用于制造层的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造层或由层构成的主体的方法，其中具有>10巴的压力的工艺气体在渐缩‑渐扩喷嘴中被加速，并且由颗粒形成且由Mo、W、Mo基合金或W基合金组成的涂覆材料被注入到所述工艺气体中。所述颗粒至少部分地以聚集体和/或附聚物形式存在。因此有可能制造致密的层和部件。此外，本发明专利技术包含具有微结构的层和部件，所述微结构包含具有高纵横比的冷成形晶粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造层的方法
本专利技术涉及一种用于制造层或由层构成的主体的方法，其中提供了由颗粒形成且由钼(Mo)、钨(W)、Mo基合金或W基合金组成的涂覆材料，并且还提供了具有>10巴的压力的工艺气体，所述工艺气体在渐缩-渐扩喷嘴中被加速，并且所述涂覆材料在渐缩-渐扩喷嘴之前、之中或之后被注入到工艺气体中。本专利技术进一步涉及具有>10μm的平均层厚度的层或者由层构成的主体，所述层或主体含有至少80原子％的Mo和/或W。
技术介绍
其中将具有非常高的动能和非常低的热能的粉末颗粒施加到支撑材料上的涂覆工艺包含在术语冷气喷涂(CGS)下。例如在EP484533A1中描述了冷气喷涂技术。高压下的工艺气体(例如空气、He、N2或其混合物)通过渐缩-渐扩喷嘴(也称为超音速喷嘴)而被降压。典型的喷嘴形状是拉瓦尔(Laval)喷嘴(或者称为德拉瓦尔(deLaval)喷嘴)。根据所使用的工艺气体，可以实现例如900m/s(在N2的情况下)至2500m/s(在He的情况下)的气体速度。例如，涂覆材料在形成喷枪的一部分的渐缩-渐扩喷嘴的最窄横截面之前被注入到气流中，通常被加速到300至1200m/s的速度并且被沉积在基材上。在渐缩-渐扩喷嘴之前加热气体增加了气体的流动速度，并因此也增加了喷嘴中的气体膨胀时的颗粒速度。EP924315A1描述了一种方法，其中气体在离开气体缓冲器之后立即在加热器中被加热，并且加热的气体被进料至喷枪。DE102005004117A1描述了一种CGS方法，其中气体在气体缓冲器之后并在喷枪处被加热。为了利用CGS的主要优点，即与气体的低反应，通常在冷气喷涂中采用在室温至600℃范围内的气体温度。特别地，CGS使得具有立方面心和六方密堆晶格的延展性材料被喷雾形成具有良好粘合性的致密层。层结构由涂覆材料的各个颗粒以层形式构成。涂覆材料对基材材料的粘合性以及涂覆材料的颗粒之间的内聚性对于CGS层的质量是至关重要的。在基材界面的涂覆材料的区域中以及还有在涂覆材料的颗粒之间的粘合性原则上是多个物理和化学粘合机制之间的相互作用，并且其部分尚未被全面了解。
技术实现思路
在文献中已经讨论了以下机制。在一个模型中，通过由于不同的粘度和由此产生的界面波纹和湍流引起的界面不稳定性导致的机械相互啮合效果来解释粘合性。另一个模型假设，仅通过将另外的颗粒撞击到已经粘合的颗粒上来产生用于高界面强度的条件。第三模型假设，首先撞击到基材上的颗粒通过范德瓦尔斯力粘合到表面上，并且仅仅由于撞击到先前沉积的颗粒上的另外的颗粒可以实现强粘合性。另一个理论将粘合性归因于局部化学反应。粘合性还通过在界面处出现的绝热剪切不稳定来解释。为此目的，颗粒必须在撞击时超过临界速度。当绝热剪切不稳定出现时，变形和由此产生的加热仅集中在小的区域中，而周围区域没有被加热并且也发生显著较小的变形。也已经讨论了晶格取向的影响或者两个相邻晶粒的晶格取向之间的关系。对层的重要要求(例如层粘合性、低孔隙率、高晶界强度和层延展性)通过各种涂覆材料在不同程度上加以满足。在文献中普遍存在的一致观点是：脆性立方体心材料钼和钨具有使它们通过冷气喷涂工艺沉积以得到良好粘合的致密层的特别不利的性质分布。关于该主题，CN102615288A描述了通过以下步骤制备自由流动的钼涂覆材料：加入去离子水、聚乙二醇和聚乙烯醇来研磨Mo粉末，然后进行离心喷雾造粒，在高温下烧结，并且随后粉碎烧结的颗粒。CN102615288A陈述了获得近似球形、致密和自由流动的钼粉末。尽管通过根据本专利申请的粉末避免了输送系统中的堵塞，但是沉积了无法良好粘合的厚且致密的层。CN102363852A描述了已经通过CGS使用2.5至3MPa的气体压力和400至600℃的气体温度沉积的W-Cu层。颗粒与基材之间的良好的粘合强度以及颗粒之间的内聚通过钨颗粒上的铜涂层实现。CN102286740A也描述了一种用于制造具有高Cu含量的Mo-Cu或W-CuCGS层的方法，其中工艺气体温度为100至600℃。CN102260869A进而公开了一种沉积在Cu或钢基材上的W层。当使用氦气作为工艺气体时，气体预热温度为200至500℃，在使用N2作为工艺气体的情况下，气体预热温度为500至800℃。尽管采用了20至50巴的非常高的气体压力和相当软的基材材料(例如铜和奥氏体钢)，其中在涂覆材料与基材之间发生有利的相互啮合行为，但是仅实现了<10μm的平均层厚度。<10μm的平均层厚度清楚地表明：只能构成一层。第一层的形成仅取决于涂覆材料与基材之间的相互作用。因此，有利的基材性质可以补偿涂覆材料的不利性质。在WO2008/057710A2中公开了在具有<500ppm的O含量和<500ppm的H含量的Nb、Ta、Cr、Ti、Zr、Ni、Co、Fe、Al、Ag、Cu或其合金的列表中的冷气喷涂的Mo或W层。对于使用Ta、Nb和Ni的实例，公开了气体温度为600℃。Ta、Nb和Ni是非常柔软的延展性材料，其可以通过CGS容易地沉积形成层。