 수 있다.
재료는 비정질 상, 결정질 상, 또는 둘 모두를 가질 수 있다. 비정질 상 및 결정질 상은 동일한 화학 조성을 가지며 마이크로구조만 상이할 수 있다 - 즉, 하나는 비정질이고 다른 하나는 결정질이다. 한 실시양태에서 마이크로구조는 25X 배율 이상에서 현미경으로 밝혀지는 재료의 구조를 의미한다. 별법으로, 2 개의 상은 상이한 화학 조성 및 마이크로구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 조성물은 부분적으로 비정질일 수 있거나, 실질적으로 비정질일 수 있거나, 또는 완전히 비정질일 수 있다. 부분 비정질 조성물은 약 5 부피% 이상, 예컨대 약 10 부피% 이상, 예컨대 20 부피% 이상, 예컨대 약 40 부피% 이상, 예컨대 약 60 부피% 이상, 예컨대 약 80 부피% 이상, 예컨대 약 90 부피% 이상이 비정질 상인 조성물을 의미한다. "실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 본원의 다른 곳에서 정의하였다. 따라서, 적어도 실질적으로 비정질인 조성물은 약 90 부피% 이상, 예컨대 약 95 부피% 이상, 예컨대 약 98 부피% 이상, 예컨대 약 99 부피% 이상, 예컨대 약 99.5 부피% 이상, 예컨대 약 99.8 부피% 이상, 예컨대 약 99.9 부피% 이상이 비정질인 것을 의미할 수 있다. 한 실시양태에서, 실질적으로 비정질인 조성물은 그 안에 존재하는 어떤 부수적인 사소한 양의 결정상을 가질 수 있다.
한 실시양태에서, 비정질 합금 조성물은 비정질 상에 대해서 균질할 수 있다. 조성이 균일한 물질은 균질하다. 이것은 불균질한 물질과 대조적이다. "조성"이라는 용어는 물질에서 화학 조성 및/또는 마이크로구조를 의미한다. 물질의 부피를 절반으로 나누어서 두 절반이 실질적으로 동일한 조성을 가질 때 물질은 균질하다. 예를 들어, 미립자 현탁액의 부피를 절반으로 나누어서 두 절반이 실질적으로 동일한 부피의 입자를 가질 때 미립자 현탁액은 균질하다. 그러나, 현미경 으로 개개의 입자를 보는 것이 가능할 수도 있다. 균질한 물질의 또 다른 예는 공기이고, 공기 중의 입자, 기체 및 액체는 개별적으로 분석할 수 있거나 또는 공기로부터 분리할 수 있지만, 공기 중에는 상이한 성분들이 동등하게 부유되어 있다.
비정질 합금에 관해서 균질한 조성물은 그의 마이크로구조 전체에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 분포된 비정질 상을 가지는 것을 의미할 수 있다. 다시 말해서, 이 조성물은 거시적으로 조성물 전체에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 분포된 비정질 합금을 포함한다. 다른 한 실시양태에서, 이 조성물은 비정질이 아닌 상을 안에 갖는 비정질 상을 가지는 복합체일 수 있다. 비정질이 아닌 상은 하나의 결정 또는 다수의 결정일 수 있다. 결정은 어떠한 모양의 미립자 형태도 될 수 있고, 예컨대 구형, 타원형, 와이어형, 막대형, 시트형, 플레이크형 또는 불규칙한 모양의 미립자 형태일 수 있다. 한 실시양태에서, 그것은 수지상 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 적어도 부분적으로 비정질인 복합체 조성물은 비정질 상 기질에 분산된 수지상 모양의 결정질 상을 가질 수 있고; 분산은 균일하거나 또는 불균일할 수 있고, 비정질 상 및 결정질 상은 동일 또는 상이한 화학 조성을 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 그것은 실질적으로 동일한 화학 조성을 가진다. 또 다른 실시양태에서, 결정질 상은 BMG 상보다 더 연성일 수 있다.
본원에 기술된 방법은 어떠한 유형의 비정질 합금에도 적용할 수 있다. 마찬가지로, 본원에서 조성물 또는 물품의 구성성분으로 기술된 비정질 합금은 어떠한 유형도 될 수 있다. 비정질 합금은 원소 Zr,Hf, Ti, Cu, Ni, Pt, Pd, Fe, Mg, Au, La, Ag, Al, Mo, Nb 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 즉, 합금은 그의 화학식 또는 화학 조성에 이들 원소의 어떠한 조합도 포함할 수 있다. 원소는 상이한 중량 백분율 또는 부피 백분율로 존재할 수 있다. 예를 들어, 철 "기반" 합금은 그 안에 존재하는 사소한 중량 백분율의 철을 갖는 합금을 의미할 수 있고, 중량 백분율은 예를 들어 적어도 약 10 중량%, 예컨대 적어도 약 20 중량%, 예컨대 적어도 약 40 중량%, 예컨대 적어도 약 50 중량%, 예컨대 적어도 약 60 중량%일 수 있다. 별법으로, 한 실시양태에서, 상기 백분율은 중량 백분율 대신 부피 백분율일 수 있다. 따라서, 비정질 합금은 지르코늄 기반, 티타늄 기반, 백금 기반, 팔라듐 기반, 금 기반, 은 기반, 구리 기반, 철 기반, 니켈 기반, 알루미늄 기반, 몰리브덴 기반 등일 수 있다. 일부 실시양태에서, 합금, 또는 합금을 포함하는 조성물은 니켈, 알루미늄 또는 베릴륨 또는 그의 조합이 실질적으로 없을 수 있다. 한 실시양태에서, 합금 또는 복합체는 니켈, 알루미늄 또는 베릴륨, 또는 그의 조합이 전혀 없다.
예를 들어, 비정질 합금은 화학식 (Zr,Ti)a(Ni,Cu,Fe)b(Be,Al,Si,B)c(여기서, a, b 및 c는 각각 중량 또는 원자 백분율을 나타냄)을 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 원자 백분율로 a는 30 내지 75의 범위이고, b는 5 내지 60의 범위이고, c는 0 내지 50의 범위이다. 별법으로, 비정질 합금은 화학식 (Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)c(여기서, a, b 및 c는 각각 중량 또는 원자 백분율을 나타냄)을 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 원자 백분율로 a는 40 내지 75의 범위이고, b는 5 내지 50의 범위이고, c는 5 내지 50의 범위이다. 또한, 합금은 화학식 (Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)c(여기서, a, b 및 c는 각각 중량 또는 원자 백분율을 나타냄)을 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 원자 백분율로 a는 45 내지 65의 범위이고, b는 7.5 내지 35의 범위이고, c는 10 내지 37.5의 범위이다. 별법으로, 합금은 화학식 (Zr)a(Nb,Ti)b(Ni,Cu)c(Al)d(여기서, a, b, c 및 d는 각각 중량 또는 원자 백분율을 나타냄)을 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 원자 백분율로 a는 45 내지 65의 범위이고, b는 0 내지 10의 범위이고, c는 20 내지 40의 범위이고, d는 7.5 내지 15의 범위이다. 상기 합금계의 한 예시적인 실시양태는 리퀴드메탈 테크놀로지즈(Liquidmetal Technologies; 미국 캘리포니아주)에서 제조한 비트렐로이™ , 예컨대 비트렐로이-1 및 비트렐로이-101이라는 상표명의 Zr-Ti-Ni-Cu-Be 기반 비정질 합금이다. 상이한 계의 비정질 합금의 몇몇 예를 표 1에 제공한다.
또한, 비정질 합금은 철 합금, 예컨대 (Fe, Ni, Co) 기반 합금일 수 있다. 이러한 조성의 예는 미국 특허 제6,325,868호, 미국 특허 제5,288,344호, 미국 특허 제5,368,659호, 미국 특허 제5,618,359호, 및 미국 특허 제5,735,975호, 문헌[Inoue et al., Appl. Phys. Lett., Volume 71, p464(1997)], 문헌[Shen et al., Mater. Trans., JIM, Volume 42, p2136(2001)], 및 일본 특허 출원 제200126277호(공개 제2001303218A호)에 게재되어 있다. 한 예시적인 조성은 Fe72Al5Ga2P11C6B4이다. 또 다른 예는 Fe72Al7Zr10Mo5W2B15이다. 본원에서 코팅에 이용할 수 있는 또 다른 철 기반 합금계는 US 2010/0084052에 게재되어 있고, 여기서 비정질 금속은 예를 들어 괄호 안에 제공된 조성의 범위로 망간(1 내지 3 원자%), 이트륨(0.1 내지 10 원자%), 및 규소(0.3 내지 3.1 원자%)를 함유하고; 그것은 괄호 안에 제공된 명시된 범위의 조성으로 다음 원소를 함유한다: 크롬(15 내지 20 원자%), 몰리브덴(2 내지 15 원자%), 텅스텐(1 내지 3 원자%), 붕소(5 내지 16 원자%), 탄소(3 내지 16 원자%), 및 철 (나머지).
