专利名称：改进的可磨损镀层及其制造方法
本申请是序号为NO247024的美国专利申请的部分继续申请 该专利于1988年9月20日提出，题为“高速火焰喷镀设备和材料形成的方法”，该专利整个公开的部分作为参考而列入本申请。
本发明一般涉及可磨损的材料和镀层，如用来形成汽轮发动机中可磨损封接件的镀层。本发明具体提供一种改进的可磨损的材料及这种材料的制作方法。
容易以可控的方式磨损的材料被应用在包括作为可磨损封接件的许多方面。熟悉这种技术的人员知道，在转动的部件和固定的可磨损封接件之间的接触将使可磨损的材料在接触区域按照与运动部件相啮合的形状被磨掉。从而使封接件呈现准确准确配合运动部件的几何形状。这有效地形成了具有极紧公差的封接件。
可磨损封接件的一个特殊应用是用在汽轮发动机中。通常，在汽轮机罩盖的内表面上用喷枪镀上一层可磨损的材料 镀到预定的厚度在运行中当汽轮机叶片转动时，叶片由于受产生的热的影响，便发生稍许膨胀。旋转叶片的尖端因而与可磨损材料接触 从而在镀层上准确地刻出一定的凹槽，而叶片本身并不与罩盖接触。应当清楚，这些凹槽提供了精确的允许叶片转动必需的余隙，因而提供了基本上是定做配合的封接件。
为了使汽轮机叶片能够在可磨损的镀层中刻出凹槽，构成镀层的材料必须容易磨损而不损耗叶片的尖端，这要求镀层中的材料达到精细的均衡。在这种特殊的环境下，可磨损的镀层还必须具有很好的抗粒子冲刷和在高温下抗性能变坏的性能。然而，熟悉这种技术的人员知道，采用常规的形成可磨损镀层的方法，要得到这些需要的特性是很困难的。
更准确地讲，很多常规的易磨损层是采用喷射粉末的充填物料和金属组分的等离子体形成的，这种形成方法要求监控许多参数。这些参数包括供料粉末的组成特性 粉末粒度和喷枪的各种操作条件。然而，即使当这些因素受到严密的监控时，采用常规的设备和技术也还不能始终如一地成功地生产高质量的可磨损镀层。
更详细地讲 是采用热喷射从两种一般种类的物料中选出的原料的方法来制造常规的复合材料可磨损镀层。原料中最简单的是金属粉末和充填物的混合物，充填物通常是非金属粉末。即 首先混合每种组分的分散的颗粒，然后再用等离子体喷枪喷射混合物。然而这些粉末混合物经常有偏析，不仅仅在贮槽中有偏析，而且在粒子喷射流自身中也有偏析 这两种偏析都对最后镀层的微观结构产生有害的影响。众所周知 粒子偏析将在镀层中产生主要由单一粉末组分构成的局部区域。这就导致产生组分和硬度不均匀的使用功能低劣的镀层。一种粉末组份的优先蒸发或其它的热转化也可以导致缺乏这种均匀性，特别是在用塑料作一种组分的场合。另外，使用已混合的或已掺和的粉末还造成难于调整组分的比例来产生分层的镀层，这种分层的镀层对每一层镀层要求不同的原料掺和。
在喷射粉末的另一种一般方式中，两种组分被粘结在一起，形成复合材料颗粒。许多粘结技术是众所周知的，例如用第二种材料包覆粉末状的第一种材料，或简单地采用一种合适的粘结剂将两种粉末粘结在一起。然而，粘结剂在防止两种不同材料的偏析方面可能不足有效的。另外，包覆技术不仅花费大，而且包覆层还可能优先蒸发，这就降低了镀层的组分均衡，并且单一的粉末组份不能用来形成沿镀层的深度具有不同特性的镀层。
对于许多材料，产生满意的可磨损镀层要求使用极高的速度 采用常规的燃烧火焰喷枪这是不能达到的。虽然等离子喷枪提供高的速度 但是它们操作在如此高的温度，以致造成蒸发和热退化，例如塑料组分的蒸发和粉末组分的氧化，由于喷射流的涡流，加速了氧化。
