[发明专利]冷气喷涂方法和组合物

说明书

技术领域

本发明一般所属的技术领域为冷气喷涂。

发明背景

冷气喷涂是一种涂层沉积方法，该方法使用通过气体射流以高速加速的粉末材料，粉末材料在碰撞期间粘着到表面上。金属、聚合物和陶瓷是可用冷气喷涂技术沉积的一些代表性材料。与热喷涂方法例如等离子喷涂、电弧喷涂和火焰喷涂不同，例如，粉末在喷涂期间不在外部熔融。这种技术特别用于部件修复领域。例如，已有一些问题与用于制造很多不同类型组件的金属合金的腐蚀和磨损相关。这可代表与大的昂贵制品相关的高成本和显著的难题，例如用于例如旋转式飞行器的传动和变速箱。冷气喷涂提供修复此类部件的一种方法。方法也已用于修复飞行器发动机、燃气涡轮机和在石油天然气工业中使用的部件等。虽然已发现基础技术是提供这种修复和其它表面保护用途的成本有效和环境可接受技术，但在该领域不断探索以更有效和高效的方式产生、使用和改进这种方法的途径，这也可潜在提高其可用性和适用性。

本文所述组合物和方法满足上述挑战，尤其包括实现更有效和高效处理。

发明概述

本文描述一种冷气喷涂方法，该方法包括在基材上喷涂组合物，该组合物包含与较软、剪切可变形的二级相金属和/或金属合金混合的至少一种镍或铁基材料一级相，以沉积致密或多孔涂层。

另外的实施方案包括：上述方法，其中镍或铁基材料一级相包含一种或多种钢、不锈钢、镍合金、镍超合金、钴合金、钛合金和金属间化合物；上述方法，其中镍或铁基材料一级相包含以下一种或多种：镍包层、镍粉末、混合镍-铝粉末和陶瓷；上述方法，其中二级相包含以下一种或多种：铜、铝、银、锌、铂、钯及其合金；上述方法，其中二级相包含至少部分用铝薄片包层的镍颗粒；上述方法，其中陶瓷包含以下一种或多种：YSZ、氧化铝、碳化钨、CrC、TiO₂、TiO_x=1.7-1.9和SiC；上述方法，其中陶瓷用软延性合金包层；上述方法，其中涂层为至少1毫米厚；上述方法，其中涂层基本无残余应力，具有低孔隙率、低氧化物含量，且基本无内部裂纹；上述方法，其中组合物以至少约600米/秒平均速度在小于约1000℃喷流温度、大于约20克/分钟进料速率喷涂；上述方法，其中一级和二级相金属通过以下一种或多种方式组合：机械混合、机械成合金、机械包层、喷干附聚、制粒、化学气相沉积、物理气相沉积、电化学沉积和/或等离子致密化；上述方法，其中附聚包括纳米粉末附聚；上述方法，其中物理气相沉积包括流化床物理气相沉积；上述方法，其中化学气相沉积、物理气相沉积和/或电化学沉积包括在至少一种一级相金属的外表面上沉积至少一种二级相金属。

另外的实施方案也包括：特别适用于冷喷涂的组合物，所述组合物包含与较软、剪切可变形的二级相金属和/或金属合金混合的至少一种镍或铁基材料一级相；上述组合物，其中镍或铁基材料一级相包含一种或多种钢、不锈钢、镍合金、镍超合金、钴合金、钛合金和金属间化合物；上述组合物，其中镍或铁基材料一级相包含以下一种或多种：镍包层、镍粉末、混合镍-铝粉末和陶瓷；上述组合物，其中二级相包含以下一种或多种：铜、铝、银、锌、铂、钯及其合金；上述组合物，其中二级相包含至少部分用铝薄片包层的镍颗粒；上述组合物，其中陶瓷包含以下一种或多种：YSZ、氧化铝、碳化钨、CrC、TiO₂、TiO_x=1.7-1.9和SiC；上述组合物，其中陶瓷用软延性合金包层；和用组合物和通过上述方法制造的涂覆制品。

通过以下描述，这些和另外的实施方案将显而易见。

附图简述

图1显示关于本文所述颗粒的代表性压力-速度。

图2、3、4和5显示本文所述方法的一些实施方案的示意图。

图6、7、8、9、10和11显示本文所述方法的一些实施方案的显微图。

图12显示本文所述方法的一些处理参数实施方案。

图13和14显示本文所述方法的一些实施方案的显微图。

发明详述

本文所示细节作为实例，只为了说明性讨论本发明的不同实施方案，并为了提供相信作为本发明原理和概念方面的最有用和容易理解的描述而提出。关于这一点，不试图比基本了解本发明所必要的更详细地显示本发明的细节，该描述使如何可在实施中体现本发明的数种形式对本领域的技术人员显而易见。

现在参考更详细实施方案描述本发明。然而，本发明可以不同形式体现，而不应解释为限于本文阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案，使得本公开彻底和完全，并且充分对本领域的技术人员表达本发明的范围。