用于产生不透流体的完全致密的涂层的一步方法与流程

用于产生不透流体的完全致密的涂层的一步方法
[0001]
相关申请
[0002]
本申请要求2018年8月10日提交的美国申请序列号62/717,355的优先权的权益，该申请据此全文以引用方式并入以用于所有目的。
技术领域
[0003]
本发明整体涉及用于产生用于多种应用的不透流体的、完全致密的涂层的一步高速氧燃料(“hvof”)方法。具体地讲，hvof方法涉及用惰性气体对氧气进行受控稀释以降低火焰温度，从而使得能够使用相对较小颗粒尺寸的粉末原料来产生不透流体的、完全致密的涂层而不使用密封剂。


背景技术：

[0004]
磨损和腐蚀是暴露于可降低其结构完整性的苛刻腐蚀条件的基底表面(例如，由镍、钴、铁和铜合金形成的金属基底表面)的问题。例如，航空密封部件以及油气应用中使用的阀通常在其整个使用寿命期间遇到高接触压力和高温条件。这些表面的腐蚀加剧了磨损和摩擦问题。因此，这些组分必须表现出耐腐蚀性，并且必须是气体和液体不可渗透的。
[0005]
热喷涂层诸如wccrco通常用于磨损和腐蚀保护。为了实现接近全密度，需要第二涂覆步骤，诸如用聚合物密封剂进行涂覆浸渍。虽然已经证明具有聚合物密封剂的耐磨涂层在15,000psi或更低的较低操作压力状态下和350f或更低的温度下是可成功使用的，但由于油供应管线和泵送管线更接近较高的压力和温度，因此这种耐磨涂层通常是不合适的。在较高温度下，由于聚合物密封剂的热降解，涂层可潜在地表现出通过涂层本身的气体泄漏。未能利用具有足够流体不可渗透性的涂层可导致流体通过涂层并最终通过阀和密封件渗漏。
[0006]
用于形成完全致密的涂层的另一个两步方法涉及通过燃烧热喷涂来沉积自熔合合金或wc基材料与自熔合合金的共混物，之后在高于1800℉的温度在烘箱中火焰熔合或熔合。除了采用耗时且昂贵的熔合工艺之外，当此类涂层与基底材料不相容时，喷雾熔合涂层的主要缺点是涂覆部件变形和涂层开裂的潜在风险。
[0007]
鉴于常规涂层的缺点，存在对用于产生不透流体的、完全致密的涂层的改善的涂覆方法的尚未满足的需求。


技术实现要素：

[0008]
本发明可包括各种组合形式的以下各方面，并且还可包括下文在书面说明中描述的本发明的任何其他方面。
[0009]
根据以下说明和所附权利要求书，本公开其他方面、特征和实施方案将会更清楚。
[0010]
在第一方面，提供了一种用于产生薄的、不透流体的沉积态涂层而不密封所述沉积态涂层的一步方法，该方法包括：提供基底；提供颗粒尺寸在1微米至15微米范围内的粉末原料；提供热喷喷枪，所述热喷喷枪包括燃烧室，所述燃烧室具有在所述燃烧室下游的喷
嘴；将燃料引入所述燃烧室中；将氧气与惰性气体预混以产生稀释的氧气，其中所述预混在所述氧气进入所述燃烧室之前发生，并且其中所述惰性气体与所述氧气的流速比在8:92至50:50的范围内；将所述稀释的氧气引入所述燃烧室中；用所述稀释的氧气燃烧所述燃料以产生火焰；将所述粉末原料引入所述喷嘴中；使所述粉末原料与所述火焰接触以产生基本上熔融的和半熔融的小滴；以及将所述基本上熔融的和半熔融的小滴引导至所述基底。
[0011]
