耐磨材料和形成耐磨材料的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種形成耐磨合成材料的系統(tǒng)和方法包括將多孔耐磨填充材料放置在模具腔內(nèi)并通過加熱到足以熔化母體材料的溫度而用母體材料滲透填充材料，接著冷卻組件以形成耐磨合成材料。該系統(tǒng)和方法可用來在例如挖掘設(shè)備的部件或其他機械部件的襯底表面上形成耐磨合成材料。一種適當(dāng)母體材料可以是任何的多種球墨鑄鐵合金。
【專利說明】耐磨材料和形成耐磨材料的系統(tǒng)和方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉參考
[0002] 本申請要求2012年1月31日提交的美國臨時申請No. 61/593091的優(yōu)先權(quán)和利 益,該申請通過引用整體合并于此并形成其一部分。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明總體涉及用于形成耐磨材料的系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及采用滲透技術(shù) 形成耐磨材料并通過銅焊將該材料連接到襯底的系統(tǒng)和方法以及該系統(tǒng)和方法的產(chǎn)品。

【背景技術(shù)】
[0004] 多種挖掘設(shè)備具有尖頭、邊緣、表面和受到重復(fù)沖擊和應(yīng)力的其他部件，會造成這 些部件磨損或斷裂。因此，具有高硬度和耐磨性以及良好剛度的材料希望用于這些應(yīng)用。具 有高硬度和耐磨性的材料也用于其他應(yīng)用，包括面臨類似挑戰(zhàn)的應(yīng)用。
[0005] 用于制造耐磨部件的一種常用技術(shù)是通過圍繞放置在模具內(nèi)的硬耐磨材料注入 熔融金屬（例如鑄鐵）以便將耐磨材料附接到鑄造金屬部件并形成耐磨合成物來鑄造部 件。這種方法的主要缺陷在于通過這種方法附接有耐磨材料的襯底局限于適合鑄造的材 料。另外，耐磨材料通常局限于5-50%的體積分?jǐn)?shù)范圍，并局限于大于50 μ m的顆粒，并且 部件通常局限于小于6. 25mm(0. 250英寸）的厚度。另外，這種方法需要使熔融合金過熱到 大約200°C _400°C，這導(dǎo)致碳化物顆粒的顯著溶解，并由此使得到的合成物的性能降級。另 夕卜，由于這種鑄造在空氣中進行，存在硬顆粒和母體金屬都氧化的可能性，并且氧化物可變 得截留在合成物內(nèi)，并使磨損和機械性能降級。
[0006] 用于制造耐磨部件的另一常用技術(shù)是將鎳基合金、銅基合金和/或鑄鐵滲透到純 碳化鎢和硬質(zhì)合金顆粒的多孔質(zhì)量塊內(nèi)。但是，鎳基和銅基合金非常昂貴，并且鑄鐵不具有 對于所有應(yīng)用都滿意的剛度。球墨鑄鐵代表了更加經(jīng)濟的材料，其可以鑄造并具有良好的 斷裂剛度。但是，采用這些技術(shù)的條件不適用于球墨鑄鐵滲透。另外，這些技術(shù)所涉及的滲 透溫度很高，從而出現(xiàn)硬顆粒的顯著降級。在使用這些技術(shù)將鑄鐵滲透到球形鑄造碳化物 中的情況下，原始碳化物顆粒可完全分解。由于熔融結(jié)合金屬與硬碳化物顆粒之間的冶金 相互作用，用于這種技術(shù)的顆粒尺寸必須通常保持在1. 14mm(0. 045英寸）以上，使得即使 在反應(yīng)之后，也留有大部分的硬顆粒來提供耐磨性。
[0007] 因此，雖然一些現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品和方法提供許多有利特征，但是它們具有一些局限 性。本發(fā)明尋求克服這些局限性的某些局限性和現(xiàn)有技術(shù)的其他缺陷，并提供一種之前沒 有得到的新特征。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 下面提供本發(fā)明的各方面的總體概述，以提供本發(fā)明的基本理解。此概述不是本 發(fā)明的延展性綜述。不意圖鑒別本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元件，以限定本發(fā)明的范圍。以下概 述只以總體形式提供本發(fā)明的一些概念，以作為下面提供的更加詳細(xì)的描述的前奏。
[0009] 本發(fā)明的各方面涉及一種用于形成襯底上的耐磨合成涂層的方法。模具鄰近襯 底的表面定位，使得表面與模具腔連通，并且多孔耐磨材料與表面鄰近地放置在腔內(nèi)。金 屬母體材料接著與腔連通地放置，并且模具和母體材料被加熱到母體材料的熔點以上的溫 度。該溫度被保持在熔點以上長達(dá)母體材料足以滲透熔融形式的耐磨材料并接觸襯底的 表面的時間。隨后，模具和母體材料被冷卻以固化母體材料并形成包括嵌入襯底的表面上 的母體材料內(nèi)的耐磨材料的耐磨合成涂層。母體材料在一種實施方式中可以是球墨鑄鐵， 并且球墨鑄鐵可具有以重量百分比為單位的如下組分：大約3. 0-4. 0%碳、大約1. 8-2. 8% 硅、大約0. 1-1. 0 %錳、大約0. 01-0. 03 %硫和大約0. 01-0. 1 %磷，余量是鐵和偶有元素和 雜質(zhì)。理解到其他元素和添加物可包括在球墨鑄鐵中，例如鎳（多達(dá)37%重量百分比）、鉻 (多達(dá)5. 5%重量百分比）和/或硅（多達(dá)5. 5%重量百分比）。
[0010] 根據(jù)一個方面，耐磨材料可包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種或多種材料：碳化 物、氮化物、硼化物、硅化物和過渡金屬的金屬間化合物及其組合?？梢允褂玫奶蓟锏睦?子包括：WC、TiC、SiC、Cr3C2、VC、ZrC、NbC、TaC、（W，Ti) C、B4C 和 Mo2C 及其組合。可以使用的 氮化物的例子包括：TiN、BN、Si3N4、ZrN、VN、TaN、NbN、HfN、CrN、MoN和WN及其組合?？梢?使用的硼化物的例子包括：硼化鈦、硼化鉻、硼化鎢、硼化鎳、硼化鋯、硼化鉿、硼化鉭、硼化 鈮、硼化釩、硼化鑰、硼化硅、硼化鋁，以及過渡金屬的其他硼化物，及其組合?？梢允褂玫墓?化物的例子包括過渡金屬的硅化物。耐磨材料可進一步具有潮濕相容涂層。
[0011] 根據(jù)另一方面，合成涂層可形成在襯底的多個表面上，或者可以只形成在襯底的 表面的一部分上。
[0012] 根據(jù)又一方面，多孔耐磨材料可以是松散顆粒材料的形式或者是由結(jié)合在一起以 形成多孔預(yù)成型件的顆粒材料形成的多孔預(yù)成型件的形式。預(yù)成型件中的顆粒材料可以例 如通過燒結(jié)或通過聚合物材料的多種不同方式結(jié)合在一起。如果使用聚合物材料進行結(jié) 合，該材料可以選擇成使得銅焊溫度在加熱過程中足以從顆粒材料移除聚合物材料。
[0013] 根據(jù)再一方面，模具可以是或包括連接到襯底的片金屬殼體，以限定腔。殼體可以 具有到殼體外部的開口，并且多孔耐磨材料可以通過插入經(jīng)過開口被放置在腔內(nèi)。這種殼 體可具有顯著小于襯底厚度的壁厚，并可以焊接到襯底的外表面。
[0014] 根據(jù)進一步方面，加熱在爐室內(nèi)進行，并且室在溫度達(dá)到母體材料的熔點之前可 以被排空（例如0. 0001或0. 001托-〇. 010托，或甚至更低壓力）。惰性氣體在母體材料已 經(jīng)熔化之后引入室。替代地，熔化可以在惰性氣體存在的情況下進行，例如通過在母體材料 已經(jīng)熔化之前引入氬氣進入室。在此實施方式中，模具具有接觸多孔耐磨材料的可滲透部 分，以允許殘留氣體在滲透過程中從可滲透部分逃逸。
[0015] 根據(jù)附加的方面，母體材料可以相對于耐磨材料至少部分橫向或水平定位，并且 該方法還可包括鄰近母體材料并與耐磨材料相對地放置位移介質(zhì)（例如像陶瓷珠的可流 動介質(zhì)）。位移介質(zhì)支承熔融母體材料并隨著熔融母體材料滲透耐磨材料而使熔融母體材 料位移。屏障可進一步放置在位移介質(zhì)和母體材料之間，以防止熔融母體材料滲透到位移 介質(zhì)內(nèi)。橫向滲透的一個例子是在襯底是管狀結(jié)構(gòu)時，使得熔融母體材料向外橫向滲透以 形成管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上的合成涂層。在此構(gòu)型中，位移介質(zhì)放置在管狀結(jié)構(gòu)的中心處，并 且隨著熔融母體材料滲透耐磨材料而向外位移。
[0016] 本發(fā)明的另外方面涉及用于形成襯底表面上的耐磨合成涂層的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包 括鄰近襯底的表面定位的模具，使得該表面與模具腔連通，位于腔內(nèi)的鄰近該表面的多孔 耐磨材料以及與腔連通的金屬母體材料。該系統(tǒng)可與根據(jù)以上描述的方面的方法結(jié)合使 用，例如將模具和母體材料加熱到母體材料的熔點以上的溫度，并保持該溫度足以使母體 材料滲透熔融形式的耐磨材料并接觸襯底的表面的時間，接著冷卻模具和母體材料以固化 母體材料并形成襯底表面上的耐磨合成涂層。如上所述，母體材料可以是球墨鑄鐵。
[0017] 根據(jù)一個方面，耐磨材料可包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種或多種材料：碳化 物、氮化物、硼化物、硅化物和過渡金屬的金屬間化合物及其組合，包括以上描述的材料。
[0018] 根據(jù)另一方面，多孔耐磨材料可以是松散顆粒材料的形式或如上所述由結(jié)合在一 起以形成多孔預(yù)成型件的顆粒材料形成的多孔預(yù)成型件的形式。
