用于涂布发动机气缸孔的热喷涂铁基合金的制作方法

hardness)。在一些实施方式中，涂层可以通过大气等离子喷涂来沉积。在一些实施方式中，涂层可以沉积在内燃机的气缸孔的内表面上。在一些实施方式中，涂层可包括在约5和约35vol.％之间的总硬相(hard phase)、在约5和约35vol.％之间的总尖晶石相和在约5和约35vol.％之间的总富铝氧化物相。
11.本文还公开了铁基雾化粉末的实施方式，其在平衡凝固条件下包括大于或等于15.0mol％的高于固相线温度25k的液体。
12.在一些实施方式中，粉末在平衡凝固条件下可具有小于或等于1700k的液相线温度。在一些实施方式中，粉末在平衡凝固条件下可具有小于或等于1500k的固相线温度。在一些实施方式中，其中，在平衡凝固条件下，固相线温度和液相线温度之间的差在350k和120k之间。在一些实施方式中，其中，在平衡凝固条件下，所有硬相的摩尔分数在5和35mol％之间。
13.在一些实施方式中，粉末可包括大于或等于7wt.％的直径大于44微米的粉末。在一些实施方式中，粉末可具有包括：b：0.2至2.5wt.％、c：0.15至2.0wt.％、si：0.0至7.0wt.％和fe：余量的化学成分。在一些实施方式中，粉末可包括0至4wt％之间的mn。在一些实施方式中，粉末包括小于或等于0.5wt％的cr。在一些实施方式中，可以通过大气等离子喷涂来沉积粉末。
14.在一些实施方式中，粉末可沉积在内燃机的气缸孔的内表面上以用于减少运行期间的摩擦。在一些实施方式中，粉末可以通过水雾化或气体雾化来制造。在一些实施方式中，粉末在沉积后可包括在550hv0.1和950hv0.1之间的颗粒硬度。
15.本文还公开了一种施加涂层的方法的实施方式，该方法包括在内燃机中使用的汽缸孔的内表面上沉积涂层以减少运行期间的摩擦，其中用于形成涂层的粉末材料在平衡凝固条件包括大于或等于15.0mol％的高于固相线温度25k的液体。
16.在一些实施方式中，沉积可包括等离子喷涂。在一些实施方式中，粉末材料可包括大于或等于7wt％且小于或等于80wt％的直径大于44微米的颗粒。在一些实施方式中，粉末材料在平衡凝固条件下可以具有小于或等于1700k的液相线温度。
17.本文还公开了热喷涂原料材料的实施方式，其包括fe和，以wt.％计，al：约1.5至约4.5、和c：约0.2至约1.6，其中热原料材料包括粉末，该粉末在添加4wt％氧的平衡条件下形成具有由约7.5和约30mol％之间富铝相组成的基质。在一些实施方式中，该材料可以包括小于1wt.％的其他元素和不可避免的杂质。在一些实施方式中，其中铝在1300k下包括氧化物的含铝氧化物定义为尖晶石、刚玉和莫来石相的总和。一些实施方式中，富铝氧化物包括铁、铝和氧。
18.在一些实施方式中，以下元素以0.5wt.％的最大量存在：b、n、ca、ti、v、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、pd、ag、cd、in、sn、la、hf、ta、w、pt、au。在一些实施方式中，材料包括fe、al、c、si和mn，并且所有其他元素的最大量为0.5wt.％。在一些实施方式中，材料包括fe、al、c、si和mn，并且所有其他元素的最大量为0.1wt.％。在一些实施方式中，所有不可避免的杂质的总量小于约1wt.％。
19.本文还公开了由本文公开的材料形成的发动机内孔上的涂层的实施方式。在一些实施方式中，涂层可具有超过450的hv
0.3
硬度。
20.本文进一步公开了施加如本文所公开的涂层的方法的实施方式。
21.本文进一步公开了如本文所公开的热喷涂原料的实施方式。
22.本文进一步公开了如本文所公开的涂层的实施方式。
附图说明
23.图1显示了不符合以下公开的一个或多个标准的合金的平衡凝固图，在表1中描述为标准1，其化学成分为碳1.2wt.％、锰1.4wt.％、铬1.4wt.％、以及余量的铁。
24.图2显示了符合本公开的实施方式的合金的平衡凝固图，在表1中描述为p111
‑
x3，其化学成分为硼1.5wt.％、碳0.2wt.％、硅1.0wt.％、以及余量的铁。
25.图3显示了符合本公开的实施方式的合金的平衡凝固图，在表1中描述为p111
‑
x7，其化学成分为铝3.4wt.％、碳1.1wt.％、以及余量的铁的，向其中添加了4wt.％氧。
具体实施方式
