CN1747797A - 具有扩大抵抗能力的设备磨损表面及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制作具有磨损表面的工艺设备的方法，所述磨损表面对与所述工艺设备处理的填料或固体相关联的磨蚀、腐蚀或侵蚀之中的一个或多个具有扩大的抵抗能力，所述方法包括将填充有超级磨料颗粒的金属基体覆层施加到所述工艺设备的磨损表面。金刚石和立方氮化硼超级磨料颗粒可以填充所述金属基体，所述金属基体可以为镍覆层。

Description

具有扩大抵抗能力的设备磨损表面及其加工方法

相关申请的交叉引用：本申请要求了以下临时申请的优先权：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。

发明背景

本发明涉及加工/处理可流动/可移动材料的工艺设备，所述材料可以用第二固相来填充，或者其就是可流动/可移动的第二固相。这样的固体的行为使工艺磨损表面出现加速磨蚀(abrasion)、侵蚀(corrosion)和/或腐蚀(erosion)，本发明针对这些情况提供改进的抵抗能力。

多种工艺设备具有遭受加速磨蚀、侵蚀和/或腐蚀的磨损表面，这样的设备例如包括成形工具(forming tool)、挤压及混配设备、尺寸减小及大小分级设备、孔口(orifice)及相关组件、引擎(涡轮、柴油机及奥托循环)、射弹(projectile)武器(枪炮)、推子刀片(clipper blade)及梳具(comb)，等等。通常，这样的设备处理包含第二的、固相的液体和气体工艺流(process stream)。这样的固体撞击在工艺设备磨损表面上，并导致加速磨蚀、侵蚀和/或腐蚀。

另外，一些工艺设备仅仅处理固体本身(如一卷或一团纸、纤维、塑料或诸如此类的东西)。这样的固体卷也使加工磨损表面出现加速磨蚀、侵蚀和/或腐蚀。甚至包含夹带颗粒的空气也会加速例如对管道弯头(pipe elbow)的磨损。因而，可以理解工艺设备代表了种类繁多的具有磨损表面的设备，磨损表面受到磨损表面和与之接触的固体之间的相对运动的不利影响，无论所述固体是否夹带在气体或液体中。

尽管将磨损硬化层(wear-hardening layer)(例如衬)附加或施加到工艺设备磨损表面，或者由更坚固的材料来加工磨损表面，在某种程度上解决了加速磨蚀、侵蚀和/或腐蚀的问题，但是，技术人员很容易意识到对于种类繁多的工艺设备的各种应用而言，所需要的比这些多得多。

迄今为止，已提出各种硬性的表面覆层。美国专利No.5,891,523提出在进行具有金刚石的无电镀Ni盖覆(coating)之前对金属梳辊进行预热处理，以及4,358,923提出金属合金和颗粒的无电镀覆层，所述颗粒包含多晶金刚石。用Ni-P和Ni-P-SiC的无电镀覆层进行表面盖覆已使成型模具(molding die)的表面坚硬(《硬性覆层手册(Handbook ofHardcoatings)》，Bunshah，R.F.编辑，Noyes出版，2001)。同样已提出在无电镀Ni-P覆层内共沉积(co-deposit)其他固体颗粒，包括SiC、B₄C、Al₂O₃、金刚石、PTFE、MoS₂以及石墨(Apachitei等人，“无电镀Ni-P复合物覆层：热处理对衬底和覆层微硬度的影响(Electroless Ni-P Composite Coatings：The 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)。在下述文献中，对另外的Ni-P磨损覆层进行了讨论，所述文献为：Bozzini等人，“无电镀Ni-P(9％)/B₄C膜的结晶结构、机械性能以及摩擦学行为之间的关系(Relationships among crystallographic structure，mechanicalproperties and tribiological behavior of electroless Ni-P(9％)/B₄C films)”，《磨损(Wear)》，225-229(1999)806-813；Wang等人，“铝活塞裙覆层相对于铝气缸筒的划伤与磨损行为(Scuffing and wear behavior of aluminum piston skirt coatings against aluminum cylinderbore)”，《磨损(Wear)》，225-229(1999)1100-1108；Hamid等人，“用于6061铝合金抗磨损的无电镀镍-磷复合物沉积的进展(Development of electrolessnickel-phosphorous composite deposits for wear resistance of 6061 aluminum alloy)”，《材料通讯(Material Letters)》，57(2002)720-726；Palumbo等人，“用于表面硬性盖覆应用的电沉积纳米晶体覆层(Electrodeposited Nanocrystalline Coatings for Hard-FacingApplication)”，《AESF SUR/FIN学报(AESF SUR/FINProceedings)》，686，2002学报；Mallory等人，“复合物无电镀(Composite Electroless Plating)”，第11章，《无电镀镀覆：基本原理和应用(Electroless Plating：Fundamentals and Applications)》，美国电镀工和表面精整工协会(1990)(American Electroplaters and Surface Finishers Society(1990))；以及Feldstein等人，“用于齿轮工业的复合物无电镀镍覆层”(CompositeElectroless Nickel Coatings for the Gear Industry)，《齿轮技术，齿轮加工杂志(GearTechnology，The Journal of Gear Manufacturing)》，1997。在《塑料和加工中的磨损(Wearin plastics and processing)》，第2章，“金属和抗磨损表面硬性盖覆(Metals and Wear ResistantHardfacings)”，171(1990)中给出关于无电镀镍镀覆原理的一般叙述。

发明简述

本发明的一方面是一种加工工艺设备的方法，所述设备具有磨损表面，该磨损表面对与所述工艺设备处理的填料或已填充的材料(filled material)相关联的磨蚀、侵蚀或腐蚀中的一个或多个具有扩大的抵抗能力。这种扩大的抵抗能力是通过形成带有金属基体复合物的工艺设备磨损表面来获得的，所述金属基体复合物填充有磨料颗粒。本发明的另一个方面是具有磨损表面的工艺设备，该磨损表面对与所述工艺设备处理的已填充的材料相关联的磨蚀、侵蚀或腐蚀中的一个或多个具有扩大的抵抗能力，其中所述设备磨损表面带有填充有磨料颗粒的金属基体复合物。