[0019] 本發(fā)明的進一步方面涉及一種制造物品，其根據(jù)以上描述的系統(tǒng)和/或方法或通 過其他系統(tǒng)和/或方法制造。該物品包括金屬襯底，其具有表面，表面具有結(jié)合到表面的耐 磨合成涂層。耐磨合成涂層包括耐磨顆粒材料以及與耐磨顆粒材料結(jié)合在一起的金屬母體 材料。涂層可以是連續(xù)涂層。母體材料進一步結(jié)合到襯底表面，以便將耐磨合成涂層結(jié)合 到襯底。金屬母體材料可以是球墨鑄鐵，其可具有如上所述的組分。該方法可用來制造具 有至少0. 005英寸并通常大于0. 040英寸厚度的涂層。在一些實施方式中，該方法可實現(xiàn) 多達(dá)6英寸或更多或7. 5英寸或更多的滲透距離，并且可因此用來制造具有大于襯底本身 的厚度的涂層，在多種實施方式中，例如多達(dá)6英寸或更多，多達(dá)7. 5英寸或更多，或甚至更 大厚度。
[0020] 根據(jù)一個方面，耐磨材料可包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種或多種材料：碳化 物、氮化物、硼化物、硅化物和過渡金屬的金屬間化合物及其組合，包括以上描述的例子。
[0021] 根據(jù)另一方面，襯底具有連接到表面并從表面向外延伸的多個突出部。突出部嵌 入耐磨合成涂層。作為一個例子，突出部可以是對稱分布在襯底的外表面上的多個肋部或 板構(gòu)件。
[0022] 根據(jù)進一步方面，物品可以是用于挖掘、采礦或其他土方設(shè)備的磨損構(gòu)件，并且襯 底可以通過磨損構(gòu)件的作業(yè)部分形成，使得合成涂層覆蓋作業(yè)部分。
[0023] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將結(jié)合附圖從以下說明中明白。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 為了使得本發(fā)明得到更完全的理解，現(xiàn)在將參考附圖通過例子描述本發(fā)明，附圖 中：
[0025] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式從上方堅直滲透以形成耐磨合成材料的 例子的不意圖；
[0026] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式從下方堅直滲透以形成耐磨合成材料的 例子的不意圖；
[0027] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式水平滲透以形成耐磨合成材料的示意圖；
[0028] 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的方面在滲透之前使用堅直滲透在襯底上形成耐磨合成 材料的系統(tǒng)和方法的一種實施方式的示意圖；
[0029] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的方面在滲透之后具有使用圖4所示的方法形成其上的耐 磨合成材料的襯底的示意圖；
[0030] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的方面在滲透之前使用向外滲透在襯底上形成耐磨合成 材料的系統(tǒng)和方法的另一實施方式的示意圖；
[0031] 圖7是示出圖6所示的系統(tǒng)的橫截面的示意圖；
[0032] 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的方面在滲透之前使用堅直和水平滲透在襯底上形成耐 磨合成材料的系統(tǒng)和方法的另一實施方式的示意圖；
[0033] 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的方面在滲透之前使用堅直和水平滲透在襯底上形成耐 磨合成材料的系統(tǒng)和方法的另一實施方式的示意圖；
[0034] 圖10是示出使用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的球墨鑄鐵母體中的球形鑄造碳化鎢顆 粒的例子的顯微照片；
[0035] 圖11是示出使用根據(jù)本發(fā)明的方法在滲透過程之后保留的球形鑄造碳化鎢/球 墨鑄鐵合成物和過量球墨鑄鐵之間的界面的顯微照片；
[0036] 圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的方面具有使用滲透方法在其上形成的耐磨合成材料的 襯底的另一實施方式的示意圖；
[0037] 圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式在真空條件下在爐內(nèi)通過銅焊材料滲透 多孔耐磨材料的系統(tǒng)和方法的例子的示意圖；
[0038] 圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式在銅焊材料熔化之前在真空條件下在爐 內(nèi)通過銅焊材料滲透多孔耐磨材料的系統(tǒng)和方法的例子的示意圖；
[0039] 圖15是圖14的系統(tǒng)和方法的示意圖，其中局部Ar壓力在銅焊材料熔化之后引入 爐；
[0040] 圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式在局部Ar壓力下在爐中通過銅焊材料滲 透多孔耐磨材料的系統(tǒng)和方法的例子的示意圖；
[0041] 圖17是根據(jù)本發(fā)明的方面被構(gòu)造成以用于挖掘或采礦設(shè)備的尖頭形式使用的襯 底的另一實施方式的透視圖；
[0042] 圖18是圖17的襯底的橫截面圖，具有形成其外表面上的耐磨合成材料；
[0043] 圖19是根據(jù)本發(fā)明的方面被構(gòu)造成用作用于形成耐磨合成材料的模具的殼體的 一種實施方式的透視圖；以及
[0044] 圖20是圖19的殼體的橫截面圖，其連接到用于挖掘或采礦設(shè)備的尖頭形式的襯 底的一種實施方式，被構(gòu)造成用來根據(jù)本發(fā)明的方面形成耐磨合成材料。

【具體實施方式】
[0045] 雖然本發(fā)明允許許多不同形式的實施方式，附圖示出并將這里詳細(xì)描述的是本發(fā) 明的優(yōu)選實施方式，理解到本公開內(nèi)容認(rèn)為是本發(fā)明原理的示例說明，并不意圖將本發(fā)明 的廣義方面局限于所描述和說明的實施方式。
[0046] 通常，本發(fā)明的各方面涉及形成耐磨合成材料的系統(tǒng)和方法，其包括將多孔耐磨 填充材料放置在模具腔內(nèi)并通過加熱到足以使母體材料熔化的溫度通過母體材料滲透填 充材料，接著冷卻組件以形成耐磨合成材料。得到的合成材料包括與填充材料相互混合并 結(jié)合到填充材料的母體材料，其中母體材料將合成物結(jié)合到襯底，并同樣將填充材料結(jié)合 在一起。該系統(tǒng)和方法可用來形成襯底表面上的耐磨合成材料，例如形成用于采礦、挖掘或 其他土方設(shè)備的部件或其他機械部件。理解到這里描述的襯底的"表面"可包括多個不同表 面并且不暗示這些表面的任何具體輪廓，除非明確指明。襯底可以是具有適用于滲透過程 的熔點的任何材料，例如具有高于母體材料的熔點。這種襯底的例子包括鑄造、鍛造和粉末 冶金制造的金屬材料，以及陶瓷和基于陶瓷的材料，例如金屬化陶瓷。在一種實施方式中， 襯底可以是碳鋼、合金鋼、不銹鋼或工具鋼。該系統(tǒng)和方法可替代地用來形成作為一體件的 耐磨合成材料。
[0047] 在一種實施方式中，該方法利用球墨鑄鐵作為母體材料，并制造具有出色耐磨性 和剛度的致密、硬和韌性合成物。另外，球墨鑄鐵具有足夠低從而不過度加熱就能熔化的熔 點。所有類型/級別的球墨鑄鐵可根據(jù)本發(fā)明使用，包括ASTM標(biāo)準(zhǔn)A536-84 (2004年重新 核準(zhǔn)）限定范圍內(nèi)的任何球墨鑄鐵，該標(biāo)準(zhǔn)通過引用合并在此。在一種實施方式中，球墨 鑄鐵母體材料可具有以重量百分比為單位的如下組分：大約3. 0-4. 0%碳、大約1. 8-2. 8% 硅、大約0. 1-1. 0 %錳、大約0. 01-0. 03 %硫和大約0. 01-0. 1 %磷，余量是鐵和偶有元素和 雜質(zhì)。如這里使用，術(shù)語"大約"指的是所列舉的標(biāo)稱值（例如組分范圍的端點）的+/-10% 偏差。在另一實施方式中，組分可不包括此偏差。在進一步實施方式中，以上組分可包括進 一步的合金添加物，例如Ni、Cr和/或Si的添加物，以改善母體材料的耐腐蝕性、耐磨性和 /或高溫性能。例如，在多種實施方式中，Ni可以添加多達(dá)37%重量百分比的量，Cr可以添 加多達(dá)5. 5%重量百分比的量，和/或Si可以添加多達(dá)大約5. 5%重量百分比的量。在其他 實施方式中，球墨鑄鐵合金可包括進一步的合金添加物，包括可以增加性能的合金添加。具 有這種合金添加物的球墨鑄鐵合金已知為高合金球墨鑄鐵，并通常落入ASTM A439和A571 的范圍內(nèi)，該標(biāo)準(zhǔn)通過引用合并在此。這種合金也可根據(jù)這里描述的系統(tǒng)和方法的實施方 式使用。在其他實施方式中，任何合金添加物可用來實現(xiàn)不同性能和/或微結(jié)構(gòu)，只要它們 沒有以過度方式不利地影響性能或微結(jié)構(gòu)，例如顯著增加滲透溫度和/或使母體或得到耐 磨材料的性能降級。在替代實施方式中，該方法可用來通過球墨鑄鐵之外的金屬母體材料 形成合成物。
[0048] 母體材料可以多種形式提供。例如，在一種實施方式中，母體材料可以單體形式提 供，例如一個或多個塊、坯段等。在另一實施方式中，母體材料可以顆粒形式提供，例如粉 末、纖維、須狀物等。在進一步實施方式中，母體材料可以多孔形式提供。在附加實施方式 中，母體材料可以這些形式的組合提供。
