[发明专利]用于包覆物品的表面的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于包覆受到腐蚀、侵蚀或磨损的物品的表面的方法、系统和设备，例如冲击或磨削工具。所述方法包括提供原料供应并通过专用进料源将原料供给物品表面的一部分。专用热源加热供给的原料和物品表面的所述部分，使得加热的原料和表面的所述部分至少部分地熔化。在去除热量时，熔融的原料和所述表面部分在物品表面的至少一部分上形成粘合涂层，从而保护组件的该部分免于受到磨损。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于通过激光沉积将冶金结合层沉积到金属基底的表面上的方法、系统和设备。

本发明已经开发了一种形式用于与向下钻孔(“DTH”)锤钻中使用的类型的大致圆柱形部件结合使用，并且将在本文中主要说明。然而，应当理解的是本发明不限于该特定的使用领域，潜在地可应用于在金属基底上沉积表面层是有利的广泛应用。

表面涂层的共同目的是定制或改进耐磨性特征，并且将主要参考这些应用来描述本发明。然而，应该理解的是本发明可以用于广泛范围的功能、结构和美学应用的表面层和涂层，包括但不限于耐磨性或耐蚀性、绝热性、耐腐蚀性和耐化学性、电导率或电阻率、医疗或生物医学相容性、RFI/EMI屏蔽、表面颜色、图案或纹理、尺寸恢复和外观修复。

背景技术

现有技术的以下讨论旨在将本发明在适当的技术背景下进行说明，并且可更全面地理解相关的优点。然而，应当理解的是任何对现有技术的引用都不应该被解释为明确或暗指的承认这种技术或任何相关的缺点或限制是本领域中广泛已知的或通常的公知知识的一部分。

迄今为止已经使用多种方法将耐磨层沉积到金属基底上，包括热喷涂、喷射和熔合以及激光熔覆技术。热喷涂主要用于将诸如金属、合金、聚合物、陶瓷和金属陶瓷的高性能材料施加到更容易加工且成本较低的基材上。该技术主要涉及通过热源熔化或热软化涂料的原料源并将加热的涂料的颗粒朝向基材加速。在与基材碰撞时形成“薄片(splat)”，其在预制的基材的表面上成型而形成凹凸形状，从而形成键合到基底表面的机械型键。通过基材、喷涂设备或两者的移动产生涂层，直到获得所需的涂层厚度和面积为止。典型的沉积厚度的范围为50-2000微米，这取决于所使用的材料和工艺。

使用热喷涂工艺生产的涂层的质量受许多因素的影响，包括碰撞时的熔融颗粒的速度、颗粒在其轨迹和碰撞期间的温度、所应用的材料的形态和组成、颗粒在飞行期间和与基材碰撞时经历的化学和热环境以及基材本身的特性。特征也将根据所使用的特定热喷涂技术而变化，所述热喷涂技术的示例包括燃烧线材喷涂、燃烧粉末喷涂、高速氧燃料、爆轰枪、电弧线材喷涂和电弧等离子喷涂系统。

热喷涂技术相对于更传统的表面涂覆和修复方法的一个优点是该热喷涂技术通常被认为是“冷”沉积工艺，在这种意义上，基材在大多数情况下不超过约200℃的温度。这允许进行通常通过焊接和其他高温工艺被认为是不可涂覆的或不可修复的基材的涂覆。然而，这些技术受到许多固有的缺点，包括相对较低的粘结强度、相对较高的孔隙率和氧化物水平从而易于腐蚀、以及特别是涂层内的相对较高的残余应力。

这些残余应力可以极大地影响沉积涂层的阈值应变-断裂水平，因此在裂纹和分层发展之前极大地影响涂层的承载能力和涂层的最大厚度。这些限制使得该技术不适用于可能遇到高负载、冲击或严重腐蚀性条件的应用。这些因素在一定程度上可以通过在沉积过程期间增加颗粒速度来改善。然而，很大程度上仍存在由于氧化以及施加的涂层内的内部应力的随机性质所引起的固有问题。该过程也相对低效，沉积效率通常低至30％，最多只有约70％。

喷涂和熔合技术通常通过首先通过上述类型的热喷涂工艺将通常为Ni、Co或FE且添加有Si或B的自熔合金沉积到适当制备的基体金属上、然后将沉积物加热并熔合到基体金属上、从而形成冶金结合物来获得耐磨层。典型的沉积厚度的范围为50-3000微米。因为自熔合金的熔点基本上低于涂覆的基体金属的熔点，所以在熔合过程期间不需要所需的基体金属的熔化，并且通过晶粒间合金/内聚机制来获得冶金结合物。因此，基材很少或没有稀释。