本申請是申請日為2014年03月07日、申請?zhí)枮?01480002662.0、發(fā)明名稱為“用于改進(jìn)金屬合金的熱加工性的方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。

本公開涉及合金鑄塊和其它合金工件，并且涉及用于處理合金鑄塊和其它合金工件的方法。

背景技術(shù)：

各種合金可以被表征為是“裂紋敏感的”。由裂紋敏感合金構(gòu)成的鑄塊和其它工件在熱加工操作期間可能沿它們的表面和/或邊緣形成裂紋。由裂紋敏感合金形成制品可能是有問題的，因?yàn)?，例如，在鍛造或其它熱加工操作期間形成的裂紋可能需要磨掉或以其它方式去除，從而增加生產(chǎn)時(shí)間和費(fèi)用，并且降低產(chǎn)率。

在某些熱加工操作如鍛造和擠出期間，模具將力施加至合金工件以使合金工件變形。模具的表面與合金工件的表面之間的相互作用可能涉及熱傳遞、摩擦以及磨損。用于減少熱加工期間表面和邊緣裂解的一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)是在熱加工之前將合金工件封閉在金屬罩殼內(nèi)。在例如圓柱形工件的情況下，金屬罩殼的內(nèi)徑可以略大于合金工件的外徑。合金工件可以插入到金屬罩殼中，以使得金屬罩殼松散地圍繞但非冶金地結(jié)合至合金工件。模具可以接觸金屬罩殼的外表面。金屬罩殼使封閉的合金工件熱隔離并且機(jī)械地保護(hù)所述封閉的合金工件，從而消除或降低合金工件上裂紋形成的發(fā)生率。金屬罩殼通過合金工件與金屬罩殼的內(nèi)表面之間的空氣間隙的作用，并同時(shí)通過直接抑制合金工件向環(huán)境輻射熱量來使合金工件熱隔離。

合金工件裝殼操作可能導(dǎo)致各種缺點(diǎn)。例如，鍛造模具與金屬罩殼的外表面之間的機(jī)械接觸可能會使金屬罩殼破裂。另外，在裝殼工件的鐓壓-拉拔鍛造(upset-and-drawforging)期間，金屬罩殼可能在拉拔操作期間破裂，并且，在這種情況下，合金工件可能需要在多個鐓壓-拉拔鍛造操作的每個鐓壓和拉拔循環(huán)之間重裝殼。重裝殼增加了工藝復(fù)雜性和費(fèi)用。另外，金屬罩殼可能會阻礙操作者視覺監(jiān)測裝殼合金工件的表面的裂紋和其它加工誘導(dǎo)的缺陷。

鑒于以上缺點(diǎn)，將有利的是，提供熱加工裂紋敏感合金的更高效和/或更成本有效的方法。更一般而言，將有利的是，提供用于改進(jìn)合金鑄塊和其它合金工件的熱加工性的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的多個方面涉及處理合金鑄塊和其它合金工件以改進(jìn)熱加工性的方法。

根據(jù)本公開的非限制性方面涉及一種處理合金工件以減少熱裂解的方法，所述方法包括將金屬涂布材料噴射到合金工件的表面的至少一部分上以形成冶金地結(jié)合至合金工件的表面涂層。金屬表面涂層可以比合金工件更具延展性，并且減少合金工件的熱損失。在所述方法的某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件在金屬涂布材料的噴射期間圍繞工件的長軸旋轉(zhuǎn)，所述金屬涂布材料沉積在合金工件的周向表面的至少一部分上。

根據(jù)本公開的另外的非限制性方面涉及一種處理合金工件以減少熱裂解的方法，所述方法包括將合金工件插入到金屬罩殼中。金屬罩殼可以具有比合金更低的熱膨脹系數(shù)，并且包括上面至少一部分包含鎳-硼涂層的內(nèi)表面。將合金工件封裝在金屬罩殼中以形成裝殼組件，并且將氣體的至少一部分從裝殼組件的內(nèi)部去除。加熱裝殼組件以瞬間液相結(jié)合合金工件與金屬罩殼。

根據(jù)本公開的另一非限制性方面涉及根據(jù)本公開的方法中的任一種制造或處理的合金工件。

根據(jù)本公開的又另一非限制性方面涉及由根據(jù)本公開的方法中的任一種制造或處理的合金工件制成或包括所述合金工件的制品。此類制品包括例如噴氣發(fā)動機(jī)部件、陸用渦輪機(jī)部件、閥、發(fā)動機(jī)部件、軸以及緊固件。

附圖說明

通過結(jié)合附圖考慮下文描述可以更好地理解本文描述的各種非限制性實(shí)施方案。

圖1是根據(jù)本文公開的方法的某些非限制性實(shí)施方案的流程圖。

圖2是根據(jù)本文公開的各種非限制性實(shí)施方案處理合金工件的方法的示意圖。

圖3是根據(jù)本文公開的各種非限制性實(shí)施方案處理合金工件的方法的示意圖。

圖4是根據(jù)本文公開的方法的某些非限制性實(shí)施方案的流程圖。

圖5是根據(jù)本文公開的各種非限制性實(shí)施方案處理合金工件的方法的示意圖。

讀者在考慮下文根據(jù)本公開的各種非限制性和非窮舉性實(shí)施方案的描述后將了解前述細(xì)節(jié)和其它。

具體實(shí)施方式

如本文一般使用，術(shù)語“基本上由……組成”和“由……組成”以術(shù)語“包含”體現(xiàn)。

如本文一般使用，除非另外指出，冠詞“一個或一種(one)”、“一個”、“一種”和“所述”指代“至少一個”或“一個或更多個”。

如本文一般使用，術(shù)語“包括”和“具有”意指“包含”。

如本文一般使用，術(shù)語“軟化點(diǎn)”指代特定材料不再發(fā)揮剛性固體作用并在其自身重量作用下開始下垂的最小溫度。

如本文一般使用，術(shù)語“約”指代考慮到測量的性質(zhì)或精確度，對于測量的數(shù)量可接受的誤差程度。典型的示例性誤差程度可以是在給定數(shù)值或數(shù)值范圍的20％內(nèi)、在10％內(nèi)或在5％內(nèi)。

除非另外指出，本文陳述的所有數(shù)字?jǐn)?shù)量應(yīng)理解成在所有情況下通過術(shù)語“約”來修改。本文公開的數(shù)字?jǐn)?shù)量是近似的，并且每個數(shù)值旨在意指引用值和那個值上下的功能等效范圍兩者。在最低限度并且不試圖將等同原則的應(yīng)用限于權(quán)利要求書的范圍，每個數(shù)值參數(shù)均應(yīng)當(dāng)至少根據(jù)報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)值和通過應(yīng)用普通四舍五入技術(shù)來解讀。盡管本文陳述了數(shù)字?jǐn)?shù)量的近似值，但應(yīng)盡可能精確地報(bào)告實(shí)際測量值的指定實(shí)例中描述的數(shù)字?jǐn)?shù)量。

本文陳述的所有數(shù)字范圍包括其中包含的所有子范圍。例如，范圍“1至10”和“在1與10之間”旨在包括所引用的1的最小值與所引用的10的最大值之間以及包括所述最小值和所述最大值的所有子范圍。本文引用的任何最大數(shù)字限制旨在包括所有較低數(shù)字限制。本文引用的任何最小數(shù)字限制旨在包括所有較高數(shù)字限制。

在下文描述中，將對某些細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述以提供對本文描述的制品和方法的各種非限制性實(shí)施方案的全面理解。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不存在這些細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)踐本文描述的非限制性實(shí)施方案。在其它情況下，與制品和方法相關(guān)的熟知的結(jié)構(gòu)和方法可能不被示出或不進(jìn)行詳細(xì)描述，以避免不必要地使本文描述的非限制性實(shí)施方案的描述變得晦澀。

本公開描述了制品和方法的各種非限制性實(shí)施方案的各種特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)理解，本公開包括眾多替代實(shí)施方案，所述替代實(shí)施方案可以通過將本文描述的各種非限制性實(shí)施方案的各種特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)中的任一個組合在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可能發(fā)現(xiàn)有用的任何組合或子組合中來實(shí)現(xiàn)。