[0049]多種硬和耐磨材料可與不同實施方式相結(jié)合地用作填充材料，包括多種碳化物、 氮化物、硼化物和硅化物，以及其它硬且耐磨的材料以及這些材料的混合物，包括其它類型 的陶瓷材料。這些材料可以原始形式提供，和/或者具有提供濕潤相容性能的適當(dāng)涂層。 例如，在耐磨材料顆粒不與母體材料濕潤相容的情況下，耐磨材料顆粒可以在其用于在通 過滲透銅焊形成合成材料之前涂覆濕潤相容涂層?？梢杂米魈畛洳牧系奶蓟锇ㄌ蓟u (WC)、TiC、SiC、Cr 3C2、VC、ZrC、NbC、TaC、（W，Ti)C、B4C 和 Mo2C 以及其他碳化物。在一種實 施方式中，球形鑄造 WC、粉碎鑄造 WC和/或膠結(jié)WC用作填充材料?？梢杂米魈畛洳牧系牡?化物包括TiN、BN、Si3N4、ZrN、VN、TaN、NbN、HfN、CrN、MoN、WN和其他氮化物?？梢杂米魈?充材料的硼化物包括過渡金屬的硼化物，例如硼化鈦、硼化鉻、硼化鎢、硼化鎳，硼化鋯、硼 化鉿、硼化鉭、硼化鈮、硼化釩、硼化鑰、硼化硅、硼化鋁以及其它硼化物?？梢杂米魈畛洳牧?的硅化物可以包括過渡金屬的硅化物?？梢杂米魈畛洳牧系钠渌牧习ㄟ^渡金屬的金屬 間化合物。在一種實施方式中，填充材料可根據(jù)在熔融銅焊材料中具有有限溶解性的材料 選擇，以限制或防止填充材料在銅焊材料中溶解。如這里使用，術(shù)語"母體材料"和"填充材 料"不應(yīng)該認(rèn)為暗示母體材料或填充材料形成合成材料的任何具體部分。例如，母體材料不 需要形成合成材料的主要部分或大部分，并且在一些實施方式中填充材料可形成合成材料 的主要部分或大部分。
[0050] 多孔填充材料可以一種或多種不同形式提供。在一種實施方式中，多孔填充材料 可以是松散顆粒材料的形式，例如粉末、纖維、須狀物等。在多種實施方式中，該方法可采 用廣泛范圍的顆粒尺寸，包括小于50 μ m的顆粒尺寸或小于1mm的顆粒尺寸。在一種實施 方式中，顆粒填充材料可具有大于〇. Ιμπι的顆粒尺寸。在另一實施方式中，顆粒填充材料 可具有大于〇. 1 μ m并多達(dá)5mm的顆粒尺寸。在進一步實施方式中，顆粒填充材料可具有大 約500 μ m的平均顆粒尺寸。在一種實施方式中，填充材料可以多種顆粒尺寸提供，例如粗 顆粒和細(xì)顆粒的組合，該組合可用來實現(xiàn)填充材料的更大密度和/或體積分?jǐn)?shù)。在填充材 料的任何給定體積分?jǐn)?shù)下，細(xì)顆粒的這種使用通常導(dǎo)致更細(xì)的孔口尺寸，并可增加填充這 些孔口的母體材料的屈服強度，由此增加材料的總體耐磨性。在顆粒材料放置在模具腔內(nèi) 時，顆粒之間的空間形成多孔結(jié)構(gòu)，其可以通過母體材料滲透。在另一實施方式中，多孔填 充材料可以是多孔預(yù)成型件的形式。在一種實施方式中，多孔預(yù)成型件的孔隙率范圍為5% 到95%。例如，多孔預(yù)成型件可包括通過例如聚合物結(jié)合劑的結(jié)合材料結(jié)合在一起的顆粒 材料。預(yù)成型件可附接到襯底材料，例如通過粘合劑，粘合劑將在滲透過程中揮發(fā)。在滲透 時，熔融母體材料具有足夠溫度，以移除結(jié)合材料（例如通過熔化、揮發(fā)等），使得母體材料 可填充顆粒之間的孔口之外，填充結(jié)合劑移除而留下的孔口。作為另一例子，多孔預(yù)成型件 可包括通過燒結(jié)結(jié)合在一起的顆粒材料，使得孔口存在于顆粒之間。在一種實施方式中，預(yù) 燒結(jié)的預(yù)成型件可具有顆粒尺寸級別的孔口尺寸，因為部件可以略微燒結(jié)以實現(xiàn)顆粒之間 的頸生長，并提供一些機械處理強度。也可以使用其他多孔材料，例如織造纖維墊或織物。 在另一種實施方式中，多孔填充材料可以不同形式的組合提供。例如，在一種實施方式中， 填充材料可包括形成填充材料的一部分的一種或多種預(yù)成型件，而其他部分通過顆粒材料 形成（例如是松散粉末、纖維、須狀物等）和/或織造纖維墊或織物。
[0051] 填充材料通過母體材料滲透的銅焊操作可以通常通過將母體材料加熱到其熔點 以上并同時接觸或通過其他方式與填充材料連通以允許熔融母體材料接觸填充材料并滲 透多孔填充材料來實現(xiàn)。在滲透過程中，填充材料通常被放置成接觸或通過其他方式與襯 底連通，以便母體材料在滲透過程中接觸襯底材料，以便將得到的合成材料連接到襯底。多 種模具可以與滲透相結(jié)合地使用，如下面描述。圖1-3示出根據(jù)多種實施方式的多種滲透 構(gòu)型，每種構(gòu)型示意示出滲透模具12的腔11內(nèi)的填充材料15的熔融母體材料16。圖1示 出向下堅直滲透，其中重力輔助滲透。但是，由于滲透主要通過毛細(xì)管作用驅(qū)動，水平滲透、 向上堅直滲透、向外/徑向滲透和其他滲透構(gòu)型可不使用重力或可抵抗重力工作。圖2示 出向上堅直滲透的例子，并且圖3示出水平滲透的例子。下面更加詳細(xì)描述的圖6-7示出 向外或徑向滲透的例子，其可以認(rèn)為是水平滲透的另一例子。在任何非向下滲透的實施方 式中，可以采用技術(shù)來使?jié)B透填充材料15的熔融母體材料16位移，以保持熔融母體材料16 與填充材料15接觸，直到滲透完成。例如，模具12可以在滲透過程中運動，以便保持母體 材料16、填充材料15和襯底適當(dāng)接觸/連通。作為另一例子，壓頭或其他壓力機構(gòu)可用來 確保母體材料15在滲透過程中總是接觸填充材料。在進一步例子中，例如陶瓷珠的可動材 料可用來使?jié)B透母體材料位移，如下面描述和圖6-9所示。
[0052] 在一種實施方式中，母體或銅焊材料被過熱到大于熔點25°C _75°C，這顯著低于 鑄造通常所需的過熱。在一種示例性實施方式中，在球墨鑄鐵材料用作母體材料的情況下， 滲透可以在2150 °F -2275 °F的溫度范圍進行，或在另一實施方式中在2175 °F溫度下進行。 在一種實施方式中，滲透保持時間周期可以從1-60分鐘，滲透長度越大，通常滲透時間越 長。在一種實施方式中，滲透可以在惰性氛圍中進行，例如氬（Ar)氛圍，這可以在熔點以上 的溫度下避免揮發(fā)引起的熔融金屬飛濺。在一種實施方式中，滲透過程中的氬壓力可以是 大約6. 5xl(T5大氣壓-4xl(T4大氣壓。可以用于滲透的多種氛圍可以在下面更詳細(xì)地描述 并如圖13-16所述。在一種實施方式中，在滲透之后，部件被冷卻，例如冷卻到1700 °F，長 達(dá)大約20-30分鐘以上，并接著更緩慢地冷卻到室溫。根據(jù)所涉及材料的性質(zhì)，特別是襯底 材料，可以進行例如機加工和/或熱處理的后處理。例如，根據(jù)襯底的本性，可以根據(jù)已知 技術(shù)進行例如正火、淬火隨后回火或分級淬火隨后回火的熱處理。理解到一些襯底不會得 益于一些（或任何）熱處理。根據(jù)得到部件的所需應(yīng)用，可以希望或可以不希望機加工。
[0053] 如上所述的填充材料的滲透主要通過毛細(xì)管作用驅(qū)動，即作用在滲透前部的毛細(xì) 管壓力。滲透前部處的壓力差取決于許多因素，包括熔融母體材料的表面張力、熔融母體材 料相對于填充材料的接觸角度、填充材料的幾何結(jié)構(gòu)特性（例如孔隙率、扭轉(zhuǎn)、孔口尺寸和 形狀的變化及其在熔融材料的表觀接觸角度上的作用）以及填充材料中的任何殘留氣體 的壓力?？刂七@些因素的許多因素的自由度會在具體母體/填充系統(tǒng)中受到限制。殘留氣 體壓力可至少部分得到控制，并且填充材料內(nèi)的殘留氣體壓力的最小化可使用于毛細(xì)管作 用的壓力差和驅(qū)動力最大化。這繼而可以使母體材料可滲透填充材料的潛在距離最大化。 在至少一些構(gòu)型中，與其他形式的填充材料相比，一種或多種預(yù)成型件形式的填充材料的 使用可使?jié)B透距離最大化。
[0054] 圖13-16示出用于形成耐磨合成材料的系統(tǒng)或組件，其中在銅焊操作過程中使用 不同氛圍以使填充材料15中的殘留氣體壓力得到控制和/或最小化。在這些實施方式中， 滲透在具有保持模具12、母體材料16和填充材料15的室31的爐30中進行，其中室31中 的氛圍可以得到控制。理解到該組件可進一步包括與模具12連通的襯底（未示出），如下 面描述。銅焊操作中的氛圍可以得到控制以幫助實現(xiàn)足以驅(qū)動母體材料在較大/較長距離 (例如大約5-7英寸或更大的距離）上滲透經(jīng)過填充材料的毛細(xì)管壓力梯度。在下面描述 和圖13-16所示的每種實施方式中，室31在母體材料16熔化之前被基本上排空。在一種 實施方式中，至少在滲透過程開始時排空是優(yōu)選的，以避免填充材料的氧化。但是，不同過 程可用于其他實施方式中，例如不進行排空或者與以上描述相比排空到較小程度。
[0055] 圖13示出用于滲透的系統(tǒng)500的一種實施方式，其中滲透在真空條件下進行。在 此實施方式中，整個室31在母體材料16熔化之前排空，并在整個滲透過程中保持在真空條 件下。在一種實施方式中，排空之后的氣體壓力可以是0.001-0. 010托，或者在另一實施方 式中可以低至〇. 0001托（例如〇. 0001-0. 010托），或者在進一步實施方式中，在〇. 0001托 以下。在一種實施方式中，滲透可以在大約2180-2225 °F下進行長達(dá)大約30-60分鐘。室在 母體材料16熔化之前的排空減小或消除填充材料15中的殘留氣體壓力，幫助經(jīng)過毛細(xì)管 作用驅(qū)動滲透。注意到由于在使用一些合金（特別是具有大量錳含量的合金）時，在母體 材料熔化之后將系統(tǒng)保持在真空下，會遇到由于母體材料內(nèi)的化學(xué)品揮發(fā)造成的飛濺。這 種飛濺不僅損害爐30內(nèi)的設(shè)備，而且還減小用于銅焊的母體材料16的量。這種飛濺會通 過將合金的Μη含量保持顯著低來緩解，雖然這樣作的成本會很高。這種飛濺也可以通過母 體材料16熔化之后室31內(nèi)存在的Ar或另一種非反應(yīng)氣體來避免。
