[发明专利]非晶涂层的表面处理

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在提交日为2009年4月30日的美国临时专利申请No.61/174,244的35 USC 119下的权益。本申请要求前述申请的优先权，并且获益于前述申请，通过引用将其公开内容并入本文。

技术领域

本发明整体上涉及金属表面的表面处理，用于改善其耐腐蚀性、耐磨性、耐侵蚀性和抗磨性以及组合。

背景技术

众所周知重原油包含腐蚀性材料例如有机酸、二氧化碳、硫化氢和氯化物等，但是它们几乎不构成严重的腐蚀问题。然而，少数原油包含足够量的造成严重腐蚀问题的有机酸(通常为环烷酸)。术语环烷酸通常统称存在于原油中的所有有机酸。在一些石油化学应用中，氢氟酸(HF)是一种通常使用的材料，例如，将其作为催化剂使用于炼油厂的烷基化装置中。在其它的石油化学应用中，硫酸是通常的腐蚀问题。

在石油应用中，使用具有高Cr和Mo含量的材料，对于它们的环烷酸耐腐蚀性质，通常使用具有最小值9％的Cr用于严重的侵蚀(例如，316SS具有名义上18％的Cr和2％的Mo最小值)。在其它的应用中，通常使用镍基合金处理氢氟酸。

从90年代早期，开发了大量的主要基于Zr基、Cu基、Hf基、Fe基和其它金属的体金属玻璃(BMG)。与常规的金属合金相比，这些材料表征为在室温下于特别高的强度和大弹性域中具有优异的机械性质。BMG材料的表面处理是已知的。美国专利公开No.2008/0041502公开了用于形成硬化表面的方法，其中将金属玻璃涂覆层加热到600℃的温度，低于合金熔点。使用金属涂层的后处理仅改变涂层材料的表面，部分使涂覆层失去透明性。美国专利公开No.2004/0253381公开了处理非晶金属层，其中使玻璃经受简单的退火。再次，在该方法中仅改变非晶涂覆层的性质。

仍然存在对关于改进性质的表面处理金属玻璃涂层的改进方法的需要，其中该方法对于具有用于石油相关应用的改进的耐腐蚀、耐磨、耐冲蚀和抗磨性质的涂层还改进了金属玻璃涂层下面的基材层的性质。还存在对通常处理非晶金属(或BMG)涂层，使BMG纳米结构涂层失去透明性和表面改性的改进方法的需要。对于改进的耐腐蚀性、耐磨损性和抗磨性，还存在对通过表面处理特别是通过使BMG涂层(BMG类涂层)与下面的基材逐渐混合来改进耐腐蚀性质的方法的需要。

发明内容

一方面，提供了一种用于处理石油产品的部件。该结构部件包含金属基材，沉积于基材上的非晶金属层；布置于所述金属基材上的扩散层，所述扩散层具有与所述基体基材接触的第一表面和与第一表面对面的第二表面，所述扩散层具有负性的硬度梯度曲线，其中从第二表面到第一表面硬度增加；并且其中通过用足够量的能量处理非晶涂覆层使至少部分非晶涂覆层和至少部分基体基材熔融在一起以形成所述扩散层。在一个实施方案中，扩散层的厚度为非晶金属层厚度的至少5％。

在一方面，提供了用于表面处理用于处理石油产品的结构部件的方法。该方法包括提供含有金属的基体基材；在基体基材上形成非晶金属层；以及对非晶金属层施加足够量的能量以形成扩散层，所述扩散层具有负性的硬度梯度曲线，其中从与基体基材接触的第一表面到与第一表面对面并且远离基体基材的第二表面硬度增加；在一个实施方案中，通过在基体基材上沉积熔融的金属合金从而在基体基材上形成非晶金属层；以及冷却该合金以在基体基材上形成非晶金属层。

另一方面，用于表面处理结构部件的方法包括提供包含金属的基体基材；在基体基材上沉积至少一个非晶金属层；在非晶金属层上沉积至少一个陶瓷涂覆层；以及对陶瓷涂覆层施加足够量的能量以使至少部分非晶金属层扩散入基体基材中从而形成扩散层，所述扩散层具有负性的硬度梯度曲线，其中从与基体基材接触的扩散层第一表面到与第一表面对面的第二表面硬度增加。

附图说明

图1示出了钢基材样品横截面的光学图像，其中用约125微米(μm)BMG的HVOF喷涂层涂覆该钢基材样品。

图2是由380微米BMG的HVOF喷涂层涂覆的钢基材样品的光学图像。

图3示出了基材和未处理(喷涂状态)的HOVF BOG涂覆层之间界面的SEM图像。

图4是示出了未处理(HVOF喷涂状态)的BOG涂覆层中颗粒间粘结的SEM图像。

图5是示出了未处理(HVOF喷涂状态)的BOG涂覆层中颗粒间粘结的另一幅SEM图像。

图6是比较了基材和处理的非晶涂覆层之间的界面扩散层(激光熔融区域-左侧，96W功率)与基材和未处理层之间的界面扩散层(HVOF喷涂，右侧)的SEM图像。