因此希望提供一种组成可磨损材料的方法，采用这种方法可以减小或消除粒子偏析的问题。还希望提供这样一种方法，该方法具有生产高质量可磨损镀层的附加的优点而不产生原料的任何显著的退化。还希望提供这样一种方法。在该方法中，可以独立地控制是料组分而不使用复杂的粉末计测系统，从而可在镀层中得到组分的梯度，并且这种方法还可避免等离子体喷射过分的温度和速度梯度。本发明提供了一种组成可磨损材料的方法，该法达到了这些目的并提供一种新颖的用本发明所述方法组成的可磨损材料。
在一种情况中，本发明提供了一种制造可磨损材料的方法 在该方法中，将充填物，最好是粉末非金属(例如塑料)引入到高温燃气流中，从而使充填物传送到气流中。充填物最好在轴向引入燃气流，从而当粒子进入高速气流中时可以避免不可控制的侧向分散。充填物受到燃气的加热并沿与熔化金属交叉的轴线以极高的速度推进。携带充填物的高温燃气流使熔化金属雾化，因此熔化金属随充填物进入气流。从而形成了包括充填物和雾化金属的混合气流。然后使混合气流或喷射流对着一个靶，受热的充填物和熔化金属因而以高速度冲击的靶的表面形成一层可磨损材料的镀层。在冲击时，熔化金属形成基本上连续的金属基质，充填物镶嵌在基质中的空隙中。最后的镀层是容易磨损的，并很适合于用来形成可磨损的封接件。
在一种最好的情况中
采用前述的美国专利NO.247024公开的高速火焰喷镀设备来实现本发明所述的方法。该专利中公开了火焰喷镀设备，该设备包括一个座体部分，该座体部分具有带入口和出口的原料供应孔，入口用于接受原料
出口与会聚喷口相通。会聚喷口最好与原料供应孔轴向准直。座体部分包括带入口和出口的燃料通道
入口进入燃料，出口环绕着原料孔并与会聚喷口相通。喷枪的座体部分还另外设置有具有入口和出口的氧化剂通道
入口用于进入氧化剂气体，出口与会聚喷口相通。因此，会聚喷口在燃料和原料充填物混合之前便单独地从通道出口接受燃料和氧化剂。会聚喷口包括一个锥形壁
该壁与燃料和氧化剂出口隔开充分的间距
从而使燃料和氧化剂在会聚喷口中混和并进行部分燃烧。一当燃料和氧化剂点燃在会聚喷口中便形成火焰前沿，加热进入的燃料
燃料由于生成的化学反应而释放能量
从而提供维持连续高速扩散反应的驱动力。在这种方式中，原料被加速通过在锥形壁顶点的出口。锥形壁的顶点与原料供应孔准直，因此加速的原料穿过喷枪的筒体向着直孔喷管的端部开孔。在一个实施例中，携带原料的受热的燃烧气体其温度足以熔化金属丝的端部，熔化的金属丝然后由高速气流雾化。在另一个实施例中
最佳的喷镀设备配有双金属丝电弧装置，使得电弧加热金属丝
熔化金属丝的端部
然后熔化的金属再被雾化并进入从喷枪的会聚喷口中喷出的气流中 从而形成混合的喷射流。
在又一种情况下 本发明提供一种具有极好均匀性的可磨损材料，这种可磨损材料的金属氧化物含量比很多按常规喷镀的材料低。可磨损材料包括金属基质，充填物均匀地分散在基质中，充填物最好是低硬度的易碎的非金属。在一个实施例中，本发明的可磨损材料包括供象汽轮发动机的可磨损封接件这样一些用途使用的复合材料可磨损封接件。本发明的可磨损材料和胜接件采用本发明所述的方法形成。在一个最好实施例中 本发明的可磨损材料包括金属基质 塑料均匀分布在基质的间隙中。
图1是供实施本发明所述方法的最佳火焰喷镀设备的截面图。为简明起见 金属丝和金属丝的传输机构未示于此图中;
图2是供本发明用的最佳火焰喷镀设备，其中示出了双金属丝电弧装置;
图3是一个示意图 它示出在喷枪的会聚喷口中火焰前沿的形成和构成本发明所述磨损材料的混合准直粒子流的产生。
图4是按本发明制作的可磨损材料在横截面的显微照相。
本发明提供一种新颖的可磨损材料和制造这种可磨损材料的方法。在最佳实施例中 本发明所述的材料被成形为一层在部件表面上的可磨损镀层。本发明的可磨损镀层在其大多数实施中包括可磨损的封接。
