[發明專利]耐磨材料和形成耐磨材料的系統和方法

在審

• 申請號: 201511017655.0
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN105414532A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: S·伯達帕蒂
• 申請（專利權）人: 埃斯科公司
• 主分類號: B22D19/08
• 分類號: B22D19/08;B22D23/06;B32B5/16;B32B7/04;B32B15/16;C22C1/10;C22C33/02;C22C37/04;C22C37/10
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 易詠梅

本申請是于2014年7月30日進入中國國家階段的題為“耐磨材料和形成耐磨材料的系統和方法”且中國申請號為201380007328.X的國際申請PCT/US2013/023541的分案申請。

技術領域

本發明總體涉及用于形成耐磨材料的系統和方法，更具體地，涉及采用滲透技術形成耐磨材料并通過銅焊將該材料連接到襯底的系統和方法以及該系統和方法的產品。

背景技術

多種挖掘設備具有尖頭、邊緣、表面和受到重復沖擊和應力的其他部件，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用。具有高硬度和耐磨性的材料也用于其他應用，包括面臨類似挑戰的應用。

用于制造耐磨部件的一種常用技術是通過圍繞放置在模具內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％的體積分數范圍，并局限于大于50μm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℃-400℃，這導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。另外，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，并使磨損和機械性能降級。

用于制造耐磨部件的另一常用技術是將鎳基合金、銅基合金和/或鑄鐵滲透到純碳化鎢和硬質合金顆粒的多孔質量塊內。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用都滿意的剛度。球墨鑄鐵代表了更加經濟的材料，其可以鑄造并具有良好的斷裂剛度。但是，采用這些技術的條件不適用于球墨鑄鐵滲透。另外，這些技術所涉及的滲透溫度很高，從而出現硬顆粒的顯著降級。在使用這些技術將鑄鐵滲透到球形鑄造碳化物中的情況下，原始碳化物顆?？赏耆纸?。由于熔融結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，使得即使在反應之后，也留有大部分的硬顆粒來提供耐磨性。

因此，雖然一些現有技術產品和方法提供許多有利特征，但是它們具有一些局限性。本發明尋求克服這些局限性的某些局限性和現有技術的其他缺陷，并提供一種之前沒有得到的新特征。

發明內容

下面提供本發明的各方面的總體概述，以提供本發明的基本理解。此概述不是本發明的延展性綜述。不意圖鑒別本發明的關鍵或重要元件，以限定本發明的范圍。以下概述只以總體形式提供本發明的一些概念，以作為下面提供的更加詳細的描述的前奏。

本發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。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。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37％重量百分比)、鉻(多達5.5％重量百分比)和/或硅(多達5.5％重量百分比)。

根據一個方面，耐磨材料可包括選自包括如下物質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。可以使用的碳化物的例子包括：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?？梢允褂玫呐鸹锏睦影ǎ号鸹仭⑴鸹t、硼化鎢、硼化鎳、硼化鋯、硼化鉿、硼化鉭、硼化鈮、硼化釩、硼化鉬、硼化硅、硼化鋁，以及過渡金屬的其他硼化物，及其組合。可以使用的硅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。