[发明专利]铁－铬－钼基热喷涂粉末及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2011年3月18、发明名称为“铁－铬－钼基热喷涂粉末及其制造方法”的中国专利申请201180020615.5的分案申请。

相关申请

本申请要求2010年3月19日提交的美国临时申请序列号61/315,661的优先权，通过引用将所述申请的全部内容并入本文。

通过引用将在本说明书中引用的所有的出版物、专利、和专利申请以其全部内容并入本文。

背景技术

已经发展了数目众多的铁基合金(例如高强度钢)和非铁合金用于重型结构和机械。尽管这些合金提供强度与韧性的良好组合，但它们典型地没有表现出足够的对磨损、腐蚀、和侵蚀的抵抗力。因此，它们不适合用于其中这些合金的表面经受侵蚀性环境或磨蚀的应用。补救这一问题的一个方法是使用沉积在下方结构/基材的表面上的硬面材料充当保护层。所述的下方结构(例如钢基材)为所述层-基材结构提供所需要的强度和结构完整性，而硬面合金保护基材免受不利环境下的磨损和磨蚀。所述硬面材料还可以保护基材对抗侵蚀。

已知多种硬面材料，包括例如含陶瓷的组合物，例如碳化钨/钴和纯金属组合物。大多数硬面材料遇到的一个问题是，在通过热喷涂施加时，硬面堆焊层经常包含孔隙率且具有与涂层的厚度方向垂直延伸的贯穿裂纹。所述的孔隙允许腐蚀性介质穿透涂层到达基材并通过化学侵蚀或应力侵蚀损害基材。贯穿裂纹还可以导致耐磨涂层的破裂和脱落，从而引起磨蚀性或腐蚀性的介质到达下方基材并快速地磨损下方基材。

另一类的金属硬面材料是主要公开在美国专利4,725,512中的摩擦转化非晶态合金。可以通过例如热喷涂的技术将这些黑色金属材料以非-非晶态沉积在基材的表面上作为硬面层。在硬面层受到磨损作用如磨蚀磨损时，所沉积的材料可以变态(metamorphically)转化为硬质的耐磨的非晶态。另一类合金是包含钛的铁基硬面材料，其公开在美国专利5,695,825中。尽管这些硬面合金适合于某些应用并广泛地用作钻井管中的涂层，但它们仍需要改进，尤其是对于其中不利环境劣化合金的磨蚀、腐蚀、和侵蚀特性的应用而言。

因此，需要以不会不利地影响这些材料用于硬面应用的基本可操作性的方式克服前述挑战。

发明简述

在一个实施方案中，提供了用于改进的热喷涂沉积的含钼的铁基合金和将该合金沉积在基材上以形成具有改善的硬面(hard-facing)性能和导热率的涂层的方法。

一个实施方案提供了一种组合物，其包粉末组合物，所述粉末组合物包含至少部分为非晶态的合金，所述合金包含铬、钼、碳、硼、和铁。在一个实施方案中，所述组合物是涂层的一部分。

另一个实施方案提供了一种粉末组合物，包含由式(Cr_aMo_bC_cB_d)Fe_{100-(a+b+c+d)}表示的合金，其中a、b、c、d各自独立地表示重量百分数，且a为约22到约28，b为约14到约20，c为约2到约3，且d为约1.5到约2。

一个实施方案提供了形成涂层的方法，包括：提供基材；和在基材上设置涂层，所述涂层包含粉末组合物，所述粉末组合物包含至少部分为非晶态的合金，所述合金包含铬、钼、碳、硼、和铁。

一个可选实施方案提供了一种形成涂层的方法，包括：提供包含铬、钼、碳、硼、和铁的混合物；将混合物形成为粉末组合物，其中组合物包含由式(Cr_aMo_bC_cB_d)Fe_{100-(a+b+c+d)}表示的合金，其中a、b、c、d各自独立地表示重量百分数，且a为约22到约28，b为约14到约20，c为约2到约3，且d为约1.5到约2；和将粉末组合物设置在基材上以形成涂层。

附图简述

图la和1b提供了一个实施方案中的示例性的非晶态粉末(a)和高速氧燃料(“HVOF”)喷涂涂层(b)的X射线衍射研究数据。

图2a和2b提供了一个实施方案中的示例性的非晶态粉末(a)和HVOF喷涂涂层(b)的来自差示扫描量热法(“DSC”)研究的数据。

图3提供了粉末、HVOF涂层、和ARC喷涂涂层的示例性实施方案的DSC曲线。

图4示出了HVOF工艺的示意图。

图5示出了电弧丝热喷涂(arc wire thermal spray)工艺的示意图。

图6示出了等离子体热喷涂工艺的示意图。