[0056] 圖14-15示出用于滲透的系統(tǒng)600的另一實施方式，其中Ar氣體在母體材料16 熔化之后被引入室31。如圖14所示，室31如上所述在銅焊過程之前被排空，類似于以上相 對于圖13的描述。如上所述，在一種實施方式中，滲透可在大約2180-2225 °F下進行長達(dá) 大約30-60分鐘。在母體材料16熔化之后，氬氣體32(或另一非反應(yīng)氣體）被引入室31。 在一種實施方式中，Ar氣體32被供應(yīng)到室31內(nèi)，直到Ar局部壓力達(dá)到大約0. 050-0. 100 托。室在母體材料16熔化之前的排空減小或消除填充材料15中的殘留氣體壓力，如上所述 幫助驅(qū)動滲透，并且Ar氣體32的隨后引入幫助減小揮發(fā)物質(zhì)造成的飛濺。在使用圖14-15 所示的系統(tǒng)的一個例子中，在Ar氛圍在母體材料16熔化之后引入時，發(fā)現(xiàn)母體材料16在 2180 °F下的滲透過程中滲透填充材料15的至少7. 5英寸。但是，在Ar氛圍在熔化之前引 入時，發(fā)現(xiàn)母體材料16最多只滲透6. 5英寸，而不管系統(tǒng)在滲透溫度下保持多長時間。這 指明填充材料15內(nèi)的殘留氣體會限制可以經(jīng)過毛細(xì)管作用實現(xiàn)的滲透的長度。
[0057] 圖16示出用于滲透的系統(tǒng)700的另一實施方式，其中Ar氣體32在母體材料16熔 化之前引入室31。類似于以上相對于圖14的描述，此實施方式中的室31如上所述在加熱 過程中排空，直到系統(tǒng)幾乎達(dá)到母體材料16的熔化溫度（例如直到溫度達(dá)到用于球墨鑄鐵 的大約2150 °F )。此時，Ar氣體32或另一非反應(yīng)氣體在母體材料16熔化之前引入室31。 類似于以上描述，在一種實施方式中，氣體32可引入直到達(dá)到0. 050-0. 100托的局部Ar壓 力。如上所述，在一種實施方式中，滲透可在大約2180-2225 °F下進行大約30-60分鐘。為 了避免填充材料15中的殘留氣體壓力限制滲透，模具12設(shè)置與填充材料15接觸的可滲透 部分33?？蓾B透部分33可以是多孔的，或者以其他方式可滲透氣體，以允許殘留氣體在滲 透過程中從填充材料15逃逸，而不限制母體材料16的滲透。可滲透部分33可大致與母體 材料16相對設(shè)置，以避免母體材料16覆蓋或密封可滲透部分33而防止殘留氣體在滲透完 成之前逃逸。如上所述，Ar氣體的存在抑制熔融母體材料16的飛濺。在使用圖16所示的 系統(tǒng)的一個例子中，通過包括可滲透部分33的模具12,在Ar氛圍在母體材料16熔化之前 引入時，發(fā)現(xiàn)母體材料16在2225 T下的滲透過程中滲透填充材料15的至少7. 5英寸。但 是在模具12被密封并且在母體材料16熔化之后滲透前部不與室31中的氛圍連通時，發(fā)現(xiàn) 滲透只延伸最多6. 5英寸。這指明保持滲透前部與室31中的氛圍連通可減小填充材料15 內(nèi)的殘留氣體會對于毛細(xì)管作用驅(qū)動力的限制效果。
[0058] 圖4-5示出用于形成耐磨合成材料的系統(tǒng)或組件100的一種示例性實施方式以及 使用系統(tǒng)或組件100的方法。在此實施方式中，襯底1〇(例如挖掘工具的尖頭）定位在模 具12的腔11內(nèi)，使得模具12在模具12的內(nèi)表面13和襯底10的外表面14之間截留腔11 內(nèi)的體積，如圖4所示。襯底10可事先制備，例如通過清潔和干燥以移除油或油脂物質(zhì)，和 /或使用石榴石砂進行噴砂以移除氧化膜并使表面粗糙，使得母體材料良好地結(jié)合到襯底 10。模具12可由任何適當(dāng)材料制成，例如高熔點金屬材料、陶瓷材料或石墨。如果可能，模 具12可被焊接、銅焊或通過其他方式連接到襯底10的外表面14,例如在點P處焊接。在一 種實施方式中，模具12是焊接到襯底以形成腔11的鋼殼體，并且可以在焊接之前噴砂以避 免模具腔11的污染。這種實施方式在下面更詳細(xì)描述并在圖19-20中示出。填充材料15 被插入模具腔11，例如以顆粒材料或預(yù)成型件的形式，與襯底10的外表面14接觸或通過其 他方式連通，如圖4所示。母體材料16與填充材料15和襯底的外表面14連通地放置。母 體材料16可定位在模具腔11內(nèi)，例如通過將母體材料16簡單地放置在固體形式的填充材 料15的頂部上，如圖4所示。在一種實施方式中，母體材料16可以是塊或坯段形式。在另 一實施方式中，母體材料16可以定位在供應(yīng)器或噴射結(jié)構(gòu)內(nèi)。系統(tǒng)100可接著準(zhǔn)備滲透， 如上所述，例如通過將系統(tǒng)100放置在爐中以便加熱，爐可包括惰性氛圍（例如氬）。托盤 或類似容器可用來在爐中支承系統(tǒng)100,例如不銹鋼托盤。在滲透過程中，母體材料16熔化 并向下滲透經(jīng)過所有填充材料15,最后接觸襯底10的外表面14。
[0059] 在如上所述已經(jīng)進行滲透并且系統(tǒng)100冷卻之后，形成外表面14上具有合成涂層 18的部件17,如圖5所示。部件17可以從模具12移除，如果焊接到襯底10和/或結(jié)合到 涂層18,這需要將模具12切開或破壞。合成涂層18包括通過母體材料16結(jié)合在一起并 連接到襯底10的填充材料15。在一種實施方式中，填充材料16可具有合成材料18中的 5-95%的體積分?jǐn)?shù)。在另一實施方式中，填充材料16可具有30-85%的體積分?jǐn)?shù)。在一些 實施方式中，部件17可在合成涂層18的外側(cè)的至少一部分上具有過多母體材料19。過多 材料19可以有意地形成，并留在部件17上，以用作焊接或附接另一部件的基部。過多材料 19(如果有的話）可例如通過機加工來移除。合成涂層18可以形成有廣泛范圍的厚度，這 取決于希望的應(yīng)用。在一種實施方式中，部件17可形成大約0. 5"厚的合成涂層18,其可 以用于廣泛的多種應(yīng)用中。部件17可以是承受重復(fù)沖擊和應(yīng)力的設(shè)備部件的尖頭、邊緣或 其他部分，并且合成涂層18的出色耐磨性和剛度增加了這些應(yīng)用中的性能。挖掘/采礦設(shè) 備代表用于根據(jù)這里描述的系統(tǒng)和方法制造的部件17的應(yīng)用的一個例子。圖12示出根據(jù) 這里描述的一種實施方式制造的部件17'的附加實施方式，該部件是土方設(shè)備的磨損構(gòu)件 (例如鋼的采礦尖頭）的形式，其具有形成襯底10'的作業(yè)部分，該作業(yè)部分在其外表面14' 上覆蓋有如上所述的耐磨合成材料層18'。在一種實施方式中，合成材料層18'包括位于球 墨鑄鐵母體材料中的球形鑄造碳化鎢顆?；蚱渌湍ゲ牧稀?br> [0060] 圖17-18示出可以與圖4-5所示的系統(tǒng)或組件100或類似系統(tǒng)/組件結(jié)合使用以 制造耐磨合成涂層18的襯底10 (例如挖掘或采礦工具的尖頭）的另一實施方式。根據(jù)襯 底10的材料、填充材料15和/或母體材料16的本性和本質(zhì)，襯底10和涂層18的熱膨脹 系數(shù)（CTE)會不匹配。例如，在使用鋼襯底10時，鋼通常具有比涂層18高的CTE。根據(jù)所 使用的材料，這種CTE差的一個例子可以是大約2xl(T7°C。這繼而可以造成襯底10和涂 層18之間的松解，特別是在涂層18形成在襯底10的外側(cè)表面上時（例如如圖4-5所示）。 在圖17-18的實施方式中，襯底10在外表面14上設(shè)置肋部形式的突出部28。突出部28可 通過響應(yīng)于隨著銅焊之后襯底10和涂層18冷卻而施加的壓力塑性變形來幫助緩解襯底10 和涂層18之間的CTE差造成的問題。在一種實施方式中，突出部28可由具有相對低的屈 服強度和良好延展性的材料形成，以便塑性變形。選擇用于突出部28的材料的一種考慮是 其與襯底10連接（例如通過焊接或其他技術(shù)）以及與涂層18結(jié)合的相容性。適用于用作 結(jié)合到鋼襯底10的突出部的材料的一個例子是軟鋼，例如AISI 1008。適當(dāng)材料的其他例 子可尤其包括304不銹鋼、AISI 1018和AISI 1010。突出部28也為涂層18的結(jié)合提供附 加表面，并且可因此進一步增強涂層18和襯底10之間的結(jié)合。如圖18所示，涂層18圍繞 突出部28形成，使得突出部28嵌入涂層18并結(jié)合到最終部件17的涂層18內(nèi)。但是，在 其他實施方式中，突出部28可至少延伸到涂層18的外表面，并可以基本上與涂層18的外 表面平齊。
