鐵－鉻－鉬基熱噴涂粉末及其制造方法技術

一個實施方案提供了組合物，其包含粉末組合物，所述粉末組合物包括至少部分為非晶態(tài)的合金，所述合金包括鉻、鉬、碳、硼、和鐵。一個實施方案提供了形成涂層的方法，包括：提供基材；和在基材上設置涂層，所述涂層包括粉末組合物，所述粉末組合物包括至少部分為非晶態(tài)的合金，所述合金包括鉻、鉬、碳、硼、和鐵。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】鐵一鉻一鉬基熱噴涂粉末及其制造方法相關申請本申請要求2010年3月19日提交的美國臨時申請序列號61/315，661的優(yōu)先權，通過引用將所述申請的全部內容并入本文。通過引用將在本說明書中引用的所有的出版物、專利、和專利申請以其全部內容并入本文。
技術介紹
已經發(fā)展了數目眾多的鐵基合金(例如高強度鋼)和非鐵合金用于重型結構和機械。盡管這些合金提供強度與韌性的良好組合，但它們典型地沒有表現(xiàn)出足夠的對磨損、腐蝕、和侵蝕的抵抗力。因此，它們不適合用于其中這些合金的表面經受侵蝕性環(huán)境或磨蝕的應用。補救這ー問題的ー個方法是使用沉積在下方結構/基材的表面上的硬面材料充當保護層。所述的下方結構(例如鋼基材)為所述層-基材結構提供所需要的強度和結構完整性，而硬面合金保護基材免受不利環(huán)境下的磨損和磨蝕。所述硬面材料還可以保護基材對抗侵蝕。已知多種硬面材料，包括例如含陶瓷的組合物，例如碳化鎢/鈷和純金屬組合物。大多數硬面材料遇到的ー個問題是，在通過熱噴涂施加時，硬面堆焊層經常包含孔隙率且具有與涂層的厚度方向垂直延伸的貫穿裂紋。所述的孔隙允許腐蝕性介質穿透涂層到達基材并通過化學侵蝕或應力侵蝕損害基材。貫穿裂紋還可以導致耐磨涂層的破裂和脫落，從而弓I起磨蝕性或腐蝕性的介質到達下方基材并快速地磨損下方基材。另ー類的金屬硬面材料是主要公開在美國專利4，725，512中的摩擦轉化非晶態(tài)合金。可以通過例如熱噴涂的技術將這些黑色金屬材料以非-非晶態(tài)沉積在基材的表面上作為硬面層。在硬面層受到磨損作用如磨蝕磨損時，所沉積的材料可以變態(tài)(metamorphically)轉化為硬質的耐磨的非晶態(tài)。另ー類合金是包含鈦的鐵基硬面材料,其公開在美國專利5，695，825中。盡管這些硬面合金適合于某些應用并廣泛地用作鉆井管中的涂層，但它們仍需要改進，尤其是對于其中不利環(huán)境劣化合金的磨蝕、腐蝕、和侵蝕特性的應用而言。因此，需要以不會不利地影響這些材料用于硬面應用的基本可操作性的方式克服前述挑戰(zhàn)。專利技術簡述在一個實施方案中，提供了用于改進的熱噴涂沉積的含鑰的鐵基合金和將該合金沉積在基材上以形成具有改善的硬面(hard-facing)性能和導熱率的涂層的方法。一個實施方案提供了一種組合物，其包粉末組合物，所述粉末組合物包含至少部分為非晶態(tài)的合金，所述合金包含鉻、鑰、碳、硼、和鐵。在一個實施方案中，所述組合物是涂層的一部分。另一個實施方案提供了ー種粉末組合物，包含由式(CraMobCcEd)Fe100-(a+b+c+d) 表示的合金，其中a、b、c、d各自獨立地表示重量百分數，且a為約22到約28，b為約14到約20，C為約2到約3，且d為約I. 5到約2。一個實施方案提供了形成涂層的方法，包括提供基材；和在基材上設置涂層，所述涂層包含粉末組合物，所述粉末組合物包含至少部分為非晶態(tài)的合金，所述合金包含鉻、鑰、碳、硼、和鉄。一個可選實施方案提供了ー種形成涂層的方法，包括提供包含鉻、鑰、碳、硼、和鐵的混合物；將混合物形成為粉末組合物，其中組合物包含由式(CraMobCcEd)Fe1(l(l_(a+b+c;+d)表示的合金，其中a、b、c、d各自獨立地表示重量百分數，且a為約22到約28，b為約14到約20，c為約2到約3，且d為約I. 5到約2 ;和將粉末組合物設置在基材上以形成涂層。附圖簡述圖I a和Ib提供了一個實施方案中的示例性的非晶態(tài)粉末(a)和高速氧燃料 (“HV0F”)噴涂涂層(b)的X射線衍射研究數據。