用冷凍研磨納米粒狀顆粒涂覆的方法
【專利摘要】一種用冷凍研磨納米粒狀顆粒涂覆基材的方法(200)包括形成包含鎳、鈷、鉻、鎢和鉬的面心立方γ基質(202)，向γ基質加入分散強化物質(204)以形成第一混合物，冷凍研磨第一混合物(206)以形成第二混合物，從而形成納米粒狀結構，并將第二混合物冷噴到基材上(212)，以形成具有納米粒狀結構的涂層。
【專利說明】
用冷凍研磨納米粒狀顆粒涂覆的方法 本申請是申請日2010年1月8日，申請號201010005271.8,發明名稱為"用冷凍研磨納米 粒狀顆粒涂覆的方法"的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0001] 本發明涉及冷噴技術，更具體地講，涉及冷噴冷凍研磨納米粒狀顆粒。
【背景技術】
[0002] 冷噴技術通常用于對元件提供表面處理。在需要施加涂料而不需要加熱等影響要 涂覆元件和涂料之間粘合時利用冷噴技術。使顆粒粘合到基材所用的熱的缺乏保證納米粒 狀顆粒原料或粉末形成具有納米粒狀結構的涂層或沉積物。納米粒狀沉積物可用作涂層， 或者從基材除去，并用作自由成型材料。
【發明內容】
[0003] 根據本發明的一個示例性實施方案，用冷凍研磨納米粒狀顆粒涂覆基材的方法包 括形成包含鎳、鈷、鉻、鎢和鉬的面心立方γ基質，向γ基質加入分散強化物質以形成第一 混合物，冷凍研磨第一混合物以形成第二混合物，從而形成納米粒狀結構，并將第二混合物 冷噴到基材上，以形成具有納米粒狀結構的涂層。 更具體而言，本發明涉及以下[1]-[20]。
[1 ]. 一種用冷凍研磨納米粒狀顆粒涂覆基材的方法，所述方法包括： 形成包含鎳、鈷、鉻、鎢和鉬的面心立方γ基質； 向γ基質加入分散強化物質，以形成第一混合物； 冷凍研磨第一混合物，以形成第二混合物，第二混合物具有納米粒狀結構;并且 將第二混合物冷噴到基材上以形成涂層，涂層具有納米粒狀結構。
[2] . [1]的方法，其中形成γ基質進一步包括加入鋁和鈦的至少一種。
[3] . [1]的方法，其中加入分散強化物質包括將氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、氧化鉿、碳化 鎢和碳化鉻的至少一種加入到γ基質。
[4] . [3]的方法，其中加入分散強化物質包括將氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、氧化鉿、碳化 鎢和碳化鉻的至少兩種加入到γ基質。
[5] . [1]的方法，其中加入分散強化物質包括將氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、氧化鉿、碳化 鎢和碳化鉻加入到γ基質。
[6 ].[ 1 ]的方法，所述方法進一步包括將碳加入到第一混合物。
[7] . [1]的方法，所述方法進一步包括從基材除去涂層，所述涂層形成物體的最終形 狀。
[8] . [7]的方法，所述方法進一步包括將物體的最終形狀加工成渦輪機元件。
[9] . [1]的方法，其中加入分散強化物質包括將γ基質熱處理形成γ '沉淀，以形成第 一混合物。
[10]. [ 1 ]的方法，其中形成γ基質包括混合約30-50%鎳、約10-30%鈷、4-10%鉬、4-10% 鎢和 10-30% 鉻。
[11 ].[ 10]的方法，其中形成γ基質進一步包括約0-6%錸、約0-6%鈮、約0-6%鉭、約 0-5 %鋁和約0-5 %鈦的至少一種。
[12].[ 1 ]的方法，其中冷凍研磨第一混合物包括在包含液化惰性氣體的冷凍研磨介質 化學物質中冷凍研磨第一混合物。
[13 ].[ 12 ]的方法，其中液化惰性氣體包含氬、氮和混有約5 %重量氧的氬的至少一種。
[14] . 一種用于渦輪機的產品，所述產品通過包括以下步驟的方法制備： 形成包含鎳、鈷、鉻、鎢和鉬的面心立方γ基質； 向γ基質加入分散強化物質，以形成第一混合物； 冷凍研磨第一混合物，以形成第二混合物，第二混合物具有納米粒狀結構;并且 將第二混合物冷噴到基材上以形成涂層，涂層具有納米粒狀結構。
[15] . [14]的方法制備的產品，其中形成γ基質進一步包括加入鋁和鈦的至少一種。
[16] . [14]的方法制備的產品，其中加入分散強化物質包括將氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、 氧化鉿、碳化鎢和碳化鉻的至少一種加入到γ基質。
[17] . [14]的方法制備的產品，其中加入分散強化物質包括將γ基質熱處理形成γ '沉 淀，以形成第一混合物。
[18] . [14]的方法制備的產品，其中冷凍研磨第一混合物包括在包含液化惰性氣體的 冷凍研磨介質化學物質中冷凍研磨第一混合物。