26.本文公开了铁基合金的实施方式。在一些实施方式中，本文公开的合金可具有低熔点和高液体分数。在一些实施方式中，本文公开的合金可掺入铝并且其具有有利的氧化热力学。两种类型的合金都可以包括一个或多个所公开的标准。它们可用于等离子喷涂工艺、内径特定等离子喷涂工艺和热喷涂材料的原料。在一些实施方式中，它们可用作内燃机汽缸孔的涂层，但具体用途没有限制。
27.从环境和工人健康的角度来看，不使用铬的合金可能是有利的。含铬铁基合金在制造、加工和沉积期间可能会形成六价铬(cr
6
)烟雾和废水。减少六价铬(cr
6
)是由于担心相对低剂量致癌作用。因此，来自发达国家和发展中国家的监管压力越来越大，要求大幅减少环境和工人对cr
6
的实际和潜在暴露。在本公开的一方面，描述了具有低铬或不含铬的合金。
28.在本公开的某些应用中，可能有利的是，使用具有≥7wt％和≤80wt％的颗粒的铁基粉末原料，该颗粒为大于44微米或325网目形态(或大于约44微米或约325网目形态)。颗粒可用于形成涂层，例如，使用热喷涂。具有掺入较大颗粒的粒度分布(psd)具有成本优势。在典型的热喷涂粉末中，大多数大于44微米的粉末不会掺入最终产品中，而是作为废料出售或再加工。通过在最终产品中掺入大于44微米的粉末，更少的材料成为废料，降低了产品成本并降低了废料百分比。另外的优势是降低的重熔百分比，这可以提高产量、提高工人安全性、延长设备寿命、减少维护、减少库存量和减少火灾危险。例如，如果重熔粉末占熔体的百分比太高，则会导致燃烧风险。
29.在一些实施方式中，铁基粉末原料可具有≥7wt.％且≤80wt.％的最小粒度为53微米(或约53微米)的颗粒。在一些实施方式中，铁基粉末原料可具有≥7wt.％且≤80wt.％的最小粒度为63微米(或约63微米)的颗粒。在一些实施方式中，铁基粉末原料可具有≥7wt.％且≤80wt.％的最小粒度为75微米(或约75微米)的颗粒。
30.在一些实施方式中，铁基粉末原料可具有≥7wt.％且≤80wt.％的最大粒度为90微米(或约90微米)的颗粒。在一些实施方式中，铁基粉末原料可具有≥7wt.％且≤80wt.％的最大粒度为75微米(或约75微米)的颗粒。在一些实施方式中，铁基粉末原料可具有≥7wt.％且≤80wt.％的最大粒度为63微米(或约63微米)的颗粒。在一些实施方式中，铁基粉末原料可具有≥7wt.％且≤80wt.％的最大粒度为53微米(或约53微米)的颗粒。
31.包括≥7wt.％且≤80wt.％大于例如44微米的颗粒的较粗粉末用于等离子喷涂的商业化主要障碍是沉积效率和涂层质量的降低，因为与标准等离子喷涂沉积(psd)粉末相比，喷涂期间形成的未熔化颗粒增加。这些热力学特性包括熔化特性，比如固相线、液相线以及相对温度下液体和固体的分数。本公开描述的合金在低温下具有改进的流动性，预测给定合金具有良好的沉积特性的能力。本质上，通过保持低固相线温度和刚刚高于固相线的液体的高比例，与没有设计该属性的合金相比，材料在低温下可以更具流动性。
32.在磨损应用中，耐磨性和硬度通常直接相关。也就是说，与较软的材料相比，较硬的材料通常表现出改进的耐磨性和滑动耐磨性。与较低硬度材料相比，高硬度材料还可以更容易进行珩磨并在珩磨期间抵抗塑性变形，从而提高表面质量。在本公开的一个方面，描述了与碳钢组合物相比具有改进的硬度的合金粉末和等离子喷涂的涂层。与具有～500hv0.1硬度的参考标准钢相比，本公开中描述的合金粉末和涂层具有在600和1000之间(或在约600和约1000之间)hv0.1的硬度。
33.在一些实施方式中，如本文所述的铁基合金可用作用于等离子转移弧(pta)、包括高速激光熔覆的激光熔覆表面硬化工艺和包括高速氧燃料(hvof)热喷涂的热喷涂工艺的有效原料，尽管本公开不限于此。一些实施方式包括将合金制造成用于表面硬化工艺的带芯线材，以及使用线馈激光(wire fed laser)和短波激光的线材和粉末的焊接方法。
34.在一些实施方式中，本公开的铁基合金可用于大气等离子喷涂(aps)。在一些实施方式中，合金是用于aps工艺的原料，该aps工艺配置为涂布圆柱体的内径。
35.术语合金可指用于形成金属部件的粉末的化学组合物、粉末本身、用于形成铸造部件的熔体的化学组合物、熔体本身以及通过加热、烧结和/或沉积粉末形成的金属部件的组合物——其包括冷却后金属部件的组合物。在一些实施方式中，术语合金可指形成所公开粉末的化学组合物、粉末本身、原料本身、线材、包括粉末的线材、线材组合的组合组合物、通过加热和/或沉积粉末或其他方法形成的金属部件的组合物、以及金属部件。
