專利名稱：具有擴(kuò)大抵抗能力的設(shè)備磨損表面及其加工方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求了以下臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)于2003年2月7日提交的60/445,631；60/445,615；60/445,659；60/445,633；60/445,609；60/445,610和60/445,632；以及于2003年2月14日提交的60/447,808。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及加工/處理可流動/可移動材料的工藝設(shè)備，所述材料可以用第二固相來填充，或者其就是可流動/可移動的第二固相。這樣的固體的行為使工藝磨損表面出現(xiàn)加速磨蝕(abrasion)、侵蝕(corrosion)和/或腐蝕(erosion)，本發(fā)明針對這些情況提供改進(jìn)的抵抗能力。
多種工藝設(shè)備具有遭受加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕的磨損表面，這樣的設(shè)備例如包括成形工具(forming tool)、擠壓及混配設(shè)備、尺寸減小及大小分級設(shè)備、孔口(orifice)及相關(guān)組件、引擎(渦輪、柴油機(jī)及奧托循環(huán))、射彈(projectile)武器(槍炮)、推子刀片(clipper blade)及梳具(comb)，等等。通常，這樣的設(shè)備處理包含第二的、固相的液體和氣體工藝流(process stream)。這樣的固體撞擊在工藝設(shè)備磨損表面上，并導(dǎo)致加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕。
另外，一些工藝設(shè)備僅僅處理固體本身(如一卷或一團(tuán)紙、纖維、塑料或諸如此類的東西)。這樣的固體卷也使加工磨損表面出現(xiàn)加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕。甚至包含夾帶顆粒的空氣也會加速例如對管道彎頭(pipe elbow)的磨損。因而，可以理解工藝設(shè)備代表了種類繁多的具有磨損表面的設(shè)備，磨損表面受到磨損表面和與之接觸的固體之間的相對運(yùn)動的不利影響，無論所述固體是否夾帶在氣體或液體中。
盡管將磨損硬化層(wear-hardening layer)(例如襯)附加或施加到工藝設(shè)備磨損表面，或者由更堅(jiān)固的材料來加工磨損表面，在某種程度上解決了加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕的問題，但是，技術(shù)人員很容易意識到對于種類繁多的工藝設(shè)備的各種應(yīng)用而言，所需要的比這些多得多。
迄今為止，已提出各種硬性的表面覆層。美國專利No.5,891,523提出在進(jìn)行具有金剛石的無電鍍Ni蓋覆(coating)之前對金屬梳輥進(jìn)行預(yù)熱處理，以及4,358,923提出金屬合金和顆粒的無電鍍覆層，所述顆粒包含多晶金剛石。用Ni-P和Ni-P-SiC的無電鍍覆層進(jìn)行表面蓋覆已使成型模具(molding die)的表面堅(jiān)硬(《硬性覆層手冊(Handbook ofHardcoatings)》，Bunshah，R.F.編輯，Noyes出版，2001)。同樣已提出在無電鍍Ni-P覆層內(nèi)共沉積(co-deposit)其他固體顆粒，包括SiC、B4C、Al2O3、金剛石、PTFE、MoS2以及石墨(Apachitei等人，“無電鍍Ni-P復(fù)合物覆層熱處理對襯底和覆層微硬度的影響(Electroless Ni-P Composite CoatingsThe Effect of Heat Treatment on TheMicrohardness of Substrate and Coating)”，《原材料(Scripts Materials)》，Vol.38，No.9，pp.1347-1353，Elsevier Science，Ltd.1958)。在下述文獻(xiàn)中，對另外的Ni-P磨損覆層進(jìn)行了討論，所述文獻(xiàn)為Bozzini等人，“無電鍍Ni-P(9％)/B4C膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能以及摩擦學(xué)行為之間的關(guān)系(Relationships among crystallographic structure，mechanicalproperties and tribiological behavior of electroless Ni-P(9％)/B4C films)”，《磨損(Wear)》，225-229(1999)806-813；Wang等人，“鋁活塞裙覆層相對于鋁氣缸筒的劃傷與磨損行為(Scuffing and wear behavior of aluminum piston skirt coatings against aluminum cylinderbore)”，《磨損(Wear)》，225-229(1999)1100-1108；Hamid等人，“用于6061鋁合金抗磨損的無電鍍鎳-磷復(fù)合物沉積的進(jìn)展(Development of electrolessnickel-phosphorous composite deposits for wear resistance of 6061 aluminum alloy)”，《材料通訊(Material Letters)》，57(2002)720-726；Palumbo等人，“用于表面硬性蓋覆應(yīng)用的電沉積納米晶體覆層(Electrodeposited Nanocrystalline Coatings for Hard-FacingApplication)”，《AESF SUR/FIN學(xué)報(bào)(AESF SUR/FINProceedings)》，686，2002學(xué)報(bào)；Mallory等人，“復(fù)合物無電鍍(Composite Electroless Plating)”，第11章，《無電鍍鍍覆基本原理和應(yīng)用(Electroless PlatingFundamentals and Applications)》，美國電鍍工和表面精整工協(xié)會(1990)(American Electroplaters and Surface Finishers Society(1990))；以及Feldstein等人，“用于齒輪工業(yè)的復(fù)合物無電鍍鎳覆層”(CompositeElectroless Nickel Coatings for the Gear Industry)，《齒輪技術(shù)，齒輪加工雜志(GearTechnology，The Journal of Gear Manufacturing)》，1997。在《塑料和加工中的磨損(Wearin plastics and processing)》，第2章，“金屬和抗磨損表面硬性蓋覆(Metals and Wear ResistantHardfacings)”，171(1990)中給出關(guān)于無電鍍鎳鍍覆原理的一般敘述。
發(fā)明簡述本發(fā)明的一方面是一種加工工藝設(shè)備的方法，所述設(shè)備具有磨損表面，該磨損表面對與所述工藝設(shè)備處理的填料或已填充的材料(filled material)相關(guān)聯(lián)的磨蝕、侵蝕或腐蝕中的一個(gè)或多個(gè)具有擴(kuò)大的抵抗能力。這種擴(kuò)大的抵抗能力是通過形成帶有金屬基體復(fù)合物的工藝設(shè)備磨損表面來獲得的，所述金屬基體復(fù)合物填充有磨料顆粒。本發(fā)明的另一個(gè)方面是具有磨損表面的工藝設(shè)備，該磨損表面對與所述工藝設(shè)備處理的已填充的材料相關(guān)聯(lián)的磨蝕、侵蝕或腐蝕中的一個(gè)或多個(gè)具有擴(kuò)大的抵抗能力，其中所述設(shè)備磨損表面帶有填充有磨料顆粒的金屬基體復(fù)合物。
以下將描述多種工藝設(shè)備，其設(shè)備磨損表面對與所述工藝設(shè)備處理的已填充的材料相關(guān)聯(lián)的磨蝕、侵蝕或腐蝕展現(xiàn)出擴(kuò)大的抵抗能力。本發(fā)明將通過用超級磨料復(fù)合物(superabrasive composite)鍍覆磨損表面部分來進(jìn)行舉例。但是，應(yīng)該理解，其他結(jié)合所述已填充的復(fù)合物的方法也可以實(shí)施，正如熟練技術(shù)人員容易意識到的那樣。


為了更全面地理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該結(jié)合附圖參照下面的詳細(xì)描述，其中圖1是示出成形工具(即，用在擠壓機(jī)操作中的擠壓機(jī)螺桿(extruder screw)、筒(barrel)以及模具)的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；圖2是用在粉末壓制操作中的模具的剖面圖；圖3A和3B示出成形工具(即，用在注射成型操作中的注射成型筒、螺桿以及模鑄模具(die cast mold)的一個(gè)實(shí)施方案；圖4是示出用在金屬澆鑄操作中的成形工具、雙輥以及澆鑄嘴的示意圖；圖5是貫穿常規(guī)沖頭和模具組的剖視圖；圖6是貫穿常規(guī)壓力輥的剖視圖；圖7A和7B是具有金剛石鑲嵌刀具的常規(guī)鋼體翼狀鉆頭(drag bit)的簡圖；圖8是常規(guī)管道彎頭的平面視圖；以及圖9是常規(guī)鋼泵葉輪的透視圖。
下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述這些圖。
具體實(shí)施例方式
為清楚明白起見，下面定義下列術(shù)語(單數(shù)包括復(fù)數(shù)，反之亦然)●“材料”是指固體、液體或氣體(包括凝膠體及其他有形和無形物)，它們可以為載體或者包括填料的組成(composition)的組分(component)。
●“填料”是指這樣的固體或固體類似物顆粒(經(jīng)常是細(xì)微分割的，例如顆粒、碎片、須(whisker)、纖維，等等)，即在相對于磨損表面運(yùn)動的情況下，所述固體或固體類似物顆粒導(dǎo)致加速磨蝕、侵蝕和/或腐蝕，并且包括陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機(jī)材料(例如塑料)、有粘結(jié)性的材料、纖維素或生物質(zhì)(即來自曾經(jīng)活的生物體的材料或分泌物，尤其包括細(xì)菌、軟體動物殼、病毒微粒、細(xì)胞壁、堅(jiān)果殼、骨、甘蔗渣、冰晶，等等)中的一種或多種。填料不包括連續(xù)的纖維、繩以及薄片。填料可以是想要的(加入的、原位形成的，或類似的)或者可以是不想要的(副產(chǎn)品、污染物，或類似的)。
●“已填充的(filed)”是指材料以不同于該材料的相的方式保留填料，所述填料尤其包括顆粒、碎片、須、纖維，等等。
●“可流動的”是指填料相對于工藝設(shè)備磨損表面空間地移動，無論所述移動是通過磨損表面的運(yùn)動，材料的運(yùn)動，還是二者的運(yùn)動；并且包括通過材料的運(yùn)動而產(chǎn)生的填料在其中散開的相對運(yùn)動，通過重力產(chǎn)生的運(yùn)動，通過正/負(fù)壓產(chǎn)生的運(yùn)動，等等；無論這樣的運(yùn)動是想要的，或是不是想要的。
●“流暢的(fluent)”是指材料是處于液相(包括通過加熱和通過溶解)或者氣相，并且是可流動的。
●“工藝設(shè)備”是指處理材料(已填充的和非已填充的)的設(shè)備，無論是通過簡單運(yùn)動，還是針對材料進(jìn)行化學(xué)/機(jī)械/電氣操作；并且包括該工藝設(shè)備的組件，所述組件可以具有想要的或不想要的磨損表面。工藝設(shè)備不包括用于加工連續(xù)的纖維、繩以及薄片的設(shè)備。