在第二方面，提供了一种用于产生薄的、不透流体的沉积态涂层而不密封所述沉积态涂层的一步方法，该方法包括：提供基底；提供颗粒尺寸在1微米至15微米范围内的粉末原料；提供热喷喷枪，所述热喷喷枪包括燃烧室，并且所述喷枪还包括封闭在其中的所述燃烧室下游的喷嘴；将燃料引入所述燃烧室中；将氧气与惰性气体预混以产生稀释的氧气；将所述稀释的氧气引导至所述燃烧室中；用所述稀释的氧气燃烧所述燃料以在所述燃烧室内产生火焰；控制所述燃烧室中的火焰温度；将所述粉末原料引入所述喷嘴中；加热所述粉末原料以产生基本上熔融的或半熔融的小滴，与使用颗粒尺寸在1微米至15微米范围内的所述粉末原料的常规高速氧燃料方法相比，所述小滴具有减少的氧化。
[0012]
在第三方面，提供了一种通过氧稀释高速氧燃料(“hvof”)方法产生的不具有密封剂的薄的、不透流体的沉积态一步热喷涂层，所述涂层来源于基于碳化钨的粉末组合物，所述粉末组合物具有1微米至15微米范围内的颗粒尺寸和不大于100微米的涂层厚度，其中流体密封性的特征在于在10,000psi或更大的压力下不存在视觉上可检测的流体泄漏，以及由不存在互连的孔限定的完全致密的结构。
附图说明
[0013]
根据本发明的优选实施方案的以下详细描述，并结合附图将更好地理解本发明的目标和优点，在附图中，类似的数字在整个说明书中指代相同的特征部，并且其中：
[0014]
图1示出了根据本发明原理的代表本发明的方法示意图；
[0015]
图2示出了根据本发明原理的本发明的另选的方法示意图；
[0016]
图3示出了用于复制高压泄漏的测试装置；
[0017]
图4示出了如比较例1中所述由常规hvof产生的基于碳化钨的热喷涂层的高压泄漏测试的结果；并且
[0018]
图5示出了基于碳化钨的热喷涂层的高压泄漏测试的结果，该热喷涂层使用1微米至15微米的粉末尺寸，没有氧气稀释，如比较例2中所述；
[0019]
图6示出了通过本发明产生的基于碳化钨的热喷涂层的高压泄漏测试的结果，如实施例1所述；
[0020]
图7示出了在500倍放大率的光学显微镜下由本发明产生的涂层的微结构；并且
[0021]
图8示出了在500倍放大率的光学显微镜下使用1微米至15微米的粉末尺寸通过无氧气稀释的hvof产生的涂层的微观结构；
[0022]
图9示出了由常规hvof产生的碳化钨涂层的基底腐蚀测试的结果；
[0023]
图10示出了使用1微米至15微米的粉末尺寸，由无氧气稀释的hvof产生的碳化钨涂层的基底腐蚀测试的结果；并且
[0024]
图11示出如实施例2中所述由本发明产生的碳化钨涂层的基底腐蚀测试的结果。
具体实施方式
[0025]
本文以各种实施方案并参考本发明的各个特征和方面来陈述本公开。本公开设想了在本公开的范围内的此类特征、方面和实施方案的各种排列和组合。本公开因此可被指定成包括、包含或基本上包括这些具体特征、方面和实施方案的任何此类组合和排列，或所选择的它们中的一个或多个。
[0026]
如将要描述的，本发明提供了一种新型的用于在不使用密封剂或熔合步骤的情况下形成不透流体的、完全致密的涂层的一步方法。
[0027]
除非另外指明，否则本文的所有组合物均以重量百分比计，并且不旨在包括不可避免的痕量污染物。
[0028]
本文中和整个说明书中使用的术语“流体”旨在表示液体、浆料、气体或蒸气或它们的任何组合。
[0029]
如本文和全文所用，术语“完全致密的”的特征在于表现出流体密封性，由此在高压渗漏测试时未检测到可辨别的流体渗漏，并且未观察到基底腐蚀。
[0030]
术语“高压泄漏测试”是指在工作实例中进行并且在图4、图5和图6中示出的泄漏测试。
[0031]