36.在一些实施方式中，制造成用于焊接或用作另一工艺的原料的实心或带芯线材(包括粉末的护套)的合金可以通过本文的特定化学成分来描述。例如，线材可用于热喷涂。进一步地，下文公开的组合物可以来自单根线材或多根线材的组合(比如2、3、4或5根线材)。
37.在一些实施方式中，可以通过热喷涂工艺施加合金以形成热喷涂涂层，比如hvof合金。在一些实施方式中，合金可以作为堆焊施加。在一些实施方式中，合金可以作为热喷涂或作为堆焊施加，例如，具有双重用途。
38.在一些实施方式中，合金可以被制造成粉末。粉末可以通过水雾化、气体雾化、喷雾干燥、喷雾干燥然后烧结和/或氧化物的直接还原来制造。在一些实施方式中，本文所述的合金可用于经由热喷涂的涂层。在一些实施方式中，本文所述的合金可用于经由等离子喷涂的涂层。在一些实施方式中，本文所述的合金可用于经由大气等离子喷涂形成涂层。在一些实施方式中，本文所述的合金可用于经由大气等离子喷涂到特定产品的内径上形成涂层。具体应用可包括，但不限于，气缸孔、气缸套筒、泵套筒、泵壳。在一些实施方式中，本文所述的合金可用于经由大气等离子喷涂到内燃机气缸孔的内径上形成涂层。
39.金属合金组合物
40.在一些实施方式中，合金可以通过组成范围来描述，该组成范围包括能够符合本
公开中提出的热力学标准的一组合金。本发明的实施方式中描述的所有合金都不含cr或含有低百分比的cr。在一些实施方式中，本公开中描述的合金可以没有mn或具有低重量百分比的mn。下面讨论这两种元素范围。
41.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
42.碳：1.1(或约1.1)；
43.铝：3.4(或约3.4)；
44.铁：余量；
45.其他元素和不可避免的杂质：各自<1(或约1)。
46.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
47.碳：1.1(或约1.1)；
48.铝：3.4(或约3.4)；
49.铁：余量；
50.其他元素和不可避免的杂质：各自<0.5(或约0.5)。
51.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
52.碳：1.0(或约1.0)；
53.铝：3.4(或约3.4)；
54.铁：余量；
55.其他元素和不可避免的杂质：各自<1(或约1)。
56.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
57.碳：1.0(或约1.0)；
58.铝：3.4(或约3.4)；
59.铁：余量；
60.其他元素和不可避免的杂质：各自<0.5(或约0.5)。
61.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
62.碳：0.9(或约0.9)；
63.铝：3.4(或约3.4)；
64.铁：余量；
65.其他元素和不可避免的杂质：各自<1(或约1)。
66.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
67.碳：0.9(或约0.9)；
68.铝：3.4(或约3.4)；
69.铁：余量；
70.其他元素和不可避免的杂质：各自<0.5(或约0.5)。
71.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
72.碳：0.9至1.4(或约0.9至约1.4)；
73.铝：3至3.8(或约3至约3.8)；
74.铁：余量；
75.其他元素和不可避免的杂质：各自<1(或约1)。
76.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
77.碳：0.9
‑
1.4(或约0.9
‑
约1.4)；
78.铝：3至3.8(或约3至约3.8)；
79.铁：余量；
80.其他元素和不可避免的杂质：各自<0.5(或约0.5)。
81.如上所讨论，其他元素和不可避免的杂质可以各自限制到某个最大值。在一些实施方式中，杂质整体上可具有所列出的1.0或0.5wt.％的最大值，其中其他元素各自限制为1.0或0.5wt.％的最大值。在一些实施方式中，所有其他元素共同低于1.0或0.5wt.％。
82.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
83.硼：0.2至2.5(或约0.2至约2.5)；
