结构的锰。孪晶导致瞬时硬化 率（n值）的高值，同时微观结构变得更越来越细。得到的孪晶界的行为类似于晶粒边界， 因此强化合金。在另一实施例中，锰含量按重量计等于或大于15%，在一个变化的情形中， 按重量计为17%至24%。选择这些量，以诱发孪晶，这使得合金在室温下完全是奥氏体。
[0073] 当物质被加热时，它的颗粒开始更快地移动，由此通常保持较高的平均分离度。热 膨胀是物体响应于温度改变的体积的改变的趋势。按照温度的改变划分的膨胀度被称作 材料的热膨胀系数。增加锰到按重量计超过15%，在另一变形方案中按重量计为20%至 40%，使热膨胀系数与铝匹配。
[0074] 合金的耐磨性和硬度在室温下的行为与"高温"（诸如超过300°C )相比可以不同。 化学组分对合金的高温性能的影响是重要的，以优化高温应用的合金组分。硬度被认为是 对于合金重要的材料性质，因为它经常用来与材料的耐磨性相互关联。合金在室温下的耐 磨性主要取决于它们的碳含量。铁与锰元素给予高温（超过300°C )硬度。为了稳定合金， 可以添加碳以在室温下和低于200°C的温度下使合金稳定。在高温下碳含量对于合金的耐 磨性的影响不如在室温下明显，因此，为了给予在超过200°C的温度下更强的合金稳定性， 增加铬含量来增强高温抗氧化性。在另一实施例中，热喷涂合金包括按重量计0%至2%的 碳。如果在低温条件下使用合金，可以使合金组分不具有碳或者使碳含量小于0. 5%。
[0075] 参照图5,图5示出了合金元素对Fe/30% -40% Mn/0. 1% -0. 3% C铁合金的相 发展的影响。图5确定了，当化学组分超出通过在下述界限的组分建立的限制时，微观结构 将不再100 %是奥氏体：按重量计20 %至40 %的Mn、47 %至76 %的Fe，或者添加3 %至5 % 的Cr、1 %至6 %的A1和0 %至2 %的碳中的至少一种组分。例如，包含按重量计6 %的Cr 的合金（在3%至5%的Cr之外）具有铁素体相和马氏体相，如在奥氏体之间的中间峰所 示（见图5)。此外,包含按重量计8%的A1的合金（在1%至6%的A1之外）具有铁素体 相和马氏体相。在另一实施例中，热喷涂合金基本上没有铁素体相和/或马氏体相。因此， 铁素体相和/或马氏体相的存在使大量有益性能消失（降低了腐蚀电位、匹配的热膨胀系 数和在大的温度范围内的材料稳定性），得到的合金将不再对高耐磨性、稳定的摩擦力应用 (如制动旋转器）有效。
[0076] 合金的硬度可以是令人期待的特性，因为合金有抵抗塑性变形或磨损的能力。在 一个实施例中，热喷涂合金层具有168至368的硬度（使用500g的维氏显微硬度计测量范 围进行测量）。
[0077] ASTM C633测试方法用于通过使热喷涂物经受垂直于表面的张力来确定热喷涂物 的粘着强度或内聚强度（ASTM International，100 Barr Harbor Drive，P0 Box C700，West Conshohocken，PA，19428-2959 USA)。在一个实施例中，如使用ASTM C633检测所确定的， 热喷涂合金层和铝合金层或基体层彼此的机械相容性为20MPa至60Mpa。
[0078] 热喷涂合金可以呈混合元素粉末、预合金粉末的形式和/或熔化并铸造成诸如线 或杆的期望的形状的形式。