如本文和全文所用，“一步”是指沉积态的。
[0032]
如本文和全文所用，“流速比”是指惰性气体与氧气的流速比。
[0033]
术语“常规hvof”和“标准hvof”可互换使用，并且旨在表示没有氧气稀释并且没有1微米至15微米的相对细小颗粒尺寸的高速氧燃料方法。
[0034]
术语“细小颗粒尺寸”和“相对细小的颗粒尺寸”可互换使用，并且旨在表示1微米至15微米的颗粒尺寸。
[0035]
图1示出了代表本发明的一个方面的方法示意图，称为氧稀释hvof方法100。将粉末原料6引入热喷喷枪的喷雾嘴2中。粉末原料6具有在约1微米至15微米范围内的颗粒尺寸。粉末原料6可为热喷雾粉末的任何合适的化学组成。在一个优选的实施方案中，粉末原料6为基于碳化钨的材料。基于碳化钨的材料可具有86％wc-10％co-4％cr的配方。也可使用其他组合物，诸如以举例的方式但并非旨在进行限制，88％wc-12％co；83％wc-17％co；90％wc-10％ni；以及基于碳化铬的粉末原料。粉末原料6被径向注入位于燃烧室1下游的喷雾嘴2中。合适的载气诸如氮气或氩气可用于将粉末原料6传送到喷雾嘴2中。载气的流速可为20scfh至50scfh，但通常不大于35scfh。较高的载气流速可导致粉末原料6过早地侵蚀喷雾嘴2，从而导致喷雾嘴2的操作寿命较短。另选地或除此之外，过量的载气流速可不利地影响涂层特性。待引入到喷雾嘴2中的粉末原料6的确切量取决于若干因素，包括但不限于氧气4的流量与燃料3的流量的比率；氧气4和燃料3的总流量；以及粉末化学成分。
[0036]
仍然参见图1，在氧气4接触燃烧室1中的燃料3之前，氧气4与惰性气体5预混。惰性气体5为氮气，如图1和图2所示。发明人已发现，与用标准hvof方法产生的火焰温度相比，受控添加氮气5以在燃料3的燃烧之前与氧气4预混可有利地降低火焰温度，使得相对细小的粉末颗粒的氧化减少、消除或最小化。如本文和全文所用，“火焰温度”旨在表示由燃料3与氧气4燃烧产生的各种副产物的温度，氧气4与或不与惰性气体5预混；并且如本文和全文所用的“火焰”旨在表示由燃料3与氧气4的燃烧产生的各种副产物，氧气4与或不与惰性气体5预混。
[0037]
燃料3被引入燃烧室1的入口中。可使用任何合适的燃料3，包括烃基燃料，诸如煤油。另选地，燃料3可为氢。氧气4优选地以足以燃烧基本上所有的燃料3的流速引入。具体地讲，优选地以基于燃料3与氧气4的化学计量比的量引入氧气。当氮气5与氧气4的流速比保持在下限或以上以及上限或以下时，可进行hvof稀释方法100的优化。这样，火焰温度由于预混而降低消除、最小化或减少了相对细小的粉末原料6经历的氧化量，从而允许利用相对细小的约1微米至15微米的颗粒尺寸。相对细小的颗粒尺寸优选具有在约6微米至10微米范围内的中值颗粒尺寸。在另一个实施方案中，粉末原料6可具有4微米至12微米范围内的颗粒尺寸。本发明控制火焰温度并利用此类相对细小颗粒尺寸的能力允许产生完全致密的、不透流体的涂层。
[0038]
氮气5与氧气4的流速比保持在8:92的下限或以上，但不大于50:50的上限。发明人已观察到，如果氮气5与氧气4的流速比降至8:92的下限比以下，则不能实现氮气稀释的有益效果。具体地讲，不发生火焰的充分冷却，并且粉末原料6将具有从较高火焰温度发生可测量氧化的趋势，这向相对细小的粉末颗粒赋予显著量的热量。与使用较大颗粒尺寸的常规hvof方法相比，在方法100中使用的粉末原料6的相对细小颗粒具有高的每单位体积表面积比率，这可导致粉末原料6由于在粉末原料6颗粒冲击到基底10表面上以形成涂层之前经历严重氧化和脱碳而劣化。所得的具有严重氧化的涂层将不具有通过本发明制备的涂层的流体密封性和完全致密的结构。相反，所得的具有严重氧化的涂层具有氧化物内含物，所述氧化物内含物基本上充当用于发生气体泄漏的不期望的流动通道。气体通过涂层泄漏可能导致涂层受损。
