[发明专利]与纳米复合材料覆盖层有关的制品和制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年5月22日提交的第61/180530号美国临时申请的权益，该临时申请通过引用并入本文，如同在本文中就其作了充分的阐述。

技术领域

本发明涉及在基板上形成层，其中应用强脉冲加热以使包括纳米级陶瓷相的层流体化，该陶瓷相以至少其逾渗阈值的量存在。

背景技术

制成品包含由高强合金构成的组件。这些高强合金经常遭受腐蚀、磨损和热降解，尤其是在腐蚀环境或其他恶劣环境下。此前已提出了用于保护这样的高强合金组件的多种涂层。这些早先手段通常并不令人完全满意，因为它们在某些环境下提供不恰当的保护或者损害了所述组件的对于某些用途而言的性质。

早先已提出了各种手段，这些手段涉及快速加热层以使其熔化。例如，Sikka等的第6432555号、第6667111号和第6174388号美国专利描述了快速红外线加热表层，同时对该物体的其他部分具有很小的或不具有温度影响。建议了在高达200摄氏度/秒的速率下以250千瓦/每平方米(kW/m²)(25瓦/平方厘米(W/cm²))或者更多来进行红外线加热以实现表层发生物理变化、化学变化或相变化，同时保持底层完好无损。公开了在输送带上对粉末金属的水平层进行烧结。

Serlin的第4212900号美国专利公开了通过在较短的时间段内应用高密度能量束(例如激光)来将合金粉末熔化至基板的表面上。这被称为表面合金化技术。该基板的主体起到散热器的作用以使热快速地散去。公开了快速冷却，以避免熔融合金“流动”从而避免可能使该表面扭曲。

Deshpande等的第6939576号美国专利通过引用并入本文，如同在本文中就其作了充分阐述，其公开了将细雾状的聚合物沉积在基板上，伴随着基本上同时提供热能以蒸发溶剂、熔合或固化所述聚合物。所述层可以包括磨碎的颗粒物质(比如氧化物、氮化物或碳化物)以改变该层的性质。

Jiang等的第7345255号美国专利通过引用并入本文，如同在本文中就其作了充分阐述，其包括对碳化物增强或硼化物增强的复合覆盖层的涂覆的描述，其中，可以通过使铁铬或铁钛与碳或硼发生反应和/或通过添加硬质粗颗粒来在原位形成这些碳化物和硼化物。这可能导致双峰粒度分布。该覆盖层熔化至基板上以形成冶金键并提供耐磨损并耐腐蚀的覆盖层。

如果通过引用并入到本文中的任一文献中的任何公开内容以任何方式与直接在本文中提出的公开内容矛盾或对立，则本文中提出的公开内容应当控制仅通过引用并入的任何公开内容。

针对这些问题，认识到需要改进的方法和复合层，尤其对于涂覆至热敏基板而言。

发明内容

本发明根据现有技术且尤其是根据当前可用的手段未充分或完全解决的问题和需求而开发。本发明至少用来有效解决本文中所确定的问题和缺点。实施方式特别适合于用在在热敏基板上由复合的粉末状材料成分来形成熔合的复合层中。在某些实施方式中，熔合的复合层在基板上以微米晶体膜或纳米晶体膜的形式。所述复合层以及其覆盖的基板可以被焊接、成型或处理以形成制成品。

本发明的一些实施方式提供了一种制造复合层的方法，所述复合层包括基本上均匀地散布在金属基体相中的纳米级陶瓷相。所述方法包括选择基体相前体。所述基体相前体包括在脉冲加热条件下可熔的金属粉末。规定了提供所述纳米级陶瓷相，将至少包括所述基体相前体的复合混合物涂覆至基板。所述基板具有能热降解的物理性质。涂覆至所述基板的所述复合混合物充分地粘附至所述基板，以在经受所述脉冲加热条件之前基本上保持在所涂覆的位置上。在一些实施方式中，将粉末陶瓷提供在所述复合混合物中，且在某些其他实施方式中，将陶瓷相前体提供在所述复合混合物中，且允许所述纳米级陶瓷相沉淀在所述熔合层中。

使所述复合混合物层经受脉冲加热条件。所述脉冲加热条件包括在0.1秒到大约10秒内的时间段期间施加大约150瓦/平方厘米到3500瓦/平方厘米的热通量，产生熔合层，在所述熔合层中，所述基体相前体中的金属粉末被流体化，且所述纳米级陶瓷相基本上均匀地散布在产生的流体化基体中。所述熔合层保持在所述基板上，而没有明显的滑移或者起泡。所述纳米级陶瓷相以其量高于大约其逾渗阈而存在。所述熔合层被流体化至基本上全致密的状态，在该状态中，基本上没有开孔孔隙度。