[0061] 圖17-18的實施方式中的突出部28從襯底10的外表面14向外延伸，并且是肋部 或板的形式，其具有顯著大于其厚度的長度和高度。在一個例子中，突出部28可具有大約 1 一 2英寸的長度（平行于襯底10的表面）、大約0. 25英寸的高度（平行于涂層18的厚 度方向）和大約〇. 125英寸的厚度。另外，此實施方式中的突出部28以大致軸向的方式取 向，并且在襯底10的外表面14的所有小面上相當(dāng)均勻和對稱地分布。在一種實施方式中， 突出部28可具有以如下方式選擇的厚度、長度和寬度，使得由熱膨脹不匹配造成的一些或 所有應(yīng)變通過突出部28的變形來適應(yīng)。另外，在一種實施方式中，每個突出部的長度可以 大于高度，高度繼而大于厚度（即長度〉寬度〉厚度）。使用這種尺寸關(guān)系的突出部28增 加用于涂層18的潛在結(jié)合面積，因為通過突出部28增加的潛在結(jié)合面積大于通過突出部 28覆蓋的襯底10的潛在結(jié)合面積。突出部28的尺寸可以根據(jù)涂層的厚度和襯底的尺寸來 調(diào)節(jié)。突出部28之間的距離也可取決于襯底10的位置和幾何結(jié)構(gòu)，并且在一種實施方式 中可從1"變化到3"。在其他實施方式中，突出部28可具有不同形式，例如桿、椎體、釘?shù)龋?并且可以不同方式分布和/或取向。圖17所示的突出部28被焊接到襯底10的外表面14。 襯底10可在焊接之后噴砂。用于將突出部28連接到襯底10的其他技術(shù)可在其他實施方 式中使用。理解到突出部28可以由與襯底10相同的材料形成，并在一種實施方式中，可以 與襯底10 -體地形成。還理解到具有突出部28的襯底10會在焊接和/或銅焊之后需要 熱處理或傳統(tǒng)熱處理的調(diào)整形式，這根據(jù)所使用的材料和結(jié)構(gòu)。另外，圖17 - 18所示的最 終部件17是磨損構(gòu)件，例如用于土方設(shè)備的尖頭，并且襯底10通過磨損構(gòu)件的作業(yè)部分形 成，使得突出部28連接到作業(yè)部分。理解到其他類型的突出部28可以與這種磨損構(gòu)件一 起使用，并且圖17-18所示的突出部28也可與其他類型的制造物品一起使用。
[0062] 圖6-9示出根據(jù)本發(fā)明的各方面用于形成耐磨合成物的其他系統(tǒng)和方法。圖6-7 示出用于經(jīng)過向外或徑向滲透形成襯底10的內(nèi)表面20上的合成材料的系統(tǒng)200。在此實 施方式中，襯底10是管狀形式，并且襯底10與模具12和板21 -起使用以便在襯底10的 內(nèi)側(cè)形成模具腔11。板21可以由任何適當(dāng)材料形成，包括以上對于模具構(gòu)造提到的任何材 料（例如石墨、金屬或陶瓷）。如果板21、模具12和/或襯底10由可焊接材料制成，任何 這些部件可通過焊接連接，但是焊接不是必須的。多孔填充材料15在襯底10的內(nèi)表面20 上定位就位以形成合成物，并且母體材料16與填充材料15接觸或通過其他方式連通地放 置。陶瓷珠22或另一位移材料也可在模具腔11內(nèi)放置就位以使母體材料16在滲透過程 中位移。理解到實現(xiàn)母體材料16的位移以便在滲透過程中支持母體材料16恒定地接觸填 充材料15,并且母體材料16的滲透主要通過其他力（例如毛細(xì)管作用）驅(qū)動，而不是通過 陶瓷珠22施加的力。替代地，可以使用另一位移技術(shù)。在圖6-7的實施方式中，母體材料 16可以放置在管狀形式的模具腔11內(nèi)（見圖7)，與填充材料15接觸，并且向外滲透到填 充材料15內(nèi)。在另一實施方式中，母體材料16也可作為圍繞填充材料15以圓形構(gòu)造布置 的多個坯段提供。在此構(gòu)型中，陶瓷珠22放置在管狀母體材料16的內(nèi)徑內(nèi)，并且珠22向 外運動以使?jié)B透母體材料16位移。替代地，可以使用另一位移技術(shù)。系統(tǒng)200可放置在爐 內(nèi)，并且如上所述處理以完成滲透。得到的部件具有位于襯底的內(nèi)表面21上的陶瓷材料， 并且可包括過多的母體材料，如上所述。
[0063] 圖8示出用于經(jīng)過水平和向下堅直滲透在襯底10的外表面14上形成合成材料的 系統(tǒng)300。在此實施方式中，襯底10的一部分放置在模具腔11內(nèi)，并且板21與模具12 - 起使用，以包圍模具腔11。板21可以由任何適當(dāng)材料形成，包括以上對于模具構(gòu)造提到的 任何材料（例如石墨、金屬或陶瓷）。如果板21、模具12和/或襯底10由可焊接材料制成， 任何這些部件可以通過焊接連接，但是焊接不是必須的。附加構(gòu)件23可用于密封目的和/ 或用于終止?jié)B透，并且可鄰近板21定位。石墨箔片或陶瓷棉可以用作附加構(gòu)件23,以實現(xiàn) 這些功能，因為母體材料15不使這些材料濕潤或滲透這些材料。多孔填充材料15在襯底 10的外表面14定位就位以形成合成物，并且母體材料16放置成與填充材料15接觸或通 過其他方式連通。如圖8所示，母體材料16放置在填充材料15上方以便向下滲透，并沿著 填充材料15以便水平滲透。陶瓷珠22或另一位移材料也可在模具腔11內(nèi)放置就位以使 母體材料16在滲透過程中位移。替代地，可以使用另一位移技術(shù)。在圖8的實施方式中， 母體材料16圍繞填充材料15放置在模具腔11內(nèi)，并水平和堅直地滲透到填充材料15內(nèi)。 在此構(gòu)型中，陶瓷珠22圍繞母體材料16水平放置，并且珠22向內(nèi)運動以使水平滲透的母 體材料16位移。例如柔性陶瓷纖維墊或織造織物的屏障24可以放置在珠22和母體材料 16之間。屏障24可大致不滲透熔融母體材料16,并且也可以是柔性的，并可以將壓力從陶 瓷珠22傳遞到母體材料15上。堅直滲透母體材料16的位移不是必須的。系統(tǒng)300可以 放置在爐內(nèi)并如上所述處理以完成滲透。得到的部件具有位于襯底的外表面14上的陶瓷 材料，并包括過多母體材料，如上所述。
[0064] 圖9示出用于經(jīng)過水平和向下堅直滲透在襯底10的外表面14形成合成材料的系 統(tǒng)400。在此實施方式中，襯底10的一部分被放置在模具腔11內(nèi)，并且板21與模具12 - 起使用以包圍模具腔11。板21可以由任何適當(dāng)材料形成，包括以上對于模具構(gòu)造提到的任 何材料（例如石墨、金屬或陶瓷）。如果板21、模具12和/或襯底10由可焊接材料制成， 任何這些部件可以通過焊接連接，但是焊接不是必須的。附加構(gòu)件23可用于密封目的和/ 或用于終止?jié)B透，并且可鄰近板21定位。石墨箔片或陶瓷棉可以用作附加構(gòu)件23,以實現(xiàn) 這些功能，因為母體材料15不使這些材料濕潤或滲透這些材料。多孔填充材料15在襯底 10的外表面14定位就位以形成合成物，并且母體材料16放置成與填充材料15接觸或通 過其他方式連通。如圖9所示，母體材料16放置在填充材料15上方以便向下滲透，并沿著 填充材料15以便水平滲透。陶瓷珠22或另一位移材料也可在模具腔11內(nèi)放置就位以使 母體材料16在滲透過程中位移。替代地，可以使用另一位移技術(shù)。在圖9的實施方式中， 母體材料16圍繞填充材料15放置在模具腔11內(nèi)，并水平和堅直地滲透到填充材料15內(nèi)。 在此構(gòu)型中，陶瓷珠22圍繞母體材料16水平和堅直放置，并且珠22向內(nèi)和向下運動以使 滲透的母體材料16位移。系統(tǒng)400可以放置在爐內(nèi)并如上所述處理以完成滲透。得到的 部件具有位于襯底的外表面14上的陶瓷材料，并可包括過多母體材料，如上所述。
[0065] 圖19-20示出用于主要經(jīng)過向下堅直滲透在襯底10的外表面14上形成合成材料 的系統(tǒng)800的另一例子。圖19-20的系統(tǒng)800采用由片材制成的殼體314形式的模具，其 示出為與挖掘/采礦尖頭形式的襯底312(可以類似于圖4-5和12所示的襯底10、10'） 結(jié)合使用。圖19-20所示的殼體314以及其他這樣的殼體在2011年4月6日提交的美國 臨時申請No. 61/472470以及在2012年4月5日提交且在2012年10月11日作為美國專 利申請公開No. 2012/0258273公開的美國專利申請序列No. 13/440273中更詳細(xì)描述，這些 申請整體通過引用合并在此并形成其一部分。殼體314可以用來形成類似于以上描述和圖 4-5所示的合成涂層18。在一種實施方式中，填充材料15可以經(jīng)過殼體314內(nèi)的開口 317 注入，并且母體材料16可隨后放置在填充材料15的頂部，類似于圖4所示。開口 317可具 有漏斗狀構(gòu)型，以幫助填充材料15和/或母體材料16插入。在其他實施方式中，開口 317 可定位在殼體314上的其他地方，例如如果殼體314在銅焊過程中以不同取向定位。
[0066] 殼體314的片金屬可以由能夠形成或制成特定希望形狀并能夠在滲透過程中承 受由滲透材料或通常由滲透銅焊所需溫度造成的溶解、熔化或不適當(dāng)弱化的任何材料制 成。在一個例子中，殼體314可以由低碳"軟"鋼形成。例如，殼體314可具有大約0.105 英寸的平均殼體厚度。在一種實施方式中，殼體314可由16Ga(0.060英寸厚）-10Ga(0. 135 英寸厚）的片金屬制成，其可以用于廣泛范圍的應(yīng)用。相比之下，圖20中的襯底312可在 通過殼體覆蓋的區(qū)域內(nèi)具有從1. 000-3. 450英寸的厚度。在其他實施方式中，殼體314可 具有任何其他適當(dāng)厚度。例如，在進一步實施方式中，殼體314可由鋼或其他金屬板制成， 其具有大約〇. 25英寸的厚度，或者可以鑄造，由棒料加工，或以不同方式形成。理解到殼體 314的不同部分可具有不同厚度。
[0067] 在與襯底312相比較時，殼體314的相對薄指的是殼體314可以容易、相對廉價地 形成。對于殼體的簡單形狀，相對低成本的殼體314可以通過切割片金屬件并將這些件焊 接或銅焊在一起來制成。略微更復(fù)雜的形狀可以通過以特殊構(gòu)型彎曲片金屬件并接著將彎 曲片金屬件焊接在一起來制成。復(fù)雜形狀可以通過例如深拉的片金屬成型過程、格林式過 程成型（橡膠墊成型）、水力成型和/或爆炸成型來制成。也可以使用精密（熔蠟）鑄造， 雖然熔蠟過程的成本通常是不經(jīng)濟的。對于特別復(fù)雜的形狀，殼體件可以通過一個或多個 這些過程形成，并接著通過焊接或銅焊來結(jié)合。