[0039]
另一方面，以高于50:50的氮气5与氧气4的流速比的上限的量引入氮气5具有使火焰熄灭的趋势，因为燃烧反应是不可持续的。火焰温度变得太低而不能处理粉末颗粒，因为氧气4变得过度稀释到50:50的流速比以上。
[0040]
在本发明的另一方面，除了将流速比保持在下限或下限以上以及上限或上限以下之外，引入燃烧室1中的氮气5和氧气4的总流速保持在500scfh至3000scfh的范围内，以确保形成并保持用于用燃料3燃烧稀释的氧气的最佳条件。
[0041]
在另一个实施方案中，氮气5与氧气4的流速比保持在8:92至50:50之间，优选地在10:90至30:70之间，并且更优选地在12:88至18:82之间。
[0042]
用于实施图1的hvof氧稀释方法的示例性参数包括以400-2500标准立方英尺/小时(scfh)的流速进料氧气4，其中氮气5以50-600scfh的流速与氧气4预混，使得氮气5与氧气4的重量比保持在8:92至50:50之间，并且将氧气4和氮气5的总流速保持在约500-3000scfh。煤油可用作燃料3，并且通常以2.5加仑/小时至6.5加仑/小时(gph)的流速引入燃烧室1中。
[0043]
另选地，在本发明的另一方面，方法100可用氢气作为燃料3来实施。氢气可以1000-1800scfh的流速注入喷枪的燃烧室1中。具有约1微米至15微米范围内的尺寸的基于碳化钨的粉末原料6以20-100克/分钟的进料速率轴向进料到喷雾嘴2中。氧气4与氮气5预混以产生如前所述保持的氧气稀释的气体。氮气5与氧气4的重量比保持在8:92的下限或以上，但不大于50:50的上限；并且将氧气4和氮气5的总流速保持在500scfh至3000scfh的范围内。
[0044]
仍然参见图1，当将粉末原料6径向注入喷雾嘴2中时，粉末原料6接触火焰并变得
熔融或半熔融。颗粒作为流出物15离开喷雾嘴并被导向基底表面20，在此处颗粒在冲击时固化以形成涂层。利用图1的hvof方法100的实际喷涂可通过静止或活动hvof喷枪进行。在基底表面20保持静止的情况下，hvof喷枪装置以600-3200英寸/分钟的速度和0.2的分度横穿基底20的表面。hvof喷枪保持与基底20的表面相距一定的相隔距离(例如，2-10英寸)。
[0045]
氧气4与氮气5的预混对本发明至关重要，并且必须在氧气4进入燃烧室1之前进行，如图1和图2所示。如果氧气4和氮气5不是预混的，而是单独地引入燃烧室1中，则通常产生不均匀的混合物并且具有在燃烧室1内产生湍流状态的趋势，这导致不均匀的火焰温度。不均匀的火焰温度由室1内的热点和冷点组成。最后，在离开喷雾嘴2的整个流出物15上存在不均匀的速度分布。因此，流出物15的一些细小粉末颗粒可被过度处理或处理不足，这可导致沉积到基底20上的所得涂层中的过度氧化、脱碳、较高孔隙度和未熔融颗粒。
[0046]