按照本发明所述的方法，采用燃烧火焰喷镀设备来形成高温高速燃烧气流。该喷镀装置的最佳结构已在上面引作为参考的美国专利申请NO.247024中进行了叙述。然而熟悉这种技术的人员应当清楚，其它的最好是高速的喷镀系统也可以用来加速充填物粒子。
现在参照附图1，图中示出火焰喷镀设备10，它一般具有燃烧器座罩12 该座罩与筒体14形成整体。燃烧器座罩12的锥形壁16形成一个在其中实现连续爆燃反应的会聚喷口18。原料供应管22形成原料供应孔20，该管密闭地安装在原料罩座24中。在公开实施例中的原料罩座24具有装入燃烧器座罩12螺纹部分的螺纹端部26。可以设置凸缘28以便帮助原料座罩24就位。原料座罩24和原料供应管22被配置在燃料供应喷咀30中，使其形成环形燃料通道32。燃料喷咀30的端部34最好是锥形的并压配合在燃料座罩12上。
原料座罩24包括啮合燃料喷咀30的第二凸缘或法兰部分36 凸缘36中设置有平行于原料供应孔20的纵向孔道。在操作期间，沿箭头所示方向流过环形通道32的燃料因此不会受到凸缘36的明显阻挡。即，凸缘36具有开有孔道的外表面，因此相对于燃料喷咀30它起作支架的作用，并且还使燃料基本上可以不受限制地充流过环形燃料通道32。燃料喷咀30以类似的方式设置有一系列基本上平行的纵向孔道。而且 这种通道结构还使燃料喷咀30的端部分38可以啮合到锥形壁16上，而同时使氧化剂通过环形氧化通道40进入会聚喷口18。环形氧化剂通道40是由燃烧器罩座12的部分42和44形成的。应当注意到，部分44还具有锥形壁16。为了将部分44牢固地固定到部分42上，部分42中攻有螺纹 用以装入部分44的带螺纹的部分。
为使燃料通入环形燃料通道32，提供了燃料供应通道48，该通道贯穿燃烧器座罩12的端部分50并与环形燃料通道32流体相通。这种连续的通道起着孔道的作用，燃料通过该孔道被传送到在会聚喷口18中的火焰前沿。同样，环形氧化剂通道40与氧化剂入口通道52流体相通。端部分50包括连接器54
其上攻有螺纹，用以连接原料供应软管，这将在本发明所述的方法中进行更详细的解释。填充物原料通过连接器54引入到原料供应孔20。
原料供应孔20的横截面积最好显著小于环形燃料通道32和环形氧化剂通道40的横截面积，使得粉末原料可以足够高的速度送入会聚喷口18，高到足以贯穿会聚喷口18。原料供应孔20一般比环形燃料通道32，或比环形氧化剂通道40在横截面积上小大约15%。另外，原料供应孔20的直径与喷射通道56的内径之比一般约为1比5。因此其横截面积之比一般约为1比25。
作为管状直孔喷管的筒体14包括由喷射通道56形成的空心圆筒部分46。如将要详细叙述的
高速粒子作为准直的气流被推动穿过通道56。为防止筒体壁46过热和实现本文所说的“热箍缩”((一种保持和增强粒子流准直的现象)，设置形成环形热交换室60的环形热交换套58。热交换室60只限于在筒体14上，使得不直接从会聚喷口除去热量。在使用时
热交换介质(例如水)通过孔道62和64流过热交换室60。软管(未示出)的一端分别接到连接器66和68，使热交换介质通过热交换室60进行循环。
现在参考附图2，火焰喷镀设备10包括本文举例说明的双金属丝电弧装置(为简明起见图1中未示出)的熔化金属供应装置。电弧装置70包括装有金属丝导座74和76的托架72。金属丝导座774和76被提供来按预定的速度输送金属丝78和80到电弧区域82。在大多数应用中