84.碳：0.15至2.0(或约0.15至约2.0)；
85.硅：0.0至7.0(或约0.0至约7.0)；和
86.铁：余量。
87.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
88.硼：0.2至2.5(或约0.2至约2.5)；
89.碳：0.15至2.0(或约0.15至约2.0)；
90.硅：0.0至7.0(或约0.0至约7.0)；
91.铬：0.0至0.5(或约0.0至约0.5)；
92.铁：余量。
93.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
94.硼：0.2至2.5(或约0.2至约2.5)；
95.碳：0.15至2.0(或约0.15至约2.0)；
96.硅：0.0至7.0(或约0.0至约7.0)；
97.铬：0.0至0.1(或约0.0至约0.1)；和
98.铁：余量。
99.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
100.硼：0.2至2.5(或约0.2至约2.5)；
101.碳：0.15至2.0(或约0.15至约2.0)；
102.硅：0.0至7.0(或约0.15至约2.0)；
103.铬：0.0至0.5(或约0.0至约0.5)；
104.锰：0.0至0.5(或约0.0至约0.5)；和
105.铁：余量。
106.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
107.碳：0.15至2.0(或约0.15至约2.0)；
108.铝：2.0至7.0(或约2.0至约7.0)；
109.硅：0.0至1.5(或约0.0至约1.5)；
110.锰：0.0至2.0(或约0.0至约2.0)；和
111.铁：余量。
112.在一些实施方式中，所公开的组合物中的任一种可包括以wt.％计的以下范围中任一个的铬和/或锰：
113.0.0至1.0(或约0.0至约1.0)；
114.0.0至0.5(或约0.0至约0.5)；
115.0.0至0.25(或约0.0至约0.25)；
116.0.0至0.1(或约0.0至约0.1)；或
117.0.0至0.05(或约0.0至约0.05)。
118.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
119.铝：1.5至4.5(或约1.5至约4.5)；
120.碳：0.2至1.6(或约0.2至约1.6)；和
121.铁：余量。
122.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
123.铝：1.5至4.5(或约1.5至约4.5)；
124.碳：0.2至1.6(或约0.2至约1.6)；
125.硅 硼：0.5至4.0(或约0.5至约4.0)；和
126.铁：余量。
127.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
128.铝：2.7至4.1(或约2.7至约4.1)；
129.碳：0.8至1.4(或约0.8至约1.4)。
130.在一些实施方式中，组合物可以具有以重量百分比计的以下元素范围：
131.铝：3至3.8(或约3至约3.8)；
132.碳：0.9至1.2(或约0.9至约1.2)。
133.上述组合物的实施方式对于用等离子喷涂施加到内燃机的内孔是特别有利的。在一些实施方式中，上述合金可以仅包括铝、碳、铁和不可避免的杂质。
134.在一些实施方式中，为了保持低成本材料的目的，除了避免cr之外，避免额外的合金元素可能是有利的。在一些实施方式中，除碳或铝外，材料中不存在超过5wt.％(或约5wt.％)的其他元素。在一些实施方式中，材料中不存在超过1wt.％(或约1wt.％)的其他元素。在一些实施方式中，材料中不存在超过0.5wt.％(或约0.5wt.％)的其他元素。在一些实施方式中，在钢中合金化的以下元素仅作为杂质被发现并且因此具有低于0.5wt.％的可测量重量百分比：b、n、ca、ti、v、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、pd、ag、cd、in、sn、la、hf、ta、w、pt、au。
135.在一些实施方式中，杂质可以小于或等于0.25(或约0.25)wt.％。