Figure 112012084959765-pct00003
상기 비정질 합금계는 추가의 원소, 예컨대 Nb, Cr, V, Co를 포함하는 추가의 전이금속 원소를 더 포함할 수 있다. 추가의 원소는 약 30 중량% 이하, 예컨대 약 20 중량% 이하, 예컨대 약 10 중량% 이하, 예컨대 약 5 중량% 이하로 존재할 수 있다. 한 실시양태에서, 추가의 선택적 원소는 탄화물을 형성하고 추가로 내마모성 및 내부식성을 개선하는 코발트, 망간, 지르코늄, 탄탈, 니오븀, 텅스텐, 이트륨, 티타늄, 바나듐 및 하프늄 중 적어도 하나이다. 추가의 선택적 원소는 용융점을 감소시키기 위해 합계 약 2% 까지, 바람직하게는 1% 미만의 인, 게르마늄 및 비소를 포함할 수 있다. 그 밖의 다른 부수적 불순물은 약 2% 미만, 바람직하게는 0.5% 미만이어야 한다.
일부 실시양태에서, 비정질 합금을 갖는 조성물은 소량의 불순물을 포함할 수 있다. 조성물의 성질을 개질하기 위해, 예컨대 기계적 성질(예를 들어, 경도, 강도, 파괴 메카니즘 등)을 개선하고/하거나 내부식성을 개선하기 위해 불순물 원소를 의도적으로 첨가할 수 있다. 별법으로, 불순물은 불가피한 부수적 불순물, 예컨대 가공 및 제조의 부산물로서 얻어지는 것으로서 존재할 수 있다. 불순물은 약 10 중량% 이하, 예컨대 약 5 중량% 이하, 예컨대 약 2 중량% 이하, 예컨대 약 1 중량% 이하, 예컨대 약 0.5 중량% 이하, 예컨대 약 0.1 중량% 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 이들 백분율은 중량 백분율 대신 부피 백분율일 수 있다. 한 실시양태에서, 조성물은 본직적으로 비정질 합금으로 이루어진다(극히 적은 부수적 양의 불순물을 가짐). 또 다른 실시양태에서, 조성물은 비정질 합금으로 이루어진다(관찰가능한 미량의 불순물이 없음).
비정질 합금계는 몇 가지 바람직한 성질을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 그것은 높은 경도 및/또는 강도를 가질 수 있다. 철 기반 비정질 합금은 특히 높은 항복강도 및 경도를 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 비정질 합금은 약 200 ksi 이상, 예컨대 250 ksi 이상, 예컨대 400 ksi 이상, 예컨대 500 ksi 이상, 예컨대 600 ksi 이상의 항복강도를 가질 수 있다. 경도에 관해서, 한 실시양태에서는 비정질 합금이 약 400 비커스-100 gm 초과, 예컨대 약 450 비커스-100 gm 초과, 예컨대 약 600 비커스-100 gm 초과, 예컨대 약 800 비커스-100 gm 초과, 예컨대 약 1000 비커스-100 gm 초과, 예컨대 약 1100 비커스-100 gm 초과, 예컨대 약 1200 비커스-100 gm 초과, 예컨대 약 1300 비커스-100 gm 초과의 경도 값을 가질 수 있다.
또한, 비정질 합금은 매우 높은 탄성 변형률 한계, 예컨대 적어도 약 1.2 %, 예컨대 적어도 약 1.5 %, 예컨대 적어도 약 1.6 %, 예컨대 적어도 약 1.8 %, 예컨대 적어도 약 2.0 %의 탄성 변형률 한계를 가질 수 있다. 또한, 비정질 합금은 높은 강도-중량 비를 나타낼 수 있고, 특히, 예를 들어 Ti 기반 및 Fe 기반 합금의 경우에 그러하다. 또한, 그것은 높은 내부식성 및 높은 환경 내구성을 가질 수 있고, 특히, 예를 들어 Zr 기반 및 Ti 기반 합금의 경우에 그러하다.
화학 조성
관련된 공정 및 요망되는 응용에 의존해서, 합금 분말 조성물의 화학 조성은 달라질 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 조성물은 3 개의 상을 가질 수 있고, 하나는 고용체상이고, 나머지 두 상은 다른 성분 상, 예를 들어 제1 성분 상 및 제2 성분 상이다. 제2 성분 상은 예를 들어 화학 조성 면에서 제1 성분 상과 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 한 실시양태에서, 제2 성분 상은 적어도 하나의 전이금속 원소 및 적어도 하나의 비금속 원소를 포함하고, 이들 원소 중 어느 것도 제1 성분 상과 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 또한, 원소는 바람직한 어떠한 양으로도 존재할 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 전이금속 원소는 전체 합금 조성물의 약 20 중량% 이하, 예컨대 약 15 중량% 이하, 예컨대 약 10 중량% 이하, 예컨대 약 5 중량% 이하일 수 있다.
한 실시양태에서, 본원에 기술된 분말 조성물은 코팅의 일부이다. 코팅은 적어도 부분적으로 비정질인 합금을 가지는 분말 조성물을 포함하고, 합금은 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함한다. 한 실시양태에서, 합금 조성물은 본질적으로 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철로 이루어진다. 다른 한 실시양태에서, 합금 조성물은 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철로 이루어진다. 응용에 의존해서, 본원에 기술된 합금 분말 조성물은 일부 원소가 없을 수 있다. 예를 들어, 조성물은 니켈, 알루미늄, 베릴륨, 규소 또는 그의 조합이 없을 수 있다. 분말은 적어도 부분적으로 비정질일 수 있고, 예컨대 적어도 실질적으로 비정질일 수 있고, 예컨대 완전히 비정질일 수 있다.
합금 조성물의 원소의 함량은 다양할 수 있다. 크롬 원소에 관해서, 합금 조성물은 약 15 중량%, 예컨대 적어도 약 20 중량%, 예컨대 적어도 약 25 중량%, 예컨대 적어도 약 30 중량%의 Cr을 포함할 수 있다.
몰리브덴 원소에 관해서, 합금 조성물은 적어도 약 10 중량%, 예컨대 적어도 약 15 중량%, 예컨대 적어도 약 20 중량%, 예컨대 적어도 약 25 중량%의 Mo를 포함할 수 있다.
탄소 원소에 관해서, 합금 조성물은 적어도 약 0.5 중량%, 예컨대 적어도 약 1 중량%, 예컨대 적어도 약 2 중량%, 예컨대 적어도 약 3 중량%의 C를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, C 원소는 탄화물 형태로 존재할 수 있다.
붕소 원소에 관해서, 합금 조성물은 적어도 약 1 중량%, 예컨대 적어도 약 1.5 중량%, 예컨대 적어도 약 2 중량%, 예컨대 적어도 약 2.5 중량%의 C를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 원소 B는 붕화물 형태로 존재할 수 있다.
상기 합금 조성물의 나머지는 철로 이루어진다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 합금은 화학식
Figure 112012084959765-pct00004
(여기서, a, b, c 및 d는 각각 독립적으로 중량%를 나타내고, a는 약 22 내지 약 28이고, b는 약 14 내지 약 20이고, c는 약 2 내지 약 3이고, d는 약 1.5 내지 약 2이다)으로 나타내어진다. 한 예시적인 실시양태에서, 합금 조성물은 화학식
Figure 112012084959765-pct00005
로 나타낼 수 있다.
한 실시양태에서, 합금 분말 조성물은 적어도 부분적으로 실질적으로 합금되고, 예컨대 적어도 실질적으로 합금되고, 예컨대 완전히 합금된다. 필요하지는 않지만, 본원에 기술된 합금 조성물은 바람직하게는 복합체와 대조되는 합금 형태로 원소를 포함한다. 합금과 조성물 사이의 구별은 본 명세서의 그 밖의 다른 곳에서 제공되었다. 특히, 일부 실시양태에서는 본원에 기술된 조성물이 복합체 형태가 아닌 것이 바람직하고; 대신, 분말 합금 조성물이 합금 형태인 것이 바람직하다. 원소(Cr, Mo, B, C, Fe 등)를 합금 형태로 갖는 것의 적어도 한 이점은 조성물이 화학 조성에 관해서 균질할 수 있고, 복합체의 경우처럼 상이한 구성 원소의 계면에서 어떠한 특별한 약한 지점도 갖지 않는다는 점이다. 복합체의 경우, 조성물은 승온에서 특히 뚜렷이 다른 실체 또는 구성성분으로 존재하는 상이한 원소들의 계면에서 화학적 또는 물리적(예를 들어, 기계적) 성질에 대해서 허물어질 수 있다.
합금 분말 조성물을 포함하는 조성물은 화학 조성이 어떤 소량의 불순물을 함유할 수도 있기 때문에 본질적으로 합금 분말 조성물로 이루어질 수 있다. 별법으로, 조성물은 합금된 분말 조성물로 이루어질 수 있다. 불순물의 양은 예를 들어 10 중량% 미만, 예컨대 5 중량% 미만, 예컨대 2 중량% 미만, 예컨대 1 중량% 미만, 예컨대 0.5 중량% 미만, 예컨대 0.2 중량% 미만, 예컨대 0.1 중량% 미만일 수 있다. 한 실시양태에서, 화학 조성물은 합금 분말 조성물로 이루어질 수 있다.