本发明通过稀释氧气以利用相对细小的颗粒来产生完全致密的、不透流体的所得涂层的能力消除了用密封剂浸渍涂层的需要。因此，所谓的“一步”方法100不需要施用密封器的后续步骤。相比之下，常规hvof即喷涂方法固有地表现出互连的孔隙度，该互连的孔隙度形成用于气体沿其行进的流动路径，从而需要施加后续的密封剂。
[0047]
在出现本发明之前，使用小颗粒尺寸一直是具有挑战性的。具体地讲，由于(i)由于相对细小的颗粒堵塞喷雾嘴2的趋势导致喷雾嘴2的预期寿命缩短，以及(ii)观察到来自常规hvof方法的火焰的此类小颗粒尺寸的氧化和脱碳是过量的并且可损害所得涂层，因此小颗粒的使用未被认为是用于常规hvof方法的可行过程具体实施。
[0048]
只有本发明提供了一种氧气稀释的hvof热喷涂方法100，用于在没有密封剂的情况下沉积时产生不透流体的、完全致密的涂层。方法100被设计用于通过降低火焰温度来减少或消除氧化物内含物。本发明的流体密封性可承受相对高的压力条件，如将在实施例1中所示。因此，本发明不仅提供可接受的流体密封性，而且令人惊讶的是，在不存在涂布后处理的情况下也是如此，诸如施加密封剂或熔合涂层。在至少10000psi的压力下表现出流体密封性，部件(例如，在油气应用中使用的闸门和底座部件以及球形阀)可能遇到该压力。
[0049]
图7示出了在500倍放大率的光学显微镜下通过方法100产生的涂层的显微照片。与图8(其表示使用常规hvof方法用颗粒尺寸为1微米至15微米的粉末产生的涂层，而不将氧气与惰性气体预混)相比，图7示出通过本发明产生的hvof涂层具有较低的孔隙度(其中孔隙度由空隙指示)和较低的氧化物水平(其中氧化物水平由灰色线条指示)。
[0050]
本发明设想了其他方法变型形式。例如，图2示出了方法100的另选实施方案，其中将粉末原料6轴向注入燃烧室1中。另外，除了氮气之外，还可使用其他合适的惰性气体来将氧气稀释至足够的水平。例如，并且不旨在进行限制，氩气可用作惰性气体以与氧气预混以产生稀释的氧气，其中预混在氧气进入燃烧室之前发生。
[0051]
除了所述优点之外，本发明克服了利用空气和燃料的混合物的高速空气燃料方法(hvaf)的许多缺点。具体地讲，为了维持利用hvaf的燃烧，与本发明相比，必须将显著更高量的空气引入热喷喷枪的燃烧室中以维持燃料的燃烧，因为空气中的氧气含量相对较低。以举例的方式，在某些情况下，hvaf方法中的空气流速可为本发明中所需的氧气和氮气的总流速的至多10倍。hvaf的较高空气流速需要较大体积的压缩空气，从而增加了执行hvaf方法的成本。相反，本发明是hvaf的成本低得多的替代形式，因为在本发明中可利用较低流速的氧气和惰性气体来实现足够的燃烧。氮气5的添加优选地小于总氧气和氮气流的20体
积％，这与hvaf方法相比显著不同，其中空气由78体积％的氮气组成。
[0052]
另外，并且在另一方面，本发明能够以显著小于常规hvof涂层的厚度制备具有所需特性的不透流体的、完全致密的涂层。例如，在本发明的一个实施方案中，涂层厚度不大于100微米，更优选地不大于50微米，并且最优选地不大于25微米，同时仍然表现出与100微米厚或更厚的密封的常规hvof涂层相同的特性。由本发明产生的hvof涂层的流体密封性的特征在于在10,0000psi或更大的压力下不存在视觉上可检测的流体泄漏。完全致密的结构由不存在互连的孔限定，由此互连的孔的不存在足以防止流体以常规密封的hvof涂层的相同或甚至一部分厚度通过涂层泄漏。
[0053]