金属丝78和80之间的夹角一般最好小于约60°角。在本发明的最佳方法中，使预定强度的电弧起弧并连续地维持在金属丝电极的端部之间。在另一个实施例中，用已准直的燃烧气流的热熔金属丝78和80的端部。在一些应用中用一根单一的金属丝78可能是合适的，其中用燃烧气的热熔化金属丝。在公开的实施例中，当金属丝78和80熔化时并作为雾化的熔化金属消耗时。金属丝78和80被连续地输送到电弧区域82中的交叉点。虽然电弧区域82与筒体18之间的距离不是重要的。并且为了控制在喷镀操作期间形成的镀层或成品的各种特性
此距离还可以调整
但是在大多数应用中，金属丝78和80最好设置在距离筒体14约4至10厘米的地方。电弧和熔化的金属丝端部应当位于从筒体14喷出的已准直的粒子流中;即
应当沿筒体14的纵轴线配置。
在本发明中可以使用许多种燃料和许多种氧化剂。如前述美国专利申请所述的，气态、液状或粒状的燃料或氧化剂都是合用的。对于氧化剂、大多数的含氧气体是使用的。本发明最好采用基本上纯净的氧。达到在本发明中的喷镀粒子高速推进的合适的燃料气体是碳氢化合物气体
最好是高纯丙烷或丙烯，这些燃料产生高惰性的氧化反应在一些应用中，氢和其它液体、固体燃料也是合适的。在本发明中，可以采用适当选择燃料的方法，以及采用控制气体压力和控制原料粒子居留或滞留在会聚喷口18和通道56中的时间的方法来控制火焰的温度
从而控制充填物原料的温度。
另外
控制燃料的组分和气体压力还可以得到很宽范围的粒子速度。最佳的燃料气体压力约从20至100磅/平方英寸(表压)，最好从大约40至大约70磅/平方英寸(表压)。氧化剂气体压力典型地在大约20至大约100磅/平方英寸(表压)的范围内
对于大多数的应用
最好从大约40至大约80磅/平方英寸(表压)当操作在这些压力范围内时
从筒体14喷出的燃烧产物的速度将是超音速的，显著大于其它常规商品火焰喷枪在类似操作条件下的速度。还应当认识到
燃料气体的特性和它的质量流动特性密切地支配着速度。
现在参考附图3，该图示意示出火焰喷镀设备10
其中，充填物原料110通过原料供应孔20被注入。在此实施例中，原料110是颗粒状或粉末状的，并夹带在一种相对于被喷镀材料来说最好是不活泼载气中。示出了在火焰喷口18中的火焰前沿112和冲击区114。在金属丝78和80的熔化金属端部雾化以后，便形成冲击靶116的混合气流115，从而形成一层按照本发明所述的可磨损材料。
许多充填物适合于用来形成本发明所述的可磨损材料。可供本发明使用的最佳充填物是塑料。在此处所说的“充填物”一词一般被定义如下一种物质
该物质在喷镀之前，在按照本发明所述进行喷镀期间以及在最后的可磨损材料的使用环境中，在物理上的化学上基本上是热稳定的。另外，最佳填充物的硬度值应小于用来磨损可磨损材料的材料的硬度值
即
应比构成与可磨损材料接触的运动部件的材料软。最后，在按照本发明进行喷镀期间以及在可磨损镀层的使用期间，最佳填充物与基质材料应是化学上稳定的。当填充物作为粉末提供时，它还必须是可流动的。另外，用在本发明中的最佳填充物在制作可磨损材料期间不会显著地热分解。虽然填充物最好以颗粒形式提供
例如粉末，但是它也可以形成棒状。
因此一般地讲，在本发明中，硬度低的易碎的充填物是最好的
它们可以是有机物，也可以是无机物。特别好的充填物是用作塑料
纤维或合成橡胶这种类型的合成聚合物。具有所需特性的天然聚合物也是合适的。最好的合成聚合物或共聚物包括丙烯酸树脂，例如丙烯酸、异丁烯酸、这些酸的酯类和丙烯腈的聚合物或共聚物。下列的物质供本发明使用也是很好的使用二元胺与马来酐缩合的方法
例如使用亚甲基双苯胺(methylene dianiline)与马来酐缩合的方法生产的比斯马尔酰亚胺(bismaleimide);氟塑料
例如聚四氟乙烯和聚乙烯;全部芳族共聚多酯