합금 분말 조성물이 제품, 예컨대 코팅을 제조하는 데 이용될 때, 추가의 재료가 선택적으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 기판 상에 코팅을 제조하는 데에 합금된 분말을 이용하는 한 실시양태에서는, 임의의 선택적 원소를 소량, 예컨대 15 중량% 미만, 예컨대 10 중량% 미만, 예컨대 5 중량% 미만 첨가할 수 있다. 이들 원소는 예를 들어 코발트, 망간, 지르코늄, 탄탈, 니오븀, 텅스텐, 이트륨, 티타늄, 바나듐, 하프늄, 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 이들 원소는 내마모성 및 내부식성을 더 개선하기 위해 단독으로 또는 조합해서 화합물, 예컨대 탄화물을 형성할 수 있다.
제조된 코팅의 다른 성질을 개질하기 위해 어떤 다른 선택적 원소를 첨가할 수 있다. 예를 들어, 조성물의 용융점을 감소시키기 위해 인, 게르마늄, 비소 또는 그의 조합과 같은 원소를 첨가할 수 있다. 이들 원소는 소량, 예컨대 10 중량% 미만, 예컨대 5 중량% 미만, 예컨대 2 중량% 미만, 예컨대 1 중량% 미만, 예컨대 0.5 중량% 미만 첨가할 수 있다.
코팅
"코팅"이라는 용어는 보통 "기판"이라고 불리는 물체의 표면에 적용되는 피복, 예를 들어 재료층을 의미한다. 한 실시양태에서는, 상기한 합금 분말 조성물을 포함하는 것들을 포함해서 본원에 기술된 조성물 중 적어도 하나를 기판에 적용해서 코팅을 형성한다. 한 실시양태에서는, 코팅이 본직적으로 본원에 기술된 조성물로 이루어진다. 또 다른 실시양태에서는, 코팅이 본원에 기술된 조성물로 이루어진다. 기판은 어떠한 유형의 적당한 기판도 될 수 있고, 예컨대 금속 기판, 세라믹 기판, 또는 그의 조합일 수 있다. 본원에 기술된 합금 분말 조성물의 성질 때문에, 그로부터 제조된 코팅은 우수한 성질을 가질 수 있다. 예를 들어, 코팅은 높은 경도를 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 코팅은 적어도 약 800 HV - 100 gm, 예컨대 적어도 약 850 HV - 100 gm, 예컨대 적어도 약 1000 HV - 100 gm, 예컨대 적어도 약 1100 HV - 100 gm, 예컨대 적어도 약 1200 HV - 100 gm, 예컨대 적어도 약 1250 HV - 100 gm, 예컨대 적어도 약 1300 HV - 100 gm의 비커스 경도를 가질 수 있다.
코팅은 내마모성 및/또는 내부식성일 수 있다. 부식은 엔지니어링된 재료가 그의 주변과의 화학반응으로 인해 그의 구성 원자들로 분해하는 것이다. 이것은 산소 같은 산화제와 반응하는 금속의 전기화학적 산화를 의미할 수 있다. 고용체의 금속 원자들의 산화로 인한 금속 산화물의 형성은 녹슴이라고 불리는 전기화학적 부식의 한 예이다. 이러한 유형의 손상은 통상적으로 원래 금속의 산화물(들) 및/또는 염(들)을 생성할 수 있다. 또한, 부식은 금속 이외의 다른 재료, 예컨대 세라믹 또는 중합체에 대해서도 언급할 수 있지만, 이 상황에서는 열화라는 용어가 더 흔하다. 다시 말해서, 부식은 화학 반응으로 인해 금속이 마멸되는 것이다.
금속 및 합금은 단지 공기 중의 수분에 노출되는 것만으로도 부식할 수 있지만, 그 과정은 염 같은 특정 물질에 노출되는 것에 의해서 강한 영향을 받을 수 있다. 부식은 국지적으로 집중되어서 피트(pit) 또는 균열을 형성할 수 있거나, 또는 그것은 넓은 영역에 걸쳐서 퍼져서 표면을 다소 균일하게 부식할 수 있다. 부식은 확산에 의해 조절되는 과정이기 때문에, 그것은 노출된 표면에서 일어날 수 있다. 따라서, 노출 표면의 활성을 감소시키는 방법, 예컨대 코팅, 부동태화 및 크로메이트 전환은 물질의 내부식성을 증가시킬 수 있다.
본원의 실시양태의 코팅과 관련해서 "내부식성"이라는 용어는 환경에 노출될 때 동일 환경에 노출되는 코팅이 없는 동일 재료보다 실질적으로 더 적은 부식을 갖는 코팅을 갖는 재료를 의미할 수 있다. 한 실시양태에서, 본원에 기술된 코팅은 재료의 화학 조성 및 비정질 상에 관해서 본원에 기술된 코팅의 규격을 충족시키지 않는 코팅에 비해 개선된 내부식성을 제공한다.
본원에 기술된 합금 분말 조성물로부터 제조된 코팅은 바람직한 경도, 인성 및 결합 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 코팅은 충분히 조밀할 수 있고, 발전용 보일러에서 부딪히는 매우 넓은 온도 범위에 적당할 수 있다. 코팅은 적어도 부분적으로 비정질일 수 있거나, 예컨대 실질적으로 비정질일 수 있거나 또는 완전히 비정질일 수 있다. 예를 들어, 코팅은 그의 부피의 적어도 50%가 비정질일 수 있고, 예컨대 적어도 60%, 예컨대 적어도 80%, 예컨대 적어도 90%, 예컨대 적어도 95%, 예컨대 적어도 99%가 비정질일 수 있다.
본원에 기술된 합금 조성물의 예상 밖의 바람직한 한 성질은 본원에 기술된 합금 조성물의 열전도도의 예상 밖의 증가이다. 어떠한 특별한 이론에 의해 얽매이지는 않지만, 이 증가는 몰리브덴을 가지지 않거나 또는 더 낮은 몰리브덴 함량을 갖는 합금과 비교할 때 몰리브덴의 존재 때문일 수 있다. 통상적인 표면경화 합금 재료는 빈번히 크롬 양은 높지만 몰리브덴은 있다 하더라도 그 양이 낮다는 것을 주목한다. 한 실시양태에서, 본원에 기술된 Mo 함유 합금은 Mo를 함유하지 않는 (또는 더 낮은 Mo를 함유하는) 대응물보다 적어도 약 1%, 예컨대 적어도 약 2%, 예컨대 적어도 약 5%, 예컨대 적어도 약 6%, 예컨대 적어도 약 8%, 예컨대 적어도 약 10% 더 높은 열전도도를 갖는다. 본원에 기술된 조성물의 열전도도는 적어도 2 W/mk, 예컨대 적어도 3 W/mk, 예컨대 적어도 5 W/mk, 예컨대 적어도 10 W/mk일 수 있다. 한 실시양태에서, 본원에 기술된 조성물은 약 1 W/mk 내지 약 10 W/mk, 예컨대 약 2 W/mk 내지 약 6 W/mk, 예컨대 약 3 W/mk 내지 약 5 W/mk, 예컨대 약 3.5 W/mk 내지 약 4 W/mk의 열전도도를 갖는다. 한 실시양태에서, 열전도도는 약 3.4 W/mk이다.
또한, 어떠한 특별한 이론에 의해 얽매이지는 않지만, 열전도도 증가는 합금의 가속된 냉각을 초래할 수 있다. 이러한 신속한 냉각의 한 결과는 합금의 비정질 상의 증가일 수 있다. 다시 말해서, Mo의 존재는 또한 놀랍게도 합금의 비정질 상의 함량의 증가를 초래한다.
본원에 기술된 방법 및 조성물에 의해 생성된 코팅은 조밀할 수 있다. 예를 들어, 그것은 약 10%(부피) 이하의 공극률, 예컨대 약 5% 이하의 공극률, 예컨대 약 2% 이하의 공극률, 예컨대 약 1% 이하의 공극률, 예컨대 약 0.5% 이하의 공극률을 가질 수 있다. 이용되는 재료와 생산 및 공정 방법을 포함하는 상황에 의존해서, 상기 백분율은 부피 백분율 대신 중량 백분율일 수 있다.
코팅의 두께는 약 0.001" 내지 약 0.1", 예컨대 약 0.005" 내지 약 0.08", 예컨대 약 0.020" 내지 약 0.050", 예컨대 약 0.015" 내지 약 0.03", 예컨대 약 0.02" 내지 약 0.025"일 수 있다. 코팅이 아크 분사에 의해 제조되는 한 실시양태에서, 코팅은 약 0.02" 내지 약 0.03"의 두께를 가진다. 코팅이 HVOF에 의해 제조되는 한 실시양태에서, 코팅은 약 0.015" 내지 약 0.03"의 두께를 가진다.
코팅은 상기한 합금 분말 조성물 중 어느 것이라도 포함할 수 있다. 합금 분말 조성물 이외에도, 코팅은 추가의 원소 또는 재료, 예컨대 결합제로부터의 원소 또는 재료를 포함할 수 있다. "결합제"라는 용어는 다른 재료들을 결합하는 데 이용되는 재료를 의미한다. 또한, 코팅은 의도적으로 첨가된 어떠한 첨가제 또는 부수적 불순물을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 코팅은 본질적으로 합금 분말 조성물로 이루어지고, 예컨대 합금 분말 조성물로 이루어진다.