136.在一些实施方式中，组合物可包括最少0.4(或约0.4)wt.％的硅。在一些实施方式中，组合物可包括最多2(或约2)wt.％的硅。在一些实施方式中，组合物可以不包括硅。
137.表1：符合本公开的实施方式(x2
‑
x7)的实验合金组合物以及本公开范围之外的合金(标准1和标准2)的标称和测量值的列表，余量为铁 微量杂质
[0138][0139]
在表1中，所有值也可以是“约”所列举的值，例如，对于p111
‑
x2硼0.6(或约0.6)。这适用于遍及公开内容的所有表格。
[0140]
在一些实施方式中，所公开的组合物可以是线材/粉末、涂层或其他金属组分，或两者。
[0141]
所公开的合金可以将上述元素组成掺入到总量为100wt.％。在一些实施方式中，合金可包括，可限于，或可基本上由上述元素组成。在一些实施方式中，合金可包括2wt.％(或约2wt.％)或更少、1wt.％(或约1wt.％)或更少、0.5wt.％(或约0.5wt.％)或更少、0.1wt.％(或约0.1wt.％)或更少或0.01wt.％(或约0.01wt.％)或更少的杂质，或任何这些值之间的任何范围。杂质可以理解为由于在原料组分中包括通过在制造工艺中引入而可以包括在合金中的元素或组成。
[0142]
进一步地，在上述段落中描述的所有组合物中确定的fe含量可以是组合物的余量，或者可选地，当提供fe作为余量时，组合物的余量可以包括fe和其他元素。在一些实施方式中，余量可以基本上由fe组成并且可以包括附带的杂质。
[0143]
热力学标准
[0144]
本公开的合金的实施方式可以通过某些平衡热力学标准来充分描述。合金可以符合一些或全部所描述的热力学标准。
[0145]
第一个平衡热力学标准预测了合金在凝固期间部分固态和部分液态时的流动性，即，处于液相线和固相线之间的温度下时。该标准是高于模拟平衡固相线温度25k时液体的模拟分数。在该温度下，液体的较高摩尔分数可能与等离子喷涂的合金的高沉积效率相关。对于44微米以上的粉末部分，这可能是正确的。
[0146]
第一个平衡热力学标准是高于固相线温度[102][202]25k(或约25k)[101][201]时液体的摩尔分数。该标准应称为固相线以上25k液体的摩尔分数。如图1所示，对于本公开之外的合金，标准1，该百分比为9.3mol％[101]。如图2所示，对于合金p111
‑
x3，该百分比为46.0mol％[201]。
[0147]
在一些实施方式中，固相线以上25k液体的摩尔分数应大于或等于15mol％(或约15mol％)。在一些实施方式中，固相线以上25k液体的摩尔分数应大于或等于20mol％(或约20mol％)。在一些实施方式中，固相线以上25k液体的摩尔分数应大于或等于25mol％(或约25mol％)。在一些实施方式中，固相线以上25k液体的摩尔分数应大于或等于30mol％(或约30mol％)。在一些实施方式中，固相线以上25k液体的摩尔分数应大于或等于35mol％(或约35mol％)。在一些实施方式中，固相线以上25k液体的摩尔分数应大于或等于40mol％(或约40mol％)。在一些实施方式中，固相线以上25k液体的摩尔分数应大于或等于45mol％(或约45mol％)。
[0148]
第二个平衡热力学标准与热喷涂期间合金的凝固特性有关。该标准，即固相线温度，当最小化时，可以预测合金的流动性增加，这允许大颗粒在比高固相线温度合金更低的温度下包括一部分液体。
[0149]
第二个平衡热力学标准是固相线温度，其定义为在平衡凝固期间没有液体存在的最高温度。如图1
‑
2所示，在合金标准1和合金p111
‑
x3中，这分别计算为1580k和1440k，[102]和[202]。
[0150]
在一些实施方式中，固相线温度小于或等于1550k(或约1550k)。在一些实施方式中，固相线温度小于或等于1500k(或约1500k)。在一些实施方式中，固相线温度小于或等于1475k(或约1475k)。在一些实施方式中，固相线温度小于或等于1450k(或约1450k)。
[0151]
第三个平衡热力学标准与在热喷涂期间合金的凝固特性有关。第三个标准是合金的液相线温度，该液相线温度可以预测合金在高于该温度时将完全呈液态。在本公开中，具有较低固相线温度的合金可以在较低能量输入和较低液相线温度下实现完全熔融状态。由于完全熔融粉末的比例增加，这可以在给定的等离子体温度下在热喷涂期间实现粗粉末的高沉积效率。
[0152]
第三个平衡热力学标准是液相线温度，其定义为合金在平衡凝固条件期间完全液态的最高温度。如图1
‑