如液晶聚合物(例如由Amoco Chemicals公司以商标XydarTM和由Hochest Celanese公司以商标VectraTM出售的产品)
聚酰亚胺-酰亚胺(polyamide-imide)(例如由Amoco Chemicals公司以商标TorlonTM出售的产品);热塑性的加热固性的两种聚酰亚胺;砜的聚合物(Sulfone polymers)
包括聚砜类、聚芳基砜和聚醚砜;塑料聚酯(plastic polysters)
例如芳族聚酯，最好是用双酚芳族均聚酯(bisphenol aromatic homopolyster)、聚丁烯对苯二酸盐(polybutylene terephthalate)、聚乙烯对苯二酸盐(polythylene terephthalate)和全部芳族共聚多酯从异对苯二酸盐(iso-tere-phthalate)和对苯二酸盐制得的多芳基化合物;硅氧烷树脂;环氧树脂;聚醚酮醚(polyether-etherketone)和聚亚苯基硫化物(polyphenylene sulfide)。大多数具有所述特性的热塑性塑料和热固性塑料适合于在本发明中用作充填物成份。本发明中所用热塑性塑料和热固性塑料包括很宽范围的分子量，例如从大约2，000至大约1，500，000。在此范围以外的值
单体和预聚体也是合用的。
如前所述 用于合成的被磨损材料的充填物应当是低硬度的和易碎的 以便生产具有所需特性的可磨损材料。除了聚合物以外 最好用作本发明的充填物组分的其它非金属包括固体润滑材料，例如氮化硼、氟化钙、硫化钼、氟化的(非石墨的)碳、氟化的石墨、非石墨的碳和石墨、以及它们的混合物。
一些硬度低的陶瓷材料也适合用作充填物例如碳酸钙;粘土 如高岭土和膨润土;磷酸钙;硅灰石;叶蜡石;珍珠岩;石膏;重晶石;水合氧化铝;石英;硅藻土 包括锻烧过的硅藻土;以及它们的混合物。一般地 大多数在火焰喷镀过程中不过分变硬的非研磨矿物是可以接受的。另外，在本发明中利用某些硬度低的金属作充填物组分也是合适的。
本发明最佳实施例的充填物是粉末 粉末的粒度最好在大约5微米至大约100微米，但是，在此范围以外的直径在有些应用中也是合适的。最好的充填物粉末的粒子直径在大约5至70微米之间。按照喷镀设备的要求 充填物粉末应当是可流动的，并且有很窄的粒度分布，使其不存在过细或过大的粒子。熟悉这种技术的人员熟知加工这些粉末的方法。
如前所述，用于本发明所述可磨损材料的金属基质的金属最好作成为金属丝 如附图3所示，金属丝的一个端部被设置在夹带有填充物的燃烧气体流的通路上。在利用燃烧气体的热熔化金属端部时 可以只用一根金属丝。或者如图3所示，也可以用两根金属 在两根金属丝的头部之间可以起电弧或不起电弧。在起电弧时双丝电弧产生的电加热使金属丝端部熔化 形成熔化金属源 熔化金属然后再由气流雾化。在用两根金属丝的场合，金属丝可以是相同的金属或不同的金属。因此，在采用这些装置中的一种装置时，金属丝必须是可熔化的。
适合应用于本发明中形成本发明的可磨损材料的金属基质组分的金属最好具有金属丝的形状。最佳的金属包括铝及其合金，例如铝1100、1350及其它的1xxx系列;2xxx系列的铝-铜合金;铝-硅合金。例如4043、4047及其它的4xxx系列;铝-镁合金，例如5356及其它的5xxx系列;6xxx系列的铝-镁-硅合金;和铝-钛合金。铜及铜合金也是合适的，包括铜UNS C101000-C15735;铜-铝合金
例UNS C60600-C64400(铝青铜);铜-镍合金
例如UNS C70100-C72500。镍及镍合金也是合适的
