沉积效率提高的用于薄而光滑的高速火焰喷涂涂层的材料制造技术

提供了一种用于“快速碳化物”涂层的热喷涂材料原料

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】沉积效率提高的用于薄而光滑的高速火焰喷涂涂层的材料
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求
2021
年5月3日提交的美国临时申请号
63/183,293
的权益和优先权，该申请的公开内容以其整体通过引用明确地并入本文
。
[0003]专利技术背景
[0004]1.
公开领域
[0005]本公开涉及具有两种或更多种不同颗粒类型的热喷涂材料原料，其在热喷涂到基材表面上时形成涂层组合物
。
在示例实施方案中，所述热喷涂材料原料改善沉积效率并保持涂层性能
。
[0006]2.
背景信息
[0007]“快速碳化物
(flash
‑
carbide)”涂层是薄
、
致密且光滑的涂层，最近已用于替代硬铬镀以及常规的高速氧燃料
(HVOF)
和高速空气燃料
(HVAF)
涂层，后者需要应用磨料来进行尺寸磨削和精加工
。
用于快速碳化物涂层的常规粉末通常非常细
(
‑
15/+5
μ
m)、
致密且具有角形形态
。
然而，常规粉末的这些特性导致大约
20
％的低沉积效率，因为粉末中未形成涂层的剩余颗粒会激活基材表面并对涂层喷丸而引起压应力
。
结果，热喷涂这些常规粉末的经济性和效率不良
。
[0008]此外，常规的快速碳化物涂层由于喷丸效应而表现出高水平的压应力，这使得涂层更致密并且更能抵抗腐蚀性介质穿透该层
。
为了实现高耐腐蚀性，既需要非常细的颗粒尺寸也需要高的压应力
。
通过仅使用具有致密
、
细且角形形态的颗粒的不同粒级来提高沉积效率，由于较低的熔化程度和速度而获得了耐腐蚀性的提高
。
然而，需要极小的颗粒尺寸
(
‑
15/+5
μ
m)
，尤其是对于其中火焰温度低并且不会发生完全熔化的
HVAF
更是如此
。
此外，涂层的细粒度导致高的堆积密度
。
而且，具有致密
、
细且角形形态的颗粒的烧结并压碎的材料不能同时实现高沉积效率和高涂层密度
。
[0009]本公开提供了一种热喷涂材料原料，与常规粉末相比，该热喷涂材料原料表现出改善的沉积效率，而同时保持涂层性能
。