[0068] 如圖19-20所示，殼體314由兩個部分形成，其具有兩部分保形帶320。殼體314 的兩部分殼體主體316可以最初由前半件326和后半件328形成，其分別具有前凸緣330 或后凸緣332。前凸緣330從前半件326的后邊緣橫向延伸，并且后凸緣332從后半件328 的前邊緣橫向延伸。前凸緣330可以通過用具有比用于滲透的材料高的熔化溫度的銅焊材 料焊接或銅焊來結(jié)合到后凸緣332。殼體314可具有被構(gòu)造成圍繞殼體314的整個周邊與 襯底312的表面的一部分表面-表面接觸地放置的保形帶320,使得殼體314通過至少在保 形帶320處焊接或銅焊而連接到襯底312,如下面描述。在其他實施方式中，殼體314可由 單件（其中可以沒有凸緣330、332)或許多件形成。在一些構(gòu)型中，兩部分殼體314可比相 應(yīng)的單部分殼體更容易形成。在與相應(yīng)單部分殼體結(jié)合比較時，在一些構(gòu)型中，兩部分殼體 314也可更容易地結(jié)合到相應(yīng)襯底。
[0069] 在圖20中，殼體314被示出為結(jié)合到尖頭形式的相應(yīng)襯底312的一部分。用于襯 底312的外部幾何結(jié)構(gòu)可包括主要主體334,其限定用于焊接或銅焊到保形帶320的結(jié)合表 面335。襯底312可提供用于結(jié)合硬材料的至少一些凹口或其他移除部，例如平臺336和周 圍表面。襯底312的遠(yuǎn)端可成形為限定傾斜邊緣344和/或圓形面346。在另一實施方式 中，襯底312可不提供用于硬材料的任何凹口或其他移除部。如圖20所示，殼體314平滑 延伸離開保形帶320,在襯底312和殼體314之間限定腔350。腔350限定結(jié)合到襯底312 的涂層（未示出）的所得厚度，并且殼體314的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)限定完成部件的最終外部幾 何結(jié)構(gòu)。
[0070] 圖19-20所示的輕質(zhì)片金屬殼體314可容易運動以便在襯底上準(zhǔn)確對準(zhǔn)，并接著 焊接到襯底，而不考慮襯底的大多數(shù)取向。薄的金屬殼體容易通過焊接或高溫銅焊而可靠 地附接到下面襯底，而不需要夾持或固定裝置，并且所形成的結(jié)合部即使在滲透銅焊所需 的高溫下也是液密的。在所涉及的任何類型的滲透堆焊模具中，熔融金屬銅焊材料應(yīng)該保 持在模具內(nèi)。采用本發(fā)明的薄金屬殼體，實現(xiàn)與襯底的可靠附接，而沒有額外夾持或固定裝 置。得到的組件因此更容易放置在爐內(nèi)以便滲透銅焊，允許滲透堆焊的沉重物品的顯著更 大的便利性。
[0071] 理解到以上描述和附圖所示的系統(tǒng)100、200、300、400、500、600、700、800的多種 特征及其變型可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)組合和更換。同樣，以上描述的方法的任何技術(shù)及其 變型可以與以上描述的任何系統(tǒng)100、200、300、400、500、600、700、800結(jié)合地使用。
[0072] 圖10-11示出使用類似于圖4的系統(tǒng)100的系統(tǒng)并使用以上描述的方法形成的合 成材料18的顯微照片。圖10-11示出通過球墨鑄鐵母體材料16圍繞的球形鑄造 WC填充 材料15。母體材料16包括石墨結(jié)節(jié)25,這是球墨鑄鐵的特征。如圖10-11所示，大多數(shù)WC 顆粒15的球形形狀已經(jīng)被保持，指明填充材料15與熔融母體材料16的最小反應(yīng)或溶解。 圖11示出合成材料18和過多母體材料19之間的界面26。
[0073] 根據(jù)這里描述的系統(tǒng)和方法制造的合成涂層展示出色的耐磨性和剛度。在一個例 子中，使用類似于圖4的系統(tǒng)100的系統(tǒng)并使用以上描述的方法，使用球形鑄造 WC、粉碎鑄 造 WC和膠結(jié)WC以及球墨鑄鐵母體來制備樣本。制備通過在2050 T下真空滲透而通過鎳 基合金和銅加強的鑄造和膠結(jié)WC的樣本，以便比較。D2鋼也用于比較。根據(jù)ASTMG65的 程序A，在這些樣本上進行干砂橡膠輪（DSRW)研磨測試（ASTM G65)。測試條件如下：
[0074] 總旋轉(zhuǎn)：6000
[0075] 樣本上的載荷：301bs
[0076] 砂流速：300-400g/min
[0077] 在相同的磨損痕跡區(qū)域上進行兩個連續(xù)DSRW測試，并在第二測試過程中獲得質(zhì) 量損失以作為材料的磨損損失的代表。從下面的表格1可以看到，與其他材料相比，球形鑄 造碳化鎢/球墨鑄鐵以及之后的粉碎鑄造碳化鎢/球墨鑄鐵顯示出色的耐磨性。樣本作為 涂層制備，并且襯底通過加工和研磨移除，以暴露接近正在測試的襯底的表面。
[0078] 表格1 :不同材料上的干砂橡膠輪（DSRW)測試數(shù)據(jù)
[0079] SL 碳化物材斜 I質(zhì)量損失；計算密度， 體積損失, 洛氏硬度， No 1 g g/cc liRC --j-1--- 1 球形鑄造 WC/DI_I 0. 03__12. 18__146__50_ 2 粉碎鑄造 Wt7Dl U. 06 12. 18 4. 93 45 ............................................................................................................................................................................................f.................................................................I........................................................................................................................................................ 3 較結(jié)破化物/i)l_1 0. 19__10. 95__17. 33__57_ 4 球形鑄造 I (U9 12.58 15. 10 55 lC/Ni-?Cr-3Fe-4. 5Si-3. IB |___________ 5 膠結(jié)碳化物 |〇.丨0 II. 3? 8. 79 5! /NH7Cr-3Fe-4, 5SH3. IB j 6 粉碎鑄造 丨0.14 12.58 11. 13 50 WC/Ni-7Cr-3Fe-4. 5Si-3. IB i .......................................................}................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 7 粉碎鑄造 WC/Cu I 0. 08 13, 02__M4__5_ 8 膠結(jié)碳化物/Cu_j 0. 37 11· 83 31. 2? 9 9 ?2 工具鋼_1 0.23 7. 8 32. 05 60
[0080] 從以上表格1的結(jié)果中可以看到，與其他組合相比，球墨鑄鐵與球形鑄造 wc和粉 碎鑄造 WC組合使用造成較低的質(zhì)量和體積損失。另外，WC和球墨鑄鐵的組合具有可比于 其他組合的硬度。另外，球墨鑄鐵比測試的其他母體合金（特別是Ni和Cu合金）顯著地 更加廉價。因此，這種測試說明使用根據(jù)本發(fā)明的實施方式的系統(tǒng)和方法由球墨鑄鐵母體 材料和WC填充材料制成的合成物的有利使用。
[0081] 這里描述的系統(tǒng)、方法和產(chǎn)品的多種實施方式提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點和優(yōu)勢。 例如，得到的合成物產(chǎn)品展示出色的耐磨性和剛度，并且可以經(jīng)濟地制造。作為另一例子， 該系統(tǒng)和方法可用來將耐磨材料施加到多種不同襯底，包括鍛造、鑄造和粉末冶金金屬襯 底，以及例如陶瓷或基于陶瓷的合成物的非金屬襯底，只要材料的熔點適用于滲透過程。作 為另一例子，銅焊技術(shù)的使用允許材料成型并結(jié)合到襯底以便在單個步驟中實現(xiàn)。另外，與 鑄造和其他技術(shù)相比，銅焊技術(shù)通常采用較長滲透時間，繼而允許較長的滲透長度（在一 些實施方式中多達(dá)8-10"或更大）。因此，與包括鑄造的現(xiàn)有技術(shù)以及例如等離子轉(zhuǎn)移弧焊 覆蓋、熱噴射等其他堆焊過程相比，也可以制造較厚涂層。作為另一例子，與其他過程（例 如鑄造）相比，該系統(tǒng)和方法可使用較低的過熱，造成填充材料和母體材料之間較小的反 應(yīng)，以及展示高耐磨性和剛度的完好微結(jié)構(gòu)。另外，較低程度的反應(yīng)允許用于填充材料的較 小的顆粒尺寸或者多種顆粒尺寸，由此可以實現(xiàn)更大的硬填充材料密度。如上所述，也可以 實現(xiàn)母體材料的較大屈服強度和較大總體耐磨性。作為另一例子，該系統(tǒng)和方法中的惰性 氛圍的使用減小或防止部件的氧化，并可以控制揮發(fā)元素從母體材料蒸發(fā)，減小飛濺。本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員可以理解其他的優(yōu)點和優(yōu)勢。