通过本发明制备的涂层可耐受比先前使用掺入密封剂的常规涂层可能的温度高的温度，该常规涂层趋于在高温(例如，350℉或更高)降解。就这一点而言，通过本发明制备的完全致密的不透流体的涂层不与特定类型的聚合物密封剂一起配制，因为不需要浸渍。下文将讨论的工作实例量化了通过本发明制备的完全致密的涂层体系相较于通过常规hvof制备的涂层的改进性能。
[0054]
通过本发明制备的不透流体的、完全致密的涂层适用于具有一个或多个密封表面的任何基底表面。以举例的方式，并非旨在进行限制，氧稀释hvof方法可用于在航空和工业液压部件上形成涂层，其中气缸或其配对表面(衬套或轴承)至少部分地被涂覆。另外，通过本发明制备的涂层特别适用于流体流动控制系统中的金属承载表面，包括但不限于闸门阀和球形阀部件。
[0055]
如在以下工作实例中将示出和讨论，进行了若干实验来将通过本发明制备的完全致密的涂层与通过常规方法制备的其他hvof涂层进行比较。成功测试的标准取决于涂层实现和产生流体不可渗透的密封的能力。
[0056]
实验模拟了油气应用中利用的闸门阀通常遇到的高压条件。如图3所示的测试样品用于重复高压泄漏。高压泄漏测试用于研究通过涂层发生的气体泄漏。测试包括使带涂层的样品的一部分在10,000psi压力下经受氮气最少10分钟(如图3中的箭头所示)，而使带涂层的样品的另一部分承受大气压力并且覆盖有渗漏检测流体的薄层。如果涂层对于氮气来说是可渗透的，那么在测试过程中可在涂层表面上观察到气泡。
[0057]
比较例1
[0058]
使用常规高速氧燃料(“hvof”)涂覆方法，采用具有86％wc-10％co-4％cr粉末配方的基于碳化钨的粉末来制备涂层。将氧气和煤油燃料分别轴向引入可商购获得的热喷喷枪(由praxair tafa制造的jp-5000)的燃烧室的入口中，并且将基于碳化钨的粉末径向注入喷雾嘴中。碳化钨粉末具有15微米至45微米范围内的颗粒尺寸，中值颗粒尺寸为30微米。以2000scfh引入氧气。氧气未被稀释。煤油以6.5加仑/小时的流速引入。以80克/分钟的进料速率将基于碳化钨的粉末径向注入喷雾嘴中。使用流速为22scfh的氮气载气将基于碳化钨的粉末传送到喷雾嘴中。
[0059]
当喷枪在整个部件上横穿和转位时，待涂布的基底保持静止。喷枪与部件之间的相隔距离为15英寸，并且表面速度(即，喷枪速度)沿着部件的平坦表面以1800英寸/分钟推进。
[0060]
将最终涂层(200微米)施加在直径为大约2.8英寸并且厚度为大约1.5英寸的样品上并进行测试。
[0061]
对涂覆的基底进行高压泄漏测试。在10,000psi的施加压力下，沿着图4所示的测试样品的周边观察到大量的气泡。大量的气泡表明涂层不能防止发生泄漏。
[0062]
比较例2
[0063]
使用常规hvof涂覆方法，采用颗粒尺寸在1微米至15微米范围内的具有86％wc-10％co-4％cr粉末配方的基于碳化钨的粉末来制备涂层。中值颗粒尺寸为8微米。将氧气和煤油燃料分别轴向引入可商购获得的热喷喷枪(由praxair tafa制造的jp-5000)的燃烧室的入口中，并且将基于碳化钨的粉末径向注入喷雾嘴中。以1200scfh引入氧气。氧气未被稀释。煤油以4加仑/小时的流速引入。以30克/分钟的进料速率将基于碳化钨的粉末径向注入喷枪的喷嘴中。使用流速为35scfh的氮气载气将基于碳化钨的粉末进料到喷雾嘴中。
[0064]