在熱加工操作例如像鍛造操作和擠出操作期間，在大于環(huán)境溫度的溫度如工件的重結(jié)晶溫度之上的溫度下，可以將力施加至合金鑄塊或其它合金工件以使工件塑性變形。經(jīng)歷加工操作的合金工件的溫度可以大于用于將力機(jī)械地施加至合金工件的表面的模具或其它結(jié)構(gòu)的溫度。由于熱量損失到環(huán)境空氣中所致的合金工件表面的冷卻和所述合金工件表面與接觸模具或其它結(jié)構(gòu)之間的熱梯度偏移，合金工件可以形成溫度梯度。在熱加工期間，溫度梯度可能導(dǎo)致工件的表面裂解。表面裂解在合金工件由裂紋敏感合金形成的情況中特別成問題。

根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，合金工件可以由裂紋敏感合金組成或包含所述裂紋敏感合金。例如，各種鎳基合金、鐵基合金、鎳-鐵基合金、鈦基合金、鈦-鎳基合金、鈷基合金和超合金如鎳基超合金尤其是在熱加工操作期間可能對裂解敏感。合金鑄塊或其它合金工件可以由此類裂紋敏感合金和超合金形成。例如，裂紋敏感合金工件可以由合金或超合金形成，所述合金或超合金選自但不限于合金718(unsno.n07718)、合金720(unsno.n07720)、rene41^tm合金(unsno.n07041)、rene88^tm合金、合金(unsno.n07001)以及100合金。

雖然本文描述的方法可有利地結(jié)合裂紋敏感合金一起使用，但將理解，所述方法通常還適用于任何合金，包括，例如，在熱加工溫度下表征為相對低的延展性的合金、在1000℉至2200℉的溫度下熱加工的合金以及通常不易裂解的合金。因此，如本文所使用，術(shù)語“合金”包括常規(guī)的合金和超合金。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解，超合金展現(xiàn)出相對良好的表面穩(wěn)定性、抗腐蝕性和抗氧化性、高強(qiáng)度以及高溫下的高抗蠕變性。在各種非限制性實(shí)施方案中，合金工件可以包括或選自鑄塊、坯件、坯條、坯板、坯管、燒結(jié)預(yù)制件(asinteredpre-form)等。

可以使用例如常規(guī)的冶金技術(shù)或粉末冶金技術(shù)來形成合金鑄塊或其它合金工件。例如，在各種非限制性實(shí)施方案中，可以通過已知為vim-var操作的真空感應(yīng)熔化(vim)和真空電弧再熔(var)的組合來形成合金鑄塊或其它合金工件。在各種非限制性實(shí)施方案中，可以通過三重熔化技術(shù)來形成合金工件，其中電渣重熔(esr)操作在vim操作與var操作之間進(jìn)行，從而提供vim-esr-var(即，三重熔化)順序。在其它非限制性實(shí)施方案中，可以使用粉末冶金操作來形成合金工件，所述粉末冶金操作包括熔融合金的霧化和所得冶金粉末的收集以及所述所得冶金粉末至合金工件的固結(jié)。

在某些非限制性實(shí)施方案中，可以使用噴射成型操作來形成合金鑄塊或其它合金工件。例如，vim可以用于從原料制備基礎(chǔ)合金組合物。esr操作可以任選地在vim之后使用。熔融合金可以從vim或esr熔化池提取，并且霧化以形成熔融液滴?？梢允褂美缋浔诟袘?yīng)導(dǎo)引件(cig)從熔化池提取熔融金屬。合金可以使用噴射成型操作沉積為熔融或半熔融材料以形成固化合金工件。

在某些非限制性實(shí)施方案中，可以使用熱等靜壓(hip)來形成合金鑄塊或其它合金工件。hip通常指代均衡應(yīng)用高壓和高壓氣體例如像氬氣以將粉末材料壓實(shí)和固結(jié)成單塊預(yù)制件。粉末可以通過密閉容器與高壓和高壓氣體分離，所述密閉容器用作氣體與被壓實(shí)和固結(jié)的粉末之間的壓力屏障。密閉容器可以塑性變形以壓實(shí)粉末，并且高溫可以有效地將單獨(dú)的粉末顆粒燒結(jié)在一起以形成單塊預(yù)制件?？梢栽谒蟹勰┥鲜┘泳鶆虻膲簩?shí)壓力，并且可以在預(yù)制件中實(shí)現(xiàn)均勻的密度分布。例如，可以將近等原子鎳-鈦合金粉末裝載到金屬罩殼例如像鋼質(zhì)罩殼中，并且對所述合金粉末除氣以去除吸附的濕氣和夾帶的空氣?？梢栽谡婵障吕缦裢ㄟ^焊接使含有近等原子鎳-鈦合金粉末的容器密閉。之后可以在一定溫度下并在足以在容器中實(shí)現(xiàn)鎳-鈦合金粉末的完全致密化的壓力下對密封的容器進(jìn)行hip，從而形成完全致密的近等原子鎳-鈦合金預(yù)制件。

在根據(jù)本公開的某些非限制性實(shí)施方案中，參考圖1，處理合金工件以減少熱裂解的方法通?？梢园?0圍繞合金工件的長軸旋轉(zhuǎn)合金工件；以及15將金屬涂布材料噴射到合金工件的周向表面的至少一部分上，以形成冶金地結(jié)合至合金工件、減少合金工件的熱損失的表面涂層。在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件可以是大體圓柱形合金工件，并且金屬涂層可以沉積在例如合金工件的周向表面上。然而，將理解，合金工件可以具有不同的形狀。此外，雖然圖1示意性地描繪了其中合金工件圍繞軸旋轉(zhuǎn)的實(shí)施方案，但將理解，可以采用任何替代方法，其中噴射裝置相對于合金工件平移，或反之亦然，以使得金屬涂布材料可以圍繞合金工件的表面分布并且沉積在所述表面上。

在某些非限制性實(shí)施方案中，根據(jù)本公開的方法可以包括將金屬涂布材料噴射到合金工件的縱向端部的至少一部分上，以形成冶金地結(jié)合至合金工件、減少合金工件的熱損失的金屬表面涂層。在某些非限制性實(shí)施方案中，方法可以包括在完成合金工件的至少一次旋轉(zhuǎn)之后，沿工件的長軸移動合金工件；將金屬涂布材料噴射到合金工件的外周向表面的至少后續(xù)部分上；以及重復(fù)移動和噴射直到實(shí)現(xiàn)所需的涂層厚度。然而，再次，將理解，可以使用任何替代操作，以使得在噴射裝置與合金工件之間實(shí)現(xiàn)相對運(yùn)動，從而使得金屬涂布材料可以圍繞合金工件的表面分布并且沉積在所述表面上。

在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層的材料可以比合金工件更具延展性和/或韌性。在各種非限制性實(shí)施方案中，形成在合金工件上的金屬涂層可以在寬溫度范圍例如像68℉至2300℉和1500℉至2250℉內(nèi)具有延展性。金屬涂層和合金工件的延展性可以測量為拉拔測試中的區(qū)域的伸長或縮短。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層可以包括比合金工件的伸長率更大的伸長率(在室溫下2英寸的％)。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層可以包括至少15％、至少20％、至少30％、至少40％、大于20％、大于25％、大于30％、大于35、大于40％、大于45％、15％至45％、20％至40％或25％至40％的伸長率(在室溫下2英寸的％)。在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件可以包括至多15％、至多20％或至多30％的伸長率(在室溫下2英寸的％)。

在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂布材料可以包含在加工合金工件時(shí)有待使用的特定加工溫度下具有比合金工件的合金更大韌度和/或更低硬度的金屬材料。硬度可以根據(jù)洛氏測試(rockwelltest)來測量。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層可以包括比合金工件的洛氏硬度更小的洛氏硬度。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層可以包括88至95的洛氏b硬度，并且合金工件可以包括92至100的洛氏b硬度。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層可以包括82至88的洛氏b硬度，并且合金工件可以包括92至100的洛氏b硬度。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層可以包括88的洛氏b硬度，并且合金工件可以包括92的洛氏b硬度。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層可以包括25的洛氏c硬度，并且合金工件可以包括38的洛氏c硬度。金屬涂層和合金工件的韌度可以通過在室溫下對退火材料進(jìn)行夏比v形缺口沖擊測試(charpyv-notchimpacttesting)來測量。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層的材料可以包含比合金工件的夏比v形缺口沖擊能量更大的夏比v形缺口沖擊能量。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層可以包含75℉下65至80英尺-磅的夏比v形缺口沖擊能量。