●“超級磨料顆?！笔侵竼尉Ы饎偸?天然的和合成的)以及cBN。
●“金屬基體復(fù)合物”是指帶有超級磨料顆粒的金屬。
●“磨損表面”是指工藝設(shè)備(或者該工藝設(shè)備的組件，所述組件具有想要或不想要的磨損表面)的表面，所述表面遭受可流動填料(包括在已填充的材料中的填料)行為的磨蝕、侵蝕和/或腐蝕。
種類繁多的工藝設(shè)備處理填料或者離散的固體(經(jīng)常為已填充的材料)，并且具有一個(gè)或多個(gè)磨損表面，所述磨損表面遭受主要是固體(或固體類似物，其中在磨損表面上碰撞的液體/凝膠液滴可以具有與固體同樣的磨損效果)行為造成的磨蝕、侵蝕和/或腐蝕，所述固體(例如正在被處理的已填充材料中的固體填料)相對于磨損表面流動或移動。這樣的工藝設(shè)備，尤其包括引擎、擠壓及混配設(shè)備、尺寸減小及大小分級設(shè)備、孔口、槍炮、擠壓機(jī)模具、管道中的彎頭、修剪工具、不連續(xù)的纖維(玻璃、陶瓷、聚合物)處理設(shè)備，等等。這樣的磨損表面可以用金屬基體復(fù)合物蓋覆，并且，在所述填料運(yùn)動期間，對接觸這樣的磨損表面的填料的有害行為呈現(xiàn)出擴(kuò)大的抵抗能力。
超級磨料顆粒超級研磨或超硬材料一般指金剛石、立方氮化硼(cBN)以及其他具有超過大約3200kg/mm2維氏硬度的材料，并且經(jīng)常碰見的為尺寸范圍從大約1000微米(相當(dāng)于約20目)到小于約0.1微米的粉末?？梢詮淖匀毁Y源獲得或者使用多種技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)金剛石，生產(chǎn)技術(shù)例如包括高壓/高溫(HP/HT)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或者沖擊爆炸方法(shockdetonation method)。cBN僅僅作為人造材料而獲得，并且通常使用HP/HT的方法制得。
超級研磨材料(有時(shí)稱作“極硬的磨料”)是高度惰性和抗磨損的。當(dāng)被使用為成形工具的磨損表面時(shí)，這些超級研磨材料呈現(xiàn)出顯著改進(jìn)的組合抗磨損(磨蝕和侵蝕)和抗腐蝕能力。
在一個(gè)實(shí)施方案中，可以將可選的研磨材料加到超級研磨材料中。那些研磨材料可以是細(xì)固體顆粒，為硼-碳-氮-硅系的合金或化合物一種或多種，例如hBN(六方氮化硼)、SiC、Si3N4、WC、TiC、CrC、B4C、Al2O3。所選擇的研磨材料(超級研磨材料和可選材料，有時(shí)都稱作“砂”(grit))的平均尺寸由各種因素確定，例如包括所使用的超級磨料/磨料的類型，工藝設(shè)備的類型，所處理的已填充的材料類型，等等因數(shù)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，組成復(fù)合物覆層的超級磨料或磨料顆粒的體積百分比可以在約5體積百分比(vol-％)到約80vol-％的范圍中。復(fù)合物中覆層的剩余體積包括金屬性的基體和任何添加物，所述基體將所述顆粒結(jié)合或者保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，復(fù)合物中研磨材料的顆粒尺寸在約0.1直到約6mm(平均顆粒尺寸)的范圍。在又一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒尺寸范圍從約0.1到約50微米。在再一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒尺寸范圍從約0.5到約10微米。
沉積金屬/金剛石(或cBN)覆層在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，使用磨料的常規(guī)電鍍方法在工藝設(shè)備的磨損表面上沉積至少一個(gè)超級磨料復(fù)合物的覆層，所述復(fù)合物包括金剛石和/或cBN。通過至少一個(gè)金屬覆層將所述超級磨料復(fù)合物附加到所述磨損表面，所述金屬覆層是使用本領(lǐng)域已知的金屬電沉積技術(shù)而獲得的。
在電鍍方法的一個(gè)實(shí)施方案中，在工藝設(shè)備磨損表面上沉積金屬直到獲得所希望的厚度。該金屬覆層具有在約0.5到約1000微米范圍的組合厚度，并且在一個(gè)實(shí)施方案中為超級磨料復(fù)合物中一個(gè)磨料顆粒高度(即直徑或厚度)的約10％到約30％。
要作為電鍍復(fù)合物的用于電極或相對的電極的金屬材料選自以下成形材料(shapedmaterial)之中的一種或多種鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金、鉻、鉻合金、錫、錫合金、鈷、鈷合金、鋅、鋅合金，或者任何過渡金屬及它們的合金。在一個(gè)實(shí)施方案中，包含在復(fù)合物電鍍液中的金屬離子為鎳、鉻、鈷、銅、鐵、鋅、錫或鎢之中的一種或多種的離子。所述金屬離子形成單個(gè)金屬或合金的金屬基體，或者形成例如金屬氧化物、磷化物、硼化物、硅化物或金屬的其他化合形式的金屬基體。例如，當(dāng)選Ni為金屬基體時(shí)，Ni可以為鎳-磷(Ni-P)的形式，其P的含量在一個(gè)實(shí)施方案中小于約5％(重量)，而在另一個(gè)實(shí)施方案中小于約3wt％。
為了在已鍍覆的金屬上沉積，將本發(fā)明的超級磨料顆粒(即金剛石或立方氮化硼)和可選研磨材料放入電鍍浴(plating bath)中。電鍍浴混合物中超級磨料顆粒的數(shù)量可以在約5％到約30％(體積)的范圍。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，使用無電鍍金屬鍍覆方法將超級磨料覆層置于工藝設(shè)備的磨損表面之上。這種方法比電鍍方法慢；但是，它允許本發(fā)明的超級磨料覆層的鍍覆可以在具有復(fù)雜表面(例如，深的孔和通路)的工藝設(shè)備磨損表面上進(jìn)行。無電鍍(自催化)蓋覆方法一般在本領(lǐng)域是已知的，并且尤其如美國專利No.5,145,517所公開的那樣，該蓋覆方法的公開特意在此引入作為參考。
在無電鍍金屬加工的一個(gè)實(shí)施方案中，工藝設(shè)備的磨損表面與穩(wěn)定的無電鍍金屬化浴(metallizing bath)接觸或者浸沒在其中，所述金屬化浴包括金屬鹽、無電鍍還原劑、配位劑、非離子化合物的無電鍍鍍覆穩(wěn)定劑，連同陰離子、陽離子或兩性化合物之中的一個(gè)或多個(gè)，以及一定數(shù)量的超級磨料顆粒(它們在金屬化浴中本質(zhì)上是不溶解或少量溶解的)，并且可選擇地包括顆粒物質(zhì)穩(wěn)定劑(particulate matter stabilizer)(PMS)。
在工藝設(shè)備磨損表面的金屬化期間，超級磨料或砂在金屬化鍍液中以懸浮狀態(tài)保持足夠的時(shí)間，以便用散開在其中的超級研磨材料制作所希望厚度的金屬性覆層。
在金屬化浴的一個(gè)實(shí)施例中，除金剛石或cBN之外，可以將種類繁多的不同物質(zhì)加到浴中，例如陶瓷、玻璃、滑石、塑料、石墨、各種金屬的氧化物、硅化物、碳酸鹽、碳化物、硫化物、磷酸鹽、硼化物、硅酸鹽、氨基苯胂酸鹽(oxylate)、氮化物、氟化物，以及例如硼、鉭、不銹鋼、鉻、鉬、釩、鋯、鈦和鎢之中的一種或多種金屬或者合金。在沉積過程期間，顆粒物連同超級研磨材料一起懸浮在無電鍍鍍覆液中，并且所述顆粒被共同沉積在成形工具表面上的金屬性或合金基體中。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在鍍覆處理之前，要被金屬化/蓋覆的工藝設(shè)備磨損表面在實(shí)際沉積步驟之前須經(jīng)受一般的預(yù)處理(例如，清潔、擊打(strike)等)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，除實(shí)際鍍覆(沉積)之外，在成形工具磨損表面(襯底)金屬化之后還有另外的熱處理步驟。這種在大約400℃以下的熱處理提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如包括改進(jìn)的金屬覆層對襯底的附著力，更好的基體與顆粒的結(jié)合(cohesion)，以及基體的淀積硬化(precipitation hardening)。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，并且根據(jù)工藝設(shè)備的最終使用，在成形工具表面蓋覆超級磨料的無電鍍或電鍍處理完成以后，可以在金屬覆層及超級磨料復(fù)合物上施加有機(jī)膠料(size)覆層。有機(jī)膠料覆層的實(shí)施例包括以下材料中的一種或多種酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基塑料樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸改性的異氰尿酸酯樹脂、脲醛樹脂、丙烯酸改性的環(huán)氧樹脂、丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯樹脂或者它們的組合；并且可以被干燥、熱固化或者通過暴露在輻射(例如，紫外光)下而固化。
成形工具成形工具，尤其包括軋制、旋壓(spinning)、剪切、彎曲、拉制(drawing)、型鍛(swaging)、熱鍛造、沖制(coining)、擠壓、注模、壓模、傳遞模塑以及層壓，被使用來形成各種材料，所述材料尤其包括金屬、塑料、合成橡膠、陶瓷以及復(fù)合物。成形工具一般涉及在移動的表面之間，或者在靜止和移動的表面之間以壓力輸送材料。在一些操作中，例如擠壓加工，由于混合、剪切、旋轉(zhuǎn)等類似動作，成形工具還遭受高的剪切率。在一些操作中，被加工的材料可以包含磨蝕性的(例如，玻璃、陶瓷、水泥、金屬陶瓷等)或腐蝕性的(例如，化學(xué)品、金屬等)物質(zhì)。成形工具的有效表面(active surface)典型地由高性能的材料(例如，熱處理過的鐵合金、高溫合金(如，SAE 4140)、碳化物復(fù)合物或者陶瓷)制成。一些工具進(jìn)一步通過火焰處理(flame treatment)使其堅(jiān)韌以增加硬度。另外，膜、覆層或者表面改性(例如，以鉻或鎳鍍覆)可以延長工具成形組件的壽命。
成形工具磨蝕、侵蝕以及腐蝕(包括磨損)限制了在許多工業(yè)加工中的生產(chǎn)率。更換和重新整修這些成形組件消耗設(shè)備的生產(chǎn)能力，增加直接和間接的產(chǎn)品成本，并且會影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)出。例如，用于形成基于水泥的建筑物壁板的壓力施加輥(pressure applicationroll)可以每4個(gè)星期更換或者重新整修。冷軋機(jī)中的金屬成形輥可以頻繁到每三天就要更換，其中更換時(shí)間耗費(fèi)軋機(jī)生產(chǎn)能力的約2％-3％。這些加工中所使用工具的磨蝕、侵蝕以及腐蝕影響所形成的產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和制作成本。
本發(fā)明的成形工具是那些具有超級磨料復(fù)合物磨損表面的成形工具，所述超級磨料復(fù)合物包括金剛石或立方氮化硼(cBN)之中的一個(gè)或多個(gè)，所述工具用于以下操作，尤其包括軋制、旋壓、剪切、彎曲、拉制、型鍛、熱鍛造、沖制、擠壓、注模、壓模、傳遞模塑以及層壓，被使用來形成下列材料中的一種或多種，所述材料尤其包括金屬、塑料、彈性體、陶瓷或復(fù)合物。