以下将描述多种工艺设备，其设备磨损表面对与所述工艺设备处理的已填充的材料相关联的磨蚀、侵蚀或腐蚀展现出扩大的抵抗能力。本发明将通过用超级磨料复合物(superabrasive composite)镀覆磨损表面部分来进行举例。但是，应该理解，其他结合所述已填充的复合物的方法也可以实施，正如熟练技术人员容易意识到的那样。

附图说明

为了更全面地理解本发明的性质和优点，应该结合附图参照下面的详细描述，其中：

图1是示出成形工具(即，用在挤压机操作中的挤压机螺杆(extruder screw)、筒(barrel)以及模具)的一个实施方案的示意图；

图2是用在粉末压制操作中的模具的剖面图；

图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、螺杆以及模铸模具(die cast mold)的一个实施方案；

图4是示出用在金属浇铸操作中的成形工具、双辊以及浇铸嘴的示意图；

图5是贯穿常规冲头和模具组的剖视图；

图6是贯穿常规压力辊的剖视图；

图7A和7B是具有金刚石镶嵌刀具的常规钢体翼状钻头(drag bit)的简图；

图8是常规管道弯头的平面视图；以及

图9是常规钢泵叶轮的透视图。

下面将进一步详细描述这些图。

具体实施方式

为清楚明白起见，下面定义下列术语(单数包括复数，反之亦然)：

●“材料”是指固体、液体或气体(包括凝胶体及其他有形和无形物)，它们可以为载体或者包括填料的组成(composition)的组分(component)。

●“填料”是指这样的固体或固体类似物颗粒(经常是细微分割的，例如颗粒、碎片、须(whisker)、纤维，等等)，即在相对于磨损表面运动的情况下，所述固体或固体类似物颗粒导致加速磨蚀、侵蚀和/或腐蚀，并且包括陶瓷、玻璃、矿物、金属陶瓷、金属、有机材料(例如塑料)、有粘结性的材料、纤维素或生物质(即来自曾经活的生物体的材料或分泌物，尤其包括细菌、软体动物壳、病毒微粒、细胞壁、坚果壳、骨、甘蔗渣、冰晶，等等)中的一种或多种。填料不包括连续的纤维、绳以及薄片。填料可以是想要的(加入的、原位形成的，或类似的)或者可以是不想要的(副产品、污染物，或类似的)。

●“已填充的(filed)”是指材料以不同于该材料的相的方式保留填料，所述填料尤其包括颗粒、碎片、须、纤维，等等。

●“可流动的”是指填料相对于工艺设备磨损表面空间地移动，无论所述移动是通过磨损表面的运动，材料的运动，还是二者的运动；并且包括通过材料的运动而产生的填料在其中散开的相对运动，通过重力产生的运动，通过正/负压产生的运动，等等；无论这样的运动是想要的，或是不是想要的。

●“流畅的(fluent)”是指材料是处于液相(包括通过加热和通过溶解)或者气相，并且是可流动的。

●“工艺设备”是指处理材料(已填充的和非已填充的)的设备，无论是通过简单运动，还是针对材料进行化学/机械/电气操作；并且包括该工艺设备的组件，所述组件可以具有想要的或不想要的磨损表面。工艺设备不包括用于加工连续的纤维、绳以及薄片的设备。

●“超级磨料颗粒”是指单晶金刚石(天然的和合成的)以及cBN。

●“金属基体复合物”是指带有超级磨料颗粒的金属。

●“磨损表面”是指工艺设备(或者该工艺设备的组件，所述组件具有想要或不想要的磨损表面)的表面，所述表面遭受可流动填料(包括在已填充的材料中的填料)行为的磨蚀、侵蚀和/或腐蚀。

种类繁多的工艺设备处理填料或者离散的固体(经常为已填充的材料)，并且具有一个或多个磨损表面，所述磨损表面遭受主要是固体(或固体类似物，其中在磨损表面上碰撞的液体/凝胶液滴可以具有与固体同样的磨损效果)行为造成的磨蚀、侵蚀和/或腐蚀，所述固体(例如正在被处理的已填充材料中的固体填料)相对于磨损表面流动或移动。这样的工艺设备，尤其包括引擎、挤压及混配设备、尺寸减小及大小分级设备、孔口、枪炮、挤压机模具、管道中的弯头、修剪工具、不连续的纤维(玻璃、陶瓷、聚合物)处理设备，等等。这样的磨损表面可以用金属基体复合物盖覆，并且，在所述填料运动期间，对接触这样的磨损表面的填料的有害行为呈现出扩大的抵抗能力。

超级磨料颗粒

超级研磨或超硬材料一般指金刚石、立方氮化硼(cBN)以及其他具有超过大约3200kg/mm²维氏硬度的材料，并且经常碰见的为尺寸范围从大约1000微米(相当于约20目)到小于约0.1微米的粉末。可以从自然资源获得或者使用多种技术生产工业金刚石，生产技术例如包括高压/高温(HP/HT)、化学气相沉积(CVD)或者冲击爆炸方法(shockdetonation method)。cBN仅仅作为人造材料而获得，并且通常使用HP/HT的方法制得。

超级研磨材料(有时称作“极硬的磨料”)是高度惰性和抗磨损的。当被使用为成形工具的磨损表面时，这些超级研磨材料呈现出显著改进的组合抗磨损(磨蚀和侵蚀)和抗腐蚀能力。

在一个实施方案中，可以将可选的研磨材料加到超级研磨材料中。那些研磨材料可以是细固体颗粒，为硼-碳-氮-硅系的合金或化合物一种或多种，例如hBN(六方氮化硼)、SiC、Si₃N₄、WC、TiC、CrC、B₄C、Al₂O₃。所选择的研磨材料(超级研磨材料和可选材料，有时都称作“砂”(grit))的平均尺寸由各种因素确定，例如包括所使用的超级磨料/磨料的类型，工艺设备的类型，所处理的已填充的材料类型，等等因数。

在本发明的一个实施方案中，组成复合物覆层的超级磨料或磨料颗粒的体积百分比可以在约5体积百分比(vol-％)到约80vol-％的范围中。复合物中覆层的剩余体积包括金属性的基体和任何添加物，所述基体将所述颗粒结合或者保持在适当的位置。

在本发明的另一个实施方案中，复合物中研磨材料的颗粒尺寸在约0.1直到约6mm(平均颗粒尺寸)的范围。在又一个实施方案中，颗粒尺寸范围从约0.1到约50微米。在再一个实施方案中，颗粒尺寸范围从约0.5到约10微米。

沉积金属/金刚石(或cBN)覆层

在本发明的一个实施方案中，使用磨料的常规电镀方法在工艺设备的磨损表面上沉积至少一个超级磨料复合物的覆层，所述复合物包括金刚石和/或cBN。通过至少一个金属覆层将所述超级磨料复合物附加到所述磨损表面，所述金属覆层是使用本领域已知的金属电沉积技术而获得的。

在电镀方法的一个实施方案中，在工艺设备磨损表面上沉积金属直到获得所希望的厚度。该金属覆层具有在约0.5到约1000微米范围的组合厚度，并且在一个实施方案中为超级磨料复合物中一个磨料颗粒高度(即直径或厚度)的约10％到约30％。

要作为电镀复合物的用于电极或相对的电极的金属材料选自以下成形材料(shapedmaterial)之中的一种或多种：镍、镍合金、银、银合金、钨、钨合金、铁、铁合金、铝、铝合金、钛、钛合金、铜、铜合金、铬、铬合金、锡、锡合金、钴、钴合金、锌、锌合金，或者任何过渡金属及它们的合金。在一个实施方案中，包含在复合物电镀液中的金属离子为镍、铬、钴、铜、铁、锌、锡或钨之中的一种或多种的离子。所述金属离子形成单个金属或合金的金属基体，或者形成例如金属氧化物、磷化物、硼化物、硅化物或金属的其他化合形式的金属基体。例如，当选Ni为金属基体时，Ni可以为镍-磷(Ni-P)的形式，其P的含量在一个实施方案中小于约5％(重量)，而在另一个实施方案中小于约3wt％。

为了在已镀覆的金属上沉积，将本发明的超级磨料颗粒(即金刚石或立方氮化硼)和可选研磨材料放入电镀浴(plating bath)中。电镀浴混合物中超级磨料颗粒的数量可以在约5％到约30％(体积)的范围。

在本发明的另一个实施方案中，使用无电镀金属镀覆方法将超级磨料覆层置于工艺设备的磨损表面之上。这种方法比电镀方法慢；但是，它允许本发明的超级磨料覆层的镀覆可以在具有复杂表面(例如，深的孔和通路)的工艺设备磨损表面上进行。无电镀(自催化)盖覆方法一般在本领域是已知的，并且尤其如美国专利No.5,145,517所公开的那样，该盖覆方法的公开特意在此引入作为参考。

在无电镀金属加工的一个实施方案中，工艺设备的磨损表面与稳定的无电镀金属化浴(metallizing bath)接触或者浸没在其中，所述金属化浴包括金属盐、无电镀还原剂、配位剂、非离子化合物的无电镀镀覆稳定剂，连同阴离子、阳离子或两性化合物之中的一个或多个，以及一定数量的超级磨料颗粒(它们在金属化浴中本质上是不溶解或少量溶解的)，并且可选择地包括颗粒物质稳定剂(particulate matter stabilizer)(PMS)。

在工艺设备磨损表面的金属化期间，超级磨料或砂在金属化镀液中以悬浮状态保持足够的时间，以便用散开在其中的超级研磨材料制作所希望厚度的金属性覆层。

在金属化浴的一个实施例中，除金刚石或cBN之外，可以将种类繁多的不同物质加到浴中，例如陶瓷、玻璃、滑石、塑料、石墨、各种金属的氧化物、硅化物、碳酸盐、碳化物、硫化物、磷酸盐、硼化物、硅酸盐、氨基苯胂酸盐(oxylate)、氮化物、氟化物，以及例如硼、钽、不锈钢、铬、钼、钒、锆、钛和钨之中的一种或多种金属或者合金。在沉积过程期间，颗粒物连同超级研磨材料一起悬浮在无电镀镀覆液中，并且所述颗粒被共同沉积在成形工具表面上的金属性或合金基体中。

在本发明的一个实施方案中，在镀覆处理之前，要被金属化/盖覆的工艺设备磨损表面在实际沉积步骤之前须经受一般的预处理(例如，清洁、击打(strike)等)。在另一个实施方案中，除实际镀覆(沉积)之外，在成形工具磨损表面(衬底)金属化之后还有另外的热处理步骤。这种在大约400℃以下的热处理提供几个优点，例如包括改进的金属覆层对衬底的附着力，更好的基体与颗粒的结合(cohesion)，以及基体的淀积硬化(precipitation hardening)。

在本发明的又一个实施方案中，并且根据工艺设备的最终使用，在成形工具表面盖覆超级磨料的无电镀或电镀处理完成以后，可以在金属覆层及超级磨料复合物上施加有机胶料(size)覆层。有机胶料覆层的实施例包括以下材料中的一种或多种：酚醛树脂、环氧树脂、氨基塑料树脂、氨基甲酸乙酯树脂、丙烯酸酯树脂、异氰尿酸酯树脂、丙烯酸改性的异氰尿酸酯树脂、脲醛树脂、丙烯酸改性的环氧树脂、丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯树脂或者它们的组合；并且可以被干燥、热固化或者通过暴露在辐射(例如，紫外光)下而固化。

成形工具

成形工具，尤其包括轧制、旋压(spinning)、剪切、弯曲、拉制(drawing)、型锻(swaging)、热锻造、冲制(coining)、挤压、注模、压模、传递模塑以及层压，被使用来形成各种材料，所述材料尤其包括金属、塑料、合成橡胶、陶瓷以及复合物。成形工具一般涉及在移动的表面之间，或者在静止和移动的表面之间以压力输送材料。在一些操作中，例如挤压加工，由于混合、剪切、旋转等类似动作，成形工具还遭受高的剪切率。在一些操作中，被加工的材料可以包含磨蚀性的(例如，玻璃、陶瓷、水泥、金属陶瓷等)或腐蚀性的(例如，化学品、金属等)物质。成形工具的有效表面(active surface)典型地由高性能的材料(例如，热处理过的铁合金、高温合金(如，SAE 4140)、碳化物复合物或者陶瓷)制成。一些工具进一步通过火焰处理(flame treatment)使其坚韧以增加硬度。另外，膜、覆层或者表面改性(例如，以铬或镍镀覆)可以延长工具成形组件的寿命。

成形工具磨蚀、侵蚀以及腐蚀(包括磨损)限制了在许多工业加工中的生产率。更换和重新整修这些成形组件消耗设备的生产能力，增加直接和间接的产品成本，并且会影响产品质量和产出。例如，用于形成基于水泥的建筑物壁板的压力施加辊(pressure applicationroll)可以每4个星期更换或者重新整修。冷轧机中的金属成形辊可以频繁到每三天就要更换，其中更换时间耗费轧机生产能力的约2％-3％。这些加工中所使用工具的磨蚀、侵蚀以及腐蚀影响所形成的产品的质量、性能和制作成本。

本发明的成形工具是那些具有超级磨料复合物磨损表面的成形工具，所述超级磨料复合物包括金刚石或立方氮化硼(cBN)之中的一个或多个，所述工具用于以下操作，尤其包括轧制、旋压、剪切、弯曲、拉制、型锻、热锻造、冲制、挤压、注模、压模、传递模塑以及层压，被使用来形成下列材料中的一种或多种，所述材料尤其包括金属、塑料、弹性体、陶瓷或复合物。

以上所述的超级磨料复合物起许多成形工具的磨损表面的作用，作为在操作中使用的成形工具的衬底基础上面的覆层，所述操作尤其包括挤压、注模、压模、传递模塑、轧制、旋压、剪切、弯曲、拉制、型锻、热锻造、冲制、或层压，被使用来形成下列材料中的一种或多种，所述材料尤其包括金属、塑料、弹性体、陶瓷和复合物。

在本发明的这个实施方案中，成形工具为挤压机组件形式，用于将种类繁多的材料(例如包括塑料、粘性团(cementitious dough)、复合物等)挤压成包括结构形状的各种形状，例如平薄板、成形薄板(contoured sheet)、管道、杆、工字梁、管、蜂巢、以及其他实心或空心的形状。在挤压机操作中，本发明这个方面中的成形工具可以为挤压机筒、螺杆、衬、孔口或者特别地为挤压机模具的形式，如图1中的常规螺杆型挤压机操作所示。这样的常规螺杆型挤压机10包括用来接收原料的斗12，原料被输送进入设置有加热器/冷却器16和气体通风孔18的两级螺杆14。被挤压的材料然后经过截断板(breaker plate)20、转门(swing gate)22以及压头(head pressure)阀24，并且输出给带走设备(takeawayequipment)，如箭头26所指。

在挤压机组件的一个实施方案中，成形工具为挤压机模具的形式，其中模具衬底用坚固的(rugged)合金钢(例如SAE 4140，具有35-40的洛氏C硬度)制成。在用本发明的超级磨料覆层盖覆之前，螺杆衬底(screw substrate)可以进一步通过火焰处理使其韧化以达到50或更高的洛氏C，或者通过施加特殊的表面硬化合金(例如铬或镍)来保护。

在本发明的另一个实施方案中，成形工具是以冲头(punch)和模具的形式用在粉末/陶瓷压制操作中，用于至少20tsi(通常在约20至约100tsi的范围)的压力和至少1200°F(通常在约1400°F至约2000°F)的温度下的操作。在这个实施方案中，本发明的成形工具是为了将金属工具粉末压制成部件，即由球墨铸铁常规地形成的部件，例如汽车引擎以及变速器部件、小齿轮、滚子、滑块、阀门、输出轴毂等。

图2是用在粉末压制操作中的模具28的剖面图。在一个实施方案中，即使以本发明的超级磨料复合物盖覆时，模具衬底例如由洛氏C硬度至少约70并且不超过95的烧结硬质合金或合金钢制成，以获得足够的韧性和所要求的弹性来防止破裂和碎裂。

在本发明这个方面的第三个实施方案中，成形工具是用在注模操作中的组件30，如图3所示，所述组件包括成型模具32、筒34、螺杆36、料斗38、以及通常为马达的驱动器40。这些可以包括成型模具(静止模具和可移动模具；参见图3中代表性的单腔模具42；多腔模具44；组合模具46和单元模具48)、注射喷嘴、模具中的直浇口(sprue hole)、浇口槽(runner groove)、加热筒、缸体、阀门端头(valve tip)、热浇口端头(hot runnertip)和主体(body)，以及径向和轴向驱动被成型材料的螺杆。成型操作的典型条件不像在粉末/陶瓷压制操作中的那样严格，但尽管如此，它们仍需要成型设备。操作中的具体温度、压力和时间范围一般依赖于被成型的具体材料以及所使用的成型设备的类型。在成型操作的一个实施方案中，成型压力在约0.5tsi到约5tsi，并且其中压制温度典型地在约100℃到约250℃的范围，以及其中在模内的保持时间通常为约15到约120秒。

在一个实施方案中，使用在成型操作中的成形工具的基础衬底是由烧结硬合金或者合金钢(例如基于镍的合金等，如铝化镍合金)制成的衬底制成的，以获得对侵蚀、磨损以及磨蚀的高水平抵抗能力。

在本发明的又一个实施方案中，成形工具为用于金属成形操作(例如，金属的浇铸、层压或者锻造)的设备的形式。

图4示出本发明的成形工具，压延辊以及铸口，在连续的金属铸造操作中的情况。在带坯连铸(strip casting)加工的这个实施方案中，一对用本发明的超级磨料复合物盖覆的压延辊50和52，在高温下(大约1000°-大约2000℃)与熔融金属接触延长了的一段时间(在一些实施方案中至少3小时或更长)。另外，辊50和52还遭受局部温度差异(外部与熔化了的金属接触而内部冷却)。用本发明的超级磨料复合物盖覆并且被连接到分配器(未示出)的铸口54，从熔融金属储存库(reservoir)56装入熔融金属并将其倒入浇铸空间。金属带58从辊50和52处输出。马达(未示出)采用力传感器(例如60)来驱动辊50和52，连同本领域熟知的其他设备一起，以常规的方式提供力传感器。

成形工具的基础衬底在铸造操作中典型地包括用在高温下的高性能材料(例如，超级合金)，例如具有用在高至2500°F温度下的ASTM标识A-297-67系列的铁-铬和铁-铬-镍合金，并且具有抗高温氧化能力。

在本发明的又一个实施方案中，成形工具使用在冷加工操作中，其中通过塑性流动(plastic flow)迫使金属坯体成形。成形工具的基础衬底可以为冷轧加工中的心轴(mandrel)的形式，冷轧加工被用来通过减小金属板的厚度来使硬化板和薄片原料(例如，薄片、棒、杆等)变形；或者用在冷旋压或者冷拉加工中径向移动轴(arbor)或模具心轴。

当其中成形工具的衬底用在加工金属时，使用在冷作业操作中的模具的基础衬底、心轴等典型地包括高性能的或者坚固的合金钢，等等。

挤压及混配(compounding)设备

挤压和混配是用于生产许多类型材料的一般工业方法，所述材料例如包括塑料、粉末涂料和调色剂(toner)、橡胶、铝以及食品。所述加工一般涉及包含多个移动和静止部件的挤压机。实施例尤其包括挤压机筒、螺杆或螺杆段(screw segment)、筒衬、耦合件、模具以及刀具。根据被混配和/或挤压的材料的磨蚀性、腐蚀性以及侵蚀性本质，这些部件会过分磨损，导致增加设备停工期、高维护和/或高修理成本。部件磨损还会导致产品质量问题，例如差的均匀性、不希望的反应、高挥发物含量以及差的几何公差。另一个会发生在一些混配及挤压设备中的问题是，截留(retention)或者“滞留”(hang up)少量已经退化的材料，并且一旦所述材料被释放，会污染产品。

连续的混配及挤压通常在挤压机中完成，所述挤压机典型地为单螺杆或双螺杆类型。双螺杆挤压机可以出现为共旋的(co-rotating)或者反向旋转的。挤压机可以完成许多功能，例如包括混合、揉捏、均匀化、熔化、反应、熬炼(cooking)以及脱挥发分(devolatizing)。将要被混配和/或挤压的材料输送进入挤压机主体，所述挤压机体由包围所述螺杆的“筒”构成。螺杆的旋转提供混合(mixing)作用，暴露新的材料表面区域，并且将材料沿挤压机长度推进。筒部分可以被加热和/或冷却以提供对熔化、反应、脱挥发分和/或熬炼的温度控制。沿所述筒不同位置的送料口(feedport)允许以固体和液体的形式添加材料，并且通风孔允许排走蒸汽。当材料离开挤压机的筒时，可以将它挤压通过模具，固体化和/或斩切(chop)。这些挤压机可以在大约1200rpm或更高的条件下操作，其中生产能力高至75吨/小时。

连续混配可以用类似设备(例如搅拌机(pug mill)、连续混炼机(Ko-kneader)以及槽和螺杆(trough-and-screw)混合机)来完成。分批混配可以用诸如双臂捏炼混合机、班伯里混合机(Banbury mixer)或辊轧机(roll mill)的设备来完成。

所有这样的挤压机的设计涉及对要在静止和旋转的表面之间被加工的材料进行挤压，以提供剪切和混合作用。材料的挤压涉及迫使该材料在压力下通过一个孔口(orifice)。这些加工迫使材料流过设备组件。当正被加工的材料包含磨蚀性或侵蚀性物质时，设备遭受磨损。在使用高剪切率来提高混合、熔化率、生产能力等的系统中，或者混配高度磨蚀性的材料(例如玻璃或矿物)时，尤其如此。设备组件最普通是由表面硬化的(氮化的)合金钢制成。可以在侵蚀性环境中使用特殊合金(例如INCONEL和HASTELLOY)。

为了改进混配及挤压设备组件的抗磨损能力，已使用多种技术。挤压机筒可以使用由高铬、高碳合金或者Ni-、Co-或其他合金制成的衬来保护。由Ni-或Cr-合金、粉末状金属或碳化钨-金属复合物构成的覆层已经施加于筒、衬和螺杆组件上。尽管这些组件已减小了磨损率并且可以降低维护成本和质量问题，但磨蚀性、腐蚀性和侵蚀性的磨损仍是导致频繁停工的问题。

在本发明的这个实施方案中，用以磨料颗粒填充的金属基体复合物盖覆混配及挤压设备的磨损表面。以相同的方式使用与上面所述相同的方法(例如电解的或非电镀的)，所述相同的方式如在针对成形设备所进行的更详细的描述。

尺寸减小和大小分级以及分离

本发明的这个实施方案涉及使用金刚石/cBN复合物覆层以改进在尺寸减小和大小分级及分离设备内的组件的磨蚀性磨损(abrasive wear)特性。这类设备的实施例例如包括液力碾磨机(fluid energymill)(喷射碾磨机)、锤式碾磨机、销式碾磨机(pin mill)、笼式碾磨机、擦碎机(attrition mill)、空气分级器(air classfier)、旋风器、筛，等等。这个设备中的关键组件的实施例例如包括转子叶片(rotorvane)、定子环(stator ring)、碰撞板(impact plate)、文丘里管(venturi tube)、碰撞销、锤、筛，等等。

在这些类型的设备中，粉末被夹带在移动的液体流中并且经常被高速推进。在碾磨和大小分级及分离设备中关键组件的磨蚀性磨损会污染产品，并且最终导致组件以及整个设备因此完全故障。当关键组件发生故障时，必须停止加工并且更换设备内损坏的部件。关键组件的逐渐磨损还导致设备的操作效率随时间降低。，相当量的设备及加工的停工时间的发生是因为需要更换损坏的部件。

目前的用于碾磨和大小分级及分离设备的抗磨蚀部件由这样的组件构成，即所述组件由碳化钨、碳化硅和氧化铝制成或者包覆。其他用于使组件表面硬化的表面处理包括：铬镀覆、镍镀覆、热火焰喷射(thermal flame spraying)，以及诸如碳化、氮化和硼化的热处理。某些具有简单几何结构的磨损部件(例如碾磨机衬或板)可以由碳化钨制作，或者可以用陶瓷板包覆。当部件几何结构变得更复杂时，表面覆层成为用于提供抗磨损能力的优选方法。

在本发明的这个实施方案中，用金属基体复合物盖覆尺寸减小及混配设备的磨损表面，所述金属基体复合物以磨料颗粒填充。以相同的方式使用与上面所述相同的方法(例如电解的或非电镀的)，所述相同的方式如在针对成形设备所进行的更详细的描述。

孔口及相关组件

孔口被广泛使用来控制或者测量流体流量和压力。准确的性能通过控制孔口的几何结构和流体力来获得。必须避免由磨损(腐蚀、磨蚀、撞击)和侵蚀(化学的、电流的)造成的孔口几何结构的退化。需要有改进的孔口材料，所述孔口材料呈现出对磨损和侵蚀都有抵抗能力，并且本发明所要解决的正是这样的需求。

孔口的应用例如包括流体速度测量装置(空速管(pitot tube))、压力和流量测量(文丘里管和流量计)、流体处理(压力和流量控制)以及流体分散(喷嘴)。装置的适当操作要求精确和稳定的孔口几何结构。夹带的固体、高温、侵蚀性的液体、高流速、气穴现象以及其他影响能够改变所述孔口并且显著地限制孔口的寿命。在许多情形中，孔口的寿命可以以小时计。

例如，喷射干燥机喷嘴将化学溶液或者固体/液体液滴(solid/liquid droplet)注射进入加热的流体流。所述液滴的尺寸和分散模式必须被保持，以获得最佳的生产能力和完全的干燥。这些喷嘴中的涡流腔将流体压力转变成切向流速并且可以快速地磨损/侵蚀，使分散模式和生产能力退化。喷嘴的腐蚀或侵蚀改变孔口的几何结构和液滴的尺寸。在这种情形中，几微米的尺寸改变可以造成不完全干燥或者尺寸不适当的干燥产品。

作为另一个实施例，侵蚀和腐蚀都会使农用化学品喷洒器的喷嘴退化。这些装置可以在短如几个小时中进行改变，以保持分散和流速。其他应用例如包括燃料雾化、热流速和流量测量、流体计量、喷墨、道路撒盐和密封剂应用，以及雾化板。根据应用，孔口可以由黄铜(在农用喷嘴应用中为10小时寿命)、尼龙复合物(50小时寿命)、不锈钢(150小时寿命)或者包括单晶(例如兰宝石)的陶瓷(1500小时寿命)制成。陶瓷喷嘴具有足够的寿命，但是具有低的机械强度并且难以机加工成窄小的公差。对要求高的应用，也使用碳化钨。

在本发明的这个实施方案中，用金属基体复合物盖覆孔口的磨损表面，所述金属基体复合物以磨料颗粒填充。以相同的方式使用与上面所述相同的方法(例如电解的或非电镀的)，所述相同的方式如在针对成形设备所进行的更详细的描述。

涡轮机、柴油机及奥托循环引擎

本发明的这个方面涉及使用金刚石/cBN复合物覆层以改进遭受磨损的引擎部件的磨蚀性磨损(abrasive wear)和侵蚀特性，引擎部件尤其包括燃气涡轮引擎部件、柴油机循环引擎部件以及奥托循环引擎部件。

静止的和车辆的往复式引擎组件遭受磨损和侵蚀。润滑中断、污染以及膜厚度减小会导致间歇或连续的磨损，尤其在气阀机构组件、环和缸、齿轮，以及轴承中。高速液体流腐蚀燃料喷射器组件。燃烧产品侵蚀在热端的临界表面和曲轴箱组件。除了维护过失以及初期的组件故障外，这些磨损和侵蚀机制限制引擎的寿命并且决定了主要维护的频度。例如，每年更换机车柴油机引擎燃料喷射器，以及每4年更换压缩环。

因此，往复式内燃引擎将抗磨损材料和高度设计的润滑系统结合起来。加压的、过滤的润滑是普遍的。监测润滑剂的污染和粘度正变得常见起来。表面硬化的组件被用于所有的磨损点。硬的金属性覆层(铬)已在活塞环上被使用了许多年。赛车用引擎的气阀机构组件被日常地通过“氮化”或“硼化”加工进行表面硬化，以提高抗磨损的能力。已经进行了用陶瓷覆层、陶瓷阀门、缸衬以及阀门座的试验。用于柴油机引擎的陶瓷凸轮随动件在市场上可以获得。

类似地，燃气涡轮引擎组件遭受磨损和侵蚀。燃气涡轮引擎也在非常高的旋转速度下旋转长的、连续的时间段。涡轮引擎内的组件经历高达1300mph(2080kph)的非常高速气流，并且经历高达30大气压的高压。旋转的组件经历来自微振磨损(fretting)、磨伤、磨蚀的磨损，以及来自热/侵蚀因素的磨损。位于靠近地面或在多尘环境中的引擎，甚至在短时间内也特别容易受到来自被吸入引擎中的颗粒的磨蚀性磨损的影响。由夹带的颗粒导致的磨蚀性磨损可以改变引擎压缩机部分中的翼面的弦宽度(chord width)和尖端高度(tip height)。甚至小的尺寸改变也可以对引擎压缩空气的能力具有显著的有害影响，由此降低引擎总的性能。最终，引擎的组件会侵蚀到这样的程度，以至于需要使引擎退出工作并且进行重建。显然，这不但产生航空器或发电单元的停机时间，而且增加保养引擎的成本。

现代燃气涡轮由几个压缩机级(compressor stage)构成。位于压缩机初始级上的压缩机翼面最容易受到磨蚀性磨损的影响，所述的磨损是由从多尘的环境吸入的颗粒的直接碰撞造成的。为了改进这些组件抵抗磨蚀性磨损的能力，它们通常或者用热喷射金属陶瓷材料盖覆，或者进行热处理以提供一个氮化(TiN)的表面。这样的两种覆层比通常制成所述组件的钛材料更硬并且更抗磨损。

热喷射覆层为了充分地附着到钛衬底上，通常有必要对组件的表面进行喷砂以产生粗糙表面。这种处理导致盖覆加工的额外成本和可变性(variability)。用于改进磨蚀性磨损的另一个技术是蒸气气体扩散氮化(vapor gas diffusion nitriding)。这种处理产生硬的TiN层，所述TiN层以化学方式结合到衬底。有几种施加这个类型的覆层的方法，但是一般这种类型的覆层给引擎组件增加了相当多的成本。

在本发明的这个实施方案中，用金属基体复合物盖覆引擎的磨损表面，所述金属基体复合物以磨料颗粒填充。以相同的方式使用与上面所述相同的方法(例如电解的或非电镀的)，所述相同的方式如在针对成形设备所进行的更详细的描述。

射弹武器(枪炮)

本发明的这个方面涉及使用金刚石复合物覆层来改进以枪炮为代表的射弹武器的磨蚀性磨损及侵蚀特性。

枪炮被设计成可以在高度侵蚀性的功能和环境条件下可靠地操作。摩擦化学和机械磨损降低功能的可靠性和准确性。非侵蚀性的发火药化合物、非侵蚀性的推进剂、改进的润滑剂以及改进的维护没能消除枪炮中筒的腐蚀和机械磨损。近来，用轻合金和聚合材料取代钢出现了另外的枪炮磨损和侵蚀难题。需要对这些挑战性的磨损和侵蚀问题提出新的解决方案。

几种侵蚀和磨损问题限制了枪炮的寿命。摩擦化学的膛(chamber)和筒(barrel)的腐蚀发生并且限制下列武器筒的寿命：炮、军事用的小和中口径军事武器、军用武器、打靶枪炮以及为高速射弹或钢弹而设计的大量使用的体育武器。广泛使用非侵蚀性发火药、非侵蚀性推进剂、铬覆层、射弹外壳、固体润滑剂覆层以及改进的维护方法，但是效果有限。炮及高射击率(rate-of-fire)武器要求定期的更换筒以保持准确性。高速体育步枪具有以数千次射击计的筒寿命。这些损坏的主要原因是坡膛(最靠近弹药外壳的区域)的推进剂侵蚀。已知未加外壳的、硬盖覆的或者硬化的射弹对军事武器及体育散弹枪中的膛线造成摩擦。所有枪炮的操作机构在工作中也受到磨损和侵蚀。在所有的枪炮中，燃烧产物和环境污染物沉积在紧密配合的机械系统上。这些污染物能够使润滑剂失效或者降级，并且最终降低功能的可靠性。

新材料(例如增强的聚合物和轻合金)的使用出现新的设计难题。这些材料不像现有技术的金属材料那样容易润滑或者抗磨损。聚合物武器的结构通常包括作为主要磨损表面的金属基础。通常，轻合金被硬盖覆(阳极化、镀覆或者陶瓷涂覆)以改进它们的磨损性能-增加生产成本。通常，非功能性武器表面被处理以防止一般性的侵蚀并且保护外表。磨蚀、温度以及剧烈地长期曝露在侵蚀物之下会损坏这些覆层。

在本发明的这个实施方案中，用金属基体复合物盖覆射弹武器(枪炮)的磨损表面，所述金属基体复合物以磨料颗粒填充。以相同的方式使用与上面所述相同的方法(例如电解的或非电镀的)，所述相同的方式如在针对成形设备所进行的更详细的描述。