[19] .[ 14]的方法制備的產品，其中形成γ基質包括混合約30-50 %鎳、約10-30 %鈷、 約4-10%鉬、約4-10%鎢和約10-30%鉻。
[20] .[ 14]的方法制備的產品，其中形成γ基質進一步包括約0-6 %錸、約0-6 %鈮、約 0-6%鉭、約0-5%鋁和約0-5%鈦的至少一種。
【附圖說明】
[0004]圖1為顯示根據本發明的示例性實施方案冷噴冷凍研磨納米粒狀物質的方法的流 程圖。 圖解
【具體實施方式】
[0005] 本發明的示例性實施方案涉及圖1中所示的冷噴冷凍研磨納米粒狀物質的方法 200。將冷凍研磨納米粒狀物質原料冷噴到基材以形成涂層或隨后制品在不加熱下完成。保 持低溫保證原料的結構性質保持基本不變。更具體地講，原料的低溫和高應用速度造成較 低飛行中時間（in-flight time)和無飛行中氧化（in-flight oxidation)，產生具有原料 納米粒狀結構的涂層和/或制品。
[0006] 最初如方框202中所示形成γ基質。γ或奧氏體基質包含多種成分，這些成分形成 冷噴成涂層和/或最終制品的原料的基礎。根據示例性實施方案，γ基質包含約30%重量至 50%重量鎳(Ni)、約10%重量至30%重量鈷(Co)、約10%重量至30%重量鉻（Cr)、約4%重 量至10%重量鉬(Mo)和媽(W)、約0%重量至6%重量錸(Re)、約0%重量至5%重量錯(A1)、 約0%重量至5%重量鈦(Ti)和約0%重量至6%重量鈮(Nb)和鉭(Ta)。
[0007]以上所列成分形成鎳基面心立方(fee)基質。鎳基fee結構提供固有的延性。另外， 鎳基結構提供對高溫應用具有較低擴散系數的緊密堆積晶體結構。包含鈷提供耐熱腐蝕 性，鉻提供抗氧化性，鉬、鎢和錸提供固溶體強化，并增加抗蠕變強度，鋁、鈦、鈮和鉭提供形 成內聚和有序沉淀作為強化劑的可能性。
[0008] 除了上述強化劑外，將分散強化顆粒加入到γ基質，以形成第一或基礎混合物，如 方框204所示。更具體地講，通過加入硬碳化物或氧化物相物質，如碳化鎢(WC)、碳化鉻 (CrC)、氧化鋁、氧化釔和/或氧化鉿，可使γ基質強化。分散強化顆粒作為位錯的強阻礙物 (材料中塑性應變的載體），并使強度跨寬范圍溫度顯著增加。另外或作為選擇，通過使γ基 質經過熱處理過程形成跨寬范圍溫度提供增加強度的內聚和有序γ ' (ga_a-prime) ( γ ') 沉淀，形成第一混合物。強度增加由硬碳化物相分散體或氧化物相分散體、γ '的沉淀或其 組合產生。
[0009] 根據本發明的另一個示例性實施方案，將第一混合物冷凍研磨形成納米粒狀結 構，如方框206所示。根據示例性實施方案的一個方面，冷凍研磨介質化學物質包括液化惰 性氣體，如氬(Ar)和/或氮(Ν)，或氣體混合物，如氬與約5%重量氧(0 2)混合。在冷凍研磨期 間加入分散劑成分(例如碳(C))，如方框208所示。固溶體中的碳致使沉淀強化碳化物，這可 在本體或在晶粒間界中形成。更具體地講，在冷凍研磨的同時控制冷凍研磨介質化學物質 和碳的分散產生固有分散碳化物、氮化物、碳-氮化物、氧-碳-氮化物等。通過在冷凍研磨介 質化學物質中加入少量氧，或者從第一混合物成分中存在的氧，可生成氧化物。在任何情況 下，繼續冷凍研磨，直到得到納米粒狀，并形成第二或原料混合物，如方框210所示。
[0010] 根據本發明的另一個方面，通過在γ基質中γ '沉淀可形成第一混合物，然后冷凍 研磨，以產生具有納米粒狀結構的第二混合物或原料。通過加入硬碳化物或氧化物相分散 體，可得到另外強化。所加分散體可單獨產生為納米粒狀或微米粒狀，或者與第一混合物一 起冷凍研磨。
[0011 ] -旦形成，就將原料冷噴到基材上，以形成最終形狀(netshape)，如方框212所示。 冷噴包括迫使原料和氣體通過噴嘴，根據所需應用，噴嘴表現會聚/發散噴嘴或非會聚/發 散噴嘴形式。噴嘴使氣體和原料加速到適用于輸送到基材上的極高速度。氣體迫使粉末以 一般800m/s至900m/s的速度達到基材上。高速輸送迫使粉末或涂料粘合到基材，并形成涂 層。當然，應了解，根據所需粘合性質，輸送速度可改變到低于800m/s和高于900m/s的水平。
[0012] 一旦形成，就從基材除去涂層，如方框214所示，將最終形狀加工成最終制品，如方 框216所示。當然，應了解，可用納米粒狀結構材料作為涂層，或者可用涂層/基材作為自立 材料，或者為自由形狀用作或待制造用于工業元件或部件。通過用冷噴方法將納米粒狀結 構原料引到基材，任何得到的制品自身具有具備所有相關物質性質的納米粒狀結構。根據 本發明的一個方面，用上述方法制造用于渦輪機的產品，如桶(bucket)、葉片(blade)、機殼 等。