以上所述的超級磨料復(fù)合物起許多成形工具的磨損表面的作用，作為在操作中使用的成形工具的襯底基礎(chǔ)上面的覆層，所述操作尤其包括擠壓、注模、壓模、傳遞模塑、軋制、旋壓、剪切、彎曲、拉制、型鍛、熱鍛造、沖制、或?qū)訅?，被使用來形成下列材料中的一種或多種，所述材料尤其包括金屬、塑料、彈性體、陶瓷和復(fù)合物。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，成形工具為擠壓機(jī)組件形式，用于將種類繁多的材料(例如包括塑料、粘性團(tuán)(cementitious dough)、復(fù)合物等)擠壓成包括結(jié)構(gòu)形狀的各種形狀，例如平薄板、成形薄板(contoured sheet)、管道、桿、工字梁、管、蜂巢、以及其他實(shí)心或空心的形狀。在擠壓機(jī)操作中，本發(fā)明這個(gè)方面中的成形工具可以為擠壓機(jī)筒、螺桿、襯、孔口或者特別地為擠壓機(jī)模具的形式，如圖1中的常規(guī)螺桿型擠壓機(jī)操作所示。這樣的常規(guī)螺桿型擠壓機(jī)10包括用來接收原料的斗12，原料被輸送進(jìn)入設(shè)置有加熱器/冷卻器16和氣體通風(fēng)孔18的兩級螺桿14。被擠壓的材料然后經(jīng)過截?cái)喟?breaker plate)20、轉(zhuǎn)門(swing gate)22以及壓頭(head pressure)閥24，并且輸出給帶走設(shè)備(takeawayequipment)，如箭頭26所指。
在擠壓機(jī)組件的一個(gè)實(shí)施方案中，成形工具為擠壓機(jī)模具的形式，其中模具襯底用堅(jiān)固的(rugged)合金鋼(例如SAE 4140，具有35-40的洛氏C硬度)制成。在用本發(fā)明的超級磨料覆層蓋覆之前，螺桿襯底(screw substrate)可以進(jìn)一步通過火焰處理使其韌化以達(dá)到50或更高的洛氏C，或者通過施加特殊的表面硬化合金(例如鉻或鎳)來保護(hù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，成形工具是以沖頭(punch)和模具的形式用在粉末/陶瓷壓制操作中，用于至少20tsi(通常在約20至約100tsi的范圍)的壓力和至少1200°F(通常在約1400°F至約2000°F)的溫度下的操作。在這個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的成形工具是為了將金屬工具粉末壓制成部件，即由球墨鑄鐵常規(guī)地形成的部件，例如汽車引擎以及變速器部件、小齒輪、滾子、滑塊、閥門、輸出軸轂等。
圖2是用在粉末壓制操作中的模具28的剖面圖。在一個(gè)實(shí)施方案中，即使以本發(fā)明的超級磨料復(fù)合物蓋覆時(shí)，模具襯底例如由洛氏C硬度至少約70并且不超過95的燒結(jié)硬質(zhì)合金或合金鋼制成，以獲得足夠的韌性和所要求的彈性來防止破裂和碎裂。
在本發(fā)明這個(gè)方面的第三個(gè)實(shí)施方案中，成形工具是用在注模操作中的組件30，如圖3所示，所述組件包括成型模具32、筒34、螺桿36、料斗38、以及通常為馬達(dá)的驅(qū)動器40。這些可以包括成型模具(靜止模具和可移動模具；參見圖3中代表性的單腔模具42；多腔模具44；組合模具46和單元模具48)、注射噴嘴、模具中的直澆口(sprue hole)、澆口槽(runner groove)、加熱筒、缸體、閥門端頭(valve tip)、熱澆口端頭(hot runnertip)和主體(body)，以及徑向和軸向驅(qū)動被成型材料的螺桿。成型操作的典型條件不像在粉末/陶瓷壓制操作中的那樣嚴(yán)格，但盡管如此，它們?nèi)孕枰尚驮O(shè)備。操作中的具體溫度、壓力和時(shí)間范圍一般依賴于被成型的具體材料以及所使用的成型設(shè)備的類型。在成型操作的一個(gè)實(shí)施方案中，成型壓力在約0.5tsi到約5tsi，并且其中壓制溫度典型地在約100℃到約250℃的范圍，以及其中在模內(nèi)的保持時(shí)間通常為約15到約120秒。
在一個(gè)實(shí)施方案中，使用在成型操作中的成形工具的基礎(chǔ)襯底是由燒結(jié)硬合金或者合金鋼(例如基于鎳的合金等，如鋁化鎳合金)制成的襯底制成的，以獲得對侵蝕、磨損以及磨蝕的高水平抵抗能力。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，成形工具為用于金屬成形操作(例如，金屬的澆鑄、層壓或者鍛造)的設(shè)備的形式。
圖4示出本發(fā)明的成形工具，壓延輥以及鑄口，在連續(xù)的金屬鑄造操作中的情況。在帶坯連鑄(strip casting)加工的這個(gè)實(shí)施方案中，一對用本發(fā)明的超級磨料復(fù)合物蓋覆的壓延輥50和52，在高溫下(大約1000°-大約2000℃)與熔融金屬接觸延長了的一段時(shí)間(在一些實(shí)施方案中至少3小時(shí)或更長)。另外，輥50和52還遭受局部溫度差異(外部與熔化了的金屬接觸而內(nèi)部冷卻)。用本發(fā)明的超級磨料復(fù)合物蓋覆并且被連接到分配器(未示出)的鑄口54，從熔融金屬儲存庫(reservoir)56裝入熔融金屬并將其倒入澆鑄空間。金屬帶58從輥50和52處輸出。馬達(dá)(未示出)采用力傳感器(例如60)來驅(qū)動輥50和52，連同本領(lǐng)域熟知的其他設(shè)備一起，以常規(guī)的方式提供力傳感器。
成形工具的基礎(chǔ)襯底在鑄造操作中典型地包括用在高溫下的高性能材料(例如，超級合金)，例如具有用在高至2500°F溫度下的ASTM標(biāo)識A-297-67系列的鐵-鉻和鐵-鉻-鎳合金，并且具有抗高溫氧化能力。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，成形工具使用在冷加工操作中，其中通過塑性流動(plastic flow)迫使金屬坯體成形。成形工具的基礎(chǔ)襯底可以為冷軋加工中的心軸(mandrel)的形式，冷軋加工被用來通過減小金屬板的厚度來使硬化板和薄片原料(例如，薄片、棒、桿等)變形；或者用在冷旋壓或者冷拉加工中徑向移動軸(arbor)或模具心軸。
當(dāng)其中成形工具的襯底用在加工金屬時(shí)，使用在冷作業(yè)操作中的模具的基礎(chǔ)襯底、心軸等典型地包括高性能的或者堅(jiān)固的合金鋼，等等。
擠壓及混配(compounding)設(shè)備擠壓和混配是用于生產(chǎn)許多類型材料的一般工業(yè)方法，所述材料例如包括塑料、粉末涂料和調(diào)色劑(toner)、橡膠、鋁以及食品。所述加工一般涉及包含多個(gè)移動和靜止部件的擠壓機(jī)。實(shí)施例尤其包括擠壓機(jī)筒、螺桿或螺桿段(screw segment)、筒襯、耦合件、模具以及刀具。根據(jù)被混配和/或擠壓的材料的磨蝕性、腐蝕性以及侵蝕性本質(zhì)，這些部件會過分磨損，導(dǎo)致增加設(shè)備停工期、高維護(hù)和/或高修理成本。部件磨損還會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問題，例如差的均勻性、不希望的反應(yīng)、高揮發(fā)物含量以及差的幾何公差。另一個(gè)會發(fā)生在一些混配及擠壓設(shè)備中的問題是，截留(retention)或者“滯留”(hang up)少量已經(jīng)退化的材料，并且一旦所述材料被釋放，會污染產(chǎn)品。
連續(xù)的混配及擠壓通常在擠壓機(jī)中完成，所述擠壓機(jī)典型地為單螺桿或雙螺桿類型。雙螺桿擠壓機(jī)可以出現(xiàn)為共旋的(co-rotating)或者反向旋轉(zhuǎn)的。擠壓機(jī)可以完成許多功能，例如包括混合、揉捏、均勻化、熔化、反應(yīng)、熬煉(cooking)以及脫揮發(fā)分(devolatizing)。將要被混配和/或擠壓的材料輸送進(jìn)入擠壓機(jī)主體，所述擠壓機(jī)體由包圍所述螺桿的“筒”構(gòu)成。螺桿的旋轉(zhuǎn)提供混合(mixing)作用，暴露新的材料表面區(qū)域，并且將材料沿?cái)D壓機(jī)長度推進(jìn)。筒部分可以被加熱和/或冷卻以提供對熔化、反應(yīng)、脫揮發(fā)分和/或熬煉的溫度控制。沿所述筒不同位置的送料口(feedport)允許以固體和液體的形式添加材料，并且通風(fēng)孔允許排走蒸汽。當(dāng)材料離開擠壓機(jī)的筒時(shí)，可以將它擠壓通過模具，固體化和/或斬切(chop)。這些擠壓機(jī)可以在大約1200rpm或更高的條件下操作，其中生產(chǎn)能力高至75噸/小時(shí)。
連續(xù)混配可以用類似設(shè)備(例如攪拌機(jī)(pug mill)、連續(xù)混煉機(jī)(Ko-kneader)以及槽和螺桿(trough-and-screw)混合機(jī))來完成。分批混配可以用諸如雙臂捏煉混合機(jī)、班伯里混合機(jī)(Banbury mixer)或輥軋機(jī)(roll mill)的設(shè)備來完成。
所有這樣的擠壓機(jī)的設(shè)計(jì)涉及對要在靜止和旋轉(zhuǎn)的表面之間被加工的材料進(jìn)行擠壓，以提供剪切和混合作用。材料的擠壓涉及迫使該材料在壓力下通過一個(gè)孔口(orifice)。這些加工迫使材料流過設(shè)備組件。當(dāng)正被加工的材料包含磨蝕性或侵蝕性物質(zhì)時(shí)，設(shè)備遭受磨損。在使用高剪切率來提高混合、熔化率、生產(chǎn)能力等的系統(tǒng)中，或者混配高度磨蝕性的材料(例如玻璃或礦物)時(shí)，尤其如此。設(shè)備組件最普通是由表面硬化的(氮化的)合金鋼制成?？梢栽谇治g性環(huán)境中使用特殊合金(例如INCONEL和HASTELLOY)。
為了改進(jìn)混配及擠壓設(shè)備組件的抗磨損能力，已使用多種技術(shù)。擠壓機(jī)筒可以使用由高鉻、高碳合金或者Ni-、Co-或其他合金制成的襯來保護(hù)。由Ni-或Cr-合金、粉末狀金屬或碳化鎢-金屬復(fù)合物構(gòu)成的覆層已經(jīng)施加于筒、襯和螺桿組件上。盡管這些組件已減小了磨損率并且可以降低維護(hù)成本和質(zhì)量問題，但磨蝕性、腐蝕性和侵蝕性的磨損仍是導(dǎo)致頻繁停工的問題。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，用以磨料顆粒填充的金屬基體復(fù)合物蓋覆混配及擠壓設(shè)備的磨損表面。以相同的方式使用與上面所述相同的方法(例如電解的或非電鍍的)，所述相同的方式如在針對成形設(shè)備所進(jìn)行的更詳細(xì)的描述。
尺寸減小和大小分級以及分離本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案涉及使用金剛石/cBN復(fù)合物覆層以改進(jìn)在尺寸減小和大小分級及分離設(shè)備內(nèi)的組件的磨蝕性磨損(abrasive wear)特性。這類設(shè)備的實(shí)施例例如包括液力碾磨機(jī)(fluid energymill)(噴射碾磨機(jī))、錘式碾磨機(jī)、銷式碾磨機(jī)(pin mill)、籠式碾磨機(jī)、擦碎機(jī)(attrition mill)、空氣分級器(air classfier)、旋風(fēng)器、篩，等等。這個(gè)設(shè)備中的關(guān)鍵組件的實(shí)施例例如包括轉(zhuǎn)子葉片(rotorvane)、定子環(huán)(stator ring)、碰撞板(impact plate)、文丘里管(venturi tube)、碰撞銷、錘、篩，等等。
在這些類型的設(shè)備中，粉末被夾帶在移動的液體流中并且經(jīng)常被高速推進(jìn)。在碾磨和大小分級及分離設(shè)備中關(guān)鍵組件的磨蝕性磨損會污染產(chǎn)品，并且最終導(dǎo)致組件以及整個(gè)設(shè)備因此完全故障。當(dāng)關(guān)鍵組件發(fā)生故障時(shí)，必須停止加工并且更換設(shè)備內(nèi)損壞的部件。關(guān)鍵組件的逐漸磨損還導(dǎo)致設(shè)備的操作效率隨時(shí)間降低。，相當(dāng)量的設(shè)備及加工的停工時(shí)間的發(fā)生是因?yàn)樾枰鼡Q損壞的部件。