在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂層可以使合金工件的表面與接觸模具的表面熱隔離。在這種情況下，金屬涂層抑制或限制底層合金工件對環(huán)境和/或接觸涂布工件的鍛造或擠出模具的表面輻射熱量。金屬涂層的熱隔離效果可以防止或抑制底層合金工件的表面冷卻至表面在熱加工期間可能更容易裂解的脆化溫度。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂布材料可以比合金工件更抗氧。

在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂布材料可以包含金屬顆粒，所述金屬顆粒噴射到工件表面上。金屬顆?？梢允抢绮讳P鋼顆粒、鎳基合金顆粒、鐵基合金顆粒、鎳-鐵基合金顆粒、鈦基合金顆粒以及鈷基合金顆粒中的一種或更多種。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬顆?？梢赃x自不銹鋼顆粒和鎳基合金顆粒。在某些非限制性實(shí)施方案中，不銹鋼顆?？梢园▕W氏體不銹鋼顆粒。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂布材料可以包括選自由以下組成的組的奧氏體不銹鋼顆粒：type304不銹鋼(unsno.s30400)顆粒、type304l不銹鋼(unsno.s30403)顆粒、type316不銹鋼(unsno.s31600)顆粒以及type316l不銹鋼(unsno.s31603)顆粒。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂布材料可以包含選自由以下組成的組的鎳基合金顆粒：合金600(unsn06600)顆粒和合金625(unsn06625)顆粒。

在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂布材料和合金工件可以包含選自由鈷、鐵以及鎳組成的組的基礎(chǔ)金屬。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂布材料的基礎(chǔ)金屬可以與合金工件的基礎(chǔ)金屬相同。例如，金屬涂布材料可以包含選自合金600(unsno.n06600)和合金625(unsno.n06625)的鎳基合金，并且合金工件可以包含選自合金720(unsno.n07720)、rene88^tm合金以及合金(unsno.n07001)的鎳基合金。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂布材料的基礎(chǔ)金屬和合金工件的基礎(chǔ)金屬可以有所不同。例如，金屬涂布材料可以包含選自type304不銹鋼(unss30400)和type316不銹鋼(unss31600)的鐵基合金，并且合金工件可以包含選自合金720(unsno.n07720)、rene88^tm合金以及合金(unsno.n07001)的鎳基合金。

在某些非限制性實(shí)施方案中，處理合金工件以減少熱裂解的方法通?？梢园▽⒔饘偻坎疾牧蠠釃娚涞胶辖鸸ぜ闹芟虮砻娴闹辽僖徊糠稚?，以形成冶金地結(jié)合至合金工件的金屬表面涂層，其中金屬表面涂層減少合金工件的熱損失。在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件可以包括大體圓柱形合金工件。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解，熱噴射可以包括將金屬涂布材料噴射到表面上，同時(shí)金屬涂布材料處于比金屬涂布材料的熔點(diǎn)更大或與之相等的溫度，以使得所噴射的金屬涂布材料包含半熔融金屬顆粒和/或熔融金屬液滴。常規(guī)的熱噴射技術(shù)包括，例如，等離子體、高速氧燃料(hvof)、電弧以及氣體火焰熱噴射技術(shù)。若干常規(guī)的熱噴射技術(shù)中的任一項(xiàng)無需費(fèi)力就可以適用于與根據(jù)本公開的方法一起使用。

在某些非限制性實(shí)施方案中，在將包含半熔融金屬顆粒和/或熔融金屬液滴的金屬涂布材料熱噴射到合金工件的表面上之前，可以將合金工件的表面的至少一部分加熱至至少1100℉例如像1100℉至2000℉的溫度。例如，可以將大體圓柱形合金工件的周向表面的至少一部分加熱至大于2000℉的溫度，并且之后可以將包含半熔融金屬顆粒和/或熔融金屬液滴的金屬涂布材料熱噴射到合金工件的加熱表面的至少一部分上。

在某些非限制性實(shí)施方案中，參考圖2，熱噴射系統(tǒng)100通常可以包括用于將金屬涂布材料保持處于熔融狀態(tài)的器皿105如中間罐。器皿105可以包括底壁，所述底壁具有允許熔融材料從器皿105流動的開口。器皿105可以從鋼包(ladle)或熔爐107接收熔融材料。噴嘴110可以鄰近器皿105的底壁以從開口接收熔融金屬涂布材料的出口流。霧化器120可以與噴嘴110連通以使離開噴嘴110的熔融金屬涂布材料霧化。霧化器120可以用流體流如液體、空氣或惰性氣體流撞擊熔融材料的出口流，以使出口流分裂為形成噴霧錐125的熔融液滴。包含噴霧錐125的噴射物可以處于比金屬涂布材料的熔點(diǎn)和/或軟化溫度更大或與之相等的溫度。包含噴霧錐125的噴射物可以包括熔融材料和/或半熔融材料。在考慮本公開的各種實(shí)施方案的這種描述之后，可以結(jié)合本文描述的這種和其它非限制性實(shí)施方案一起使用的霧化器120和噴射系統(tǒng)的替代設(shè)計(jì)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是顯而易見的。

參考圖2中所示的非限制性實(shí)施方案，合金工件130可以平行于合金工件130的長軸移動和旋轉(zhuǎn)穿過旋轉(zhuǎn)密封件140而進(jìn)入噴射腔室150中。感應(yīng)線圈或抗熱線圈160可以定位在工件130的周邊周圍，以允許對工件130和/或噴霧錐125的表面加熱。在某些非限制性實(shí)施方案中，加熱線圈160可以將工件表面加熱至1850℉?？梢酝ㄟ^使噴霧錐125撞擊合金工件130并旋轉(zhuǎn)合金工件130來將熱噴射金屬表面涂層135形成在大體圓柱形合金工件130的周向表面的至少一部分上。合金工件130可以在噴霧錐125下方經(jīng)過并且穿過所述噴霧錐125。雖然圖1示意性地描繪了其中合金工件圍繞軸旋轉(zhuǎn)的實(shí)施方案，但將理解，可以采用任何替代方法，其中噴射裝置相對于合金工件平移，或反之亦然，以使得金屬涂布材料可以圍繞合金工件的表面分布并且沉積在所述表面上。

任選地，合金工件130在離開噴射腔室150和/或在離開噴射腔室150之后可以接觸一個或更多個輥(未示出)。在熱噴射以及任選地輥涂之后，可以從噴射腔室150去除合金工件。熔融涂布材料的任何過度噴射物可以固化為粉末以收集在腔室基部155中并且進(jìn)行回收。

在某些非限制性實(shí)施方案中，根據(jù)本公開的一種方法可以包括在熱噴射之后，輥涂合金工件以使熱噴射金屬表面涂層固結(jié)或致密化。無意受限于任何特定理論，相信半熔融金屬顆粒和/或熔融金屬液滴可以在形成期間和在飛濺時(shí)氧化，并且形成孔隙。所得熱噴射金屬表面涂層可以包括開孔孔隙率，所述開孔孔隙率可能干擾涂布合金工件的后續(xù)熱加工。在某些非限制性實(shí)施方案中，本發(fā)明方法可以包括在熱噴射之后，在噴射腔室中輥涂合金工件以去除或減小熱噴射金屬表面涂層中的開孔孔隙率。在某些非限制性實(shí)施方案中，所述方法可以包括在熱噴射之后，對涂布合金工件重加熱，并且輥涂合金工件以去除或減小熱噴射金屬表面涂層中的開孔孔隙率。在某些非限制性實(shí)施方案中，并且不具有限制性，輥涂過程可以使用至多17座輥，例如像2至8座，并且以至多100噸/小時(shí)的速率處理材料。在某些其它非限制性實(shí)施方案中，根據(jù)本公開的方法可以包括通過對涂布工件進(jìn)行熱等靜壓來使金屬表面涂層固結(jié)或致密化以去除或減小熱噴射金屬表面涂層中的開孔孔隙率。