包括镍UNS N02200、UNS N02201和UNS N0 2205;镍-铜合金，包括UNS N04400、UNS N04404和UNS N04405;和镍-铬合金，例如UNS N06003。适合于用作本发明可磨损镀的金属基质的其它金属是镍基和(或)钴基超耐热合金和高温合金或耐腐蚀合金。最佳的是MCrAlX合金、其中M是Fe、Ni、Co及其混合物;X是稀土金属，包括La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、yb、Lu、Hf及它们的混合物或者X是Zr、Si及它们的混合物;还适用的最佳金属是金属间化合物，包括镍、钛等的铝化物。钢，包括低碳钢、合金钢和不锈钢也是合用的。纯金属也是可以接受的。这包括镍、钴、铁、铜、铝以及其它可以作成金属丝的任何金属。
金属丝的尺寸不重要，但其直径的范围一般在大约0.03英寸至大约0.25英寸。超过此范围的值也是可行的。当金属丝的熔化的端部被雾化时，一根或多根金属丝可恒定提供雾化的熔化金属的速度进入气流的方向。
由火焰喷镀设备10提供的很多优点中的一个优点是能够调整颗粒充填物被注入到火焰前沿的速度。不像许多设备那样，火焰喷镀设备10可以独立调整粒子的注入速度
燃气流速和氧化剂气体流速。原料粒子用惰性载气的独立气流被注入到火焰前沿。因为可以独立地调整流速，所以可使载气压力保持在比燃料气体压力高的数值上(这增加了粒子速度)，这样便显著地减小了在会聚喷口18中的涡流。载气压力范围在大约40至大约40至大约70磅/平方英寸(表压)之间为好，更好的是从大约50至大约60磅/平方英寸(表压)，最好的是要保持大于燃料气体压力。如前所述，虽然图3所示的出口33和41的相对尺寸可以改变很大，但原料供应管22的内径一般显著小于环形燃料通道32或环形氧化剂通道40的横截部分。原料供应孔20与筒体14的喷射通道56的横截面积之比一般约为1比25，从而减小充填物粒子喷镀期间接触和附着到筒体14的内表面上的可能性。使载气压力保持在50磅/平方英寸(表压)以上时，在燃料气体在大约45至50磅/平方英寸(表压)和氧化剂气体压力在大约70至90磅/平方英寸(表压)的场合，可以防止在较低载气压力下发生的称作为飞溅的现象。飞溅现象是由于粒子的径向运动造成的，粒子可能附着到锥形壁16上，这种现象被认为是在较低的载气压力下由于增大了涡流而产生的。因此，将载气压力保持在较高值减小了涡流。
当充填物粒子进入会聚喷口18时
由于放热反应，粒子的热和动能便显著增加。高能充填物粒子穿过会聚喷口18形成准直的高能粒子流
该粒子流基本上沿直线推进穿过筒体14的通道56。如前所述
这也减少了喷镀粒子的涡流径向运动。由于使非涡流的气体流进入会聚喷口18并在限于会聚喷口18中维持连续的高速扩散反应，所以燃烧气体和充填物粒子流达到了基本上没有涡流的轴向流，这就形成了高速准直的粒子流。另外，当粒子流穿过筒体14时，由于用热交换套58除去了筒体壁46的热，所以减小了气流的扩散
这又进一步减小了高能粒子向筒体14侧壁的任何径向运动。
当准直的粒子流穿出筒体14时，它便穿过电弧区域82。在穿过期间
在最佳实施例中使金属丝78和80电激发，从而在金属丝的端部之间产生持续的电弧。用适当的电源提供足以在金属丝端部78和80之间维持电弧的电压。在大约15至大约30伏的电压一般便足够了。当在金属丝的端部形成熔化金属时，粒子流便雾化熔化的金属。为了维持电弧和如前所述的为了保持熔化金属连续地送入喷射气流中，金属丝78和80以预定的速度被送进。当熔化的金属被雾化时，便形成包括充填物和雾化的熔化金属二者的复合的或混合的粒子流115。虽然由于金属丝78和80的存在产生了一些涡流但混合的粒子流仍然保持很好的准直。混合的气流然后喷向靶116在靶上它形成本发明的可磨损材料118。
