[发明专利]新产品及其用途

说明书

本发明涉及新型预合金化金属基粉末，其旨在用于金属部件的表面涂覆。使用例如激光熔覆或等离子转移电弧焊(PTA)或热喷涂(例如HVOF)沉积该粉末。该粉末可用于减少摩擦和改进沉积涂层的减磨损性质。这样的涂层还可改进机械加工性。作为减摩擦或减磨损组分，可以使用在预合金化粉末中的硫化锰或硫化钨的夹杂物。

发明领域

本发明涉及三种不同的预合金化金属基粉末的粉末混合物，其旨在用于金属部件的表面涂覆。使用例如激光熔覆(laser cladding)或等离子转移电弧焊(plasma transferarc welding，PTA)或热喷涂(thermal spray)(例如HVOF)沉积该粉末混合物。该粉末混合物可用于减少摩擦和改进沉积涂层的减磨损性质。这样的涂层还可改进机械加工性。作为减摩擦或减磨损组分，可以使用在预合金化粉末中的硫化锰或硫化钨的夹杂物(inclusion)。

背景

热表面处理，即热喷涂和焊粉(welding powder)等级(grade)广泛用于涂覆组件表面以抗磨损和腐蚀。基于Fe，Ni和Co的等级已知从根本上改进暴露于磨损和/或腐蚀的组件的使用寿命。但是，仍有大量的用途需要改进组件使用寿命。此外，Ni和Co在全球市场上的高价格和有限供应量也要求更长的使用寿命改进。最后，新的涂覆沉积法，如激光熔覆、冷喷涂和高速喷涂的发展开启了合金化、更精确的涂覆工艺控制和更高自动化的可能性，因此需要更多类型的粉末。

改进摩擦和磨损性质的一种方法可能是将固体润滑剂并入热表面处理等级(thermal surfacing grade)中以使沉积的涂层包括减摩擦和减磨损物质，同时保持可接受的耐腐蚀性和硬度水平。

固体润滑剂是能够减少互相贴着滑动的两个表面之间的摩擦和磨损而不需要液体介质的软固相材料。被考虑为固体润滑剂的材料需要满足至少下列标准：附着于接触表面–粘性；低剪切强度-低固有摩擦；低硬度–低磨蚀度(abrasivity)和对预期环境的热化学稳定性。固体润滑剂的实例是滑石、石墨、硫化锰(MnS)、二硫化钼(MoS₂)或二硫化钨(WS₂)。固体润滑剂的使用可在下列方面提供优点：在极低或极高温度下的稳定性；在极端环境，如冷或热环境或具有高辐射水平的环境中的稳定性；机械设计问题(更轻的设计、降低的临界速度)或能够承载极端负荷。

长期以来，固体润滑剂在热表面处理中的使用是困难的命题，原因在于许多固体润滑剂是金属硫化物并且焊缝中的甚至痕量的硫也会造成开裂和/或腐蚀。

Skarvelis等人；ASME J.Tribol.132(2010)031302-1–031302-8Surf.&Coat.Techn.203(2009)1384–1394和Trib.Int.42(2009)1765–1770描述了将MnS粉末与金属粉末混合并在例如PTA(等离子转移电弧焊)中使用所得粉末混合物。

在Senad等人；WO2014090922中公开了与作为固体润滑剂的MnS联合使用金属粉末的另一实例。

但是，固体润滑剂可能具有与油或油脂相比高的摩擦系数；当不可能更新时固体润滑剂膜的磨损寿命有限；与油或油脂相比没有冷却能力或冷却能力有限，或具有由碎屑和残留粒子造成的堵塞倾向。

发明概述

有可能作为金属粉末中的独立组分，即作为分开的粉末粒子加入例如锰和硫。这些组分随后(当金属粉末熔融时)形成所谓的固体润滑剂(在这种情况下是MnS)。但是，存在具有例如Mn和S作为独立组分的缺点，如严重成尘(dusting)和在最终表面涂层中形成MnS的不均匀夹杂物。