본원의 실시양태의 코팅은 몇 가지 이점이 있다. 예를 들어, 코팅은 단단한 미립자의 감소 없이 그의 완전성을 보유할 것이다. 추가로, 그것은 높은 온도에 견딜 수 있고, 통상의 코팅보다 더 연성이고 더 내피로성일 수 있을 것이다.
코팅 방법
한 실시양태에서, 이러한 코팅을 형성하는 방법은 기판에 코팅을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 기판은 어떠한 유형도 될 수 있다. 기판은 예를 들어 금속 기판, 예컨대 스틸 기판일 수 있다. 따라서, 한 실시양태에서, 분사된 합금 코팅은 표면경화 구조/재료의 일부가 될 수 있다. 코팅은 본원에 제공된 조성물 중 어느 것도 포함할 수 있다. 예를 들어, 그것은 적어도 부분적으로 비정질이고, 예컨대 적어도 실질적으로 비정질이고, 예컨대 완전히 비정질인 마이크로구조를 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 합금 조성물은 현장에서 형성될 수 있다.
한 실시양태에서, 이 방법은 합금 분말 조성물을 제조하거나 또는 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 조성물은 본원에 제공된 조성물 중 어느 것도 될 수 있다. 합금 분말 조성물을 제조하는 데는 다양한 기술을 이용할 수 있다. 이러한 기술의 하나가 분무이다.
분무는 본원의 실시양태의 코팅을 설치하는 한 방법이다. 분무의 한 예는 기체 분무일 수 있고, 이것은 용융된 금속을 급속하게 이동하는 불활성 기체 스트림에 의해 더 작은 입자로 깨뜨리는 방법을 의미할 수 있다. 기체 스트림은 비반응성 기체(들), 예컨대 아르곤 또는 질소를 포함하는 불활성 기체를 포함할 수 있다. 코팅 전에 다양한 구성성분들을 물리적으로 함께 혼합하거나 또는 블렌딩할 수 있지만, 일부 실시양태에서는 분무, 예컨대 기체 분무가 바람직하다.
한 실시양태에서, 코팅하는 방법 또는 코팅을 제조하는 방법은 혼합물을 제공하고, 혼합물을 분말 조성물로 형성하고, 이어서, 분말 조성물을 기판에 배치해서 코팅을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 조성물은 상기 조성물 중 어느 것도 될 수 있다. 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함하는 다양한 원소의 혼합물은 미리 혼합할 수 있거나, 또는 그들은 추가의 단계에서 혼합할 수 있다. 혼합물의 원소는 합금 분말 조성물의 원소 중 어느 것도 포함할 수 있다. 생성된 합금 조성물이 Cr, Mo, C, B 및 Fe를 포함하는 것인 한 실시양태에서, 혼합물은 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 그의 원소 형태로, 합금 형태로, 복합체 형태로, 화합물 형태로, 또는 그의 조합으로 포함할 수 있다. 혼합물은 비정질 상이 실질적으로 없거나 또는 약간의 비정질 상을 포함할 수 있다.
형성 단계는 상기한 바와 같이 분무에 의해 수행될 수 있다. 그 다음, 합금 분말 조성물을 기판에 배치할 수 있다. 어떠한 적당한 배치 기술도 이용할 수 있다. 예를 들어, 열 분사를 이용할 수 있다. 열 분사 기술은 저온 분사, 폭발 분사, 화염 분사, 고속 산소연료 코팅 분사(HVOF), 플라즈마 분사, 중온(warm) 분사, 와이어 아크 분사, 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 와이어 아크 분사는 트윈-와이어 아크 분사(TWAS)에 의해 수행할 수 있다. 열 분사는 하나 이상의 작업 단계로 수행할 수 있다.
본원에 기술된 HVOF 코팅은 조밀하여 매우 낮은 공극률(상기함)을 가지고/가지거나 산소 함입이 거의 없고, 낮은 한자리 "Ra"(room mean square) 값을 가지도록 마감처리될 수 있고, Ra는 층의 평활도를 나타내는 지시자이다. 또한, 본 발명에 따르는 TWAS 코팅도 조밀할 수 있고, 산화물 스타리거가 낮을 수 있고, 코어드 와이어의 양호한 합금화를 나타낸다. 또한, TWAS 코팅은 낮은 Ra 값을 가질 때까지 마칠 수 있다.
열 분사, 예컨대 HVOF에 이용될 때, 합금 열 분사 재료는 바람직하게는 완전히 합금된다. 그러나, 그것은 비정질 형태일 필요는 없고, 심지어 통상의 생산 절차에서 정상적인 냉각 속도로부터 기인하는 통상의 매크로결정질 구조를 가질 수 있다. 따라서, 열 분사 분말은 용융물로부터 분무하여 액적을 주변 조건 하에서 냉각하는 것 같은 이러한 표준 방법에 의해 제조할 수 있다. 그 다음, 열 분사는 입자를 용융하고, 입자가 코팅 표면에서 켄칭하여 실질적으로 또는 완전히 비정질일 수 있는 코팅을 제공한다. 통상의 제조 절차를 이용함으로써, 열 분사 분말의 제조를 상대적으로 간단하게 해서 비용을 최소화한다.
열 분사는 용융된(또는 가열된) 재료를 표면에 분사하는 코팅 공정을 의미할 수 있다. "공급원료"(코팅 전구체)는 예를 들어 전기(플라즈마 또는 아크) 또는 화학적 수단(연소 화염)으로 가열할 수 있다. 열 분사는 다른 코팅 공정에 비해 높은 침착 속도로 큰 면적에 걸쳐서 두꺼운 코팅(예를 들어, 약 20 마이크로미터 이상, 예컨대 밀리미터 범위까지의 두께 범위)을 제공할 수 있다. 공급원료는 분말 또는 와이어 형태로 계 내에 공급되고, 용융된 또는 반용융된 상태로 가열된 후 마이크로미터 크기 입자 형태로 기판을 향해 가속될 수 있다. 연소 또는 전기 아크 방전이 열 분사를 위한 에너지원으로 이용될 수 있다. 얻어지는 코팅은 많은 분사된 입자의 축적에 의해 제조될 수 있다. 표면이 상당히 뜨거워질 수는 없기 때문에, 열 분사 코팅은 가연성 물질의 코팅을 허용한다는 이점을 가질 수 있다.
조성물은 상기 합금 분말 조성물 중 어느 것도 포함할 수 있다. 배치 단계는 어떠한 적당한 기술에 의해, 예컨대 분사, 예컨대 열 분사에 의해 수행될 수 있다. 열 분사 공정은 일반적으로 열을 이용해서 용융된 또는 반용융된 재료를 기판에 침착시켜서 기판을 마모 및 부식으로부터 보호하는 공정이라고 불린다. 열 분사 공정에서는, 침착될 재료가 예를 들어 분말 형태로 공급된다. 이러한 분말은 예를 들어 100 메쉬 미국 표준 체 크기(149 마이크로미터)와 약 2 미크로 사이의 작은 입자를 포함할 수 있다.
본원에 기술된 합금 분말 조성물은 많은 (완전히 또는 실질적으로 완전히) 합금된 형태, 예컨대 캐스팅된, 소결된, 또는 용접된 형태로, 또는 켄칭된 분말 또는 리본으로 이용될 수 있다. 조성물은 열 분사에 의해 생성되는 코팅으로서 응용하기에 특히 적당할 수 있다. 어떠한 유형의 열 분사도 이용할 수 있고, 예컨대 플라즈마, 화염, 아크 플라즈마, 아크 및 연소, 및 고속 산소연료(HVOF) 분사가 이용될 수 있다. 한 실시양태에서는, 고속 열 분사 공정, 예컨대 HVOF가 이용된다.
열 분사 공정은 일반적으로 3 개의 독특한 단계를 포함하고, 제1 단계는 재료를 용융하는 것이고, 제2 단계는 재료를 분무하는 것이고, 제3 단계는 재료를 기판에 침착시키는 것이다. 예를 들어, 아크 분사 공정은 전기 아크를 이용해서 재료 및 압축 기체를 용융하여 물질을 분무해서 기판에 침착시킨다.
HVOF 공정의 한 실시양태를 도 4에 나타낸다. HVOF 열 분사 공정은 이 공정이 극도로 높은 분사 속도를 생성하도록 개발되었다는 점을 제외하고는 연소 분말 분사 공정("LVOF")과 실질적으로 동일하다. 상이한 방법을 이용해서 고속 분사를 달성하는 많은 HVOF 총이 있다. 한 방법은 기본적으로 고압 물냉각 연소 챔버 및 긴 노즐이다. 연료(케로센, 아세틸렌, 프로필렌 및 수소) 및 산소를 챔버 안에 공급하고, 연소가 뜨거운 고압 화염을 생성해서 이것을 강제로 노즐 아래로 밀어넣어 그의 속도를 증가시킨다. 분말은 고압 하에서 연소 챔버 안으로 축방향으로 공급될 수 있거나, 또는 압력이 더 낮은 라발형 노즐의 옆면을 통해서 공급될 수 있다. 또 다른 방법은 고압 연소 노즐 및 공기 캡의 더 간단한 시스템을 이용한다. 연료 기체(프로판, 프로필렌 또는 수소) 및 산소가 고압으로 공급되고, 노즐 밖이지만 압축 공기가 공급되는 공기 캡 내에서 연소가 일어난다. 압축 공기가 화염을 핀칭(pinching)하여 가속시켜 총의 냉각제로 작용한다. 분말은 노즐 중심으로부터 축방향으로 고압으로 공급된다.
