[发明专利]机械合金化的金属热喷涂涂层材料和利用所述材料的热喷涂涂布方法

说明书

由含有机械合金化至过渡金属的含铝颗粒的热喷涂粉末材料制成的热喷涂涂层。所述涂层包括合金化至所述过渡金属的铝合金部分。所述热喷涂粉末由机械合金化至过渡金属的含铝颗粒制成。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C. § 119(e)要求在2017年12月15日提交的美国临时专利申请号62/599,409的优先权。其公开内容通过引用明确地以其整体并入本文。

关于赞助研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本发明是具有改进的滑动和磨损性质的基于金属的热喷涂涂层，并且所述涂层由热喷涂粉末制成，所述热喷涂粉末包括一种或多种过渡金属（例如钼或钼和铬），其被机械合金化至金属基材料如铝或铝合金。还公开了涂布方法。

相关技术的描述

热喷涂涂层材料是已知的，并且通常是金属和/或陶瓷粉末材料。当用于形成热喷涂涂层时，这些粉末材料中的一些提供耐磨性和耐腐蚀性。

在材料例如钢、不锈钢、钛合金和镍合金的情况下，由于氯化物以及电偶的存在，可以观察到涂层材料的腐蚀。典型的腐蚀类型包括电化腐蚀、应力腐蚀开裂、大气腐蚀和水腐蚀，其可导致灾难性故障，例如涂层起泡和散裂。

磨损损坏通常由过度的摩擦力(高摩擦系数)和摩擦生热引起。该损坏可表现为金属转移和磨痕、极端的本体塑性变形、甚至断裂的形式。

金属粉末与过渡金属的机械合金化也是已知的，并且已经研究了数十年。然而，它们通常用于通过烧结固结处理来制造部件。使用过渡金属的机械合金化允许增加例如铝合金中的这样的过渡元素的浓度，这可以产生实际上的固溶体。

基于铝合金的粉末涂层也是已知的。这些包括耐磨粉末涂层材料。实例包括：Metco 601NS（其利用具有7%硅(Si)和40%聚酯的铝(Al)）和METCO^® 320NS（其利用具有10%硅(Si)和20%六方氮化硼(hBN)的铝(Al)）。

使用基于铝合金的热喷涂粉末来产生用于间隙控制应用的耐磨涂层也是已知的。这些在由于设计意图或操作激增而导致旋转部件可能与涂层接触的情况下使用。这些涂层被设计成通过在密封区域提供间隙控制来最小化对旋转部件的磨损，同时最大化气体路径效率。这样的涂层通常结合了聚合物材料（如软的可剪切且耐热的聚酯与较高强度的可剪切合金(例如METCO^® 601 NS或M610NS，其为Al-青铜+聚酯)）的所需性质。另一种涂层概念将Al-Si与hBN结合，其中陶瓷hBN相用于促进切削性能和提高耐温性(METCO^® 320NS)。这些涂层适于对钢、镍合金或钛合金压缩机叶片、刀或迷宫式密封条的摩擦侵入。

然而，已知具有铝合金基体的耐磨涂层在暴露于海盐和充满湿气的环境时易受全面腐蚀(生成白色氢氧化铝)、循环腐蚀、起泡腐蚀以及应力腐蚀开裂损坏的影响。