当喷枪在整个部件上横穿和转位时，待涂布的基底保持静止。喷枪与部件之间的相隔距离为8英寸，并且表面速度(即，喷枪速度)沿着部件的平坦表面以1800英寸/分钟推进。
[0065]
将薄的最终涂层(40微米)施加在直径为大约2.8英寸并且厚度为大约1.5英寸的样品上并进行测试。
[0066]
进行高压泄漏测试。在10,000psi的施加压力下，沿着图5所示的测试样品的周边观察到大量的气泡。大量的气泡表明涂层不能防止发生泄漏。
[0067]
比较例3
[0068]
使用常规高速氧燃料(“hvof”)涂覆方法，采用具有86％wc-10％co-4％cr粉末配方的基于碳化钨的粉末来制备涂层。将氧气和煤油燃料分别轴向引入可商购获得的热喷喷枪(由praxair tafa制造的jp-5000)的燃烧室的入口中，并且将基于碳化钨的粉末径向注入喷雾嘴中。碳化钨粉末具有10微米至38微米范围内的颗粒尺寸。中值颗粒尺寸为18微米。以1925scfh引入氧气。氧气未被稀释。煤油以6.0加仑/小时的流速引入。以80克/分钟的进料速率将基于碳化钨的粉末径向注入喷雾嘴中。使用流速为32scfh的氮气载气将基于碳化钨的粉末传送到喷雾嘴中。
[0069]
当喷枪在整个部件上横穿和转位时，待涂布的平坦基底保持静止。喷枪与部件之间的相隔距离为15英寸，并且表面速度(即，喷枪速度)沿着部件的平坦表面以1800英寸/分钟推进。
[0070]
在具有(4英寸
×
3英寸
×
3/4英寸)尺寸的平坦样品上施加并测试成品未密封涂层(50微米)。
[0071]
根据astm b 117要求进行盐雾腐蚀测试。在暴露于盐雾72小时内，观察到腐蚀迹象诸如基底上的锈、涂层起泡和脱落(图9)。
[0072]
比较例4
[0073]
使用hvof涂覆方法，采用颗粒尺寸在1微米至15微米范围内的具有86％wc-10％co-4％cr粉末配方的基于碳化钨的粉末来制备涂层。中值颗粒尺寸为8微米。将氧气和煤油燃料分别轴向引入可商购获得的热喷喷枪(由praxair tafa制造的jp-5000)的燃烧室的入口中，并且将基于碳化钨的粉末径向注入喷雾嘴中。以1200scfh引入氧气。氧气未被稀释。煤油以4加仑/小时的流速引入。以30克/分钟的进料速率将基于碳化钨的粉末径向注入喷枪的喷嘴中。使用流速为35scfh的氮气载气将基于碳化钨的粉末进料到喷雾嘴中。
[0074]
当喷枪在整个部件上横穿和转位时，待涂布的平坦基底保持静止。喷枪与部件之
间的相隔距离为8英寸，并且表面速度(即，喷枪速度)沿着部件的平坦表面以1800英寸/分钟推进。
[0075]
在具有(4英寸
×
3英寸
×
3/4英寸)尺寸的平坦样品上施加并测试成品未密封涂层(25微米)。
[0076]
根据astm b 117要求进行盐雾腐蚀测试。在暴露于盐雾96小时内，观察到腐蚀迹象诸如基底上的锈和涂层起泡(图10)。
[0077]
实施例1
[0078]
使用hvof稀释方法，采用颗粒尺寸在1微米至15微米范围内的具有86％wc-10％co-4％cr配方的基于碳化钨的粉末来制备涂层。中值颗粒尺寸为8微米。如上文图1所述进行hvof稀释方法，其中将基于碳化钨的粉末径向注入可商购获得的热喷喷枪(由praxair tafa制造的jp-5000)的喷雾嘴中。将流速为1200scfh的氧气与流速为200scfh的氮气预混以产生稀释的氧气。随后将稀释的氧气以1400scfh的总流速注入燃烧室中。煤油燃料以4加仑/小时的流速单独地轴向注入燃烧室中。以30克/分钟的流速将基于碳化钨的粉末径向注入喷雾嘴中。使用流速为35scfh的氮气载气将基于碳化钨的粉末进料到喷雾嘴中。