HVOF에서는, 기체 또는 액체 연료 및 산소의 혼합물을 연소 챔버에 공급하고, 여기서 그것들이 연속으로 점화되어 연소된다. 결과로서 생긴 1 MPa에 가까운 압력의 뜨거운 기체는 수렴-발산 노즐을 통해서 나와서 곧게 뻗은 구역을 통해 이동한다. 연료는 기체(수소, 메탄, 프로판, 프로필렌, 아세틸렌, 천연가스 등) 또는 액체(케로센 등)일 수 있다. 배럴 출구에서의 제트 속도(> 1000 m/s)는 소리의 속도를 초과한다. 분말 공급원료를 기체 스트림에 주입하고, 기체 스트림이 분말을 800 m/s까지 가속시킨다. 뜨거운 기체 및 분말의 스트림이 코팅될 표면을 향해 나아간다. 분말은 스트림에서 부분적으로 용융되어 기판에 침착된다. 결과로서 생긴 코팅은 낮은 공극률 및 높은 결합 강도를 가진다.
HVOF 코팅은 12 ㎜(1/2 ") 두께를 가질 수 있다. 그것은 통상적으로 재료, 예컨대 세라믹 및 금속 층에 내마모성 및 내부식성 코팅을 침착시키는 데 이용된다. 흔한 분말은 WC-Co, 크롬 탄화물, MCrAlY 및 알루미나를 포함한다. 이 공정은 가장 성공적이었고, 서멧 재료(WC-Co 등) 및 다른 내부식성 합금(스테인리스 스틸, 니켈 기반 합금, 알루미늄, 의료 임플란트용 히드록시아파타이트 등)의 침착에 이용할 수 있다.
본원의 실시양태의 코팅을 제조하는 또 다른 방법은 도 5에 나타낸 아크 와이어 열 분사 공정에 의하는 것이다. 아크 분사 공정에서는 1 쌍의 전기전도성 와이어를 전기 아크에 의해 용융한다. 용융된 재료를 압축 공기에 의해 분무하여 기판 표면을 향해 나아가게 한다. 기판 상의 충돌하는 용융된 입자들이 급속하게 고화하여 코팅을 형성한다. 정확하게 수행되는 이 공정은 손상, 야금학적 변화 및 기판 재료의 찌그러짐을 피하기 위해 공정 동안 기판 온도를 낮게 유지할 수 있기 때문에 (코팅되는 기판 물질에 대해서) "저온 공정"이라고 불린다.
본원의 실시양태의 코팅을 제조하는 또 다른 방법은 도 6에 나타낸 플라즈마 열 분사 공정에 의할 수 있다. 플라즈마 분사 공정은 실질적으로 표면에 용융된 또는 열 연화된 재료를 분사하여 코팅을 제공하는 것이다. 분말 형태의 재료를 매우 높은 온도의 플라즈마 화염 속으로 주입하고, 여기서 물질이 급속하게 가열되어 고속으로 가속된다. 뜨거운 물질이 기판 표면에 충돌하여 급속하게 냉각해서 코팅을 형성한다. 정확하게 수행되는 이 공정은 손상, 야금학적 변화 및 기판 재료의 찌그러짐을 피하기 위해 공정 동안 기판 온도를 낮게 유지할 수 있기 때문에 (코팅되는 기판 물질에 대해서) "저온 공정"이라고 불린다.
플라즈마 총은 구리 애노드 및 텅스텐 캐소드를 포함하고, 이들 둘 모두 물로 냉각된다. 플라즈마 기체(아르곤, 질소, 수소, 헬륨)가 캐소드 주위에서 흘러서 수축 노즐로 형상화된 애노드를 통해 흐른다. 플라즈마는 고전압 방전에 의해 개시되어 국지적 이온화를 일으켜서 DC 아크를 위한 전도성 경로가 캐소드와 애노드 사이에 형성되게 한다. 아크로부터의 저항 가열로 인해 기체가 극한 온도에 도달해서 해리하고 이온화하여 플라즈마를 형성한다. 플라즈마는 자유 또는 중성 플라즈마 화염(전류를 나르지 않는 플라즈마)으로서 애노드 노즐을 빠져나가고, 이것은 아크가 코팅될 표면까지 연장되는 플라즈마 이송 아크 코팅 공정과는 꽤 상이하다. 플라즈마가 안정화되어 분사할 준비가 될 때, 애노드 노즐의 가장 가까운 가장자리까지 단락시키는 대신, 전기 아크가 노즐 아래로 연장된다. 이러한 아크의 신장은 열적 핀치 효과 때문이다. 전기적으로 비전도성인 물 냉각되는 애노드 노즐의 표면 둘레의 저온 기체가 플라즈마 아크를 수축시켜 그의 온도 및 속도를 증가시킨다. 가장 흔하게는 애노드 노즐 출구 가까이에 장착된 외부 분말 포트에 의해 플라즈마 화염 속으로 분말이 공급된다. 분말은 매우 급속하게 가열되어 분사 거리가 25 내지 150 ㎜ 정도일 수 있도록 가속된다.
조성물이 열 분사 재료로 이용되는 한 실시양태에서, 조성물은 바람직하게는 합금 형태(구성성분의 복합체와는 대조됨)이다. 어떠한 특별한 이론에 얽매이지는 않지만, 분사된 조성물의 균질성이 최대화될 때, 즉, 복합체와는 대조되는 합금으로서 열 분사동안 바람직한 효과를 얻을 수 있다. 사실상, 열 분사에 적당한 크기 및 유동성을 갖는 합금된 분말은 이러한 균질성 최대화 위치를 제공할 수 있다. 분말 입자는 어떠한 모양도 취할 수 있고, 예컨대 구형 입자, 타원형 입자, 불규칙한 모양 입자, 또는 플레이크, 예컨대 편평한 플레이크일 수 있다. 한 실시양태에서, 합금된 분말은 100 메쉬(미국 표준 체 크기 - 즉, 149 마이크로미터)와 약 2 마이크로미터 사이의 범위에 있는 입자 크기를 가질 수 있다. 게다가, 열 분사 재료는 있는 그대로, 또는 예를 들어 적어도 하나의 다른 열 분사 분말, 예컨대 텅스텐 탄화물과 블렌딩된 분말로 이용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 열 분사 재료의 일부로 이용되는 본원에 기술된 분말 함유 합금 조성물은 완전히 합금될 수 있거나, 또는 적어도 실질적으로 합금될 수 있다. 따라서, 이 공정은 배치 단계 전에 합금 분말 조성물의 적어도 일부를 미리 합금하여 분말 형태로 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 합금 분말 조성물은 비정질 형태일 필요가 없다. 조성물은 예를 들어 적어도 약간의 결정성을 가질 수 있고, 예컨대 완전히 결정질일 수 있거나, 또는 적어도 부분적으로 비정질일 수 있고, 예컨대 실질적으로 비정질이거나 또는 완전히 비정질일 수 있다. 어떠한 특별한 이론에 의해 얽매이지는 않지만, 결정성의 일부는 기존의 합금된 분말 생성 절차에서 정상적인 냉각 속도로부터 생길 수 있다. 다시 말해서, 열 분사 분말은 용융물로부터 분무하고 액적을 주변 조건, 예컨대 공기 중에서 냉각하는 표준 방법에 의해 제조될 수 있다. 한 실시양태에서, 합금된 분말은 아르곤 또는 질소 같은 비반응성 기체를 이용한 분무 같은 방법에 의해 제조될 수 있다. 이러한 방법을 이용하는 것이 합금 내에 이차 상을 발달시키는 것으로 밝혀졌다. 그 다음, 열 분사는 입자를 용융시킬 수 있고, 이것이 코팅되는 표면에서 켄칭할 수 있고, 이렇게 함으로써, 실질적으로 또는 완전히 비정질일 수 있는 코팅을 제공한다.
복합체 와이어 코팅 및 복합체 분말 코팅은 뚜렷하게 상이한 두 기술이지만, 미국 특허 제7,256,369호를 언급할만한 가치가 있다. 이 특허는 바깥 쉬드가 어떠한 금속 또는 합금으로 제작될 수 있고, 이것이 분사시 합금되지 않는 서멧 유형 재료를 포함해서 추가 재료의 코어 둘레를 감싸는 복합체 와이어를 게재한다. 또한, 이러한 방법은 본원에 기술된 합금 조성물과 함께 이용할 수 있다. 합금 형태와 상관없이 합금의 조성 및 비정질 성질이 보존됨을 나타내는, (Cr25Mo17C2 .5B2.0)Fe53 .5의 조성을 갖는 한 실시양태의 분말화된 합금 조성물의 예시적인 실시양태 뿐만 아니라 합금의 HVOF 분사된 코팅 및 합금의 코어드 와이어로부터 ARC 분사된 코팅에 대한 DSC 스캔으로부터의 결과가 도 3에 제공된다.