在一般最好的商售可磨损封接件上的最后镀层的金属基质最好占可磨损镀层体积的大约40%至大约95%，而充填物组分则占可磨损材料体积的大约5%至大约60%。在特殊的应用中，本发明被用来在部件的表面上形成可磨损的镀层。在大多数最佳实施例中本发明包括对运动部件形成可磨损的封接，例如对汽轮发动机的可磨损封接在这一方面，本发明的方法被利用来在汽轮发动机的罩盖的内表面上形成可磨损的镀层。一当镀层固化 便使涡轮发动机叶片转动 在可磨损镀层中刻出凹槽 从而形成准确配合的可磨损封接。
为了更详细地叙述本发明，提供了下面的例子，该例子不意味着以任何方式限制本发明的范围。
采用大体上示于附图1至3的喷枪，可磨损材料按如下方式被形成直径为1/16英寸的两根铝1100的金属丝以34.5克/分的速度被输送到喷射气流中。充填物组分是热塑性的聚酰亚胺，它以上述的方式以大约15克/分的速度从轴向被输送到燃烧气体流中。热塑性粉末的尺寸约为每平方吋140～325孔眼。氧化剂气体是基本上纯净的氧 流速为225升/分。用丙烯作燃气 流速为46升/分。试验了两种粉末载体，氮气和二氧化碳，其速度分别为85升/分和67升/分。靶和喷枪之间的距离，从电弧区域开始算约为11.5英寸。燃烧气体速度约为声速。在图4的显微照相中，示出了合成的可磨损材草在横截面的状况。
尽管本文示出和叙述了本发明的特殊的实施例，但是应当理所当然地清楚，本发明并不局限于此，因为根据本公开的内容 人们，特别是熟悉这种技术的人员可以进行许多改型。因此可以预料 所附权利要求书包括像属于本发明的真正精神和范围这样一类的任何改型。
权利要求
1.一种制造可磨损材料的方法，该方法包括如下步骤将填充物输送到高温燃烧气流中，使上述充填物夹带在上述燃烧气体中；用上述夹带有上述充填物的高温燃烧气流雾化已熔化的金属，使上述雾化的熔化金属随同上述粉末充填物一道夹带在上述气流中，将上述夹带有上述充填物和夹带有上述雾化的熔化金属的高温燃烧气体流引向一个靶；上述在高温燃烧气体流中夹带的上述充填物和上述雾化的金属在上述靶上形成一层沉积层，上述沉积层包括具有金属基质并在基质中嵌入上述充填物的可磨损材料。
2.按权利要求1中所述的方法，其中，上述燃烧气体流在燃烧喷枪中形成，速度在超音速。
3.按权利要求1中所述的方法，其中，上述粉末充填物成颗粒状
4.按权利要求1中所述的方法，其中，将至少一根金属丝的端部放置到夹带有上述充填物的上述高温燃烧气体流中，使上述金属丝的端部被上述燃烧气体熔化，从而供给上述已熔化的金属。
5.按权利要求1中所述的方法，其中，设置两根金属丝和将电流加到上述金属丝上的机构。并在上述金属丝之间形成电弧，上述电弧足以熔化上述金属丝的上述端部，从而供给上述已熔化的金属。
6.按权利要求1中所述的方法，其中，上述粉末充填物是从一群包括热固性聚合物、热塑性聚合物以及它们的混合物的物质中选出的粉末合成聚合物。
7.按权利要求1中所述的方法，其中，上述粉末充填物是一种固体润滑材料粉末。该固体润滑材料是从一群包括氮化硼、氟化钙、硫化钼、氟化的非石墨碳、氟化的石墨、非石墨碳、石墨以及它们的混合物的物质中选出的。
8.按权利要求1中所述的方法，其中，上述充填物是从一群物质中选出的粉末陶瓷 这群物质包括碳酸钙、高岭土、膨润土、磷酸钙、硅灰石、叶蜡石、珍珠岩、石膏、重晶石、水合氧化铝、石英、硅藻土、锻烧过的硅藻土以及它们的混合物。
9.按权利要求1中所述的方法，其中，上述充填物可作成棒。