[0082] 這里已經(jīng)描述和說明多種替代實施方式和例子。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到單 獨實施方式的特征以及部件的可能組合和變型。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可進一步理解到任何 實施方式可以與這里公開的其他實施方式組合地提供。理解到本發(fā)明可以其他具體形式體 現(xiàn)，而不偏離其精神或中心特征。因此本發(fā)明的例子和實施方式被認(rèn)為在所有方面是示例 性的，而不是限制性的，并且本發(fā)明不局限于這里給出的細(xì)節(jié)。這里使用的例如"頂部"、"底 部"等相對術(shù)語只意圖說明目的，并不以任何方式限制本發(fā)明。說明書中不應(yīng)認(rèn)為為了落入 本發(fā)明的范圍而需要結(jié)構(gòu)的具體三維取向，除非權(quán)利要求中明確指明。同樣，建議讀者的是 附圖沒有必要按照比例繪制。另外，這里使用的術(shù)語"多個"指的是大于1的任何數(shù)量（分 離性或組合性地，根據(jù)需要），直到無限數(shù)量。另外，這里術(shù)語的"提供"物品或設(shè)備廣義地 指的是使得該物品對于將來在物品上所進行的動作來說可用或可以接近，并且不意味著提 供該物品的群組已經(jīng)制造、生產(chǎn)或供應(yīng)該物品，或意味著提供該物品的群組具有該物品的 所有權(quán)或控制。因此，雖然描述和說明【具體實施方式】，可以設(shè)想到多種改型，而不顯著偏離 本發(fā)明的精神，并且保護范圍只通過所附權(quán)利要求的范圍限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種方法，包括： 鄰近襯底的表面定位模具，使得表面與模具腔連通； 將多孔耐磨材料與表面鄰近地放置在腔內(nèi)； 與腔連通地放置金屬母體材料，其中母體材料包括球墨鑄鐵； 將模具和母體材料加熱到母體材料的熔點以上的溫度，并且將溫度保持在熔點以上長 達(dá)母體材料足以滲透熔融形式的耐磨材料并接觸襯底的表面的時間； 冷卻模具和母體材料以固化母體材料，并形成包括嵌入襯底表面上的母體材料的耐磨 材料的耐磨合成涂層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，母體材料的球墨鑄鐵具有以重量百分比為單位 的如下組分：大約3. 0-4. 0%碳、大約1. 8-2. 8%硅、大約0. 1-1. 0%錳、大約0. 01-0. 03%硫 和大約0. 01-0. 1 %磷，余量是鐵和偶有元素和雜質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種或 多種材料：碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和過渡金屬的金屬間化合物及其組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種或 多種碳化物：WC、TiC、SiC、Cr3C 2、VC、ZrC、NbC、TaC、（W，Ti) C、B4C 和 Mo2C 及其組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種或 多種氮化物：TiN、BN、Si3N 4、ZrN、VN、TaN、NbN、HfN、CrN、MoN 和 WN 及其組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種或 多種硼化物：硼化鈦、硼化鉻、硼化鎢、硼化鎳、硼化鋯、硼化鉿、硼化鉭、硼化鈮、硼化釩、硼 化鑰、硼化硅、硼化鋁，以及過渡金屬的其他硼化物，及其組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，耐磨材料包括過渡金屬的一種或多種硅化物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，耐磨材料具有潮濕相容涂層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，合成涂層形成在襯底的多個表面上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，合成涂層只形成在襯底的表面的一部分上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，多孔耐磨材料是由結(jié)合在一起以形成多孔預(yù)成 型件的顆粒材料形成的多孔預(yù)成型件的形式。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，顆粒材料通過燒結(jié)結(jié)合在一起。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，顆粒材料通過聚合物材料結(jié)合在一起，其中溫 度在加熱過程中足以從顆粒材料移除聚合物材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，模具包括連接到襯底的片金屬殼體，以限定腔， 其中殼體具有到殼體外部的開口，并且其中多孔耐磨材料通過插入經(jīng)過開口被放置在腔 內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，多孔耐磨材料是松散顆粒材料的形式。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，加熱在爐室內(nèi)進行，該方法還包括： 在溫度達(dá)到母體材料的熔點之前排空室。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括： 在母體材料熔化之后引入惰性氣體進入室。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，模具具有與多孔耐磨材料接觸的可滲透部分， 該方法還包括： 在母體材料熔化之前引入惰性氣體進入室。
19. 一種系統(tǒng)，包括： 襯底，其具有表面； 模具，其鄰近襯底的表面定位，使得表面與模具腔連通； 多孔耐磨材料，其位于腔內(nèi)，與所述表面鄰近；以及 金屬母體材料，其與腔連通，其中，母體材料包括球墨鑄鐵； 其中該系統(tǒng)能夠： 將模具和母體材料加熱到母體材料的熔點以上的溫度，并且將溫度保持長達(dá)母體材料 足以滲透熔融形式的耐磨材料并接觸襯底的表面的時間； 冷卻模具和母體材料以固化母體材料，并形成襯底表面上的耐磨合成涂層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，母體材料的球墨鑄鐵具有以重量百分比為單 位的如下組分：大約3. 0-4. 0%碳、大約1. 8-2. 8%硅、大約0. 1-1. 0%錳、大約0. 01-0. 03% 硫和大約0. 01-0. 1 %磷，余量是鐵和偶有元素和雜質(zhì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種 或多種材料：碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和過渡金屬的金屬間化合物及其組合。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種 或多種碳化物：WC、TiC、SiC、Cr3C 2、VC、ZrC、NbC、TaC、（W，Ti) C、B4C 和 Mo2C 及其組合。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，耐磨材料包括選自如下物質(zhì)的組的一種或多 種氮化物：TiN、BN、Si3N 4、ZrN、VN、TaN、NbN、HfN、CrN、MoN 和 WN 及其組合。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種 或多種硼化物：硼化鈦、硼化鉻、硼化鎢、硼化鎳、硼化鋯、硼化鉿、硼化鉭、硼化鈮、硼化釩、 硼化鑰、硼化硅、硼化鋁，以及過渡金屬的其他硼化物，及其組合。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，耐磨材料包括過渡金屬的一種或多種硅化物。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，多孔耐磨材料是由結(jié)合在一起以形成多孔預(yù) 成型件的顆粒材料形成的多孔預(yù)成型件的形式。
27. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，多孔耐磨材料是松散顆粒材料的形式。
28. 一種制造物品，包括： 金屬襯底，其具有表面，表面具有結(jié)合到表面的耐磨合成涂層，其中耐磨合成涂層包 括： 多孔耐磨材料； 金屬母體材料，其與耐磨材料相互混合，母體材料進一步結(jié)合到襯底的表面，以便將耐 磨合成涂層結(jié)合到襯底，其中金屬母體材料包括球墨鑄鐵。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的物品，其中，金屬母體材料的球墨鑄鐵具有以重量百分 比為單位的如下組分：大約3. 0-4. 0 %碳、大約1. 8-2. 8 %硅、大約0. 1-1. 0 %錳、大約 0. 01-0. 03%硫和大約0. 01-0. 1 %磷，余量是鐵和偶有元素和雜質(zhì)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的物品，其中，金屬母體材料的組分進一步包括多達(dá)37%重 量百分比的鎳。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的物品，其中，金屬母體材料的組分進一步包括多達(dá)5. 5%重 量百分比的鉻。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的物品，其中，金屬母體材料的組分進一步包括多達(dá)5. 5%重 量百分比的硅。
33. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的物品，其中，涂層具有至少7. 5英寸的厚度。
34. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的物品，其中，涂層具有大于襯底厚度的厚度。
35. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的物品，其中，物品是用于土方設(shè)備的尖頭。
36. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的物品，其中，耐磨材料是顆粒材料，并且金屬母體材料將耐 磨材料結(jié)合在一起。
37. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的物品，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種 或多種材料：碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和過渡金屬的金屬間化合物及其組合。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的物品，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種 或多種碳化物：WC、TiC、SiC、Cr3C 2、VC、ZrC、NbC、TaC、（W，Ti) C、B4C 和 Mo2C 及其組合。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的物品，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種 或多種氮化物：TiN、BN、Si3N 4、ZrN、VN、TaN、NbN、HfN、CrN、MoN 和 WN 及其組合。
40. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的物品，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的一種 或多種硼化物：硼化鈦、硼化鉻、硼化鎢、硼化鎳、硼化鋯、硼化鉿、硼化鉭、硼化鈮、硼化釩、 硼化鑰、硼化硅、硼化鋁，以及過渡金屬的其他硼化物，及其組合。
41. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的物品，其中，耐磨材料包括過渡金屬的一種或多種硅化物。
42. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的物品，其中，襯底具有連接到表面并從表面向外延伸的多 個突出部，并且其中突出部嵌入耐磨合成涂層內(nèi)。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的物品，其中，突出部包括對稱分布在襯底的外表面上的多 個肋部構(gòu)件。
44. 一種用于土方設(shè)備的磨損構(gòu)件，其包括作業(yè)部分和覆蓋作業(yè)部分的合成涂層，涂層 包括多孔耐磨材料和與耐磨材料相互混合的球墨鑄鐵母體材料，其中母體材料將涂層結(jié)合 到作業(yè)部分。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的磨損構(gòu)件，其中，球墨鑄鐵具有以重量百分比為單位的如 下組分：大約3. 0-4. 0%碳、大約1. 8-2. 8%硅、大約0. 1-1. 0%錳、大約0. 01-0. 03%硫和大 約0. 01-0. 1 %磷，余量是鐵和偶有元素和雜質(zhì)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的磨損構(gòu)件，其中，球墨鑄鐵的組分進一步包括多達(dá)37%重 量百分比的鎳。
47. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的磨損構(gòu)件，其中，球墨鑄鐵的組分進一步包括多達(dá)5. 5%重 量百分比的鉻。
48. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的磨損構(gòu)件，其中，球墨鑄鐵的組分進一步包括多達(dá)5. 5%重 量百分比的硅。
49. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的磨損構(gòu)件，其中，耐磨材料是顆粒材料，并且金屬母體材料 將耐磨材料結(jié)合在一起。
50. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的磨損構(gòu)件，其中，耐磨材料包括選自包括如下物質(zhì)的組的 一種或多種材料：碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和過渡金屬的金屬間化合物及其組合。
51. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的磨損構(gòu)件，其中，襯底具有連接到作業(yè)部分并從作業(yè)部分 向外延伸的多個突出部，并且其中突出部嵌入合成涂層內(nèi)。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的磨損構(gòu)件，其中，突出部包括對稱分布在作業(yè)部分上的多 個肋部構(gòu)件。
53. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的磨損構(gòu)件，其中，涂層具有大于襯底厚度的厚度。
54. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的磨損構(gòu)件，其中，涂層具有至少7. 5英寸的厚度。
55. -種方法，包括： 鄰近襯底表面定位模具以限定腔； 將多孔耐磨材料放置在腔內(nèi)； 與腔連通地放置金屬母體材料； 通過在爐室內(nèi)加熱到母體材料熔點以上的溫度，熔化母體材料以形成熔融母體材料， 其中熔化在真空下進行； 將溫度保持在熔點以上，直到熔融母體材料滲透耐磨材料； 冷卻母體材料以固化熔融母體材料并形成包括嵌入襯底表面上的母體材料內(nèi)的耐磨 材料的耐磨合成涂層。
56. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，真空被保持，至少直到熔融母體材料滲透耐磨 材料。
57. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，還包括： 在母體材料熔化之后，引入惰性氣體進入室。
58. 根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其中，惰性氣體具有大約0. 050 - 0. 100托的局部壓 力。
59. -種方法，包括： 鄰近襯底表面定位模具以限定腔，其中模具具有可滲透部分； 將多孔耐磨材料放置在腔內(nèi)，使得可滲透部分接觸耐磨材料； 與腔連通地放置金屬母體材料； 在惰性氣體存在的情況下，通過在爐室內(nèi)加熱到母體材料熔點以上的溫度，熔化母體 材料以形成熔融母體材料； 將溫度保持在熔點以上，直到熔融母體材料滲透耐磨材料，其中耐磨材料中的殘留氣 體能夠經(jīng)過可滲透部分逃逸； 冷卻母體材料以固化熔融母體材料并形成包括嵌入襯底表面上的母體材料內(nèi)的耐磨 材料的耐磨合成涂層。
60. 根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中，惰性氣體具有大約0. 050 - 0. 100托的局部壓 力。
61. 根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，還包括在引入惰性氣體進入室之前排空室。
62. -種方法，包括： 鄰近襯底表面定位模具以限定腔； 將多孔耐磨材料放置在腔內(nèi)； 與腔連通地放置金屬母體材料，其中母體材料相對于耐磨材料橫向定位； 鄰近母體材料與耐磨材料相對地放置位移介質(zhì)； 通過加熱到母體材料熔點以上的溫度，熔化母體材料以形成熔融母體材料； 將溫度保持在熔點以上，直到熔融母體材料滲透耐磨材料，其中位移介質(zhì)支承熔融母 體材料并隨著熔融母體材料滲透耐磨材料使熔融母體材料位移； 冷卻母體材料以固化熔融母體材料并形成包括嵌入襯底表面上的母體材料內(nèi)的耐磨 材料的耐磨合成涂層。
63. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中，位移材料包括陶瓷珠。
64. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，還包括在位移介質(zhì)和母體材料之間放置屏障。
65. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中，襯底包括管狀結(jié)構(gòu)，并且表面是管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi) 表面，使得熔融母體材料橫向向外滲透以便在管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上形成合成涂層，并且其 中位移介質(zhì)被放置在管狀結(jié)構(gòu)的中心處，并隨著熔融母體材料滲透耐磨材料而向外位移。
【文檔編號】B22D19/08GK104093510SQ201380007328
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月31日
【發(fā)明者】S·伯達(dá)帕蒂 申請人:埃斯科公司