[0079] 通常，在热喷涂工艺中，为了提供热喷涂合金层的令人满意的粘着力，可以要求对 基体层进行表面处理。基体结构和热喷涂合金之间存在机械相容性。通常通过使用诸如喷 砂或加工几何形槽（诸如方波图案）的标准表面处理技术来获得机械相容性。例如，通过 机械方式（例如，比如通过喷砂或通过粗加工技术）对由硬度小于大约300DPN的材料制成 的基体层执行粗糙化。然而，这样的粗糙化处理对于硬度大于300DPN的基底材料可能是无 效的，可能必须将中间结合涂层施用到基底，其中，可以将金属结合涂层或陶瓷涂层热喷涂 在该基底上。在替代方案中，有时铺上热喷涂合金层的行为将在基体层中创建特定水平的 残余应力，以有助于热喷涂合金层的附着。在又一替代方案中，退火是可选择的处理方式。 在又一实施例中，如果基体层的几何形状足够简单且热喷涂合金粉末足够薄，则可以不需 要退火步骤。
[0080] 用Mn代替更昂贵的镍和铬的元素的热喷涂合金使得合金的成本降低。此外，待热 喷涂（使用多种的热沉积工艺、冷沉积工艺和直接金属沉积工艺）的热喷涂合金的能力也 将有助于使加工的成本最小化。因此，Fe、Mn、Cr、Al和C的合金化添加剂的成分组合导致 可热喷涂合金提供无以伦比的耐磨性、摩擦力、耐腐蚀性和润滑性的性能的结合。
[0081] 一种将热喷涂合金层施用在基体层上的方法包括：通过对基体层直接执行热喷 涂、气体动力冷喷涂、等离子体喷涂、线弧喷涂、火焰喷涂、高速度氧燃料涂覆喷涂或加温喷 涂来提供并施用热喷涂合金。在施用热喷涂合金层之前，可以对基体层进行表面处理，以有 助于热喷涂合金层的粘着。可以将热喷涂合金层以达到3mm的厚度施用到基体层。
[0082] 示例
[0083] 表1提供了若干热喷涂合金组分和重量％的测定值。
[0084]
【主权项】
1. 一种合金复合材料，所述合金复合材料包括： 铝合金层；以及 热喷涂合金层，具有按重量计20 %至40 %的Mn和47 %至76 %的Fe，与铝合金层覆盖 接触。
2. 根据权利要求1所述的合金复合材料，其中，铝合金层具有在一定范围内的热膨胀 系数，热喷涂合金层具有在相同范围内的热膨胀系数。
3. 根据权利要求2所述的合金复合材料，其中，所述范围为20°C至300°C。
4. 根据权利要求1所述的合金复合材料，其中，铝合金层包括按重量计80% -100%的 A1。
5. 根据权利要求1所述的合金复合材料，其中，热喷涂合金层在一定温度范围内具有 奥氏体相。
6. 根据权利要求5所述的合金复合材料，其中，热喷涂合金层在一定温度范围内基本 上由奥氏体组成。
7. 根据权利要求6所述的合金复合材料，其中，热喷涂合金层基本上没有铁素体相和/ 或马氏体相。
8. 根据权利要求6所述的合金复合材料，其中，热喷涂合金层基本上没有体心立方晶 格结构。
9. 根据权利要求6所述的合金复合材料，其中，热喷涂合金层具有-60°C至1250°C的温 度范围。
【专利摘要】提供了一种复合金属合金材料，该合金复合材料包括铝合金层和具有按重量计20％至40％的Mn及47％至76％的Fe的与铝合金层覆盖接触的热喷涂合金层。一种合金复合材料包括铝合金层或基体层和具有按重量计20％至40％的Mn及47％至76％的Fe的与铝合金层或基体层覆盖接触的热喷涂合金层。如使用ASTM C633测试规定的测试所确定的，铝合金层或基体层与热喷涂合金层彼此的机械相容性为20MPa–60MPa。一种热喷涂工艺包括：提供基体层和具有20％至40％的Mn及47％至76％的Fe的原料合金；以及将原料合金热喷涂到基体层上，以形成合金复合材料。
【IPC分类】C23C4-06, B32B15-01, C23C4-08
【公开号】CN104593712
【申请号】CN201410602602
【发明人】詹姆斯·莫里斯·波瓦洛, 蒂莫西·J·波特, 保罗·乔治·桑德斯, 马修·约翰·扎卢泽克, 帕拉凡苏·谢卡尔·莫汉蒂, 维克拉姆·弗拉达林
【申请人】福特全球技术公司, 密歇根大学董事会
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年10月31日
【公告号】US20150118516