10.按权利要求1中所述的方法，其中，上述已熔化的金属是从一群金属中选出的。这群金属包括铝、铝-硅合金、铝-镁-硅合金和铝-钛合金、铜、铜-铝合金、铜-镍合金、镍、镍-铜合金、镍-铬合金、钴基超耐热合金、以及它们的混合物。
11.按权利要求1中所述的方法，其中，上述已熔化金属是MCrAlX合金。其中X是从一群包括稀土金属、钇、铪、锆和硅的物质中选出的，而M是铁、镍、钴以及它们的混合物。
12.按权利要求1中所述的方法，其中，上述已熔化的金属是从一群铝化镍和铝化钛的物质中选出的。
13.按权利要求1中所述的方法，其中 上述已熔化的金属是从一群包括低碳钢、合金钢和不锈钢中选出的。
14.按权利要求1中所述的方法 其中，上述已熔化的金属是从一群纯金属中选出的，这群纯金属包括镍、钴、铁、铜、铝以及它们的混合物。
15.一种形成可磨损镀层的方法，该方法包括如下步骤将颗粒充填物原料基本上沿轴向注入流过喷枪的高温燃烧气流流中，使上述颗米充填物原料夹带在上述高温燃烧气体流中;将至少一根金属丝的已熔化的一个端部置于上述高温燃烧气体流的通路中、使上述一根金属丝的已熔化的一个端部雾化，从而使得上述已熔化金属随同上述颗粒充填物原料一同夹带在上述气流中;使上述夹带有上述颗粒充填物原料和上述雾化的已熔化金属的气流对着一个待喷镀的表面，用上述气流中的上述颗粒充填物原料和上述已熔化的金属喷镀上述表面
从而在上述表面上形成可磨损的镀层，上述可磨损的镀层包括基本上连续的金属基质，在上述金属基质的间隙中充填有上述颗粒充填物原料。
16.一种形成可磨损的用作可磨损封接的金属基质复合材料镀层的方法。该方法包括如下步骤采用基本上沿轴向引入粉末充填物原料的方法，将上述粉末充填物原料注入到喷枪中的急速膨胀的高温高速燃烧气体流中;将携带有上述粉末充填物原料的上述高温燃烧气体流引向至少一根金属丝的端部
雾化已熔化的金属，使得形成其中夹带有上述粉末充填物原料和上述已熔化金属的复合的高温高速燃烧气体流;使上述复合气流对着一个表面
使得上述充填物和上述已熔化金属以高速度冲击在上述表面上，从而使上述充填物和上述已熔化金属沉积在上述表面上，因而在上述表面上形成用作可磨损封接的可磨损的复合材料镀层。
17.一种制造材料的方法，该方法包括如下步骤将充填物注入到高温燃烧气体流中，从而使上述充填物夹带在上述燃烧气体中;用夹带有上述充填物的上述高温燃烧气体流雾化已熔化的金属 使上述雾化的已熔化的金属随同上述粉末充填物一道夹带在上述气流中;将夹带有上述充填物和上述雾化的已熔化的金属的上述高温燃烧气体流引向一个靶;夹带在上述高温燃烧气体流中的上述充填物和上述雾化的金属在上述靶上形成一层沉积层，上述沉积层包括具有金属基质并且在金属基质中嵌有上述充填物的材料。
18.一种按照权利要求17所述方法生产的材料。
19.一种制造如权利要求17所述材料的方法，其中，上述充填物是塑料的，上述金属是从包括钢、钢合金的一群金属中选出的。
全文摘要
一种制造可磨损复合材料的方法及按此法制得的材料。充填物沿轴向注入高温燃烧气体流中，使其夹带在该气流中。然后用含充填物的气流雾化连续送入气流的金属丝的已熔化的端部。将包含充填物和雾化的已熔化金属二者的最后气流引向一个靶的表面。充填物和已熔化的金属冲击靶，并同其结合形成基本上连续的金属基质，而在基质的间隙中充填着充填物。复合材料在与运动部件磨擦接触时容易磨损。
文档编号C09K3/00GK1042951SQ8910717
公开日1990年6月13日 申请日期1989年9月19日 优先权日1988年9月20日
发明者萨布兰马尼亚·朗杰斯维密, 罗伯特·阿尔文·米勒, 丹尼尔·R·马兰兹 申请人:萨尔泽血浆技术有限公司