目前的用于碾磨和大小分級及分離設(shè)備的抗磨蝕部件由這樣的組件構(gòu)成，即所述組件由碳化鎢、碳化硅和氧化鋁制成或者包覆。其他用于使組件表面硬化的表面處理包括鉻鍍覆、鎳鍍覆、熱火焰噴射(thermal flame spraying)，以及諸如碳化、氮化和硼化的熱處理。某些具有簡單幾何結(jié)構(gòu)的磨損部件(例如碾磨機(jī)襯或板)可以由碳化鎢制作，或者可以用陶瓷板包覆。當(dāng)部件幾何結(jié)構(gòu)變得更復(fù)雜時(shí)，表面覆層成為用于提供抗磨損能力的優(yōu)選方法。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，用金屬基體復(fù)合物蓋覆尺寸減小及混配設(shè)備的磨損表面，所述金屬基體復(fù)合物以磨料顆粒填充。以相同的方式使用與上面所述相同的方法(例如電解的或非電鍍的)，所述相同的方式如在針對成形設(shè)備所進(jìn)行的更詳細(xì)的描述。
孔口及相關(guān)組件孔口被廣泛使用來控制或者測量流體流量和壓力。準(zhǔn)確的性能通過控制孔口的幾何結(jié)構(gòu)和流體力來獲得。必須避免由磨損(腐蝕、磨蝕、撞擊)和侵蝕(化學(xué)的、電流的)造成的孔口幾何結(jié)構(gòu)的退化。需要有改進(jìn)的孔口材料，所述孔口材料呈現(xiàn)出對磨損和侵蝕都有抵抗能力，并且本發(fā)明所要解決的正是這樣的需求。
孔口的應(yīng)用例如包括流體速度測量裝置(空速管(pitot tube))、壓力和流量測量(文丘里管和流量計(jì))、流體處理(壓力和流量控制)以及流體分散(噴嘴)。裝置的適當(dāng)操作要求精確和穩(wěn)定的孔口幾何結(jié)構(gòu)。夾帶的固體、高溫、侵蝕性的液體、高流速、氣穴現(xiàn)象以及其他影響能夠改變所述孔口并且顯著地限制孔口的壽命。在許多情形中，孔口的壽命可以以小時(shí)計(jì)。
例如，噴射干燥機(jī)噴嘴將化學(xué)溶液或者固體/液體液滴(solid/liquid droplet)注射進(jìn)入加熱的流體流。所述液滴的尺寸和分散模式必須被保持，以獲得最佳的生產(chǎn)能力和完全的干燥。這些噴嘴中的渦流腔將流體壓力轉(zhuǎn)變成切向流速并且可以快速地磨損/侵蝕，使分散模式和生產(chǎn)能力退化。噴嘴的腐蝕或侵蝕改變孔口的幾何結(jié)構(gòu)和液滴的尺寸。在這種情形中，幾微米的尺寸改變可以造成不完全干燥或者尺寸不適當(dāng)?shù)母稍锂a(chǎn)品。
作為另一個(gè)實(shí)施例，侵蝕和腐蝕都會使農(nóng)用化學(xué)品噴灑器的噴嘴退化。這些裝置可以在短如幾個(gè)小時(shí)中進(jìn)行改變，以保持分散和流速。其他應(yīng)用例如包括燃料霧化、熱流速和流量測量、流體計(jì)量、噴墨、道路撒鹽和密封劑應(yīng)用，以及霧化板。根據(jù)應(yīng)用，孔口可以由黃銅(在農(nóng)用噴嘴應(yīng)用中為10小時(shí)壽命)、尼龍復(fù)合物(50小時(shí)壽命)、不銹鋼(150小時(shí)壽命)或者包括單晶(例如蘭寶石)的陶瓷(1500小時(shí)壽命)制成。陶瓷噴嘴具有足夠的壽命，但是具有低的機(jī)械強(qiáng)度并且難以機(jī)加工成窄小的公差。對要求高的應(yīng)用，也使用碳化鎢。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，用金屬基體復(fù)合物蓋覆孔口的磨損表面，所述金屬基體復(fù)合物以磨料顆粒填充。以相同的方式使用與上面所述相同的方法(例如電解的或非電鍍的)，所述相同的方式如在針對成形設(shè)備所進(jìn)行的更詳細(xì)的描述。
渦輪機(jī)、柴油機(jī)及奧托循環(huán)引擎本發(fā)明的這個(gè)方面涉及使用金剛石/cBN復(fù)合物覆層以改進(jìn)遭受磨損的引擎部件的磨蝕性磨損(abrasive wear)和侵蝕特性，引擎部件尤其包括燃?xì)鉁u輪引擎部件、柴油機(jī)循環(huán)引擎部件以及奧托循環(huán)引擎部件。
靜止的和車輛的往復(fù)式引擎組件遭受磨損和侵蝕。潤滑中斷、污染以及膜厚度減小會導(dǎo)致間歇或連續(xù)的磨損，尤其在氣閥機(jī)構(gòu)組件、環(huán)和缸、齒輪，以及軸承中。高速液體流腐蝕燃料噴射器組件。燃燒產(chǎn)品侵蝕在熱端的臨界表面和曲軸箱組件。除了維護(hù)過失以及初期的組件故障外，這些磨損和侵蝕機(jī)制限制引擎的壽命并且決定了主要維護(hù)的頻度。例如，每年更換機(jī)車柴油機(jī)引擎燃料噴射器，以及每4年更換壓縮環(huán)。
因此，往復(fù)式內(nèi)燃引擎將抗磨損材料和高度設(shè)計(jì)的潤滑系統(tǒng)結(jié)合起來。加壓的、過濾的潤滑是普遍的。監(jiān)測潤滑劑的污染和粘度正變得常見起來。表面硬化的組件被用于所有的磨損點(diǎn)。硬的金屬性覆層(鉻)已在活塞環(huán)上被使用了許多年。賽車用引擎的氣閥機(jī)構(gòu)組件被日常地通過“氮化”或“硼化”加工進(jìn)行表面硬化，以提高抗磨損的能力。已經(jīng)進(jìn)行了用陶瓷覆層、陶瓷閥門、缸襯以及閥門座的試驗(yàn)。用于柴油機(jī)引擎的陶瓷凸輪隨動件在市場上可以獲得。
類似地，燃?xì)鉁u輪引擎組件遭受磨損和侵蝕。燃?xì)鉁u輪引擎也在非常高的旋轉(zhuǎn)速度下旋轉(zhuǎn)長的、連續(xù)的時(shí)間段。渦輪引擎內(nèi)的組件經(jīng)歷高達(dá)1300mph(2080kph)的非常高速氣流，并且經(jīng)歷高達(dá)30大氣壓的高壓。旋轉(zhuǎn)的組件經(jīng)歷來自微振磨損(fretting)、磨傷、磨蝕的磨損，以及來自熱/侵蝕因素的磨損。位于靠近地面或在多塵環(huán)境中的引擎，甚至在短時(shí)間內(nèi)也特別容易受到來自被吸入引擎中的顆粒的磨蝕性磨損的影響。由夾帶的顆粒導(dǎo)致的磨蝕性磨損可以改變引擎壓縮機(jī)部分中的翼面的弦寬度(chord width)和尖端高度(tip height)。甚至小的尺寸改變也可以對引擎壓縮空氣的能力具有顯著的有害影響，由此降低引擎總的性能。最終，引擎的組件會侵蝕到這樣的程度，以至于需要使引擎退出工作并且進(jìn)行重建。顯然，這不但產(chǎn)生航空器或發(fā)電單元的停機(jī)時(shí)間，而且增加保養(yǎng)引擎的成本。
現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪由幾個(gè)壓縮機(jī)級(compressor stage)構(gòu)成。位于壓縮機(jī)初始級上的壓縮機(jī)翼面最容易受到磨蝕性磨損的影響，所述的磨損是由從多塵的環(huán)境吸入的顆粒的直接碰撞造成的。為了改進(jìn)這些組件抵抗磨蝕性磨損的能力，它們通常或者用熱噴射金屬陶瓷材料蓋覆，或者進(jìn)行熱處理以提供一個(gè)氮化(TiN)的表面。這樣的兩種覆層比通常制成所述組件的鈦材料更硬并且更抗磨損。
熱噴射覆層為了充分地附著到鈦襯底上，通常有必要對組件的表面進(jìn)行噴砂以產(chǎn)生粗糙表面。這種處理導(dǎo)致蓋覆加工的額外成本和可變性(variability)。用于改進(jìn)磨蝕性磨損的另一個(gè)技術(shù)是蒸氣氣體擴(kuò)散氮化(vapor gas diffusion nitriding)。這種處理產(chǎn)生硬的TiN層，所述TiN層以化學(xué)方式結(jié)合到襯底。有幾種施加這個(gè)類型的覆層的方法，但是一般這種類型的覆層給引擎組件增加了相當(dāng)多的成本。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，用金屬基體復(fù)合物蓋覆引擎的磨損表面，所述金屬基體復(fù)合物以磨料顆粒填充。以相同的方式使用與上面所述相同的方法(例如電解的或非電鍍的)，所述相同的方式如在針對成形設(shè)備所進(jìn)行的更詳細(xì)的描述。
射彈武器(槍炮)本發(fā)明的這個(gè)方面涉及使用金剛石復(fù)合物覆層來改進(jìn)以槍炮為代表的射彈武器的磨蝕性磨損及侵蝕特性。
槍炮被設(shè)計(jì)成可以在高度侵蝕性的功能和環(huán)境條件下可靠地操作。摩擦化學(xué)和機(jī)械磨損降低功能的可靠性和準(zhǔn)確性。非侵蝕性的發(fā)火藥化合物、非侵蝕性的推進(jìn)劑、改進(jìn)的潤滑劑以及改進(jìn)的維護(hù)沒能消除槍炮中筒的腐蝕和機(jī)械磨損。近來，用輕合金和聚合材料取代鋼出現(xiàn)了另外的槍炮磨損和侵蝕難題。需要對這些挑戰(zhàn)性的磨損和侵蝕問題提出新的解決方案。
幾種侵蝕和磨損問題限制了槍炮的壽命。摩擦化學(xué)的膛(chamber)和筒(barrel)的腐蝕發(fā)生并且限制下列武器筒的壽命炮、軍事用的小和中口徑軍事武器、軍用武器、打靶槍炮以及為高速射彈或鋼彈而設(shè)計(jì)的大量使用的體育武器。廣泛使用非侵蝕性發(fā)火藥、非侵蝕性推進(jìn)劑、鉻覆層、射彈外殼、固體潤滑劑覆層以及改進(jìn)的維護(hù)方法，但是效果有限。炮及高射擊率(rate-of-fire)武器要求定期的更換筒以保持準(zhǔn)確性。高速體育步槍具有以數(shù)千次射擊計(jì)的筒壽命。這些損壞的主要原因是坡膛(最靠近彈藥外殼的區(qū)域)的推進(jìn)劑侵蝕。已知未加外殼的、硬蓋覆的或者硬化的射彈對軍事武器及體育散彈槍中的膛線造成摩擦。所有槍炮的操作機(jī)構(gòu)在工作中也受到磨損和侵蝕。在所有的槍炮中，燃燒產(chǎn)物和環(huán)境污染物沉積在緊密配合的機(jī)械系統(tǒng)上。這些污染物能夠使?jié)櫥瑒┦Щ蛘呓导?，并且最終降低功能的可靠性。
新材料(例如增強(qiáng)的聚合物和輕合金)的使用出現(xiàn)新的設(shè)計(jì)難題。這些材料不像現(xiàn)有技術(shù)的金屬材料那樣容易潤滑或者抗磨損。聚合物武器的結(jié)構(gòu)通常包括作為主要磨損表面的金屬基礎(chǔ)。通常，輕合金被硬蓋覆(陽極化、鍍覆或者陶瓷涂覆)以改進(jìn)它們的磨損性能-增加生產(chǎn)成本。通常，非功能性武器表面被處理以防止一般性的侵蝕并且保護(hù)外表。磨蝕、溫度以及劇烈地長期曝露在侵蝕物之下會損壞這些覆層。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，用金屬基體復(fù)合物蓋覆射彈武器(槍炮)的磨損表面，所述金屬基體復(fù)合物以磨料顆粒填充。以相同的方式使用與上面所述相同的方法(例如電解的或非電鍍的)，所述相同的方式如在針對成形設(shè)備所進(jìn)行的更詳細(xì)的描述。
油氣鉆探的鉆頭體及其他組件在油氣勘探和鉆探期間，鉆探硬件經(jīng)受磨蝕、腐蝕和侵蝕性條件。這些磨損形式降低硬件組件的有效壽命，并且增加鉆機(jī)(drill rig)的操作成本。用在油氣勘探和鉆探中的鉆頭體通常由燒結(jié)碳化鎢制成，因?yàn)闊Y(jié)碳化鎢具有抗磨蝕和腐蝕能力。但是，由于難以與碳化鎢一起工作的困難本質(zhì)，鉆頭體的制作是復(fù)雜的、勞動力密集的和昂貴的。有時(shí)使用較容易制作并且制作時(shí)不那么昂貴的鋼鉆頭體，但是它們對于多數(shù)應(yīng)用來講抗磨損能力時(shí)不足的。對于許多用在油氣鉆探中的其他組件(例如徑向和推力軸承、機(jī)械耦合件、磨損墊、偏流器和限流器、抽泥泵襯，以及葉輪)，磨損也是個(gè)問題。這些部件的過早磨損造成停工時(shí)間和更換成本。
有兩種基本類型的用于勘探和鉆探的鉆頭翼狀鉆頭(drag bit)和滾錐(roller cone)。翼狀鉆頭體一般由單件構(gòu)成，而滾錐鉆頭體一般為三部分(segment)。兩種類型的碳化鎢鉆頭都是以復(fù)雜的、勞動力密集型的加工制成的。在兩種情形中，加工都是以從固體石墨原料制作多件(multiple-piece)的石墨模開始，石墨原料被機(jī)加工成鉆體和葉片的一般形狀。用手將插入物(insert)放入模中以便提供詳細(xì)的凹入特征(recessed feature)(例如用于多晶金剛石刀具(PDC)的凹穴(pocket))，并且用造型粘土將插入物保持在適當(dāng)位置。裝配石墨模，并且填充以碳化鎢粉末和粘結(jié)劑(典型為Co基的)。然后將已填充的模送到爐中以使燒結(jié)所述碳化物。在燒結(jié)周期以后，所述石墨模從已燒結(jié)的碳化物體上破碎脫落。每個(gè)新的鉆頭體要求制作新的石墨模。然后通過一系列的磨削(grinding)和/或機(jī)加工操作將粗糙的鉆頭體加工成成品。當(dāng)使用PDC刀具時(shí)，通常用銅焊將他們焊入所述鉆頭體中的凹穴。