在某些非限制性實(shí)施方案中，熱噴射表面涂層的特征可以與處理?xiàng)l件相關(guān)，所述處理?xiàng)l件包括但不限于溫度、壓力、間距(噴射噴嘴與合金工件的目標(biāo)表面之間的距離)、噴射速率以及沉積產(chǎn)率。在某些非限制性實(shí)施方案中，由熱噴射裝置產(chǎn)生的金屬涂布材料噴射物的壓力可以是1mpa、至多1mpa、小于1mpa、0.5至1mpa或0.7至1mpa。在某些非限制性實(shí)施方案中，由熱噴射裝置產(chǎn)生的金屬涂布材料噴射物的溫度可以是1000℉至2700℉、1500℉至2500℉或2250℉至2700℉。在某些非限制性實(shí)施方案中，由熱噴射裝置產(chǎn)生的金屬涂布材料的噴射速率可以是1磅/分鐘至100磅/分鐘、30磅/分鐘至100磅/分鐘、25磅/分鐘至75磅/分鐘或50磅/分鐘。在某些非限制性實(shí)施方案中，熱噴射裝置與合金工件的目標(biāo)表面之間的間隔距離可以是1英寸至72英寸、12英寸至72英寸、24英寸至36英寸、36英寸至72英寸、或36英寸。在某些非限制性實(shí)施方案中，熱噴射工藝的沉積產(chǎn)率可以是至多95％、至多80％、至多75％、至多70％、10％至95％、20％至80％、25％至75％、30％至60％或50％。如本文一般使用，術(shù)語“沉積產(chǎn)率”指代熱噴射金屬涂布材料中粘附至合金工件的百分比。

在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件上熱噴射金屬表面涂層的厚度可以是至多2英寸、至多1英寸、至多0.5英寸、至多0.25英寸、0.25至2英寸、0.5至1英寸或1至2英寸。在某些非限制性實(shí)施方案中，熱噴射金屬表面涂層在輥涂之后可以具有的厚度是至多2英寸、至多1英寸、至多0.5英寸、至多0.25英寸、0.25至2英寸、0.5至1英寸、1至2英寸、0.25至0.5英寸、0.1至0.5英寸或0.1至0.25英寸。在某些非限制性實(shí)施方案中，熱噴射金屬表面的厚度可以與合金工件的橫穿速度和/或旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)。

在某些非限制性實(shí)施方案中，處理合金工件以減少熱裂解的方法通?？梢园▽⒔饘偻坎疾牧侠鋰娚涞胶辖鸸ぜ谋砻娴闹辽僖徊糠稚?，以形成冶金地結(jié)合至合金工件的金屬表面涂層，其中金屬表面涂層減少合金工件的熱損失。在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件可以是大體圓柱形合金工件，并且金屬涂層可以沉積在例如合金工件的周向表面上。然而，將理解，合金工件可以具有不同的形狀。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解，冷噴射可以包括將金屬涂布材料噴射到表面上，同時(shí)金屬涂布材料處于比金屬涂布材料的熔點(diǎn)更低的溫度，以使得所噴射的金屬涂布材料包含金屬涂布材料的固體顆粒。

在某些非限制性實(shí)施方案中，參考圖3，冷噴射系統(tǒng)200通常可以包括用于保持固體微粒金屬涂布材料的器皿205。器皿205可以包括底壁，所述底壁具有允許固體微粒材料從器皿200流動的開口。噴嘴210如收斂-擴(kuò)散(拉瓦爾)型噴嘴可以與器皿200連通以從開口接收固體微粒材料。噴嘴210可以使流體流如空氣、氮?dú)?、氦氣、氬氣或其混合物加速至超聲速?？梢詮钠髅?00將固體微粒材料進(jìn)給為流體流以變成為夾帶于流中，并且使所述流體流加速至高速度，從而形成噴霧錐225。可以在噴嘴210的上游或在噴嘴210的出口處從器皿200將固體微粒材料進(jìn)給為流體流?？梢詫⒘黧w流加熱至小于固體微粒材料的熔點(diǎn)和/或軟化溫度的溫度。在某些非限制性實(shí)施方案中，在固體微粒材料實(shí)現(xiàn)足夠的速度以在沖擊工件205時(shí)塑性變形的噴嘴210的入口之前，可能并不對流體流加熱。在考慮本發(fā)明的實(shí)施方案的現(xiàn)有描述之后，可以結(jié)合本文描述的這個和其它非限制性實(shí)施方案一起使用的合適的噴嘴和冷噴射裝置對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是顯而易見的。

參考圖3中所示的非限制性實(shí)施方案，合金工件230可以平行于合金工件230的長軸移動和旋轉(zhuǎn)穿過旋轉(zhuǎn)密封件240而進(jìn)入噴射腔室250中。可以通過使噴霧錐225撞擊合金工件230并旋轉(zhuǎn)合金工件230來將冷噴射表面涂層235形成在合金工件230的周向表面的至少一部分上。合金工件230可以在噴霧錐225下方經(jīng)過并且穿過所述噴霧錐225。固體金屬涂布材料的任何過度噴射物可以收集在腔室基部255中并且進(jìn)行回收。雖然圖3示意性地描繪了其中合金工件圍繞軸旋轉(zhuǎn)的實(shí)施方案，但將理解，可以采用任何替代方法，其中噴射裝置相對于合金工件平移，或反之亦然，以使得金屬涂布材料可以圍繞合金工件的表面分布并且沉積在所述表面上。

可以在相對低的溫度，低于微粒狀金屬涂布材料和合金工件的熔點(diǎn)的溫度下執(zhí)行冷噴射。相對低的溫度可以防止金屬涂布材料的高溫氧化、蒸發(fā)、熔化、重結(jié)晶和/或氣體放出，這可以提供優(yōu)于熱噴射涂布方法的優(yōu)點(diǎn)。在某些非限制性實(shí)施方案中，固體金屬涂布材料的原始結(jié)構(gòu)和特性當(dāng)在合金工件上沉積為涂層時(shí)可以保存下來，而不存在可能另外與高溫涂布工藝?yán)缦竦入x子體、hvof、電弧、氣體火焰噴射或其它熱噴射工藝相關(guān)聯(lián)的相變。無意受限于任何特定理論，相信冷噴射涂布材料在飛濺期間可能不氧化，并且可以在合金工件上提供金屬涂層，所述金屬涂層具有比各種熱噴射涂層更高的密度和/或更低的熱導(dǎo)率。

例如在美國專利號5,302,414中大體描述了冷噴射的基本原理、設(shè)備以及方法。無意受限于任何特定理論，相信冷噴射表面涂層可能因顆粒撞擊工件的表面而形成。固體金屬顆粒對合金工件的影響可以使固體金屬顆粒塑性變形。顆粒/顆粒界面和/或顆粒/工件界面處的剪切可以使顆粒和/或合金工件上的表面氧化物膜分裂，從而引發(fā)金屬對金屬接觸，并且在各個金屬涂布顆粒之間并在金屬涂布顆粒與合金工件表面之間形成強(qiáng)冶金結(jié)合。冷噴射工藝的結(jié)合可以取決于顆粒變形過程，并且因此硬而脆的材料可能不利于冷噴射，因?yàn)樗鼈兯苄宰冃蔚哪芰τ邢蕖?/p>

在某些非限制性實(shí)施方案中，冷噴射表面涂層的特征可以與處理?xiàng)l件相關(guān)，所述處理?xiàng)l件包括但不限于溫度、壓力、合金工件的橫穿速度、間距(噴嘴與合金工件的表面之間的距離)、噴射速率以及沉積產(chǎn)率。在某些非限制性實(shí)施方案中，由冷噴射裝置產(chǎn)生的噴射物的壓力可以是0.5至5mpa、0.7至5mpa、1至5mpa、1至4mpa、0.3至1mpa、0.5至1mpa或0.7至1mpa。在某些非限制性實(shí)施方案中，由冷噴射裝置產(chǎn)生的噴射物的溫度可以是100℃至1000℃、100℃至600℃、250℃至600℃、300℃至1000℃、400℃至600℃、500℃至1000℃或500℃至800℃。在某些非限制性實(shí)施方案中，冷噴射裝置的噴射速率可以是1至200克/分鐘、10至100克/分鐘或0.1至1克/分鐘。在某些非限制性實(shí)施方案中，冷噴射裝置與合金工件的目標(biāo)表面之間的間隔距離可以是1至72英寸、12至72英寸、24至36英寸、36至72英寸或36英寸。在某些非限制性實(shí)施方案中，冷噴射工藝的沉積產(chǎn)率可以是至多95％、至多80％、至多75％、至多70％、10％至95％、20％至80％、25％至75％、30％至60％或50％。