圖2a和2b提供了一個實施方案中的示例性的非晶態(tài)粉末(a)和HVOF噴涂涂層(b)的來自差示掃描量熱法(“DSC”)研究的數據。圖3提供了粉末、HVOF涂層、和ARC噴涂涂層的示例性實施方案的DSC曲線。圖4示出了 HVOFエ藝的示意圖。圖5示出了電弧絲熱噴涂(arc wire thermal spray)エ藝的示意圖。圖6示出了等離子體熱噴涂エ藝的示意圖。圖7示出了一個實施方案中的完全合金化的組合物的HVOF涂層的SEM圖像。專利技術詳述在一個實施方案中提供了含鑰的鐵基合金粉末組合物以及形成和使用該合金組合物的方法，所述含鑰的鐵基合金粉末組合物在通過高速熱噴涂エ藝施加時在基材上提供抗磨損和抗腐蝕的涂層。所述合金粉末組合物可以使用非反應性氣體通過典型的氣體霧化來生產。包含粉末的組合物術語“包含粉末的組合物”或“粉末組合物”在本文中是指其中包含粉末的任何組合物。術語“粉末”是指包含經研磨、粉碎、或以其它方式細分散的固體顆粒的物質。狃術語“相”在本文中可以指可在熱力學相圖中發(fā)現(xiàn)的相。相是ー種空間區(qū)域(熱動力學系統(tǒng))，其中材料的物理性能基本上是均勻的。物理性能的實例包括密度、折射率、化學組成和晶格周期性。簡單的描述是相是化學上均勻的、物理上獨特的、和/或可機械分離的材料區(qū)域。例如，在由玻璃罐中的冰和水組成的系統(tǒng)中，冰塊是第一相，水是第二相，水上方的濕空氣是第三相。罐的玻璃是另ー個單獨的相。相可以是指固溶體，其可以是ニ元的、三元的、四元的、或更多元的溶體,或者是化合物，例如金屬間化合物。盡管本文中所述的包含合金粉末的組合物可以是單一相，但多相的組合物是合乎需要的。例如，組合物可以具有至少兩個相、至少三個相、至少四個相、或具有更多個相。在一個實施方案中，所述合金組合物可以包括金屬溶體相和另外相，所述另外相可以是另一個金屬溶體相或非金屬溶體的相。例如，該另外相可以是化合物相。所述金屬溶液相可以是任何類型的金屬溶液，取決于溶液的化學性質。所述第二相可以是例如化合物相。所述化合物可以是ニ元化合物、三元化合物、四元化合物、或具有多于四種元素的化合物。如在上述式中所指出的，化合物可以是金屬-非金屬化合物(例如MN)。M可以表不金屬，例如過渡金屬兀素,而N可以表不非金屬。同樣如上所述，化合物可以具有多種M和/或N。在一個實施方案中，取決于化學組成，特別是取決于N，所述另外相可以是例如碳化物、硼化物、或其二者。因此，所述第二相可以是碳化物化合物，而第三相(如果存在)可以是硼化物化合物，或反之亦然。或者，第二和第三相可以是碳化物或硼化物。在一個實施方案中，所述另外相可以包括化合物碳化鉻、硼化鉻、碳化鑰、硼化鑰、碳化鐵、硼化鐵、或其組合。金屬、過渡金屬和非金屬術語“金屬”是指正電性的化學元素。本說明書中的術語“元素”通常是指可以在元素周期表中找到的元素。物理上，基態(tài)的金屬原子包含部分填充的帶，具有接近占據態(tài)的空態(tài)。術語“過渡金屬”是元素周期表的第3-12族的任何金屬元素，其具有不完全的內電子層，且在一系列元素中在最大正電性和最小正電性之間起到過渡連接的作用。過渡金屬的特征在于多重價、有色的化合物、和能夠形成穩(wěn)定的絡合離子。術語“非金屬”是指不能夠丟失電子和形成陽離子的化學元素。符號N表不一種或多種非金屬兀素。取決于應用，可以使用任何適合的非金屬兀素，或它們的組合。合金組合物可以包含多種非金屬元素，例如至少兩種、至少三種、至少四種、或更多種非金屬元素。在該情況下，符號“ N”表示且包括多種非金屬元素，且該化學式可以具有N1、N2、N3等。非金屬元素可以是在元素周期表的第13-17族中找到的任何元素。例如，非金屬元素可以是 F、Cl、Br、I、At、O、S、Se、Te、Po、N本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：G·A·克魯普尼克，
申請(專利權)人：科盧斯博知識產權有限公司，
類型：
國別省市：