制作鋼鉆頭體要簡單得多，并且不是那么昂貴。使用CNC(computer numerical control)機(jī)加工和磨削方法，可以從鋼原料直接機(jī)加工出詳細(xì)的幾何結(jié)構(gòu)。由于燒結(jié)碳化鎢的成本以及它在機(jī)加工或磨削上的相對困難，類似的途徑對于碳化鎢來講是在成本上無法接受的。為了“硬化”鋼鉆頭體，它們可以通過氮化或蓋覆來進(jìn)行后續(xù)處理以改進(jìn)它們的抗磨損和侵蝕能力，但是在多數(shù)情形中，所述的改進(jìn)還不足以使其取代碳化鎢。
勘探和鉆探設(shè)備的許多其他組件也遭受由侵蝕、磨蝕或腐蝕造成的磨損，所述組件例如包括徑向和推力軸承、機(jī)械耦合件、磨損墊、偏流器和限流器、抽泥泵襯以及葉輪、鉆桿、閥門、定向鉆孔組合件、吊架組合件、沖擊組合件、噴嘴、巖芯提取器(core lifter)。已嘗試許多不同的蓋覆方法來改進(jìn)這些組件的抗磨蝕和侵蝕能力。這些方法包括熱噴射、擴(kuò)散合金和碳化物復(fù)合覆層，以及鎳和鉻鍍覆。盡管這些覆層可以改進(jìn)所述部件的壽命，但沒有一個(gè)被證實(shí)在提高這些組件的抗磨蝕和/或侵蝕能力方面具有特別的效果。停工時(shí)間和更換的成本仍然是一個(gè)問題。
在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案中，用于磨料常規(guī)電鍍的方法被使用來在鉆頭以及其他組件的表面上沉積至少一個(gè)包括金剛石和/或cBN的超級磨料復(fù)合物的覆層。由于所述覆層可以被施加于結(jié)構(gòu)性材料(例如鋼、增強(qiáng)復(fù)合物、陶瓷或塑料)，安裝期間的破損或者工作中的嚴(yán)重?fù)p壞幾乎可以排除。由于覆層所賦予的改進(jìn)的抗磨蝕、腐蝕和侵蝕能力，部件的壽命將被延長，并且因?yàn)閹缀喂钅軌虮婚L時(shí)間保持，鉆探設(shè)備可以以更高的能效工作。在鋼鉆頭體的情形中，這個(gè)覆層可以在將刀具(cutter)銅焊在適當(dāng)位置以前或以后施加到鉆頭體。所述覆層不僅可以改進(jìn)鉆頭外部抵抗磨蝕和侵蝕的能力，而且對用來將鉆液(drilling fluid)施加到切削表面的液流通道/口(flow channel/port)也可以起同樣的效果。在將刀具銅焊在適當(dāng)位置以后施加覆層可以改進(jìn)刀具碳化物襯底抵抗侵蝕的能力。
超級磨料復(fù)合物通過至少一個(gè)金屬覆層附加到背襯或工具的襯底，所述金屬覆層采用本領(lǐng)域已知的金屬電鍍沉積技術(shù)來獲得的。
流體漿(管道)輸送方法在許多工業(yè)加工中，必須將粉末、顆粒以及漿從一個(gè)單元操作輸送到另一個(gè)單元操作。一種輸送模式涉及將顆粒夾帶在氣體(空氣)流或液體流中。氣體的或漿的傳輸是通過使用空氣扇或者漿泵迫使攜帶顆粒的液體從加工中的一個(gè)點(diǎn)到下一個(gè)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。液體依靠傳輸管道、輸送器以及連接各個(gè)單元操作的類似設(shè)備的來運(yùn)載。根據(jù)液體中顆粒的磨蝕性、濃度、顆粒尺寸、速度以及其他特性，在傳輸組合件(如管道)種可以發(fā)生大量的磨損。特別是，在要求傳輸管道轉(zhuǎn)彎90°或者在其他急彎半徑(sharp radius)處轉(zhuǎn)彎，由于在急彎半徑周圍的離心沉淀物或者與管道壁的直接碰撞，顆粒將被迫與管道壁直接接觸。經(jīng)過一段時(shí)間，與顆粒的直接接觸導(dǎo)致磨損進(jìn)入到管道壁中，并且最終會形成孔。在這個(gè)點(diǎn)上，液體會從傳輸管道泄漏或噴射，并且在修理或更換管道時(shí)加工必須停止。如果更換頻率高，并且如果在更換期間如果生產(chǎn)中的停工時(shí)間長，那么，修理和/或更換傳輸管道的成本可以是相當(dāng)大的。
輸送組件，尤其機(jī)械輸送組合件，例如輥、凸輪、軸等，也會具有不希望有的被所輸送的填料撞擊的磨損表面，并且同樣需要根據(jù)本發(fā)明規(guī)程的覆層。
現(xiàn)有的延長鋼管道壽命的技術(shù)局限在那些非視線(line-of-sight)的技術(shù)。這把諸如熱噴射、物理氣相沉積方法以及許多類型的使用陶瓷或碳化鎢瓦(tile)包覆的技術(shù)排除在外。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，用金屬基體復(fù)合物蓋覆管道彎頭(pipe bend)的磨損表面，所述金屬基體復(fù)合物以磨料顆粒填充。以相同的方式使用與上面所述相同的方法(例如電解的或非電鍍的)，所述相同的方式如在針對成形設(shè)備所進(jìn)行的更詳細(xì)的描述。
泵許多類型的泵被使用在包含顆粒的加工中輸送漿料，所述顆粒導(dǎo)致對泵組件的磨蝕性、腐蝕性和侵蝕性磨損。對泵組件的磨損程度和方式由磨蝕性、顆粒濃度、顆粒尺寸、速度、pH以及顆粒和流體的其他特性確定，也由泵的操作條件(例如葉輪速度、壓力等)來確定。泵的類型尤其包括葉輪型、漸進(jìn)腔型、螺旋型、渦輪型、齒輪型以及葉片型。使用離心位移或者正位移，泵能夠提供將磨蝕性、腐蝕性或侵蝕性的漿從加工中的一個(gè)點(diǎn)輸送到另一個(gè)點(diǎn)的主要力量。在許多加工中，泵一次連續(xù)運(yùn)行數(shù)星期或者數(shù)月。當(dāng)處理磨蝕性或侵蝕性漿時(shí)，發(fā)生來自漿內(nèi)的顆粒流的磨損，所述顆粒流擦傷泵的主要組件表面。當(dāng)這些主要組件(例如葉輪片、葉片、齒輪、螺桿或轉(zhuǎn)子)的表面磨損掉甚至很小的量時(shí)，泵保持壓力和輸送漿料的能力變得大大地降低了。事實(shí)上，泵組件正在磨損的一個(gè)指標(biāo)是管道壓力(line pressure)下降或者漿量或流速的下降。當(dāng)泵組件的磨損超越某一限度并且在低于可接受的工藝限制下運(yùn)行時(shí)，該泵和/或加工線必須停工，并且必須更換組件或整個(gè)泵。如果更換頻率高，并且如果在更換期間如果生產(chǎn)中的停工時(shí)間長，那么，修理和/或更換傳輸管道的成本可以是相當(dāng)大的。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，用金屬基體復(fù)合物蓋覆泵的磨損表面，所述金屬基體復(fù)合物以磨料顆粒填充。與上面所述相同的方法(例如電解的或非電鍍的)以相同的方式被使用，所述相同的方式如在針對成形設(shè)備所進(jìn)行的更詳細(xì)的描述。
推子刀片組及梳用于個(gè)人修飾以及動物剪毛應(yīng)用的電動推子采用典型地由硬化鋼制成的推子刀片。刀片在靜態(tài)的梳上的往復(fù)運(yùn)動獲得剪切(cutting)作用。刀片和梳都具有匹配的齒，所述的齒通常通過磨削和研磨來使其鋒利。當(dāng)毛發(fā)或纖維被引入所述推子中，上下齒的動作將毛發(fā)剪斷。當(dāng)齒鋒非常鋒利時(shí)，剪切行為用最小的努力便可獲得，并且一趟便獲得干凈、一致的被剪毛發(fā)區(qū)域。當(dāng)齒變鈍時(shí)，剪切變得不是那么有效。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，推子在經(jīng)過一頭頭發(fā)或經(jīng)過動物毛皮時(shí)開始粘結(jié)和拉拽毛發(fā)。這導(dǎo)致疼痛和不一致的剪切。這時(shí)，刀片被視為已鈍，必須更換或者將其重新磨鋒利。在需要重新磨鋒利前的時(shí)間長度取決于毛發(fā)被剪的頻率以及特性。例如，在商業(yè)性的羊和駱駝農(nóng)場，絨毛會包含加速推子刀片變鈍的灰塵顆粒以及其他磨蝕性要素。
典型的推子刀片組由普通鋼制成。使用磨削和研磨技術(shù)來使齒變得鋒利。通過采用更精密的齒幾何結(jié)構(gòu)的刀片組設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步增強(qiáng)剪切性能。推子刀片定期地用減小摩擦及幫助防止侵蝕的稀潤滑油涂覆。在多數(shù)情形中，推子刀片組沒有進(jìn)行表面處理以改進(jìn)或增強(qiáng)刀片的硬度或抗磨損能力。當(dāng)?shù)镀冣g以及效率低下時(shí)，它們可以被重新磨鋒利或者進(jìn)行更換。
金剛石(或立方氮化硼)金屬復(fù)合物是高度惰性的、抗磨損的，并且擁有低的滑動摩擦系數(shù)。應(yīng)用這些復(fù)合物到毛發(fā)推子組的組件上可以減少磨損，可以在更長一段時(shí)間保持或改進(jìn)舒適度，并且通過延長刀片的壽命從而減少刀片需要更換或重新磨鋒利的次數(shù)來減少總的操作成本。于是，在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，推子刀片和梳的磨損表面尤其用填充有磨料顆粒的金屬復(fù)合物蓋覆。以相同的方式使用與上面所述相同的方法(例如電解的或非電鍍的)，所述相同的方式如在針對成形設(shè)備所進(jìn)行的更詳細(xì)的描述。
結(jié)論盡管本發(fā)明已參照優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了描述，那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在沒有離開本發(fā)明范圍的情況下可以進(jìn)行各種變化，并且可以用等同物取代其中的元素。另外，可以進(jìn)行許多修改以使得特定情況或材料適合本發(fā)明的教導(dǎo)，而沒有離開其實(shí)質(zhì)范圍。因此，應(yīng)該視為，本發(fā)明沒有被限制到作為執(zhí)行本發(fā)明預(yù)期的最佳實(shí)施方式而公開的特定實(shí)施方案，而是本發(fā)明將包括落入所附的權(quán)利要求書范圍的所有實(shí)施方案。以下的實(shí)施例顯示本發(fā)明可以如何被實(shí)施，但是它們不應(yīng)該被解釋為限制的。在這個(gè)申請中，所有單位都是公制的，并且所有量和百分比都是以重量計(jì)，除非另作特意指示。同樣，所有在此提到的引用都是特意在此引入作為參考。
實(shí)施例實(shí)施例1沖頭和模具組由模具62、上沖頭64和下沖頭66，以及芯桿68組成，如圖5所示，其中所有的部件由洛氏C硬度為63的1.2379鋼制成。模具組被使用來從酚醛樹脂粉末形成環(huán)或者小輪70，所述酚醛樹脂粉末包含10％-20％(重量)顆粒尺寸為400目或更粗的立方氮化硼磨料填料。在通常的操作中，沖頭和模具組被裝配成如圖5所示，并且塑料粉末被壓在兩個(gè)沖頭之間。當(dāng)在沖頭上加負(fù)荷時(shí)，粉末壓縮，并且磨料顆粒刮擦模具和芯銷(core pin)的側(cè)面。在約50-60次循環(huán)后，由填料中刮擦的顆粒造成的磨損區(qū)變得如此明顯(特別在鄰近粉末的地方)以至于所形成的樹脂盤在可允許的尺寸公差之外，并且必須更換沖頭和模具組。
在示范本發(fā)明中，獲得的鋼沖頭和模具組由1.2379型鋼構(gòu)成，其中洛氏硬度C的模具具有30mm的外徑以及6.3mm的內(nèi)徑。模具的高度為30mm。還獲得由類似的鋼制成的芯銷和沖頭。將約0.010mm的超級磨料覆層施加到模具的內(nèi)徑以及芯桿，所述覆層包含約30％(體積)的平均尺寸為2微米的單晶金剛石顆粒。使用以下蓋覆(coating)程序1.掩蔽(masking)步驟(a)用干凈的布和丙醇通過擦拭來清潔模具表面和芯銷，以去除任何表面殘留物。