[0013] -般而言，本書面說明用實例公開本發明，包括最佳方式，也用實例使本領域的技 術人員能夠實施本發明，包括制造和使用任何裝置或系統并施行任何結合方法。本發明的 可專利范圍由權利要求限定，并且包括本領域的技術人員可想到的其他實例。這些其他實 例旨在本發明的示例性實施方案的范圍內，如果它們具有不有別于權利要求字面語言的結 構元素，或者如果它們包括與權利要求字面語言無實質差異的相當結構元素。
【主權項】
1. 一種用冷凍研磨納米粒狀顆粒涂覆基材的方法，所述方法包括： 形成包含鎳、鈷、鉻、鎢和鉬的面心立方γ基質； 向γ基質加入分散強化物質，以形成第一混合物； 冷凍研磨第一混合物，以形成具有固有分散的碳化物、氮化物、碳-氮化物、氧-碳-氮化 物和氧化物的第二混合物，第二混合物具有納米粒狀結構;并且 將第二混合物以800m/s至900m/s的速度冷噴到基材上以形成涂層，涂層具有納米粒狀 結構。2. 權利要求1的方法，其中形成γ基質進一步包括加入鋁和鈦的至少一種。3. 權利要求1的方法，其中加入分散強化物質包括將氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、氧化鉿、 碳化鎢和碳化鉻的至少一種加入到γ基質。4. 權利要求3的方法，其中加入分散強化物質包括將氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、氧化鉿、 碳化鎢和碳化鉻的至少兩種加入到γ基質。5. 權利要求1的方法，其中加入分散強化物質包括將氧化鋁、氧化釔、氧化鋯、氧化鉿、 碳化鎢和碳化鉻加入到γ基質。6. 權利要求1的方法，所述方法進一步包括將碳加入到第一混合物。7. 權利要求1的方法，所述方法進一步包括從基材除去涂層，所述涂層形成物體的最終 形狀。8. 權利要求7的方法，所述方法進一步包括將物體的最終形狀加工成渦輪機元件。9. 權利要求1的方法，其中加入分散強化物質包括將γ基質熱處理形成γ '沉淀，以形 成第一混合物。10. 權利要求1的方法，其中形成γ基質包括混合約30-50%鎳、約10-30%鈷、4-10%鉬、4-10% 鎢和 10-30% 鉻。11. 權利要求10的方法，其中形成γ基質進一步包括約0-6%錸、約0-6%鈮、約0-6%鉭、約 0-5%錯和約0-5%鈦的至少一種。12. 權利要求1的方法，其中冷凍研磨第一混合物包括在包含液化惰性氣體的冷凍研磨 介質化學物質中冷凍研磨第一混合物。13. 權利要求12的方法，其中液化惰性氣體包含氬、氮和混有約5 %重量氧的氬的至少 一種。14. 一種用于渦輪機的產品，所述產品通過包括以下步驟的方法制備： 形成包含鎳、鈷、鉻、鎢和鉬的面心立方γ基質； 向γ基質加入分散強化物質，以形成第一混合物； 冷凍研磨第一混合物，以形成具有固有分散的碳化物、氮化物、碳-氮化物、氧-碳-氮化 物和氧化物的第二混合物，第二混合物具有納米粒狀結構;并且 將第二混合物以800m/s至900m/s的速度冷噴到基材上以形成涂層，涂層具有納米粒狀 結構。15. 權利要求14的方法制備的產品，其中形成γ基質進一步包括加入鋁和鈦的至少一 種。16. 權利要求14的方法制備的產品，其中加入分散強化物質包括將氧化鋁、氧化釔、氧 化鋯、氧化鉿、碳化鎢和碳化鉻的至少一種加入到γ基質。17. 權利要求14的方法制備的產品，其中加入分散強化物質包括將γ基質熱處理形成 γ '沉淀，以形成第一混合物。18. 權利要求14的方法制備的產品，其中冷凍研磨第一混合物包括在包含液化惰性氣 體的冷凍研磨介質化學物質中冷凍研磨第一混合物。19. 權利要求14的方法制備的產品，其中形成γ基質包括混合約30-50%鎳、約10-30% 鈷、約4-10%鉬、約4-10%媽和約10-30%絡。20. 權利要求14的方法制備的產品，其中形成γ基質進一步包括約0-6%錸、約0-6%鈮、 約0-6%鉭、約0-5%鋁和約0-5%鈦的至少一種。
【文檔編號】C22C32/00GK106077677SQ201610608432
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2010年1月8日 公開號201610608432.X, CN 106077677 A, CN 106077677A, CN 201610608432, CN-A-106077677, CN106077677 A, CN106077677A, CN201610608432, CN201610608432.X
【發明人】E·卡拉, K·阿南德, P·R·蘇布拉馬尼安, S·K·森迪, R·奧魯甘地
【申請人】通用電氣公司