사용시, 분말은 분말형 열 분사 총을 이용해서 통상의 방법으로 분사할 수 있지만, 그것을 총의 가열 대역에서 분해되는 플라스틱 또는 유사한 결합제, 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리우레탄을 이용해서 복합체 와이어 또는 막대 형태로 조합하는 것도 가능하다. 또한, 합금 막대 또는 와이어는 와이어 열 분사 공정에 이용될 수 있다. 막대 또는 와이어는 화염 분사 와이어의 통상의 크기 및 정확도 허용치를 가져야 하고, 따라서, 예를 들어 크기가 6.4 ㎜과 20 게이지 사이로 다양할 수 있다.
본원에 게재된 제조 절차를 이용함으로써, 열 분사 합금된 분말의 제조가 상대적으로 간단하고 비용이 최소화될 수 있다. 본원에 기술된 방법은 분사시 합금되지 않는 서멧 유형 재료를 포함해서 추가의 재료의 코어 둘레의 바깥 쉬드로서 복합체 분말 코팅을 형성하는 데 이용된다는 이점을 가질 수 있다. 그 공정 동안, 분말은 분말형 열 분사 총을 이용하는 것 같은 통상의 기술을 이용해서 분사할 수 있다. 별법으로, 또한, 총의 가열 대역에서 분해할 수 있는 플라스틱 또는 유사한 결합제를 이용해서 분말을 복합체 와이어 또는 막대로 조합하는 것도 가능하다. 결합제는 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리우레탄일 수 있다. 또한, 합금 막대 또는 와이어는 와이어 열 분사 공정에 이용될 수 있다. 한 실시양태에서, 막대 또는 와이어는 화염 분사 와이어의 크기 및 정확도 허용치를 가질 수 있고, 따라서, 예를 들어, 크기가 6.4 ㎜과 20 게이지 사이로 다양할 수 있다.
본 발명의 조성물은 많은 완전 합금된 형태, 예컨대 예를 들어 캐스팅된, 소결된 또는 용접된 형태로 또는 켄칭된 분말 또는 리본 등으로 꽤 유용할 수 있지만, 열 분사에 의해 제조된 코팅으로서의 응용에 특히 적당하다. 이러한 열 분사 재료에서는, 그로부터 입수가능한 최대 균질도로 바람직한 이점이 얻어지기 때문에 조성물은 합금 형태(구성성분의 복합체와는 뚜렷이 다름)이어야 한다. 열 분사에 적당한 크기 및 유동성의 합금 분말은 이러한 한 형태이다. 바람직한 한 실시양태에서, 이러한 분말은 100 메쉬(미국 표준 체 크기)(149 마이크로미터)와 약 2 마이크로미터 사이의 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 조대 등급은 -140 + 325 메쉬(-105 + 44 마이크로미터)일 수 있고, 미세 등급은 -325 메쉬(-44 마이크로미터) + 15 마이크로미터일 수 있다. 열 분사 재료는 있는 그대로, 또는 예를 들어 또 다른 열 분사 분말, 예컨대 텅스텐 탄화물과 블렌딩된 분말로 이용될 수 있다.
비제한 실시예
도 1 및 도 2a - 2b는 한 실시양태에서 합금의 원래 분말 및 HVOF 분사된 코팅의 X선 회절 및 시차 주사 열량법 데이터를 제공하고, 여기서 조성물은 화학식 (Cr25Mo17C2.5B2.0)Fe53.5로 나타낸다. 이 결과는 아크 분사된 코팅이 비정질 마이크로구조 및 높은 백분율의 비정질 구조를 가짐을 나타낸다. 추가로, 나타낸 바와 같이, HVOF 분사된 코팅은 원래의 공급 분말의 비정질 구조와 일치하는 비정질 마이크로구조를 생성하였다. 게다가, 화학 분석은 비정질 샘플 및 결정질 샘플이 동일하다는 것을 나타낸다.
한 실시양태에서는, 코어드 와이어의 샘플 및 HVOF 코팅의 샘플을 진공 아크 용융하고, 샘플 덩어리의 횡단면을 만들어서 SEM으로 검사하였다. 한 실시양태에서는, 샘플이 완전히 결정화된 것으로 결정되었지만, 그들은 높은 경도를 유지하였다. 게다가, 합금의 록웰 C 값의 평균은 67.5였다. 용융 시험의 예상 밖의 결과는 용융결정화된 샘플이 강한 자기 인력을 가지지만 비정질 코팅은 자기 반응이 있다 하더라도 거의 없음을 나타냄을 알려주었다.
도 7은 한 실시양태의 합금의 HVOF 코팅의 SEM 이미지를 나타낸다. 흰색 점은 야금학적 마운트(mount) 준비에 이용되는 절단 및 폴리쉬 공정에 의해 노출된 기공이다. 합금 조성물이 완전히 합금되어 코팅에서 합금되지 않은 복합체 재료를 나타내지 않는 것으로 관찰된다.
단수표현("a" 및 "an")은 본원에서 관사의 문법적 대상의 하나 또는 하나 초과(즉, 적어도 하나)를 의미하는 데 이용된다. 예로서, "중합체 수지"는 하나의 중합체 수지 또는 하나 초과의 중합체 수지를 의미한다. 본원에 인용된 어떠한 범위도 포괄적이다. 본 명세서 전체에 걸쳐서 사용된 "실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 작은 변동을 기술하고 고려하는 데 이용된다. 예를 들어 그것은 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, 예컨대 ±1% 이하, 예컨대 ±0.5% 이하, 예컨대 ±0.2% 이하, 예컨대 ±0.1% 이하, 예컨대 ±0.05% 이하를 의미할 수 있다.
실시양태의 응용
본원에 기술된 합금 코팅은 다른 기존의 통상의 코팅에 비해 내마모성, 표면활성, 열전도도, 및 내부식성에서 상당한 개선을 나타낼 수 있다. 우수한 기계적 성질 및 내부식성 때문에, 본원에 기술된 코팅은 다양한 응용에 이용할 수 있다. 예를 들어, 코팅은 특히 부식 조건이 있는 경우에, 베어링 및 마모 표면으로 이용될 수 있다. 또한, 코팅은 예를 들어 양키 건조기 롤; 자동차 및 디젤 엔진 피스톤 링; 펌프 성분, 예컨대 샤프트, 슬리브, 시일, 임펠러, 케이싱 영역, 플런저; 방켈 엔진 성분, 예컨대 하우징, 말단 플레이트; 및 기계 요소, 예컨대 실린더형 라이너, 피스톤, 밸브 스템, 유압식 램을 코팅하는 데에 이용될 수 있다. 코팅은 양키 건조기, 엔진 피스톤; 펌프 샤프트, 펌프 슬리브, 펌프 시일, 펌프 임펠러, 펌프 케이싱, 펌프 플런저, 컴포넌트, 방켈 엔진, 엔진 하우징, 엔진 말단 플레이트, 산업용 기계, 기계 실린더 라이너, 기계 피스톤, 기계 밸브 스템, 기계 유압식 램, 또는 그의 조합의 일부이다.
별법으로, 그것은 전자 장치의 일부, 예컨대, 예를 들어, 장치 또는 그의 전기 상호연결자의 하우징 또는 케이싱의 일부일 수 있다. 또한, 코팅은 어떠한 소비자 전자 장치에도 이용될 수 있고, 예컨대, 셀 폰, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 및/또는 휴대용 음악 플레이어에 이용될 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서는, 계면층 또는 밀봉부를 이용해서 전자 장치의 하우징의 두 부분을 연결하고 결합해서 유체에 불투과성인 밀봉부를 생성할 수 있고, 이렇게 함으로써 효과적으로 장치가 방수성이 되고 공기가 새지 않게 되어 유체가 장치 내부에 들어갈 수 없다.
본원의 전자 장치는 어떠한 전자 장치도 의미할 수 있고, 예컨대 소비자 전자 장치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 그것은 전화기, 예컨대 셀 폰 및/또는 유선전화, 또는 어떠한 통신 장치, 예컨대, 예를 들어 아이폰(iPhone)™을 포함하는 스마트폰, 및 전자 이메일 송신/수신 장치일 수 있다. 그것은 디스플레이, 예컨대 디지털 디스플레이, TV 모니터, 전자책 리더, 휴대용 웹 브라우저(예를 들어, 아이패드(iPad)™) 및 컴퓨터 모니터의 일부일 수 있다. 또한, 그것은 휴대용 DVD 플레이어, DVD 플레이어, 블루-레이 디스크 플레이어, 비디오 게임 콘솔, 음악 플레이어, 예컨대 휴대용 음악 플레이어(예를 들어, 아이포드(iPod)™) 등을 포함하는 엔터테인먼트 장치일 수 있다. 또한, 그것은 영상, 비디오, 사운드의 스트리밍을 제어하는 것 같은 제어를 제공하는 장치(예를 들어, 애플 TV(Apple TV)™)의 일부일 수 있거나, 또는 그것은 전자 장치의 원격 조절기일 수 있다. 그것은 컴퓨터 또는 그의 부속품, 예컨대 하드 드라이버 타워 하우징 또는 케이싱, 랩톱 하우징, 랩톱 키보드, 랩톱 트랙 패드, 데스크톱 키보드, 마우스 및 스피커의 일부일 수 있다. 또한, 코팅은 손목시계 또는 시계 같은 장치에도 적용할 수 있다.

Claims (50)

  1. 조성물로서,
    적어도 부분적으로 비정질인 합금을 포함하는 분말 조성물 - 상기 합금은 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함함 -
    을 포함하고,
    상기 합금은 화학식
    Figure 112012084959765-pct00006
    로 표현되고, a, b, c, d는 각각 독립적으로 중량 백분율을 나타내고 양수로 표현되는 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합금은 적어도 15 중량%의 몰리브덴을 포함하는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, a는 22 내지 28이고, b는 14 내지 20이고, c는 2 내지 3이고, d는 1.5 내지 2인 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 합금의 적어도 90 vol%가 비정질인, 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 합금은 규소가 없는 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 5 부피% 이하의 공극률을 갖는 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 상기 합금에 대하여 균질인 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 합금은 Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd 및 Hg 중 하나인 적어도 하나의 전이금속 원소를 더 포함하는 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 적어도 800HV-100gm의 비커스 경도를 갖는 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 내부식성을 갖는 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 적어도 3W/mk의 열전도도를 갖는 조성물.
  16. 분말 조성물로서,
    화학식
    Figure 112014042236084-pct00007
    으로 표현되는 합금을 포함하고,
    a, b, c, d는 각각 독립적으로 중량 백분율을 나타내고,
    a는 22 내지 28이고, b는 14 내지 20이고, c는 2 내지 3이고, d는 1.5 내지 2인 분말 조성물.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서, 상기 합금은 적어도 부분적으로 비정질인 분말 조성물.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제16항에 있어서, 상기 분말 조성물은 양키 건조기, 엔진 피스톤; 펌프 샤프트, 펌프 슬리브, 펌프 시일, 펌프 임펠러, 펌프 케이싱, 펌프 플런저, 컴포넌트, 방켈 엔진, 엔진 하우징, 엔진 말단 플레이트, 산업용 기계, 기계 실린더 라이너, 기계 피스톤, 기계 밸브 스템, 기계 유압식 램, 또는 그의 조합에 포함된 분말 조성물.
  24. 제16항의 분말 조성물을 포함하는 전자 장치.
  25. 제16항의 분말 조성물을 포함하는 전자 장치의 케이싱으로서,
    상기 전자 장치는 셀 폰, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 휴대용 디스플레이 장치, 디스플레이, 음악 플레이어인, 전자 장치의 케이싱.
  26. 코팅을 형성하는 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계; 및
    상기 기판 상에 코팅을 배치하는 단계 - 상기 코팅은 적어도 부분적으로 비정질인 합금을 포함하는 분말 조성물을 포함하고, 상기 합금은 크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함함 -
    를 포함하고,
    상기 합금은 화학식
    Figure 112014042236084-pct00009
    로 표현되고,
    a, b, c, d는 각각 독립적으로 중량 백분율을 나타내고 양수인, 코팅을 형성하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, a는 22 내지 28이고, b는 14 내지 20이고, c는 2 내지 3이고, d는 1.5 내지 2인, 코팅을 형성하는 방법.
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 코팅을 형성하는 방법으로서,
    크롬, 몰리브덴, 탄소, 붕소 및 철을 포함하는 혼합물을 제공하는 단계;
    상기 혼합물을, 화학식
    Figure 112014042236084-pct00011
    로 표현되는 합금을 포함하는 분말 조성물로 형성하는 단계; 및
    상기 코팅을 형성하기 위해 상기 분말 조성물을 기판에 배치하는 단계
    를 포함하고,
    a, b, c, d는 각각 독립적으로 중량 백분율을 나타내고,
    a는 22 내지 28이고,
    b는 14 내지 20이고,
    c는 2 내지 3이고,
    d는 1.5 내지 2인, 코팅을 형성하는 방법.
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 제36항에 있어서, 상기 형성하는 단계는 분무(atomization)에 의해 수행되고, 상기 배치하는 단계는 열 분사(thermal spraying)에 의해 수행되는, 코팅을 형성하는 방법.
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 삭제
  47. 삭제
  48. 삭제
  49. 삭제
  50. 삭제
KR1020127027268A 2010-03-19 2011-03-18 철-크롬-몰리브덴 기반 열 분사 분말 및 그의 제조 방법 KR101450988B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US31566110P 2010-03-19 2010-03-19
US61/315,661 2010-03-19
PCT/US2011/029092 WO2011116350A1 (en) 2010-03-19 2011-03-18 Iron- chromium- molybdenum - based thermal spray powder and method of making of the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120139821A KR20120139821A (ko) 2012-12-27
KR101450988B1 true KR101450988B1 (ko) 2014-10-15

Family

ID=43927887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127027268A KR101450988B1 (ko) 2010-03-19 2011-03-18 철-크롬-몰리브덴 기반 열 분사 분말 및 그의 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10131978B2 (ko)
EP (1) EP2558607B1 (ko)
KR (1) KR101450988B1 (ko)
CN (2) CN102859024A (ko)
WO (1) WO2011116350A1 (ko)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013165441A1 (en) * 2012-05-04 2013-11-07 Apple Inc. Consumer electronics port having bulk amorphous alloy core and a ductile cladding
US9909201B2 (en) 2012-07-04 2018-03-06 Apple Inc. Consumer electronics machined housing using coating that exhibit metamorphic transformation
CN105531391A (zh) * 2013-03-15 2016-04-27 液态金属涂层有限公司 含纤维的复合材料
US20140261898A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Apple Inc. Bulk metallic glasses with low concentration of beryllium
US9475154B2 (en) * 2013-05-30 2016-10-25 Lincoln Global, Inc. High boron hardfacing electrode
CN103600060A (zh) * 2013-10-10 2014-02-26 铜陵新创流体科技有限公司 一种粉末冶金金属轴承材料及其制备方法
CN103551578A (zh) * 2013-10-11 2014-02-05 芜湖市鸿坤汽车零部件有限公司 一种粉末冶金铁基发动机气门阀座及其制备方法
CN103537680A (zh) * 2013-10-11 2014-01-29 芜湖市鸿坤汽车零部件有限公司 一种粉末冶金汽车后备箱传动齿轮及其制备方法
CN103537690A (zh) * 2013-10-11 2014-01-29 芜湖市鸿坤汽车零部件有限公司 一种粉末冶金复合轴承材料及其制备方法
CN103537682A (zh) * 2013-10-11 2014-01-29 芜湖市鸿坤汽车零部件有限公司 一种复合金属轴承材料及其制备方法
US20160271513A1 (en) * 2013-10-29 2016-09-22 President And Fellows Of Harvard College Drying techniques for microfluidic and other systems
CN103659050B (zh) * 2013-12-18 2016-01-06 江苏科技大学 一种耐裂纹高耐磨三偏心蝶阀等离子喷焊用粉末材料
CN103862055B (zh) * 2014-03-03 2015-10-21 同济大学 一种低磁高致密的铁基非晶涂层的制备方法
CN103898434B (zh) * 2014-04-01 2016-11-02 北京工业大学 一种用于汽车发动机热端部件防护的隔热涂层材料及其制备方法
CN104976597A (zh) * 2014-04-10 2015-10-14 株式会社唻迪克世 利用机械合金化方法的led照明灯散热结构体及其制造方法
CN106460129B (zh) * 2014-04-30 2019-12-13 液态金属涂层有限公司 具有非晶态涂层的地下组件
CN104313532B (zh) * 2014-11-04 2016-06-15 长安大学 一种锅炉管束用耐蚀耐磨钼基非晶涂层的制备方法
CN104789917A (zh) * 2015-04-21 2015-07-22 苏州统明机械有限公司 一种用于热喷涂的高铬钢粉末及其制备方法
RU2613118C2 (ru) * 2015-05-20 2017-03-15 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Порошковая проволока для нанесения покрытий, стойких к абразивному износу и высокотемпературной коррозии
CN105063546A (zh) * 2015-09-09 2015-11-18 科盾工业设备制造（天津）有限公司 一种用于锅炉炉内受热面的热喷涂非晶合金涂层方法
TWI532855B (zh) 2015-12-03 2016-05-11 財團法人工業技術研究院 鐵基合金塗層與其形成方法
CN105568167B (zh) * 2016-01-14 2018-01-12 北京工业大学 一种隔热防护用的涂层材料及其涂层制备方法
CN105648384B (zh) * 2016-01-14 2018-07-13 北京工业大学 一种用于制备铁基涂层的粉芯丝材及其涂层制备方法
US10000839B2 (en) * 2016-05-24 2018-06-19 Caterpillar Inc. Thermal spray composition and component made therewith
EP3336378A1 (en) * 2016-12-19 2018-06-20 Safran Landing Systems UK Limited Centre seeking actuator
EP3655182A4 (en) * 2017-07-21 2021-05-26 National Research Council of Canada PROCESS FOR THE PREPARATION OF POWDERS INTENDED FOR A COLD SPRAY TREATMENT, AND RELATED POWDERS
CN108048834A (zh) * 2017-10-18 2018-05-18 宁国市开源电力耐磨材料有限公司 一种打壳锤等离子熔覆工艺
US20190221812A1 (en) * 2018-01-16 2019-07-18 Academia Sinica Method for Manufacturing Fast Charging and Long Life Li-S Batteries
SG10201805971SA (en) * 2018-07-11 2020-02-27 Attometal Tech Pte Ltd Iron-based amorphous alloy powder
CN110754915B (zh) * 2018-07-27 2021-12-28 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 炒锅及其制备方法
CN109338249A (zh) * 2018-09-18 2019-02-15 湖南省冶金材料研究院有限公司 一种铁基非晶软磁合金材料及制备方法
CN109342309B (zh) * 2018-11-26 2024-02-27 辽宁科技大学 一种模拟海洋腐蚀环境的试验装置及试验方法
US11035029B2 (en) 2018-12-21 2021-06-15 Industrial Technology Research Institute Material for forming metal matrix composite and metal matrix composite bulk
CN110004350B (zh) * 2019-04-15 2022-07-08 烟台奥泰新材料有限公司 一种非晶不锈钢喷涂粉末
CN110004394A (zh) * 2019-05-16 2019-07-12 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件及其制备方法
US11427902B2 (en) * 2019-09-19 2022-08-30 Cornerstone Intellectual Property, Llc Additive manufacturing of iron-based amorphous metal alloys
KR102301383B1 (ko) * 2019-11-06 2021-09-13 아토메탈테크 유한회사 코팅체
EP4092153A4 (en) * 2020-01-16 2024-03-13 Kolon Industries, Inc. COMPOSITE MATERIAL
WO2021145628A1 (ko) * 2020-01-16 2021-07-22 코오롱인더스트리 주식회사 내열성 코팅 조성물
CN115335614A (zh) * 2020-01-17 2022-11-11 可隆工业株式会社 制动体及制动装置
EP4096854A1 (en) * 2020-01-31 2022-12-07 Massachusetts Institute of Technology Molybdenum-containing alloys and associated systems and methods
WO2022031000A1 (ko) * 2020-08-07 2022-02-10 코오롱인더스트리 주식회사 철계 합금 및 합금분말
CN114836699A (zh) * 2020-09-27 2022-08-02 浙江大学台州研究院 非晶合金缝纫机针及其制造方法
CN112643022B (zh) * 2020-12-09 2021-11-26 暨南大学 一种激光选区熔化成形铁基非晶增强铜基合金的铜基复合粉末
CN115161579B (zh) * 2021-09-08 2023-05-23 武汉苏泊尔炊具有限公司 炊具及其制造方法
CN115181968B (zh) * 2021-09-08 2023-06-16 武汉苏泊尔炊具有限公司 容器及其制造方法
KR20230120701A (ko) * 2022-02-10 2023-08-17 코오롱인더스트리 주식회사 트윈 와이어 아크 용사용 플럭스 코어드 와이어
CN114645224A (zh) * 2022-03-21 2022-06-21 东南大学 一种耐蚀高铬铁基非晶合金、粉末及制法、涂层及制法
KR102462552B1 (ko) * 2022-05-30 2022-11-04 원스(주) 고강도 및 자성 특성이 우수한 합금분말 조성물, 이를 이용한 성형체 제조방법 및 이에 의해 제조된 성형체
KR102584650B1 (ko) * 2022-11-09 2023-10-05 (주)씨큐파이버 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0223202A2 (en) * 1985-11-22 1987-05-27 The Perkin-Elmer Corporation Iron alloy containing molybdenum, copper and boron
WO2007120205A2 (en) * 2005-11-14 2007-10-25 The Regents Of The University Of California Compositions of corrosion-resistant fe-based amorphous metals suitable for producing thermal spray coatings

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4116682A (en) * 1976-12-27 1978-09-26 Polk Donald E Amorphous metal alloys and products thereof
US4576653A (en) * 1979-03-23 1986-03-18 Allied Corporation Method of making complex boride particle containing alloys
US4513020A (en) * 1981-07-22 1985-04-23 Allied Corporation Platelet metal powder for coating a substrate
US4725512A (en) 1984-06-08 1988-02-16 Dresser Industries, Inc. Materials transformable from the nonamorphous to the amorphous state under frictional loadings
JPH08134620A (ja) * 1991-04-24 1996-05-28 Super Haadoroi:Kk 高い耐食性及び耐摩耗性を有する非晶質溶射被膜の形成方法
US5368659A (en) 1993-04-07 1994-11-29 California Institute Of Technology Method of forming berryllium bearing metallic glass
US5288344A (en) 1993-04-07 1994-02-22 California Institute Of Technology Berylllium bearing amorphous metallic alloys formed by low cooling rates
US5618359A (en) 1995-02-08 1997-04-08 California Institute Of Technology Metallic glass alloys of Zr, Ti, Cu and Ni
US5695825A (en) 1995-05-31 1997-12-09 Amorphous Technologies International Titanium-containing ferrous hard-facing material source and method for hard facing a substrate
US5735975A (en) 1996-02-21 1998-04-07 California Institute Of Technology Quinary metallic glass alloys
US6258185B1 (en) * 1999-05-25 2001-07-10 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Methods of forming steel
JP2001026277A (ja) 1999-07-12 2001-01-30 Koyo Seiko Co Ltd 車両用操舵装置
US6325868B1 (en) 2000-04-19 2001-12-04 Yonsei University Nickel-based amorphous alloy compositions
JP3805601B2 (ja) 2000-04-20 2006-08-02 独立行政法人科学技術振興機構 高耐蝕性・高強度Ｆｅ−Ｃｒ基バルクアモルファス合金
US6767419B1 (en) * 2000-11-09 2004-07-27 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Methods of forming hardened surfaces
WO2004111290A1 (en) 2003-06-06 2004-12-23 Michael Walter Seitz Composite wiress for coating substrates and methods of use
US9328404B2 (en) * 2009-04-20 2016-05-03 Lawrence Livermore National Security, Llc Iron-based amorphous alloys and methods of synthesizing iron-based amorphous alloys
CN101613843B (zh) * 2009-07-24 2011-01-26 厦门大学 多组元大块铁基非晶合金材料的成分设计方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0223202A2 (en) * 1985-11-22 1987-05-27 The Perkin-Elmer Corporation Iron alloy containing molybdenum, copper and boron
WO2007120205A2 (en) * 2005-11-14 2007-10-25 The Regents Of The University Of California Compositions of corrosion-resistant fe-based amorphous metals suitable for producing thermal spray coatings

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011116350A1 (en) 2011-09-22
CN106995906A (zh) 2017-08-01
US10131978B2 (en) 2018-11-20
EP2558607A1 (en) 2013-02-20
US20130052361A1 (en) 2013-02-28
EP2558607B1 (en) 2017-08-09
KR20120139821A (ko) 2012-12-27
CN102859024A (zh) 2013-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101450988B1 (ko) 철-크롬-몰리브덴 기반 열 분사 분말 및 그의 제조 방법
KR101445953B1 (ko) 니켈 기재의 합금을 포함하는 코팅, 상기 코팅을 포함하는 장치, 및 그의 제조 방법
Meghwal et al. Thermal spray high-entropy alloy coatings: a review
TWI630100B (zh) 使用呈現變質轉化之塗層之消費性電子加工過的外殼
US20140010968A1 (en) Flame sprayed bulk solidifying amorphous alloy cladding layer
Kim et al. Thermo-mechanical improvement of Inconel 718 using ex situ boron nitride-reinforced composites processed by laser powder bed fusion
US9394598B2 (en) Powder for thermal spraying and process for formation of sprayed coating
Kumar et al. A critical review on mechanically alloyed high entropy alloys: processing challenges and properties
Zhou et al. Effect of nitriding on microstructure and wear behavior of HVOF sprayed AlxCoCrFeNi (x= 0.4, 0.7, 1.0) high-entropy alloy coatings
Mahaffey et al. Structure evolution and corrosion performance of CoCrFeMnNi high entropy alloy coatings produced via plasma spray and cold spray
Wang et al. Ti content effect on microstructure and mechanical properties of plasma-cladded CoCrFeMnNiTix high-entropy alloy coatings
Chen et al. Tungsten particles reinforced high-entropy alloy matrix composite prepared by in-situ reaction
CN108504964A (zh) 一种高稳定性铁基非晶合金、粉末及其涂层
Kiplangat et al. Microstructure and mechanical properties of the plasma-sprayed and cold-sprayed Al0. 5CoCrFeNi2Ti0. 5 high-entropy alloy coatings
CA2177921C (en) Method for producing a tib 2-based coating and the coated article so produced
Qin et al. Microstructure evolution and reaction mechanism of reactive plasma sprayed Ti–C–N coatings
Moon et al. Development and Characterization of Zr‐Based Multi‐Component Nanocomposite Coatings Prepared Using Single Alloying Target
Li et al. Laser deposition‐additive manufacturing of Ti–B/TiC ceramics reinforced microlaminates
CN114951634B (zh) 高熵合金耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法
JP2023537707A (ja) 鉄系合金及び合金粉末
Xinsheng et al. Preparation and Properties of Core‐Shell Structure/Ni60 Coating
KR20220018930A (ko) 철계 합금 및 합금분말
Supekar Tribological response of thermally sprayed high entropy alloys for aerospace applications
Noorbakhsh et al. Fe‐Based Amorphous Alloy Coatings: A Review
Yin et al. Cold Sprayed Metal Matrix Composites

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180918

Year of fee payment: 5