在某些非限制性實(shí)施方案中，冷噴射表面涂層的厚度可以是至多2英寸、至多1英寸、至多0.5英寸、至多0.25英寸、0.25英寸至2英寸、0.5英寸至1英寸或1英寸至2英寸。在某些非限制性實(shí)施方案中，熱噴射金屬表面的厚度可以與合金工件的橫穿速度和/或旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)。

在根據(jù)本公開的某些非限制性實(shí)施方案中，在將表面涂層沉積在合金工件的周向或其它表面的區(qū)域上之后，可以對合金工件重定位以將沉積的表面涂層和表面的對應(yīng)區(qū)域從噴霧錐移開，并且朝向噴霧錐移動所述表面的第二或后續(xù)區(qū)域。在對合金工件重定位之后，可以通過在與合金工件的長軸平行的方向上移動合金工件以接觸噴霧錐來將金屬表面涂層冷噴射到合金工件的表面上。換言之，噴霧錐可以是靜止的，同時(shí)合金工件平行于合金工件的長軸移動，并且所述合金工件的表面的后續(xù)區(qū)域在噴霧錐下方經(jīng)過。

可以成功地重復(fù)合金工件的相對重定位以及金屬表面涂層在與合金工件的長軸平行的方向上在例如大致圓柱形合金工件的周向表面上的沉積，直到所述合金工件的周向表面基本上覆蓋有金屬涂層。在某些非限制性實(shí)施方案中，可以預(yù)先確定和/或主動地控制噴射參數(shù)和合金工件定位以在合金工件的周向表面的至少一部分上形成均勻的表面涂層。

合金可以熱加工的溫度范圍可以考慮合金中產(chǎn)生裂紋的溫度以及通過根據(jù)本公開的方法沉積的金屬涂布材料的構(gòu)成和形式。在熱加工操作的給定起始溫度下，一些合金可以在比其它合金更大的溫度范圍內(nèi)有效地?zé)峒庸?，因?yàn)楹辖鹬挟a(chǎn)生裂紋的溫度存在差異。對于具有相對較小熱加工溫度范圍(即，合金可以熱加工所處的最低溫度與產(chǎn)生裂紋所處的溫度之間的差異)的合金，金屬表面涂層的厚度可以相對更大以抑制或防止底層工件冷卻至產(chǎn)生裂紋的脆化溫度范圍。類似地，對于具有相對較大熱加工溫度范圍的合金，金屬表面涂層的厚度可以相對更小以抑制或防止底層合金鑄塊或其它合金工件冷卻至產(chǎn)生裂紋的脆化溫度范圍。

在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬表面涂層可以形成在合金工件的表面的至少一部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬表面涂層可以形成在工件的表面的相當(dāng)大一部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬表面涂層可以形成在合金工件的周向表面上。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬表面涂層可以形成在工件的周向表面和工件的至少一個側(cè)面或端面上。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬表面涂層可以形成在工件的周向表面和工件的每個側(cè)面或端面上。

根據(jù)本文公開的方法提供在合金工件上的金屬表面涂層可以沉積具有足以使底層工件表面與接觸模具的表面熱隔離的厚度，從而抑制或防止底層工件表面冷卻至熱加工期間底層工件表面可能更容易裂解的溫度。以此方式，較大熱加工溫度通?？梢耘c對較大金屬表面涂層厚度的偏好關(guān)聯(lián)。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬表面涂層可以具有適于減少工件的熱損失的厚度。無意受限于任何特定理論，在熱加工期間，金屬表面涂層可以減少合金工件的熱損失和/或增加工件相對于模具或其它接觸表面的滑動量。金屬表面涂層可以充當(dāng)工件通過對流、傳導(dǎo)和/或輻射產(chǎn)生的熱損失的熱屏障。

根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，處理合金鑄塊或其它合金工件以減少熱裂解的方法通?？梢园ㄔ诩庸ず辖鸸ぜ袄鋮s包括金屬表面涂層的合金工件。冷卻合金工件可以包括冷卻金屬表面涂層。在某些非限制性實(shí)施方案中，冷卻合金工件可以包括空氣冷卻合金工件。在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件的表面可以在加工合金工件之前冷卻至室溫。

在某些非限制性實(shí)施方案中，參考圖4，根據(jù)本公開處理合金工件以減少熱裂解的另外的方法通常包括40將合金工件插入到金屬罩殼中。金屬罩殼的內(nèi)表面的至少一部分包含鎳-硼涂層。將合金工件封裝在42金屬罩殼中以形成裝殼組件。將氣體的至少一部分從裝殼組件的內(nèi)部去除44，并且加熱裝殼組件46以瞬間液相結(jié)合合金工件與金屬罩殼。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼可以包括金屬蓋。例如，金屬蓋可以焊接或以其它方式牢固地附接至金屬罩殼的開口端以將合金工件封閉在金屬罩殼中并且從而形成裝殼組件。在所述方法的各種非限制性實(shí)施方案中，可以在金屬罩殼和金屬蓋的一個中提供出口，并且除出口之外可以密封裝殼組件?？梢酝ㄟ^在出口上產(chǎn)生真空來將氣體從裝殼組件的內(nèi)部抽出。

在某些非限制性實(shí)施方案中，鎳-硼涂層可以在裝殼組件的加熱期間將合金工件冶金地結(jié)合至金屬罩殼。因此，在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼可以指代或視作冶金地結(jié)合至合金工件的表面涂層。

在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼可以包括具有開口端和金屬蓋的大致圓柱形金屬部分，所述開口端和所述金屬蓋可以焊接或以其它方式附接至金屬部分的開口端并且從而將合金工件封裝在其中。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼可以包括0.25至1英寸例如像0.25至0.75英寸或大于0.25至0.5英寸的壁厚。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼可以包括比合金工件的外徑更大的內(nèi)徑，以使得合金工件可以設(shè)置在罩殼內(nèi)。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼可以包括罩殼的開口端處相對于閉口端處的內(nèi)徑更大的內(nèi)徑。在某些非限制性實(shí)施方案中，裝殼組件可以包括合金工件與金屬罩殼之間的間隙。在某些其它非限制性實(shí)施方案中，裝殼組件可能缺少合金工件與金屬罩殼之間的間隙。在某些非限制性實(shí)施方案中，可以將合金工件插入到金屬罩殼中以在重力作用下接觸金屬罩殼。在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件可以在瞬間液相結(jié)合和/或均化期間接觸其中包括鎳-硼涂層的金屬罩殼。

在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件和/或金屬罩殼可以呈錐形。錐形金屬罩殼可以通過冷成型并焊接金屬片以配合錐形合金工件來形成。在某些非限制性實(shí)施方案中，錐形合金工件和錐形金屬罩殼各自可以包括寬端和窄端。在某些非限制性實(shí)施方案中，窄端可以包括底端并且寬端可以包括頂端。在某些非限制性實(shí)施方案中，錐形合金工件和錐形金屬罩殼可以包括1:50至1:200、1:50至1:100、1:200、1:100或1:50的錐形。在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件可以包括錐形圓柱形外表面，并且金屬罩殼可以包括互補(bǔ)錐形圓柱形內(nèi)表面。在某些非限制性實(shí)施方案中，錐形表面的互補(bǔ)幾何形狀可以提供合金工件與包括鎳-硼涂層的金屬罩殼之間的緊密接觸。在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件可以沿合金工件的長軸的整個長度呈錐形。無意受限于任何特定理論，相信相對于非錐形合金工件和/或非錐形金屬罩殼，利用錐形工件和具有互補(bǔ)的幾何形狀的錐形金屬罩殼可以改進(jìn)合金工件與包括鎳-硼涂層的金屬罩殼之間的接觸。

在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼可以包含具有比合金工件更低的熱膨脹系數(shù)的材料。例如，奧氏體不銹鋼可以具有比碳鋼大約30％的熱膨脹系數(shù)。在某些非限制性實(shí)施方案中，在寬溫度范圍例如像68℉至2000℉內(nèi)，金屬罩殼的熱膨脹系數(shù)可以比合金工件的熱膨脹系數(shù)小至少20％。無意受限于任何特定理論，相信提供合金工件與金屬罩殼之間的熱膨脹性質(zhì)的這種差異可以產(chǎn)生壓應(yīng)力以在裝殼組件的加熱和瞬間液相結(jié)合期間維持合金工件與包括鎳-硼涂層的金屬罩殼之間的接觸。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼材料可以包括70℉至200℉下為6.9x10^-6英寸/英寸·℉(21℃至93℃下為12.4μm/m·℃)的熱膨脹系數(shù)。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼材料可以包括70℉至200℉下為9.2x10^-6英寸/英寸·℉(21℃至93℃下為16.5μm/m·℃)的熱膨脹系數(shù)。在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件可以包括70℉至200℉下為6.8x10^-6英寸/英寸·℉(21℃至93℃下為12.2μm/m·℃)的熱膨脹系數(shù)。