技术实现思路

[0010]本公开的实施方案提供了一种热喷涂材料原料，其通过增加形成涂层的颗粒的百分比来改变高速喷涂涂层的沉积动力学以获得更高的沉积效率
。
通过在原料粉末中包括两种或更多种不同的颗粒类型来改变涂层的沉积动力学
。
本公开的专利技术人发现，所述两种或更多种不同的颗粒类型的形态
、
尺寸和颗粒强度提供优异的喷丸应力
、
致密涂层和改善的沉积效率
。
[0011]在示例实施方案中，原料粉末包括与第二粉末混合的第一粉末，该第一粉末包括具有致密
(
表观密度范围3‑
9g/cm3)、
细且角形形态的第一颗粒，该第二粉末包括具有类球形态和比第一颗粒低的表观密度
(1
‑
7g/cm3)
的第二颗粒
。
这些颗粒类型的混合物比单独的第一颗粒类型实现了更高的沉积效率，同时涂层性能的降低极小
。
此外，通过仅热喷涂第二颗粒类型获得的涂层不具有与本公开的示例实施方案相同的性质或性能
。
[0012]在示例实施方案中，较高密度的第一粉末包括具有0％至
15
％
、
优选
0.01
％至
15
％
、
更优选
0.01
％至
10
％
、
且最优选
0.01
％至5％的平均可测量颗粒内孔隙率的第一颗粒
。
在其他实施方案中，较低密度的第二粉末包括具有5％至
35
％
、
优选
10
％至
30
％
、
且更优选
12
％至
22
％的平均可测量颗粒内孔隙率的第二颗粒
。
平均可测量颗粒内孔隙率可以通过使用
SEM
测量十个独特的粉末颗粒横截面的十个单独的孔隙率测量值来确定
。
测量热喷涂涂层内孔隙率的标准为
ASTM
‑
E2109
‑
确定热喷涂涂层中孔隙率面积百分比的标准测试方法
。
本公开使用与测量孔隙率的标准类似的方法，不同之处在于测量孔隙率的标准捕捉颗粒的外部，而本公开采用使用
SEM
从横截面捕捉颗粒的内部的方法
。
[0013]在示例实施方案中，包括第一颗粒的第一粉末表现出角形且不规则形态
。
因此，使用这种粉末可能导致粉末进给不一致
。
另外，第一粉末颗粒通常较致密且较难熔化，这导致由于热喷涂中颗粒加热不充分而造成沉积效率较低
。
与由具有内部孔隙率的粉末如团聚粉末
、
团聚并烧结粉末以及中空炉球形粉末
(HOSP)
制成的涂层相比，所得涂层的孔隙率可能较低
。
[0014]在实施方案中，包括第一颗粒的第一粉末表现出角形且不规则形态
。
因此，使用这种粉末可能导致粉末进给不一致
。
另外，第一粉末颗粒通常较致密且较难熔化，这导致由于热喷涂中颗粒加热不充分而造成沉积效率较低
。
与由具有内部孔隙率的粉末如团聚粉末
、
团聚并烧结粉末以及中空炉球形粉末
(HOSP)
制成的涂层相比，所得涂层的孔隙率可能较低
。
[0015]在示例实施方案中，包括具有类球形态的第二颗粒的第二粉末呈现出低表面积，当与具有不同形态的其他粉末原料组分组合时，其减少摩擦
、
改善流动性并降低粘度
。
[0016]在示例实施方案中，包括第一颗粒的第一粉末包括优选被烧结并压碎的具有高密度
(
表观密度范围3‑
9g/cm3)
的碳化钨
‑
钴铬
(WC
‑
CoCr)
粉末
。
在实施方案中，包括第一颗粒的第一粉末包括来自元素周期系第
IV、V、VI
族的元素如
Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta
和
W
的所有碳化物
。
在其他实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种热喷涂材料原料，所述热喷涂材料原料包含：
(a)
第一粉末，所述第一粉末包含第一颗粒，所述第一颗粒具有致密且角形形态和0％至
15
％的平均可测量颗粒内孔隙率；和
(b)
第二粉末，所述第二粉末包含第二颗粒，所述第二颗粒具有5％至
35
％的平均可测量颗粒内孔隙率
。2.
根据权利要求1所述的热喷涂材料原料，其中所述第二粉末具有主要类球形态
。3.
根据权利要求1或2所述的热喷涂材料原料，所述热喷涂材料原料包含共混比分别为5％至
50
％的所述第二粉末和
95
％至
50
％的所述第一粉末
。4.
根据权利要求3所述的热喷涂材料原料，其中所述共混比分别为
10
％至
40
％的所述第二粉末和
90
％至
60
％的所述第一粉末
。5.
根据权利要求3所述的热喷涂材料原料，其中所述共混比分别为
20
％至
35
％的所述第二粉末和
80
％至
65
％的所述第一粉末
。6.
根据权利要求3所述的热喷涂材料原料，其中所述共混比为
25
％的所述第二粉末和
75
％的所述第一粉末
。7.
根据权利要求1所述的热喷涂材料原料，其中所述第一颗粒是烧结并压碎的
。8.
根据权利要求7所述的热喷涂材料原料，其中所述第一颗粒包含
WC
‑
CoCr
粉末
、
碳化物或在金属基质中的其他硬相，其中所述其他硬相包括：来自元素周期系第
IV、V
和
VI
族的元素的所有碳化物，来自元素周期系第
IV、V
和
VI
族的元素的所有硼化物，或来自元素周期系第
IV、V
和
VI
族的至少两种元素的合金化碳化物或硼化物
。9.
根据权利要求8所述的热喷涂材料原料，其中所述碳化物为
WC、TiC、Cr3C2、VC、
具有合金组成的其他碳化物的类型，所述合金组成含有
Co、Cr、Ni、Fe、Cu
和其他成合金元素
。10.
根据权利要求1所述的热喷涂材料原料，其中所述第二颗粒是团聚并烧结的
。11.
根据权利要求
10
所述的热喷涂材料原料，其中所述第二颗粒包含
WC
‑
CoCr
粉末
、
碳化物或在金属基质中的其他硬相，其中所述其他硬相包括：来自元素周期系第
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：欧瑞康美科美国公司，
类型：发明
国别省市：