2所示，对于合金标准1，液相线温度为1715k[103]。在合金p111
‑
x3中，液相线温度为1665k[203]。
[0153]
在一些实施方式中，液相线温度小于或等于1750k(或约1750k)。在一些实施方式中，液相线温度小于或等于1725k(或约1725k)。在一些实施方式中，液相线温度小于或等于1700k(或约1700k)。在一些实施方式中，液相线温度小于或等于1675k(或约1675k)。在一些实施方式中，液相线温度小于或等于1650k(或约1650k)。在一些实施方式中，液相线温度小于或等于1625k(或约1625k)。在一些实施方式中，液相线温度小于或等于1600k(或约1600k)。
[0154]
第四平衡热力学标准与凝固范围有关，该凝固范围定义为液相线温度减去固相线温度，单位为开尔文。该标准将被称为糊状区。宽的糊状区可在沉积期间促进部分熔融/部分固体颗粒，这可导致新的铺展(splat)形貌和/或比完全固体或完全熔融颗粒更好的沉积特性。
[0155]
如图1
‑
2所示，在合金标准1中，糊状区为135k[103]
‑
[102]。在合金p111
‑
x3中，糊状区为225k[203]
‑
[202]。
[0156]
在一些实施方式中，糊状区在30和150k之间(或在约30和约150k之间)。在一些实施方式中，糊状区在120和350k之间(或在约120和约350k之间)。在一些实施方式中，糊状区在150和350k之间(或在约150和约350k之间)。
[0157]
第五平衡热力学标准与合金在平衡凝固条件下的总硬相分数有关。该标准与制造时、雾化后和/或经由热喷涂沉积后的颗粒硬度相关，即使由于非平衡凝固条件，相没有形成或不等于平衡摩尔百分比。
[0158]
第五平衡热力学标准是所有硼化物、碳化物和硅化物在1300k(或约1300k)时的摩尔分数总和。这被称为1300k的总硬相。在合金标准1中，1300k处的总硬质相为0mol％，因为不存在硬相。在p111
‑
x3合金中，1300k下的总硬相为21.5mol％，因为m2b相——一种硼化物，是1300k下唯一存在的硬相[204]。
[0159]
在本公开的一些实施方式中，1300k(或约1300k)下的总硬相在5和35mol％之间(或在约5和约35mol％之间)。在本公开的一些实施方式中，1300k(或约1300k)下的总硬相在7.5和30mol％(或在约7.5和约30mol％之间)。在本公开的一些实施方式中，1300k(或约1300k)下的总硬相在7.5和25mol％之间(或在约7.5和约25mol％之间)。在本公开的一些实施方式中，1300k(或约1300k)下的总硬相在9和25mol％之间(或在约9和约25mol％之间)。
[0160]
表2：符合本公开的实施方式的合金的模拟和测量的(实证)热力学标准的列表
[0161][0162]
表3：不符合本公开的实施方式的合金的模拟和测量的(实证)热力学标准的列表
[0163][0164]
表4：符合本公开的实施方式且具有4wt.％氧的合金的模拟热力学标准的列表
[0165][0166]
第六平衡热力学标准涉及当与4wt.％(或约4wt.％)氧结合时合金的平衡或接近平衡的feal2o4尖晶石相含量，氧可以经由热喷涂工艺带入到合金系统中。该标准可以与尖晶石含量增加的涂层中的氧化物硬度有关，与维氏体和磁铁矿铁氧化物相相比，该增加的尖晶石含量与氧化物硬度的增加相关。在某些应用中，这可以提高磨损性能。在一些实施方式中，合金可具有富铝氧化物，其包括尖晶石、刚玉和莫来石中的一种或多种。
[0167]
第六平衡热力学标准是所有含fe和a1的尖晶石相摩尔分数的总和，其包括在添加4wt.％(或约4wt.％)氧的平衡条件下在1000k下存在的feal2o4。该标准将被称为总尖晶石摩尔分数。如图3所示，对于含4wt.％氧的合金p111
‑
x7，总尖晶石摩尔分数为20mol％，因为在1000k下存在的唯一尖晶石相是fea12o4[301]。
[0168]
在本公开的一些实施方式中，1000k(或约1000k)下的总尖晶石相在5和35mol％之间(或在约5和约35mol％之间)。在本公开的一些实施方式中，1000k(或约1000k)下的总尖晶石相在7.5和30mol％之间(或在约7.5和约30mol％之间)。在本公开的一些实施方式中，1000k(或约1000k)下的总尖晶石相在10和25mol％之间(或在约10和约25mol％之间)。
[0169]
第七平衡热力学标准是所有富铝氧化物相摩尔分数的总和，其包括，但不限于，在
添加4wt％(或约4wt％)氧的平衡条件下在1300k下存在的尖晶石、刚玉和莫来石，其中富铝为在氧化物中的a1>10wt％。该标准将被称为总富铝氧化物摩尔分数。带有4wt％氧的合金p111
‑
x7，总富铝氧化物摩尔分数为14mol％。
[0170]
在本公开的一些实施方式中，1300k(或约1300k)下的总富铝氧化物相在5和35mol％之间(或在约5和约35mol％之间)。在本公开的一些实施方式中，1300k(或约1300k)下的总富铝氧化物相在7.5和30mol％之间(或在约7.5和约30mol％之间)。在本公开的一些实施方式中，1300k(或约1300k)下的总富铝氧化物相在10和25mol％之间(或在约10和约25mol％之间)。
[0171]
在一些实施方式中，合金可以仅符合第六和第七热力学标准。例如，具有碳、铝、铁和少于1％的其他元素的合金可以符合这些标准。在一些实施方式中，合金可以仅符合第一至第五热力学标准。例如，具有硼、碳和铁的合金可以符合这些标准。在一些实施方式中，合金可以符合所有热力学标准。在一些实施方式中，合金可以符合一个或多个热力学标准。
[0172]
微观结构标准
[0173]
本公开的合金的实施方式可以通过某些显微结构标准来充分描述。合金可以符合一些或全部所描述的微观结构标准。
[0174]
第一微观结构标准是等离子喷涂涂层的整体硬度，其与磨料和滑动磨损应用中的磨损性能相关。在横截面中涂层的中间80％中使用300gf载荷测量整体硬度作为维氏硬度。
[0175]
在本公开的一些实施方式中，沉积之后的整体涂层硬度可以在290hv0.3和600hv0.3之间(或在约290hv0.3和约600hv0.3之间)。
[0176]
第二微观结构标准是等离子喷涂的涂层的单个颗粒硬度。该标准与磨损性能相关，其中更高的颗粒硬度与更好的磨损性能相关。
[0177]
在本公开的一些实施方式中，沉积之后的单个颗粒硬度可以在550hv0.1和950hv0.1之间(或在约550hv0.1和约950hv0.1之间)。
[0178]
表4：本公开之外的标准合金和本公开的实施方式中描述的x2
‑
x7合金的硬度数据。
[0179]
合金hv0.3hv 0.1标准1338504标准2425 p111
‑
x2292612p111
‑
x3436686p111
‑
x4412690p111
‑
x5461744p111
‑
x6552933p111
‑
x7499 [0180]
第三微观结构标准是所有硼化物、碳化物和硅化物的体积分数总和。这被称为总硬相。
[0181]
在本公开的一些实施方式中，总硬相在5和35vol％之间(或在约5和约35vol％之间)。在本公开的一些实施方式中，总硬相在7.5和30vol％之间(或在约7.5和约30vol％之间)。在本公开的一些实施方式中，总硬相在7.5和25vol％之间(或在约7.5和约25vol％之
间)。在本公开的一些实施方式中，总硬相在9和25vol％之间(或在约9和约25vol％之间)。
[0182]
第四微观结构标准与当与4wt.％(或约4wt.％)氧结合时合金的feal2o4尖晶石相含量有关，其可以经由热喷涂工艺将其带入到合金系统。在一些实施方式中，合金可具有富铝氧化物，其包括尖晶石、刚玉和莫来石中的一种或多种。
[0183]
第四微观结构标准是所有含fe和a1的尖晶石相摩尔分数的总和，其包括添加了4wt.％(或约4wt.％)氧的feal2o4。该标准将被称为总尖晶石摩尔分数。
[0184]
在本公开的一些实施方式中，总尖晶石相在5和35vol％之间(或在约5和约35vol％之间)。在本公开的一些实施方式中，总尖晶石相在7.5和30vol％之间(或在约7.5和约30vol％)。在本公开的一些实施方式中，总尖晶石相在10和25vol％之间(或在约10和约25vol％之间)。
[0185]
第五微观结构标准是所有富铝氧化物相摩尔分数的总和，其包括，但不限于，添加了4wt.％(或约4wt.％)的氧的尖晶石、刚玉和莫来石，其中富铝为在氧化物中>10wt.％的a1。该标准将被称为总富铝氧化物摩尔分数。
[0186]
在本公开的一些实施方式中，总富铝氧化物相在5和35vol％之间(或在约5和约35vol％之间)。在本公开的一些实施方式中，总富铝氧化物相在7.5和30vol％之间(或在约7.5和约30vol％之间)。在本公开的一些实施方式中，总富铝氧化物相在10和25vol％之间(或在约10和约25vol％之间)。
[0187]
在一些实施方式中，合金可以仅符合第一、第二、第四和第五微观结构标准。例如，具有碳、铝、铁和少于1％的其他元素的合金可以符合这些标准。在一些实施方式中，合金可以仅符合第三微观结构标准。例如，具有硼、碳和铁的合金可以符合这些标准。在一些实施方式中，合金可以符合所有微观结构标准。在一些实施方式中，合金可以符合一种或多种微观结构标准。
[0188]
所公开的组合物列表提供了符合本公开的一个或多个标准的合金列表。
[0189]
应用
[0190]
本公开中描述的合金可用于多种应用和行业。使用应用的一些非限制性实例包括：车辆、发动机、汽缸。
[0191]
从先前描述中，将理解，公开了本发明的铁基合金和使用方法。虽然已经以一定程度的特殊性描述了若干组分、技术和方面，但显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对上文描述的具体设计、构造和方法进行许多改变。
[0192]
本公开中在单独实施的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施中组合实施。相反，在单个实施的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施中单独地实施或以任何合适的子组合中实施。此外，尽管特征可能在上文中被描述为在某些组合中起作用，但是在某些情况下，可以从组合中去除来自要求保护的组合的一个或多个特征，并且该组合可以被要求保护为任何子组合或任何子组合的变体。
[0193]
此外，虽然可以以特定顺序在附图中描绘或在说明书中描述方法，但是这些方法不需要以所示的特定顺序或按顺序执行，并且不需要执行所有方法来实现期望的结果。未描绘或未描述的其他方法可以并入实例方法和工艺中。例如，可以在任何所述方法之前、之后、同时或之间执行一种或多种另外的方法。进一步地，方法可以在其他实施中重新排列或重新排序。而且，上述实施中各个系统组分的分离不应理解为在所有实施中都需要这种分
离，并且应当理解，所描述的组分和系统一般可以集成在单个产品中或打包成多个产品。另外，其他实施也在本公开的范围内。
[0194]
条件语言，比如“可以(can)”、“可能(could)”、“可能(might)”或“可以(may)”，除非另外特别说明，或在所使用的上下文中以其他方式理解，通常旨在传达某些实施方式包括或不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施方式以任何方式需要特征、元素和/或步骤。
[0195]
除非另有特别说明，比如短语“x、y和z中的至少一个”的连词与上下文一起理解为通常用于传达项目、术语等可以是x、y或z。因此，这样的连词一般不旨在暗示某些实施方式需要存在x中的至少一个、y中的至少一个和z中的至少一个。
[0196]
本文中使用的程度语言，比如本文所使用的术语“近似(approximately)”、“约(about)”、“一般(generally)”、和“基本上(substantially)”表示接近所述值、量或特性的值、量或特征仍然执行期望的功能或达到期望的结果。例如，术语“近似”、“约”、“一般”和“基本上”可以指在所述量的小于或等于10％内，在其小于或等于5％内，在其小于或等于1％内，在其小于或等于0.1％内以及在其小于或等于0.01％内。如果所述量为0(例如，无，没有)，则上述范围可以是特定范围，而不是在值的特定百分比内，例如，在所述量的小于或等于10wt./vol.％内，在其小于或等于5wt./vol.％内，在其小于或等于1wt./vol.％内，在其小于或等于0.1wt./vol.％内，以及在其小于或等于0.01wt./vol.％内。
[0197]
与各种实施方式相关的本公开的任何特定特征、方面、方法、性质、特性、质量、属性、元素等可用于本文阐述的所有其他实施方式中。另外，将认识到，可以使用适合于执行所述步骤的任何装置来实践本文所述的任何方法。
[0198]
虽然已经详细描述了多个实施方式及其变型，但是其他修改和使用其的方法对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，应当理解，在不脱离本文的独特和创造性公开或权利要求的范围的情况下，各种应用、更改、材料和替换物等可由等效物制成。
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