在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼可以包含選自鎳基合金、鐵基合金、鎳-鐵基合金、鈷基合金以及不銹鋼的材料。鐵基合金罩殼可以包含合金902(unsno.n09902)。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼可以包含type430不銹鋼(unsno.s43000)。

在某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件和金屬罩殼可以包含選自由鈷、鐵以及鎳組成的組的基礎(chǔ)金屬。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬罩殼的基礎(chǔ)金屬和合金工件的基礎(chǔ)金屬可以有所不同。例如，金屬罩殼可以包含選自合金902(unsno.n09902)和type430不銹鋼(unsno.s43000)的鐵基合金，同時(shí)合金工件可以包含選自合金720(unsno.n07720)、rene88^tm合金以及合金(unsno.n07001)的鎳基合金。

在某些非限制性實(shí)施方案中，方法可以包括在將合金工件插入到金屬罩殼中之前，將鎳-硼涂層沉積在金屬罩殼的內(nèi)表面的至少一部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可以通過化學(xué)鍍覆將鎳-硼涂層涂覆至金屬罩殼的內(nèi)表面。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知，化學(xué)鍍覆可以在不使用電流的情況下將材料沉積在表面上。一般而言，化學(xué)鍍覆包括在不使用電能的情況下使溶液中的一種或更多種金屬離子催化還原以將金屬沉積在表面上。沉積過程的驅(qū)動力可以由溶液中的化學(xué)還原劑提供。各種合適的化學(xué)鍍覆工藝可以用于將鎳-硼涂層沉積在金屬罩殼的內(nèi)表面上，并且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠容易地調(diào)整常規(guī)的化學(xué)鍍覆技術(shù)以結(jié)合本發(fā)明方法將合適的鎳-硼涂層提供在金屬罩殼的內(nèi)表面上。

在某些非限制性實(shí)施方案中，將鎳-硼涂層沉積在金屬罩殼的內(nèi)表面的至少一部分上通?？梢园ǎ簩?硼材料的鍍覆溶液設(shè)置在金屬罩殼的內(nèi)部中；將鎳-硼材料鍍覆到金屬罩殼的內(nèi)表面的至少一部分上；諸如通過出口將鍍覆溶液從金屬罩殼排出；沖洗金屬罩殼；以及例如像通過對金屬罩殼加熱來干燥金屬罩殼。所述過程向金屬罩殼的內(nèi)表面提供了鎳-硼涂層。在鍍覆過程期間，可以監(jiān)測和控制鍍覆溶液的溫度和ph。在某些非限制性實(shí)施方案中，鍍覆溶液可以保持處于恒定溫度。在某些非限制性實(shí)施方案中，最初可以對鍍覆溶液加熱以開始催化鍍覆過程。在某些非限制性實(shí)施方案中，可以選擇鍍覆時(shí)間以產(chǎn)生具有某一所需厚度的涂層。

在某些非限制性實(shí)施方案中，鍍覆溶液可以包含溶劑、還原劑、以及有待鍍覆到金屬罩殼的內(nèi)表面上的一種或更多種金屬的離子。溶劑可以包括水和/或醇，例如像甲醇和/或乙醇。可以使用例如在溶劑中至少部分可溶的金屬鹽來提供金屬離子。在某些非限制性實(shí)施方案中，金屬鹽可以包括鎳氯化物、硫酸鎳、甲酸鎳、乙酸鎳和/或在溶液中可溶的任何其它合適的鎳鹽。在某些非限制性實(shí)施方案中，鹽可以被選擇來使得鹽的陰離子不會干擾化學(xué)鍍覆過程或不會產(chǎn)生不需要的涂層性質(zhì)。在某些非限制性實(shí)施方案中，還原劑可以包括n-二甲基胺硼烷、h-二乙基胺硼烷以及硼氫化鈉中的一種或更多種。

在某些非限制性實(shí)施方案中，鍍覆溶液可以包含一種或更多種添加劑以控制溶液的ph，以使金屬離子穩(wěn)定，以防止金屬鹽的沉淀，以控制游離金屬離子濃度和/或以控制涂層的某些物理特性。在某些非限制性實(shí)施方案中，鍍覆溶液可以包含酸和/或堿以控制溶液ph。在某些非限制性實(shí)施方案中，鍍覆溶液可以包含絡(luò)合劑如酸(例如)以控制鍍覆溶液的游離鎳離子濃度。

在某些非限制性實(shí)施方案中，鍍覆溶液可以包含固體潤滑劑和/或硬質(zhì)顆粒以產(chǎn)生某些物理特性。例如，可以選擇固體潤滑劑和/或硬質(zhì)顆粒以產(chǎn)生具有某一摩擦系數(shù)或抗磨損性的涂層。在某些非限制性實(shí)施方案中，固體潤滑劑可以選自聚四氟乙烯、石墨以及二硫化鉬。在某些非限制性實(shí)施方案中，鍍覆溶液包含選自碳化物(例如，碳化硅和/或碳化鉻)、氮化物、硼化物、金剛石和/氧化物的硬質(zhì)顆粒。在某些非限制性實(shí)施方案中，固體潤滑劑和/或硬質(zhì)顆?？梢园瑧腋≡阱兏踩芤褐械姆勰?。在沉積過程期間，可以將一些懸浮材料并入到所得涂層中，從而產(chǎn)生所需的物理特性。在某些非限制性實(shí)施方案中，固體潤滑劑和/或硬質(zhì)顆粒按涂層的體積計(jì)可以分別構(gòu)成至多20％。在某些非限制性實(shí)施方案中，鎳-硼涂層可以具有比合金工件的硬度或抗磨損性更大的硬度和/或抗磨損性。

在某些非限制性實(shí)施方案中，鎳-硼涂層可以包含鎳和1至10重量百分比的硼，例如像，2至7重量百分比的硼，或3至5重量百分比的硼。在某些非限制性實(shí)施方案中，鎳-硼涂層可以包含鎳和3至5重量百分比的硼。鎳-硼涂層還可以包含附帶的雜質(zhì)。在某些非限制性實(shí)施方案中，鎳-硼涂層由或基本上由1至10重量百分比的硼、2至7重量百分比的硼，或3至5重量百分比的硼，鎳以及附帶的雜質(zhì)組成。

在某些非限制性實(shí)施方案中，鎳-硼涂層可以包括0.005英寸至0.25英寸，例如像0.005英寸至0.1英寸或0.005英寸至0.01英寸的厚度。

在某些非限制性實(shí)施方案中，在沉積鎳-硼涂層之前，可以例如通過磨削或剝除金屬罩殼的內(nèi)表面來對金屬罩殼進(jìn)行表面調(diào)節(jié)。在各種非限制性方法實(shí)施方案中，可以打磨和/或磨光金屬罩殼。在某些非限制性實(shí)施方案中，可以將金屬罩殼表面磨削至#3至#4拋光度以改進(jìn)鎳-硼涂層至罩殼的內(nèi)表面的結(jié)合。

在某些非限制性實(shí)施方案中，可以通過如上所述的熱噴射和冷噴射中的一種將鎳-硼涂層涂覆至金屬罩殼。在利用熱噴射將鎳-硼涂層涂覆至罩殼的內(nèi)壁的某些非限制性實(shí)施方案中，熔融金屬涂布材料可以包括鎳-硼合金。在利用冷噴射將鎳-硼涂層涂覆至罩殼的內(nèi)壁的某些非限制性實(shí)施方案中，金屬涂布材料的固體金屬顆?？梢园ㄦ?硼合金顆粒。在某些非限制性實(shí)施方案中，通過熱噴射或冷噴射涂覆的鎳-硼合金可以包括鎳基合金或構(gòu)成至多3重量百分比的硼的硼酸處理過的不銹鋼。在某些非限制性實(shí)施方案中，通過熱噴射或冷噴射涂覆的鎳-硼合金可以包括構(gòu)成1.75至2.25重量百分比的硼的type304b7不銹鋼(unsno.s30467)。