所述实例针对材料Mo、Cr、Ti、Zr、Ni、Co、Fe、Al、Ag和Cu没有呈现任何实验结果。因此，本专利技术的一个目的是提供一种方法，通过该方法可以在可靠的工艺中廉价地制造Mo、W、Mo基合金或W基合金的CGS层。廉价地可以例如意味着可以不使用He作为工艺气体，因为He是冷气喷涂中的大成本因素。此外，本专利技术的一个目的是提供一种方法，该方法导致产生显示良好的层粘合性、高密度、低残余应力、令人满意的层厚度和低缺陷密度(例如在各个层之间的微裂纹)的层。另外，本专利技术的一个目的是提供具有上述性质的CGS层。本专利技术的又一个目的是提供一种方法，通过该方法可以在可靠的工艺中廉价地制造由Mo、W、Mo基合金或W基合金组成且由许多层构成并且具有高密度、低残余应力和低缺陷密度(例如在各个层之间的微裂纹)的主体。所述目的通过独立权利要求来实现。具体实施例在从属权利要求中指出。所述方法用于在基材主体上沉积层。该层可以由一层或多个子层构成。然而，也可以通过该方法制造由许多层构成且优选地为自支撑型的主体。为此目的，将许多层沉积在基材上。当在沉积层之后去除基材时，该基材被称为消失模。采用由Mo、W、Mo基合金或W基合金组成的涂覆材料用于沉积层或用于制造主体。对于本专利技术的目的，Mo基合金是含有至少50原子％的Mo的合金。W基合金含有至少50原子％的W。优选的Mo或W含量为>80原子％。特别有利的Mo或W含量为>90原子％、>95原子％或>99原子％。此外，所述方法适合于制造由Mo-W或W-Mo合金组成的层或主体。这些合金是Mo和W的总含量>80原子％、优选地>90原子％、特别优选地>95和>99原子％的合金。涂覆材料在渐缩-渐扩喷嘴之前、在渐缩-渐扩喷嘴之中或在渐缩-渐扩喷嘴之后被注入到具有至少10巴、优选地至少20巴、且特别优选地至少30巴的压力的工艺气体中。工艺气体优选地具有10至100巴、特别有利地20至80巴或30至60巴的压力。压力范围的上限部分地由压力下可使用的设备决定。如果允许更高的工艺气体压力的设备在将来变得可用，则极限转移到更高的压力。涂覆材料由颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造层或由层构成的主体的方法，其中提供了由颗粒形成且由Mo、W、Mo基合金、W基合金或Mo‑W合金组成的涂覆材料，并且还提供了具有>10巴的压力的工艺气体，所述工艺气体在渐缩‑渐扩喷嘴中被加速，并且所述涂覆材料在所述渐缩‑渐扩喷嘴之前、之中或之后被注入到所述工艺气体中，其特征在于，所述颗粒至少部分地以聚集体和/或附聚物形式存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.03 AT GM273/20141.一种用于制造层或由层构成的主体的方法，其中提供了由颗粒形成且由Mo、W、Mo基合金、W基合金或Mo-W合金组成的涂覆材料，并且还提供了具有>10巴的压力的工艺气体，所述工艺气体在渐缩-渐扩喷嘴中被加速，并且所述涂覆材料在所述渐缩-渐扩喷嘴之前、之中或之后被注入到所述工艺气体中，其特征在于，所述颗粒至少部分地以聚集体和/或附聚物形式存在。2.一种用于制造层或由层构成的主体的方法，其中提供了由颗粒形成且由Mo、W、Mo基合金、W基合金或Mo-W合金组成的涂覆材料，并且还提供了具有>10巴的压力的工艺气体，所述工艺气体在渐缩-渐扩喷嘴中被加速，并且所述涂覆材料在所述渐缩-渐扩喷嘴之前、之中或之后被注入到所述工艺气体中，其特征在于，所述颗粒至少部分地具有通过定量图像分析测定的>10体积％的平均孔隙率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚集体和/或附聚物至少部分地具有通过定量图像分析测定的>10体积％的平均孔隙率。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述颗粒至少部分地以聚集体和/或附聚物形式存在。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚集体和/或附聚物至少部分地具有≤10GPa的平均纳米硬度HIT0.005/30/1/30。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述涂覆材料至少部分地以微粒形式存在。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚集体和/或附聚物具有通过BET测量的>0.05m2/g的平均表面积。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述涂覆材料包含具有通过定量图像分析测定的<10体积％的平均孔隙率的球形颗粒。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述涂覆材料包含硬质材料颗粒。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述涂覆材...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·奥沙利文，马丁·卡特赖因，格哈德·莱希特弗雷德，托马斯·霍斯普，伯恩哈德·朗，迪特马尔·施普伦格，
申请(专利权)人：攀时奥地利公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT