[发明专利]用于产生不透流体的完全致密的涂层的一步方法

说明书

通过用惰性气体稀释氧气的高速氧燃料(“HVOF”)方法制备不透流体的、完全致密的涂层。在氧气进入燃烧室之前，将惰性气体与氧气预混。将所得的火焰温度降低受控的量，以消除、最小化或减少注入热喷喷枪中的电力原料的氧化。降低火焰温度的能力允许沉积相对较小的颗粒原料而不发生显著的氧化。稀释方法产生沉积态的完全致密的、不透流体的涂层。

相关申请

本申请要求2018年8月10日提交的美国申请序列号62/717,355的优先权的权益，该申请据此全文以引用方式并入以用于所有目的。

技术领域

本发明整体涉及用于产生用于多种应用的不透流体的、完全致密的涂层的一步高速氧燃料(“HVOF”)方法。具体地讲，HVOF方法涉及用惰性气体对氧气进行受控稀释以降低火焰温度，从而使得能够使用相对较小颗粒尺寸的粉末原料来产生不透流体的、完全致密的涂层而不使用密封剂。

背景技术

磨损和腐蚀是暴露于可降低其结构完整性的苛刻腐蚀条件的基底表面(例如，由镍、钴、铁和铜合金形成的金属基底表面)的问题。例如，航空密封部件以及油气应用中使用的阀通常在其整个使用寿命期间遇到高接触压力和高温条件。这些表面的腐蚀加剧了磨损和摩擦问题。因此，这些组分必须表现出耐腐蚀性，并且必须是气体和液体不可渗透的。

热喷涂层诸如WCCrCo通常用于磨损和腐蚀保护。为了实现接近全密度，需要第二涂覆步骤，诸如用聚合物密封剂进行涂覆浸渍。虽然已经证明具有聚合物密封剂的耐磨涂层在15,000psi或更低的较低操作压力状态下和350F或更低的温度下是可成功使用的，但由于油供应管线和泵送管线更接近较高的压力和温度，因此这种耐磨涂层通常是不合适的。在较高温度下，由于聚合物密封剂的热降解，涂层可潜在地表现出通过涂层本身的气体泄漏。未能利用具有足够流体不可渗透性的涂层可导致流体通过涂层并最终通过阀和密封件渗漏。

用于形成完全致密的涂层的另一个两步方法涉及通过燃烧热喷涂来沉积自熔合合金或WC基材料与自熔合合金的共混物，之后在高于1800℉的温度在烘箱中火焰熔合或熔合。除了采用耗时且昂贵的熔合工艺之外，当此类涂层与基底材料不相容时，喷雾熔合涂层的主要缺点是涂覆部件变形和涂层开裂的潜在风险。

鉴于常规涂层的缺点，存在对用于产生不透流体的、完全致密的涂层的改善的涂覆方法的尚未满足的需求。

发明内容

本发明可包括各种组合形式的以下各方面，并且还可包括下文在书面说明中描述的本发明的任何其他方面。

根据以下说明和所附权利要求书，本公开其他方面、特征和实施方案将会更清楚。

在第一方面，提供了一种用于产生薄的、不透流体的沉积态涂层而不密封所述沉积态涂层的一步方法，该方法包括：提供基底；提供颗粒尺寸在1微米至15微米范围内的粉末原料；提供热喷喷枪，所述热喷喷枪包括燃烧室，所述燃烧室具有在所述燃烧室下游的喷嘴；将燃料引入所述燃烧室中；将氧气与惰性气体预混以产生稀释的氧气，其中所述预混在所述氧气进入所述燃烧室之前发生，并且其中所述惰性气体与所述氧气的流速比在8:92至50:50的范围内；将所述稀释的氧气引入所述燃烧室中；用所述稀释的氧气燃烧所述燃料以产生火焰；将所述粉末原料引入所述喷嘴中；使所述粉末原料与所述火焰接触以产生基本上熔融的和半熔融的小滴；以及将所述基本上熔融的和半熔融的小滴引导至所述基底。