(b)混合中途停留物(stop-off)(Evan Manufacturing，撕膜(Peel Coat)型II B-90)，并且將中途停留物涂在模具的外墻和端上。讓涂料完全變干，并且施加第二層涂料并讓其變干。
2.為鎳鍍覆活化金屬表面的預(yù)處理步驟(a)一般如在美國金屬協(xié)會，1982，《金屬手冊》，第九版，第3-32頁“清潔方法的選擇”中所描述的那樣。
3.鍍覆(plating)加工(b)一般如在美國金屬協(xié)會，1982，《金屬手冊》，第九版，第219-223頁“無電鍍鎳”中所描述的那樣；或者如Sheela等人在《金屬精整》，2002，“散布金剛石的無電鍍鎳覆層”中描述的那樣。鎳浴一般包括(i)6％(體積)包含26g/L鎳的硫酸鎳溶液。
(ii)15％(體積)包含24g/L連二磷酸鹽的連二磷酸鈉溶液。
(iii)74％(體積)去離子水。
(注意所述浴的Ni濃度在整個(gè)操作中保持在約5.4-6.3g/L)(c)加熱鎳浴至約190°F(87°-88℃)。
(d)每升5克的1-3微米的單晶金剛石粉末，并且粉末預(yù)分散在5％(體積)的去離子水中(鎳浴的5％(體積))。
(e)將模具和芯銷附著到旋轉(zhuǎn)的托架系統(tǒng)，并且浸沒在溶液中。
(f)開始緩慢地旋轉(zhuǎn)部件(約0.5-2rpm)，并且加入金剛石漿。
(g)每15分鐘，補(bǔ)充所述浴如下(i)0.6％(體積)硫酸鎳(ii)0.6％(體積)pH調(diào)節(jié)劑(modifier)(h)進(jìn)行足夠30分鐘長的鍍覆加工直到獲得所希望的10微米厚度。(這個(gè)過程一般顯示出每小時(shí)大約20-25微米的鍍覆率)。
(i)當(dāng)接近所希望的停止點(diǎn)時(shí)，通過取消最后的補(bǔ)充允許所述浴“鍍盡”(plate out)。
(j)從溶液中移走被鍍覆的部件，并且用水清洗。擦干以去除水跡。
(l)去除用于掩蔽所述模的中間停留物。
4.加熱處理將已蓋覆的部件放入爐中并在空氣氣氛下加熱到300-350℃，所述加熱為1至2小時(shí)。
可替換地，通過超級磨料覆層的商業(yè)供應(yīng)商可以將該覆層施加到?jīng)_頭和模具組。兩個(gè)商業(yè)上的供應(yīng)商包括新澤西州Robbinsville的Surface Technology Inc，以及德國Kempten的ESK Ceramics(Wacker-Chemie)。
當(dāng)沖頭和模具組用超級磨料覆層鍍層后，將所述組放入使用樹脂的工作中，所述樹脂具有包含約10-20％(體積)立方氮化硼磨料粉末的磨料填充物，所述粉末的顆粒尺寸比400目更粗。超級磨料蓋覆的沖頭和模具組生產(chǎn)出了樹脂盤，該樹脂盤滿足這種產(chǎn)品所要求的尺寸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。200個(gè)循環(huán)以后，超級磨料蓋覆的沖頭和模具組仍然可以生產(chǎn)出滿足所述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的盤，這指示出金剛石覆層已降低了在模和模具表面上的磨蝕性磨損。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明根據(jù)以上所述的方法加工的、具有改進(jìn)的抗磨損能力特性的沖頭和模具組的有效性。
實(shí)施例2如圖6剖視圖中所示的壓力輥72是用來將水泥復(fù)合材料成形為管道。通常的壓力輥是由DIN2448不銹鋼制成的96mm(直徑)×835mm(長)的輥。在通常的操作模式中，24個(gè)壓力輥以兩組，以每組12個(gè)的方式，將一致的壓力施加到與水泥復(fù)合材料直接接觸的輥。當(dāng)水泥材料接觸所述輥時(shí)，一小層磨蝕性的水泥被保留在該輥表面上，并且當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，被攜帶著越過壓力輥。經(jīng)過一段4到6星期的連續(xù)操作，輥表面被磨損，通常輥與輥的磨損不是均勻的。通常所形成的磨損圖案是一系列越過輥表面的非常明顯的槽。槽的深度確定了磨損的嚴(yán)重程度。這個(gè)磨損的不一致性導(dǎo)致正在成形的水泥管道不可接受的厚度變化。這時(shí)，槽深到了通過觸摸它們便能感覺到，而加工線必須停工，并且舍棄和更換壓力輥。
除了使用更大的容器(tank)和更大量的化學(xué)品，以及包含約40％(體積)8微米的金剛石顆粒以外，采用實(shí)施例1中所述的方法用超級磨料復(fù)合物覆層來蓋覆全組24個(gè)壓力輥，所述壓力輥由DIN 2448不銹鋼制成。還有，因?yàn)椴牧鲜遣讳P鋼，作為應(yīng)用非電鍍技術(shù)前的預(yù)處理步驟，施加一個(gè)薄的電解鎳底板層(strike layer)。該覆層的厚度為0.002英寸或50微米。
當(dāng)壓力輥被蓋覆后，整組24個(gè)被安裝在水泥復(fù)合物管道成形應(yīng)用中。在4星期的連續(xù)操作后，停止加工，并且將壓力輥原地清潔以去除殘留的水泥，以及視覺檢查壓力輥。視覺檢查揭示出在這些輥的任何一個(gè)上都沒有看見顯著的磨損，再次開始加工，并且又繼續(xù)運(yùn)行4個(gè)星期。在這個(gè)時(shí)間后，停止加工，象以前一樣原地清潔輥，并且視覺檢查它們。再次，沒有觀察到顯著的磨損，并且將輥留在原地繼續(xù)工作附加的4個(gè)星期。到2004年1月9日為止，具有超級磨料覆層的所述壓力輥已經(jīng)運(yùn)行了至少12個(gè)星期。
這個(gè)實(shí)施例例證了根據(jù)實(shí)施例1所描述的方法加工的、具有改進(jìn)的抗磨損能力特性的壓力輥的有效性。
實(shí)施例3如圖7A和7B所示的鋼體翼狀鉆頭74，通常被使用來鉆探油井。鋼體鉆頭直徑在8英寸到超過17英寸的范圍。鋼體鉆頭被制成各種結(jié)構(gòu)，但是一般由螺紋栓(threaded pin)76、鉆頭裝卸器槽(bit breaker slot)78、柄80、標(biāo)準(zhǔn)直徑部分(gauge)82、在標(biāo)準(zhǔn)直徑部分之上安放的刀片84a-d來構(gòu)成，所述刀片可以具有一般以2-10個(gè)刀片的對稱圖案來排列的各種布局。在一些情形中，標(biāo)準(zhǔn)直徑部分82可以是完整的或部分的環(huán)。在每個(gè)刀片上銅焊多晶金剛石刀具(PDC)，如PCD刀具86，所述的刀具時(shí)根據(jù)每個(gè)鉆頭所要求的切割效率來排列的。在鉆頭的主體內(nèi)，是向上延伸到鉆頭74的標(biāo)準(zhǔn)直徑部分82的柄鏜孔(shank bore)88。從柄鏜孔88的末端，鉆較小的孔，如小孔90，它們向外延伸到刀片之間。所述較小的孔一般帶有螺紋以便噴嘴(如噴嘴90)能夠插入。噴嘴通常以比鉆頭其他部件更快的速度磨損，并且通常以更頻繁的間隔被更換。
鋼體鉆頭被用來鉆探深達(dá)10,000英尺的孔。鉆進(jìn)速度(ROP)受必須鉆穿的地質(zhì)構(gòu)造的強(qiáng)烈影響。雖然ROP的值能夠在25-200英尺/小時(shí)的范圍，但典型的ROP值是在30-50英尺/小時(shí)的數(shù)量級上。取決于鉆孔的深度，典型的鋼體鉆頭在完成一個(gè)鉆孔之前可以被使用30-50小時(shí)。在許多情形中，鉆頭上的金剛石刀具會仍然起作用，但是鉆頭體的其他特征由于鉆屑和鉆探漿的腐蝕性會被大量磨損。在多數(shù)情形中，在PDC和/或鉆頭體處于它們必須被丟棄這樣一個(gè)狀況下以前，至少能夠修理鉆頭一次或兩次，并且能夠使用總共100-150小時(shí)。在多數(shù)情形中，PDC刀具具有可能達(dá)到的更長的有效壽命，但是受到鉆頭體磨損的限制。任何可以從鉆頭獲得的額外壽命都有幫于顯著降低總的鉆探成本。
已獲得如圖7所示的新的8又3/4英寸鋼體鉆頭。該鉆頭具有類似于以上所描述的特征，有4個(gè)刀片、4個(gè)噴嘴孔(port)(所述噴嘴已從鉆頭移走)，以及部分的環(huán)形標(biāo)準(zhǔn)直徑部分。所述8又3/4英寸的鉆頭是針對使用以下方法來進(jìn)行超級磨料蓋覆而準(zhǔn)備的(a)使用適度的噴砂方法將所有涂料從鉆頭完全去除。
(b)將API栓連接部分的螺紋以及包括斜面的裝飾(make-up)面掩蔽以防止超級磨料覆層附著到這些表面。這通過清潔螺紋的表面，用干凈的布和異丙醇擦拭以去除任何表面殘留物來實(shí)現(xiàn)的?；旌现型就Ａ粑?Evan Manufacturing，撕膜型II B-90)，并且將中途停留物涂在模具的外墻和端上。讓涂料充分變干，并且施加第二層涂料并讓其變干。不要將柄鏜孔的開口掩蔽，因?yàn)檫@些表面的內(nèi)徑是要用超級磨料覆層來蓋覆的。
(c)除API栓連接部分之外，噴嘴孔帶螺紋的壁同樣被掩蔽。
(d)沒有費(fèi)力去掩蔽金剛石刀具，因?yàn)榭梢哉J(rèn)識到，所述覆層不會附著到金剛石表面，并且在初次使用時(shí)，這些表面上的覆層會很容易剝落。
(e)當(dāng)這些準(zhǔn)備就緒，施加商品名為“復(fù)合金剛石覆層”(Surface Technology Inc.105North Gold Drive，Robbinsville，NJ 08691)的超級磨料覆層。用于這個(gè)特定鉆頭的覆層采用具有平均尺寸8微米的單晶金剛石粉末。結(jié)合在覆層內(nèi)的金剛石的體積百分比為約40％。覆層的厚度為約125微米。
(f)在施加“復(fù)合金剛石覆層”以后，將掩蔽物從其施加的區(qū)域去除。在一些情形中，可以在200℃-400℃的溫度范圍進(jìn)行蓋覆后的熱處理，處理的時(shí)間為1-2小時(shí)，以改進(jìn)包括復(fù)合物覆層的金屬基體的硬度。在這種情況下，因?yàn)轭檻]PDC銅焊結(jié)合處的完整性退化，沒有進(jìn)行熱處理。
在超級磨料覆層施加到鉆頭后，將鉆頭帶到一個(gè)鉆探現(xiàn)場。典型地，鉆頭在它必須被完全更換之前，在這個(gè)位置的2次或3次運(yùn)行中持續(xù)約100-150小時(shí)。在這些鉆探條件下，通常的鉆頭會在刀片的頂端上、在刀具之間、在鄰近噴嘴孔出口的鉆頭表面上以及在進(jìn)入內(nèi)鏜孔中的噴嘴孔的入口處顯示出清楚的磨損跡象。
在超級磨料鉆頭的情形中，該鉆頭運(yùn)行了通常長度的一段時(shí)間，并且將其從鉆孔中拉出進(jìn)行檢查。從檢查中清楚可見，雖然超級磨料覆層在關(guān)鍵區(qū)域中已被顯著地去除了，但該覆層降低了通常會發(fā)生的磨損。事實(shí)上，除了金剛石刀具上的磨損，該鉆頭本質(zhì)上處于和新鉆頭相同的狀況，并且人們可以期待甚至在所有的覆層都已消蝕掉以后，該鉆頭還能夠運(yùn)行另外的100-150小時(shí)。125微米厚的覆層已本質(zhì)上給這個(gè)鉆頭增加至少50小時(shí)的壽命，賦予這個(gè)鉆頭至少150-200小時(shí)的平均壽命。人們還能夠期待，如果將覆層厚度增加到本實(shí)施例厚度的兩倍，那么，鉆頭的壽命可以增加100小時(shí)或者兩次附加的運(yùn)行。該鉆頭是可再次運(yùn)行的，并且將被再次運(yùn)行。
實(shí)施例4已獲得如圖6所示的新的9又7/8英寸鋼體鉆頭。該鉆頭具有類似于上面在實(shí)施例4中所描述的特征，有4個(gè)刀片、4個(gè)噴嘴孔(port)(所述噴嘴已從鉆頭移走)，以及部分的環(huán)形標(biāo)準(zhǔn)直徑部分。所述9又7/8英寸的鉆頭是針對使用在實(shí)施例4中詳細(xì)描述相同的方法來進(jìn)行超級磨料蓋覆而準(zhǔn)備的。
當(dāng)這些準(zhǔn)備就緒，施加商標(biāo)為“復(fù)合金剛石覆層”(Surface Technology Inc.105 NorthGold Drive，Robbinsville，NJ 08691)的超級磨料覆層。用于這個(gè)特定鉆頭的覆層采用具有平均尺寸8微米的單晶金剛石粉末。結(jié)合在覆層內(nèi)的金剛石的體積百分比為約40％。覆層的厚度為約100微米。
在施加“復(fù)合金剛石覆層”以后，將掩蔽物從其施加的區(qū)域去除。在一些情形中，可以在200℃-400℃的溫度范圍進(jìn)行蓋覆后的熱處理，處理的時(shí)間為1-2小時(shí)，以改進(jìn)包括復(fù)合物覆層的金屬基體的硬度。在這種情況下，因?yàn)轭檻]PDC銅焊結(jié)合處的完整性退化，沒有進(jìn)行熱處理。