[0079]
当喷枪在整个部件上横穿和转位时，待涂布的基底保持静止。喷枪与部件之间的相隔距离为8英寸，并且表面速度(即，喷枪速度)沿着部件的平坦表面以1800英寸/分钟推进。
[0080]
将最终涂层施加在直径为大约2.8英寸并且厚度为大约1.5英寸的样品上并进行测试。所得的涂层厚度为40微米。
[0081]
进行高压泄漏测试。在15分钟的测试后，在10,000psi的施加压力下，在如图6所示的测试样品上未观察到气泡。高压下没有出现气泡表明该薄涂层防止发生泄漏的能力。
[0082]
测试表明，根据本发明的原理，实施例1中氧气与氮气的预混允许以与比较例1相比相对较小的厚度形成不透流体的致密涂层。
[0083]
测试表明，根据本发明的原理，实施例1中氧气与氮气的预混允许以与比较例2的涂层相同的厚度形成不透流体的、完全致密的涂层。
[0084]
实施例2
[0085]
使用hvof稀释方法，采用颗粒尺寸在1微米至15微米范围内的具有86％wc-10％co-4％cr配方的基于碳化钨的粉末来制备涂层。中值颗粒尺寸为8微米。如上文图1所述进行hvof稀释方法，其中将基于碳化钨的粉末径向注入可商购获得的热喷喷枪(由praxair tafa制造的jp-5000)的喷雾嘴中。将流速为1200scfh的氧气与流速为200scfh的氮气预混以产生稀释的氧气。随后将混合物以1400scfh的总流速注入到燃烧室中。煤油燃料以4加仑/小时的流速单独地轴向注入燃烧室中。以30克/分钟的流速将基于碳化钨的粉末径向注入喷雾嘴中。使用流速为35scfh的氮气载气将基于碳化钨的粉末进料到喷雾嘴中。
[0086]
当喷枪在整个部件上横穿和转位时，待涂布的平坦基底保持静止。喷枪与部件之间的相隔距离为8英寸，并且表面速度(即，喷枪速度)沿着部件的平坦表面以1800英寸/分钟推进。
[0087]
在具有(4英寸
×
3英寸
×
3/4英寸)尺寸的平坦样品上施加并测试成品未密封涂层(25微米)。
[0088]
根据astm bl 17要求进行盐雾腐蚀测试。在暴露于盐雾1000小时之后，未观察到
腐蚀迹象(图11)。
[0089]
测试表明，根据本发明的原理，实施例2中氧气与氮气的预混允许以与比较例3和4相比相对减小的厚度形成不透流体的致密耐腐蚀性涂层。
[0090]
除了已经提及的优点之外，应当指出的是，氧稀释hvof方法100形成表现出期望的特性(包括对基底的耐腐蚀性)的不透流体且完全致密的涂层的能力，在通过常规方法制备的其他涂层的厚度的一部分处，显著降低了hvof涂层的成本，使得通过本发明制备的hvof涂层表现为许多应用(包括传统上具有所需的基于铬的涂层的应用)的可行替代品。就这一点而言，在本发明之前，通过常规hvof方法制备的hvof涂层的成本平均为用于涂覆硬铬的涂覆方法的3倍。然而，随着本发明的出现，hvof涂层显著降低了成本，这是由于产生所需特性所需的涂层更少。
[0091]
虽然已示出和描述了被认为是本发明的某些实施方案，但当然应当理解，在不脱离本发明的实质和范围的前提下，可轻易地对其形式或细节作出修改和改变。因此，本发明并不局限于本文所示和所述的具体形式和细节，也不局限于本文所公开的以及后文所要求的本发明整体之内的任何内容。