在某些非限制性實(shí)施方案中，在將鎳-硼涂層形成在金屬罩殼的內(nèi)表面的至少一部分上之后，但在插入合金工件之前，可以對金屬罩殼加熱。例如，在各種實(shí)施方案中，金屬罩殼可以暴露于高溫，例如像，1100℉至2500℉以使金屬罩殼膨脹，并且可以將合金工件插入到膨脹的金屬罩殼中。金屬罩殼可以在金屬罩殼冷卻時(shí)收縮，以使得鎳-硼涂層可以被拉成與合金工件緊密接觸。

在某些非限制性實(shí)施方案中，本發(fā)明方法可以包括通過將罩殼上提供的出口連接至真空泵并且施加真空以將氣體和/或濕氣的至少一部分從裝殼組件的內(nèi)部去除來將氣體從裝殼組件的內(nèi)部去除。在某些非限制性實(shí)施方案中，真空可以產(chǎn)生空氣壓縮壓力以在瞬間液相結(jié)合和/或均化期間使合金工件與金屬罩殼之間維持接觸。無意受限于任何特定理論，相信對裝殼組件加熱可能在裝殼組件的內(nèi)部產(chǎn)生氣體，所述氣體可能不利地影響瞬間液相結(jié)合形成和/或冶金結(jié)合形成。在某些非限制性實(shí)施方案中，方法可以包括同時(shí)施加真空以將氣體和/或濕氣從裝殼組件的內(nèi)部去除，并且將裝殼組件加熱至瞬間液相結(jié)合溫度和/或均化溫度。

在某些非限制性實(shí)施方案中，加熱裝殼組件以瞬間液相結(jié)合合金工件結(jié)合與金屬罩殼可以包括將裝殼組件放置在熔爐或烘箱中。在某些非限制性實(shí)施方案中，可以將裝殼組件加熱至瞬間液相結(jié)合溫度和均化溫度中的至少一個。在某些非限制性實(shí)施方案中，瞬間液相結(jié)合溫度可以小于或等于均化溫度。在某些非限制性實(shí)施方案中，瞬間液相結(jié)合溫度可以等于或大于鎳-硼涂層的熔化溫度。在某些非限制性實(shí)施方案中，鎳-硼涂層的熔化溫度可以小于或等于均化溫度。在某些非限制性實(shí)施方案中，均化溫度可以是2100℉至2200℉。在某些非限制性實(shí)施方案中，瞬間液相結(jié)合溫度可以是1800℉至2000℉。在某些非限制性實(shí)施方案中，鎳-硼涂層的熔化溫度可以是1850℉至1930℉。

在某些非限制性實(shí)施方案中，瞬間液相結(jié)合和均化可以同時(shí)發(fā)生。例如，在某些非限制性實(shí)施方案中，瞬間液相結(jié)合溫度可以與均化溫度重疊。無意受限于任何特定理論，相信在瞬間液相結(jié)合和/或均化期間，鎳-硼涂層可以熔化，并且硼可以擴(kuò)散進(jìn)入合金工件和金屬罩殼兩者中。隨著硼從鎳-硼涂層擴(kuò)散，鎳-硼涂層的熔點(diǎn)可以增大。當(dāng)鎳-硼涂層重固化時(shí)，可以形成將合金工件焊接至金屬罩殼的內(nèi)表面的冶金結(jié)合，從而產(chǎn)生瞬間液相結(jié)合。在某些非限制性實(shí)施方案中，瞬間液相結(jié)合可以在均化之前發(fā)生。

在某些非限制性實(shí)施方案中，可以在第一時(shí)間段內(nèi)將裝殼組件加熱至瞬間液相結(jié)合溫度，并且在第二時(shí)間段內(nèi)加熱至均化溫度。在某些非限制性實(shí)施方案中，第一時(shí)間段和第二時(shí)間段可以獨(dú)立地選自至多72小時(shí)、至多48小時(shí)、至多36小時(shí)、至多24小時(shí)、至多12小時(shí)、至多5小時(shí)、至多4小時(shí)以及至多2小時(shí)，例如像，24至72小時(shí)、36至48小時(shí)、6至24小時(shí)、1至5小時(shí)、2至4小時(shí)或2至3小時(shí)。在某些非限制性實(shí)施方案中，第一時(shí)間段可以是至多5小時(shí)，例如像，至多4小時(shí)、至多2小時(shí)、1至5小時(shí)、2至4小時(shí)或2至3小時(shí)。在某些非限制性實(shí)施方案中，第二時(shí)間段可以是至多72小時(shí)，例如像，至多48小時(shí)、至多36小時(shí)、至多24小時(shí)、至多12時(shí)、24至72小時(shí)、36至48小時(shí)或6至24小時(shí)。在某些非限制性實(shí)施方案中，可以將裝殼組件加熱至1850℉至1930℉的溫度，持續(xù)至多兩個小時(shí)，以使鎳-硼涂層熔化，并且導(dǎo)致合金工件與金屬罩殼之間的瞬間液相結(jié)合，之后將裝殼組件加熱至2100℉至2200℉的均化溫度，持續(xù)36至72小時(shí)。

在某些非限制性實(shí)施方案中，可以通過施加第一溫度梯度將裝殼組件加熱以產(chǎn)生合金工件與金屬罩殼之間的瞬間液相結(jié)合，并且之后通過施加第二溫度梯度來加熱以使合金工件均化。在某些非限制性實(shí)施方案中，第一溫度梯度可以是至少0.50℉/分鐘，例如像，至少0.75℉/分鐘、至少1℉/分鐘、至少2℉/分鐘、至多3℉/分鐘、至多2℉/分鐘、至多1.5℉/分鐘、至多1℉/分鐘、0.5至2℉/分鐘或0.6至1.75℉/分鐘。在某些非限制性實(shí)施方案中，第一溫度梯度可以處于在至多兩個小時(shí)的時(shí)間內(nèi)足以使溫度從1850℉至1930℉增加的速率。在某些非限制性實(shí)施方案中，第一溫度梯度可以是至少0.10℉/分鐘，例如像，至少0.2℉/分鐘、至少0.5℉/分鐘、至少0.75℉/分鐘、至多1℉/分鐘、至多1℉/分鐘、至多0.9℉/分鐘、至多0.75℉/分鐘、0.1至0.9℉/分鐘或0.2至0.5℉/分鐘。在某些非限制性實(shí)施方案中，第二溫度梯度可以處于在36至48小時(shí)內(nèi)足以使溫度從2100℉至2200℉增加的速率。無意受限于任何特定理論，相信使溫度梯度減緩接近鎳-硼涂層的熔點(diǎn)和/或保持處于鎳-硼涂層的熔點(diǎn)可以減少或防止熔化的鎳-硼涂層的大范圍遷移，并且在合金工件與金屬罩殼之間提供更強(qiáng)的冶金結(jié)合。在某些非限制性實(shí)施方案中，加熱可以從1850℉減至1930℉，并且從1900℉至1930℉保持1至2小時(shí)。

與本文描述的裝殼方法相比，常規(guī)的裝殼技術(shù)的特征可以在于較低的保護(hù)效率，因?yàn)榻饘贇o法冶金地結(jié)合至工件。無意受限于任何特定理論，相信金屬罩殼與合金工件之間的瞬間液相結(jié)合可以承受重型熱加工以有效地保護(hù)工件免于因模具急冷效應(yīng)所致的表面裂解，并且從而改進(jìn)鍛造產(chǎn)率。例如，本發(fā)明人已觀察到根據(jù)本發(fā)明方法產(chǎn)生的瞬間液相結(jié)合能夠承受非常惡劣的輥涂條件。鎳-硼表面涂層可以冶金地結(jié)合至合金工件的表面，并且直到熱加工以及在熱加工期間，金屬罩殼可以保持在合金工件的表面上。結(jié)合至合金工件的金屬罩殼可以減少合金工件的熱損失，并且相對于缺少這種結(jié)合罩殼的另外相同的合金工件消除或減小合金工件的鍛造、擠出或其它加工期間表面裂解的發(fā)生率。在旋轉(zhuǎn)鍛造以產(chǎn)生鍛造坯條和坯件產(chǎn)品之后和/或在輥涂以產(chǎn)生坯條和線圈產(chǎn)品之后，金屬罩殼可以仍冶金地結(jié)合至合金工件。