在超級磨料覆層施加到鉆頭后，將該鉆頭帶到一個(gè)大量進(jìn)行石油鉆探的鉆探現(xiàn)場。典型的鉆機(jī)在這個(gè)區(qū)域運(yùn)行100-150小時(shí)就必須更換鉆頭。在這些鉆探條件下，通常的鉆頭會在刀片的頂端上、在刀具之間、在鄰近噴嘴孔出口的鉆頭表面上以及在進(jìn)入內(nèi)鏜孔中的噴嘴孔的入口處顯示出清楚的磨損跡象。
在超級磨料鉆頭的情形中，該鉆頭運(yùn)行了通常長度的一段時(shí)間，并且將其從鉆孔中拉出進(jìn)行檢查。從檢查中清楚可見，雖然超級磨料覆層在關(guān)鍵區(qū)域中已被顯著地去除了，但該覆層降低了通常會發(fā)生的磨損。事實(shí)上，除了金剛石刀具上的磨損，該鉆頭本質(zhì)上處于和新鉆頭相同的狀況，并且人們可以期待甚至在所有的覆層都已消蝕掉以后，該鉆頭還能夠運(yùn)行另外的100-150小時(shí)。100微米厚的覆層已本質(zhì)上給這個(gè)鉆頭增加至少30小時(shí)的壽命，賦予這個(gè)鉆頭至少130-180小時(shí)的平均壽命或幾乎一次附加的運(yùn)行。人們還能夠期待，如果將覆層厚度增加到本實(shí)施例厚度的三倍，那么，鉆頭的壽命可以增加90小時(shí)。這個(gè)鉆頭是可以再次運(yùn)行的，并且將被再次運(yùn)行。
實(shí)施例5如圖8中所示的鋼傳輸管道94可以被使用來在混合加工中將金屬粉末從切爾遜機(jī)(chelsonating machine)輸送到混合機(jī)。所述粉末是鐵、鎳和石墨的一種專賣的混合物。所述2英寸內(nèi)徑的傳輸管道是由鋼制成，并且為90°彎頭的形式。在通常的生產(chǎn)模式中，粉末是在切爾遜機(jī)中加工，切爾遜機(jī)將粉末中的顆?；旌喜涸谝黄?。已混合的粉末借助重力從切爾遜單元經(jīng)過一系列的包括90°彎頭的鋼管道下降到混合機(jī)。在通常的加工條件下，一個(gè)星期加工16批粉末，每批包括360Kg。歷史上的加工記錄顯示典型的90°彎頭可以持續(xù)約3個(gè)月或172批，在此之后，在傳輸管道的彎頭處逐漸形成孔。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，整個(gè)加工必須停止約2到4小時(shí)，同時(shí)移走老的管道并安裝新的管道。
已獲得類似于先前所描述的和在圖8中所示的鋼傳輸管道，并且所述管道的內(nèi)部區(qū)域被施加了超級基體覆層。該管道是針對使用以下在實(shí)施例1中所描述的方法來進(jìn)行超級磨料蓋覆而準(zhǔn)備。雖然只有管道的內(nèi)壁與粉末接觸，但為了使管道外部的掩蔽最小化，管道內(nèi)外都用超級磨料覆層來蓋覆。使用具有8微米平均尺寸以及40％體積濃度的金剛石粉末將覆層施加到0.100mm的厚度。在施加超級涂料覆層以后，將傳輸管道加熱至350℃2小時(shí)，以增加鎳基體的硬度。由于覆層的加入而造成的管道厚度改變沒有影響安裝所要求的尺寸。
于2003年9月4日將超級磨料管道安裝在普通管道所處的同樣加工區(qū)中，并且從那時(shí)開始加工。到2004年2月4日止，已通過這個(gè)管道加工約203批。一月中對管道的檢查表明，該管道沒有顯示磨損的跡象。
實(shí)施例6如圖9中所示用于自吸(self-priming)離心泵的轉(zhuǎn)子組合件96由鑄鐵制成。轉(zhuǎn)子是泵不可或缺的部分。轉(zhuǎn)子葉片具有這樣的尺寸，即轉(zhuǎn)子的尖端(tip)與泵殼之間的距離對泵的性能來講是關(guān)鍵性的。當(dāng)葉片的尖端由于磨蝕、腐蝕或侵蝕而磨損掉，甚至磨損掉幾毫米，泵的性能都會顯著下降。泵的性能通常根據(jù)壓力和流速來測量。為了評估泵和泵組件的性能，已經(jīng)設(shè)計(jì)出這樣一種加速磨損測試，即使離心泵以重復(fù)循環(huán)的方式從存儲罐抽吸充滿磨料的漿通過泵，并且再回到該存儲罐中。所述磨蝕性的漿可以為含有氧化鋁顆粒的水、含有金屬碎屑的水或者任何其他含有將流過泵的固體顆粒的液體。
在如圖7所示的具有鑄鐵轉(zhuǎn)子的普通離心泵的情形中，泵的性能會是這樣的，即由泵產(chǎn)生的壓力從一天的操作以后到約5-10天穩(wěn)定、連續(xù)地下降，在此之后，泵所要求的壓力和流速不能被保持在所要求的水平。在這個(gè)時(shí)間以后，檢查鑄鐵轉(zhuǎn)子揭示轉(zhuǎn)子葉片已從最初的輪廓磨損掉幾毫米到數(shù)厘米。葉片尺寸和輪廓上的改變就是那些改變了泵流體動力學(xué)的因數(shù)，所述泵流體動力學(xué)的變化導(dǎo)致壓力和流量的損失。
如圖7所示的129mm直徑的鑄鐵轉(zhuǎn)子是針對使用類似于實(shí)施例1中所描述的技術(shù)來進(jìn)行超級磨料蓋覆而準(zhǔn)備，掩蔽轉(zhuǎn)子的孔使得超級磨料覆層不會附著到這些表面，并且因此不會改變尺寸，也不會使轉(zhuǎn)子不能安裝在馬達(dá)軸上。超級磨料覆層施加到0.200mm或200微米的厚度。所述覆層包含約40％體積濃度的8微米金剛石顆粒。在350℃下加熱處理該轉(zhuǎn)子2小時(shí)。在施加所述覆層后，將掩蔽材料從中央孔去除。
當(dāng)施加了所述超級磨料覆層時(shí)，轉(zhuǎn)子被安裝在泵內(nèi)，并且采用先前所描述的同樣過程來進(jìn)行加速磨損測試。泵被運(yùn)行來進(jìn)行兩個(gè)星期的連續(xù)工作，以再循環(huán)方式抽吸氧化鋁漿。在這個(gè)期間泵保持足夠的壓力和流速。在使用氧化鋁漿的兩星期測試之后，該泵被連續(xù)運(yùn)行一個(gè)星期來，用來抽吸包含金屬碎片的漿。在這個(gè)星期的操作期間，該泵仍保持穩(wěn)定的壓力和流速。這些測試條件和持續(xù)時(shí)間代表加速磨損測試的標(biāo)準(zhǔn)條件。
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)測試完成以后，該泵的轉(zhuǎn)子從泵組合件移走。對轉(zhuǎn)子的檢查證實(shí)了葉片在尺寸上完全未受影響，并且輪廓沒有變化。通過將其從轉(zhuǎn)子上折斷移走一片轉(zhuǎn)子葉片。這個(gè)葉片片段被安裝進(jìn)膠木樹脂丸(Bakelite resin pellet)中，并且用金剛石拋光膏拋光以暴露包括葉片兩側(cè)上的覆層厚度的葉片剖面。進(jìn)行該葉片片段的掃描電子顯微鏡分析，并且在葉片兩側(cè)上進(jìn)行超級磨料覆層的尺寸分析。從這些分析可知，可以確定超級磨料覆層厚度在183微米到199微米的范圍。根據(jù)最初覆層厚度為200μm這個(gè)事實(shí)，這代表了最小程度的磨損損耗。這證明改進(jìn)的轉(zhuǎn)子在測試期間保持了尺寸穩(wěn)定性，并且這允許泵在穩(wěn)定的壓力和流速下運(yùn)行。
實(shí)施例7這個(gè)實(shí)施例證明與在高磷含量的金屬復(fù)合物中使用多晶金剛石相比，在低磷含量的金屬復(fù)合物覆層中使用單晶金剛石來保護(hù)磨損表面的意想不到的優(yōu)點(diǎn)。為了證明這樣的意想不到的優(yōu)點(diǎn)，將常規(guī)的沖擊合成(shock synthesis)多晶金剛石(1.65μm平均顆粒尺寸)引入到高磷鎳覆層中，并且將泰伯板(taber panel)蓋覆成(6.4g/cc覆層比重)常規(guī)教導(dǎo)的那樣。本發(fā)明的覆層利用了單晶金剛石(1.75μm平均顆粒尺寸)，并且報(bào)告了重復(fù)的試驗(yàn)。本發(fā)明的覆層，如在此教導(dǎo)的那樣，利用了低磷鎳(3％P)。所有的覆層時(shí)使用實(shí)施例1中所描述的一般技術(shù)來蓋覆的，其中覆層中金剛石的水平在約30vol-％。
測試結(jié)果記錄如下
表1泰伯磨耗試驗(yàn)機(jī)(型號5130)分析

泰伯磨損指數(shù)＝(重量損失(mg))×1000/循環(huán)#
以上制成表格的結(jié)果證明，如通過泰伯抗磨蝕能力所測量的那樣，本發(fā)明的金屬基體覆層在抗磨蝕能力上提供了約18％的改進(jìn)。從這些數(shù)據(jù)中來看，不明顯的是本發(fā)明的單晶金剛石金屬基體實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)上的成本節(jié)約，按今天的價(jià)格，這導(dǎo)致每克拉金剛石成本節(jié)約10倍。從該數(shù)據(jù)來看，同樣不明顯的是本發(fā)明的單晶金剛石金屬基體覆層的沉積速度，與相對照的高磷覆層所測得的每小時(shí)大約5-8微米的沉積率相比，本發(fā)明的覆層呈現(xiàn)出鎳覆層厚度每小時(shí)約10-25微米的沉積速度。這是在蓋覆速度(coating rate)上的一個(gè)約3到5倍的改進(jìn)。
意想不到的是，本發(fā)明的單晶金剛石金屬基體覆層可以以明顯更高的速度，更底的成本數(shù)量級(cost orders of magnitude)來蓋覆，并且，與常規(guī)的高磷多晶金屬基體覆層(例如由Micro-Surface Corporation(www.microsurfacecorp.com)所例證的)相比，呈現(xiàn)出改進(jìn)了的性能。
權(quán)利要求
1.一種生成具有磨損表面的工藝設(shè)備的方法，所述磨損表面對與所述工藝設(shè)備加工的填料相關(guān)聯(lián)的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個(gè)或多個(gè)具有擴(kuò)大的抵抗能力，所述方法包括對所述工藝設(shè)備的磨損表面施加金屬基體覆層，所述金屬基體覆層用超級磨料顆粒填充。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中用在約5vol-％和80vol-％之間的所述超級磨料顆粒填充所述金屬基體。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述超級磨料顆粒是金剛石或者立方氮化硼(cBN)之中的一個(gè)或多個(gè)。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述超級磨料顆粒的平均顆粒尺寸在約0.1到約50微米的范圍。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬基體還用下列之中的一個(gè)或多個(gè)來填充硼、鉭、不銹鋼、鉻、鉬、釩、鋯、鈦、鎢、陶瓷、玻璃、滑石、塑料、金屬石墨、金屬氧化物、金屬硅化物、金屬碳酸鹽、金屬碳化物、金屬硫化物、金屬磷酸鹽、金屬硼化物、金屬硅酸鹽、金屬氨基苯胂酸鹽、金屬氮化物、或金屬氟化物。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬基體還用下列之中的一個(gè)或多個(gè)來填充六方氮化硼(hBN)、SiC、Si3N4、WC、TiC、CrC、B4C、Al2O3。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬基體覆層的厚度在約0.5到約1000微米的范圍。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬基體覆層的所述金屬是下列之中的一個(gè)或多個(gè)鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金、鉻、鉻合金、錫、錫合金、鈷、鉆合金、鋅、鋅合金、過渡金屬或者過渡金屬合金。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中所述金屬是鎳、鉻、鈷、銅、鐵、鋅、錫或鎢之中的一個(gè)或多個(gè)。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中所述金屬包括Ni。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中所述金屬包括具有P含量低于約5wt-％的Ni-P。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中所述金屬包括具有P含量低于約3wt-％的Ni-P。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬基體覆層包括無電鍍覆層或電解覆層之中的一個(gè)或多個(gè)。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中在所述金屬基體覆層上涂刷有機(jī)涂層。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中所述有機(jī)保護(hù)涂層由下列之中的一個(gè)或多個(gè)制得酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基塑料樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸改性的異氰尿酸酯樹脂、脲醛樹脂、丙烯酸改性的環(huán)氧樹脂或者丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯樹脂。
