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(gè)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(yùn)動(dòng)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(guò)多的母體材料，如上所述。
[0062] 圖8示出用于經(jīng)過(guò)水平和向下豎直滲透在襯底10的外表面14上形成合成材料的系 統(tǒng)300。在此實(shí)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(duì)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(guò)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。石墨箱片或陶瓷棉可以用作附加構(gòu)件23,以實(shí)現(xiàn)這些功能，因?yàn)?母體材料15不使這些材料濕潤(rùn)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(guò)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(guò)程中位移。 替代地，可以使用另一位移技術(shù)。在圖8的實(shí)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)，并水平和豎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(yùn)動(dòng)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。豎直滲透母體材 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(guò)多母體材料，如上所述。
[0063] 圖9示出用于經(jīng)過(guò)水平和向下豎直滲透在襯底10的外表面14形成合成材料的系統(tǒng) 400。在此實(shí)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(duì)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(guò)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。石墨箱片或陶瓷棉可以用作附加構(gòu)件23,以實(shí)現(xiàn)這些功能，因?yàn)?母體材料15不使這些材料濕潤(rùn)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(guò)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(guò)程中位移。 替代地，可以使用另一位移技術(shù)。在圖9的實(shí)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)，并水平和豎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 水平和豎直放置，并且珠22向內(nèi)和向下運(yùn)動(dòng)以使?jié)B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(guò)多母體材料，如上所述。
[0064] 圖19-20示出用于主要經(jīng)過(guò)向下豎直滲透在襯底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(lèi)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(guó)臨時(shí)申請(qǐng)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(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2012/ 0258273公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列No. 13/440273中更詳細(xì)描述，這些申請(qǐng)整體通過(guò)引用合 并在此并形成其一部分。殼體314可以用來(lái)形成類(lèi)似于以上描述和圖4-5所示的合成涂層 18。在一種實(shí)施方式中，填充材料15可以經(jīng)過(guò)殼體314內(nèi)的開(kāi)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(lèi)似于圖4所示。開(kāi)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(shí)施方式中，開(kāi)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(guò)程中以不同取向定位。
[0065] 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(guò)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(gè)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(shí)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(guò)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(shí)施方式中，殼體314可具有任何其他適 當(dāng)厚度。例如，在進(jìn)一步實(shí)施方式中，殼體314可由鋼或其他金屬板制成，其具有大約0.25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。
[0066] 在與襯底312相比較時(shí)，殼體314的相對(duì)薄指的是殼體314可以容易、相對(duì)廉價(jià)地形 成。對(duì)于殼體的簡(jiǎn)單形狀，相對(duì)低成本的殼體314可以通過(guò)切割片金屬件并將這些件焊接或 銅焊在一起來(lái)制成。略微更復(fù)雜的形狀可以通過(guò)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(lái)制成。復(fù)雜形狀可以通過(guò)例如深拉的片金屬成型過(guò)程、格林式過(guò)程成 型（橡膠墊成型）、水力成型和/或爆炸成型來(lái)制成。也可以使用精密(熔蠟)鑄造，雖然熔蠟 過(guò)程的成本通常是不經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于特別復(fù)雜的形狀，殼體件可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)這些過(guò)程 形成，并接著通過(guò)焊接或銅焊來(lái)結(jié)合。
[0067] 如圖19-20所示，殼體314由兩個(gè)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(guò)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(lái)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(gè)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(guò)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(shí)施方式中，殼體314可由單件(其中可以沒(méi)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(shí)，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。
[0068] 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(tái)336和周?chē)?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(shí)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(kāi)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)。
[0069]圖19-20所示的輕質(zhì)片金屬殼體314可容易運(yùn)動(dòng)以便在襯底上準(zhǔn)確對(duì)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(guò)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(lèi)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(shí)現(xiàn)與襯底的可靠附接，而沒(méi)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。
[0070] 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。
[0071] 圖10-11示出使用類(lèi)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(guò)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(guò)多母體材料19之間的界面26。
[0072] 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(gè)例 子中，使用類(lèi)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(lái)制備樣本。制備通過(guò)在2050 7下真空滲透而通過(guò)鎳基合金 和銅加強(qiáng)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)ASTM G65的程序A，在這 些樣本上進(jìn)行干砂橡膠輪(DSRW)研磨測(cè)試(ASTM G65)。測(cè)試條件如下：
[0073] 總旋轉(zhuǎn):6000
[0074] 樣本上的載荷:301bs
[0075] 砂流速:300_400g/min
[0076] 在相同的磨損痕跡區(qū)域上進(jìn)行兩個(gè)連續(xù)DSRW測(cè)試，并在第二測(cè)試過(guò)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(guò)加工和研磨移除，以暴露接近正在測(cè)試的襯底的表面。
[0077] 表格1:不同材料上的干砂橡膠輪(DSRW)測(cè)試數(shù)據(jù)
[0079]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(cè)試的其他母體合金(特別是Ni和Cu合金)顯著地更加廉價(jià)。 因此，這種測(cè)試說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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。
[0080] 這里描述的系統(tǒng)、方法和產(chǎn)品的多種實(shí)施方式提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。 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(jì)地制造。作為另一例子， 該系統(tǒng)和方法可用來(lái)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(diǎn)適用于滲透過(guò)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(gè)步驟中實(shí)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(zhǎng)滲透時(shí)間，繼而允許較長(zhǎng)的滲透長(zhǎng)度(在一些 實(shí)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)