在某些非限制性實(shí)施方案中，參考圖5，處理合金工件以減少熱裂解的方法通常可以包括：提供50鑄塊；磨削52鑄塊以形成錐形鑄塊；提供54錐形金屬罩殼；通過化學(xué)鍍覆、噴射成型或冷噴射中的一種將鎳-硼涂層沉積56在金屬罩殼的內(nèi)表面的至少一部分上；沖洗58和干燥60金屬罩殼的內(nèi)表面；將合金工件插入到62金屬罩殼中；將合金工件封裝在64金屬罩殼中以形成裝殼組件；在真空下將氣體和/或濕氣的至少一部分從裝殼組件的內(nèi)部去除66；在真空下加熱68裝殼組件以瞬間液相結(jié)合合金工件與金屬罩殼的內(nèi)表面，從而形成70裝殼合金工件。

根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，可以對通過本文公開的方法的實(shí)施方案產(chǎn)生的涂布合金工件或裝殼合金工件熱加工。對涂布或裝殼合金工件熱加工可以包括將力施加至涂布或裝殼工件以使工件變形?？梢杂美缒＞吆?或輥施加所述力。在某些非限制性實(shí)施方案中，對涂布或裝殼合金工件熱加工可以包括在1500℉至2500℉的溫度下對工件熱加工。在某些非限制性實(shí)施方案中，對涂布或裝殼合金工件熱加工可以包括鍛造操作和/或擠出操作。例如，可以對具有根據(jù)本文公開的方法沉積在工件的表面的至少一個區(qū)域上的金屬表面涂層的工件，或已如本文公開已裝殼的合金工件進(jìn)行鐓壓鍛造和/或拉拔鍛造。在各種非限制性實(shí)施方案中，方法可以包括在將金屬表面涂層形成在工件上之后，通過鍛造來對涂布工件熱加工。在各種非限制性實(shí)施方案中，方法可以包括在將金屬表面涂層形成在工件上之后，通過在1500℉至2500℉的溫度下鍛造來對涂布合金工件熱加工。在各種非限制性實(shí)施方案中，方法可以包括在將表面涂層形成在合金工件上之后，通過擠出來對涂布合金工件熱加工。在各種非限制性實(shí)施方案中，方法可以包括在將金屬表面涂層形成在合金工件上之后，通過在1500℉至2500℉的溫度下擠出來對涂布合金工件熱加工。

鐓壓-拉拔鍛造操作可以包括鐓壓鍛造操作的一個或更多個順序以及拉拔鍛造操作的一個或更多個順序。在鐓壓鍛造操作期間，可以使工件的端表面與鍛造模具接觸，所述鍛造模具將力施加至工件，所述力將壓縮工件的長度并且增大工件的截面。在拉拔操作期間，可以使側(cè)表面(例如，圓柱形工件的周向表面)與鍛造模具接觸，所述鍛造模具將力施加至工件，所述力將壓縮工件的截面并且增大工件的長度。

根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，處理合金鑄塊或其它合金工件以減少熱裂解的方法通?？梢园▽⒔饘俦砻嫱繉拥闹辽僖徊糠趾?或表面涂層的剩余物從工件去除。在某些非限制性實(shí)施方案中，方法可以包括在對涂布工件熱加工之后，將金屬表面涂層的至少一部分從通過對工件熱加工形成的產(chǎn)品去除。去除表面涂層材料可以包括例如噴丸清理、磨削、剝除以及旋轉(zhuǎn)中的一種或更多種。在某些非限制性實(shí)施方案中，剝除熱加工的涂布工件可以包括車床旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，處理合金鑄塊或其它合金工件以減少熱裂解的方法通?？梢园▽⒔饘僬謿さ闹辽僖徊糠趾?或金屬罩殼的剩余物從工件去除。在某些非限制性實(shí)施方案中，方法可以包括在對裝殼工件熱加工之后，將金屬罩殼的至少一部分從通過對裝殼工件熱加工形成的產(chǎn)品去除。去除罩殼材料可以包括例如噴丸清理、磨削、剝除以及旋轉(zhuǎn)中的一種或更多種。在某些非限制性實(shí)施方案中，剝除熱加工的涂布工件可以包括車床旋轉(zhuǎn)。

在各種非限制性實(shí)施方案中，已被處理來包括金屬表面涂層或已如本文描述已裝殼的合金鑄塊或其它合金工件可以經(jīng)受一個或更多個鐓壓-拉拔鍛造操作。例如，在三重鐓壓-拉拔鍛造操作中，可以首先對涂布或裝殼工件鐓壓鍛造并且之后進(jìn)行拉拔鍛造。針對總共三個順序鐓壓-拉拔鍛造操作，鐓壓和拉拔順序可以重復(fù)兩次以上。在各種非限制性實(shí)施方案中，涂布或裝殼工件可以經(jīng)受一個或更多個擠出操作。例如，在擠出操作中，可以迫使大致圓柱形涂布或裝殼工件穿過圓形模具，從而減小工件的直徑并且增大所述工件的長度。其它熱加工技術(shù)對普通技術(shù)人員而言將是顯而易見的，并且根據(jù)本公開的方法可以適合于與此類其它技術(shù)中的一種或更多種一起使用，而不需要進(jìn)行額外的實(shí)驗(yàn)。

在各種非限制性實(shí)施方案中，本文公開的方法可以用于從呈澆鑄、固結(jié)或噴射成型鑄塊形式的合金鑄塊產(chǎn)生鍛制坯件。鑄塊變?yōu)榕骷蚱渌庸ぶ破返腻懺燹D(zhuǎn)化或擠出轉(zhuǎn)化可以在制品中產(chǎn)生與早先工件相比較更為精細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)。本文描述用于產(chǎn)生涂布和裝殼合金工件的方法和工藝可以改進(jìn)由工件制成的鍛造或擠出產(chǎn)品(例如像，坯件)的產(chǎn)率，因?yàn)樘峁┰诤辖鸸ぜ谋砻嫔系牟牧峡梢詼p少鍛造和/或擠出操作期間工件的表面裂解的發(fā)生率。例如，已觀察到根據(jù)本公開的方法的實(shí)施方案提供在合金工件表面的區(qū)域上的金屬表面涂層可承受由加工模具誘導(dǎo)的應(yīng)變。還觀察到，根據(jù)本公開提供的金屬表面涂層可更容易地承受熱加工期間在加工模具與合金工件之間的溫度差異。以此方式，已觀察到根據(jù)本公開的金屬表面涂層可以展現(xiàn)出零或微小的表面裂解，同時(shí)防止或減少加工期間在底層合金工件中的表面裂紋引發(fā)。

在各種非限制性實(shí)施方案中，含有各種合金，根據(jù)本公開具有表面涂層或進(jìn)行裝殼的鑄塊或其它工件可以被熱加工來形成可以用于制作各種制品的產(chǎn)品。例如，本文描述的工藝可以用于由鎳基合金、鐵基合金、鎳-鐵基合金、鈦基合金、鈦-鎳基合金、鈷基合金、鎳基超合金以及其它超合金形成坯件的過程中。由熱加工的鑄塊或其它合金工件形成的坯件或其它產(chǎn)品可以用于制作制品，所述制品包括但不限于渦輪機(jī)部件，例如像，渦輪發(fā)動機(jī)的圓盤和環(huán)形件以及各種陸用渦輪機(jī)。由根據(jù)本文描述的各種非限制性實(shí)施方案處理的合金鑄塊或其它合金工件制成的其它制品可以包括但不限于閥、發(fā)動機(jī)部件、軸以及緊固件。

可以根據(jù)本文各種實(shí)施方案處理的合金工件可以呈任何合適的形式。在特定的非限制性實(shí)施方案中，例如，合金工件可以包括或呈以下形式：鑄塊、坯件、坯條、坯板、坯管、燒結(jié)預(yù)制件等。

除非另外指示，否則本文中引用的所有文獻(xiàn)以引用方式并入本文。對任何文獻(xiàn)的引用不應(yīng)解釋為承認(rèn)所述文獻(xiàn)是關(guān)于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。另外，如果本文獻(xiàn)中的術(shù)語的任何含義或定義與以引用方式并入的文獻(xiàn)中的相同術(shù)語的任何含義或定義相沖突，則將以賦予本文獻(xiàn)中的術(shù)語的含義或定義為準(zhǔn)。

雖然已說明和描述了本發(fā)明的具體非限制性實(shí)施方案，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種其它變化和修改。因此，在所附權(quán)利要求書中意圖涵蓋處于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有此類變化和修改。