16.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括用于下列加工之中的一個(gè)或多個(gè)的成形工具軋制、剪切、彎曲、拉制、型鍛、熱鍛造、沖制、擠壓、注模、壓模、傳遞模塑以及層壓。
17.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括擠壓設(shè)備或者混配設(shè)備之中的一個(gè)或多個(gè)。
18.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括尺寸減小設(shè)備或者大小分級及分離設(shè)備之中的一個(gè)或多個(gè)。
19.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括孔口。
20.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括渦輪引擎、柴油機(jī)引擎或奧托循環(huán)引擎之中的一個(gè)或多個(gè)。
21.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括射彈武器。
22.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括下列之中的一個(gè)或多個(gè)鉆頭體、徑向軸承、推力軸承、機(jī)械耦合件、磨損墊、偏流器、限流器、抽泥泵襯、葉輪、鉆桿、閥門、定向鉆孔組合件、吊架組合件、沖擊組合件、噴嘴、巖芯提取器。
23.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括用于輸送所述填料的輸送組合件。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中所述工藝設(shè)備包括管道。
25.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括泵。
26.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括推子刀片或推子梳之中的一個(gè)或多個(gè)。
27.如權(quán)利要求1的方法，其中所述工藝設(shè)備包括不連續(xù)的纖維生產(chǎn)設(shè)備。
28.如權(quán)利要求1的方法，其中所述填料包括已填充的材料。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中所述材料用下列之中的一個(gè)或多個(gè)填充陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機(jī)材料、有粘結(jié)性的材料、冰或生物質(zhì)。
30.如權(quán)利要求1的方法，其中所述填料是下列之中的一個(gè)或多個(gè)陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機(jī)材料、有粘結(jié)性的材料、冰或生物質(zhì)。
31.具有磨損表面的工藝設(shè)備，所述磨損表面對與所述工藝設(shè)備加工的填料相關(guān)聯(lián)的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個(gè)或多個(gè)具有擴(kuò)大的抵抗能力，所述工藝設(shè)備包括用金屬基體覆層蓋覆的所述工藝設(shè)備磨損表面，所述金屬基體覆層填充有超級磨料顆粒。
32.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述金屬基體用在約5vol-％和80vol-％之間的所述超級磨料顆粒填充。
33.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述超級磨料顆粒是金剛石或立方氮化硼之中的一個(gè)或多個(gè)。
34.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述超級磨料顆粒的平均顆粒尺寸在約0.1到約50微米的范圍。
35.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述金屬基體還用下列之中的一個(gè)或多個(gè)來填充鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、硼、鉭、不銹鋼、鉻、鉬、釩、鋯、鈦、鎢、陶瓷、玻璃、滑石、塑料、金屬石墨、金屬氧化物、金屬硅化物、金屬碳酸鹽、金屬碳化物、金屬硫化物、金屬磷酸鹽、金屬硼化物、金屬硅酸鹽、金屬氨基苯胂酸鹽、金屬氮化物、或金屬氟化物。
36.如權(quán)利要求35的工藝設(shè)備，其中所述金屬基體還用下列之中的一個(gè)或多個(gè)來填充六方氮化硼(hBN)、SiC、Si3N4、WC、TiC、CrC、B4C、Al2O3。
37.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述金屬基體覆層的厚度在約0.5到約1000微米的范圍。
38.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述金屬基體覆層的所述金屬是下列之中的一個(gè)或多個(gè)鎳、鎳合金、銀、銀合金、鎢、鎢合金、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金、鉻、鉻合金、錫、錫合金、鈷、鈷合金、鋅、鋅合金、過渡金屬或者過渡金屬合金。
39.如權(quán)利要求38的工藝設(shè)備，其中所述金屬是鎳、鉻、鈷、銅、鐵、鋅、錫或鎢之中的一個(gè)或多個(gè)。
40.如權(quán)利要求39的工藝設(shè)備，其中所述金屬包括Ni。
41.如權(quán)利要求40的工藝設(shè)備，其中所述金屬包括具有P含量低于約5wt-％的Ni-P。
42.如權(quán)利要求41的工藝設(shè)備，其中所述金屬包括具有P含量低于約3wt-％的Ni-P。
43.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述金屬基體覆層包括無電鍍覆層或電解覆層之中的一個(gè)或多個(gè)。
44.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中在所述金屬基體覆層上涂刷有機(jī)涂層。
45.如權(quán)利要求44的工藝設(shè)備，其中所述有機(jī)保護(hù)涂層由下列之中的一個(gè)或多個(gè)制得酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基塑料樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、丙烯酸酯樹脂、異氰尿酸酯樹脂、丙烯酸改性的異氰尿酸酯樹脂、脲醛樹脂、丙烯酸改性的環(huán)氧樹脂或者丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯樹脂。
46.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括用于下列加工之中的一個(gè)或多個(gè)的成形工具軋制、剪切、彎曲、拉制、型鍛、熱鍛造、沖制、擠壓、注模、壓模、傳遞模塑以及層壓。
47.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括擠壓設(shè)備或者混配設(shè)備之中的一個(gè)或多個(gè)。
48.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括尺寸減小設(shè)備或者大小分級及分離設(shè)備之中的一個(gè)或多個(gè)。
49.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括孔口。
50.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括渦輪引擎、柴油機(jī)引擎或奧托循環(huán)引擎之中的一個(gè)或多個(gè)。
51.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括射彈武器。
52.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括下列之中的一個(gè)或多個(gè)鉆頭體、徑向軸承、推力軸承、機(jī)械耦合件、磨損墊、偏流器、限流器、抽泥泵襯、葉輪、鉆桿、閥門、定向鉆孔組合件、吊架組合件、沖擊組合件、噴嘴、巖芯提取器。
53.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括用于輸送所述填料的輸送組合件。
54.如權(quán)利要求53的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括管道。
55.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括泵。
56.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括推子刀片或推子梳之中的一個(gè)或多個(gè)。
57.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述工藝設(shè)備包括不連續(xù)的纖維生產(chǎn)設(shè)備。
58.如權(quán)利要求31的工藝設(shè)備，其中所述填料包括已填充的材料。
59.如權(quán)利要求58的工藝設(shè)備，其中所述材料用下列之中的一個(gè)或多個(gè)填充陶瓷、玻璃、礦物、金屬陶瓷、金屬、有機(jī)材料、有粘結(jié)性的材料、冰或生物質(zhì)。
全文摘要
一種用于制作具有磨損表面的工藝設(shè)備的方法，所述磨損表面對與所述工藝設(shè)備處理的填料或固體相關(guān)聯(lián)的磨蝕、腐蝕或侵蝕之中的一個(gè)或多個(gè)具有擴(kuò)大的抵抗能力，所述方法包括將填充有超級磨料顆粒的金屬基體覆層施加到所述工藝設(shè)備的磨損表面。金剛石和立方氮化硼超級磨料顆粒可以填充所述金屬基體，所述金屬基體可以為鎳覆層。
文檔編號C25D7/10GK1747797SQ200480003751
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月7日
發(fā)明者蒂莫西·達(dá)姆, 約翰·威廉·盧塞克, 約翰·皮特里努, 馬克·加里·戴維森, 布魯斯·韋恩·霍弗 申請人:戴蒙得創(chuàng)新股份有限公司