油气钻探的钻头体及其他组件

在油气勘探和钻探期间，钻探硬件经受磨蚀、腐蚀和侵蚀性条件。这些磨损形式降低硬件组件的有效寿命，并且增加钻机(drill rig)的操作成本。用在油气勘探和钻探中的钻头体通常由烧结碳化钨制成，因为烧结碳化钨具有抗磨蚀和腐蚀能力。但是，由于难以与碳化钨一起工作的困难本质，钻头体的制作是复杂的、劳动力密集的和昂贵的。有时使用较容易制作并且制作时不那么昂贵的钢钻头体，但是它们对于多数应用来讲抗磨损能力时不足的。对于许多用在油气钻探中的其他组件(例如径向和推力轴承、机械耦合件、磨损垫、偏流器和限流器、抽泥泵衬，以及叶轮)，磨损也是个问题。这些部件的过早磨损造成停工时间和更换成本。

有两种基本类型的用于勘探和钻探的钻头：翼状钻头(drag bit)和滚锥(roller cone)。翼状钻头体一般由单件构成，而滚锥钻头体一般为三部分(segment)。两种类型的碳化钨钻头都是以复杂的、劳动力密集型的加工制成的。在两种情形中，加工都是以从固体石墨原料制作多件(multiple-piece)的石墨模开始，石墨原料被机加工成钻体和叶片的一般形状。用手将插入物(insert)放入模中以便提供详细的凹入特征(recessed feature)(例如用于多晶金刚石刀具(PDC)的凹穴(pocket))，并且用造型粘土将插入物保持在适当位置。装配石墨模，并且填充以碳化钨粉末和粘结剂(典型为Co基的)。然后将已填充的模送到炉中以使烧结所述碳化物。在烧结周期以后，所述石墨模从已烧结的碳化物体上破碎脱落。每个新的钻头体要求制作新的石墨模。然后通过一系列的磨削(grinding)和/或机加工操作将粗糙的钻头体加工成成品。当使用PDC刀具时，通常用铜焊将他们焊入所述钻头体中的凹穴。

制作钢钻头体要简单得多，并且不是那么昂贵。使用CNC(computer numerical control)机加工和磨削方法，可以从钢原料直接机加工出详细的几何结构。由于烧结碳化钨的成本以及它在机加工或磨削上的相对困难，类似的途径对于碳化钨来讲是在成本上无法接受的。为了“硬化”钢钻头体，它们可以通过氮化或盖覆来进行后续处理以改进它们的抗磨损和侵蚀能力，但是在多数情形中，所述的改进还不足以使其取代碳化钨。

勘探和钻探设备的许多其他组件也遭受由侵蚀、磨蚀或腐蚀造成的磨损，所述组件例如包括径向和推力轴承、机械耦合件、磨损垫、偏流器和限流器、抽泥泵衬以及叶轮、钻杆、阀门、定向钻孔组合件、吊架组合件、冲击组合件、喷嘴、岩芯提取器(core lifter)。已尝试许多不同的盖覆方法来改进这些组件的抗磨蚀和侵蚀能力。这些方法包括热喷射、扩散合金和碳化物复合覆层，以及镍和铬镀覆。尽管这些覆层可以改进所述部件的寿命，但没有一个被证实在提高这些组件的抗磨蚀和/或侵蚀能力方面具有特别的效果。停工时间和更换的成本仍然是一个问题。

在本发明的第一个实施方案中，用于磨料常规电镀的方法被使用来在钻头以及其他组件的表面上沉积至少一个包括金刚石和/或cBN的超级磨料复合物的覆层。由于所述覆层可以被施加于结构性材料(例如钢、增强复合物、陶瓷或塑料)，安装期间的破损或者工作中的严重损坏几乎可以排除。由于覆层所赋予的改进的抗磨蚀、腐蚀和侵蚀能力，部件的寿命将被延长，并且因为几何公差能够被长时间保持，钻探设备可以以更高的能效工作。在钢钻头体的情形中，这个覆层可以在将刀具(cutter)铜焊在适当位置以前或以后施加到钻头体。所述覆层不仅可以改进钻头外部抵抗磨蚀和侵蚀的能力，而且对用来将钻液(drilling fluid)施加到切削表面的液流通道/口(flow channel/port)也可以起同样的效果。在将刀具铜焊在适当位置以后施加覆层可以改进刀具碳化物衬底抵抗侵蚀的能力。

超级磨料复合物通过至少一个金属覆层附加到背衬或工具的衬底，所述金属覆层采用本领域已知的金属电镀沉积技术来获得的。

流体浆(管道)输送方法

在许多工业加工中，必须将粉末、颗粒以及浆从一个单元操作输送到另一个单元操作。一种输送模式涉及将颗粒夹带在气体(空气)流或液体流中。气体的或浆的传输是通过使用空气扇或者浆泵迫使携带颗粒的液体从加工中的一个点到下一个点来实现的。液体依靠传输管道、输送器以及连接各个单元操作的类似设备的来运载。根据液体中颗粒的磨蚀性、浓度、颗粒尺寸、速度以及其他特性，在传输组合件(如管道)种可以发生大量的磨损。特别是，在要求传输管道转弯90°或者在其他急弯半径(sharp radius)处转弯，由于在急弯半径周围的离心沉淀物或者与管道壁的直接碰撞，颗粒将被迫与管道壁直接接触。经过一段时间，与颗粒的直接接触导致磨损进入到管道壁中，并且最终会形成孔。在这个点上，液体会从传输管道泄漏或喷射，并且在修理或更换管道时加工必须停止。如果更换频率高，并且如果在更换期间如果生产中的停工时间长，那么，修理和/或更换传输管道的成本可以是相当大的。

输送组件，尤其机械输送组合件，例如辊、凸轮、轴等，也会具有不希望有的被所输送的填料撞击的磨损表面，并且同样需要根据本发明规程的覆层。

现有的延长钢管道寿命的技术局限在那些非视线(line-of-sight)的技术。这把诸如热喷射、物理气相沉积方法以及许多类型的使用陶瓷或碳化钨瓦(tile)包覆的技术排除在外。

在本发明的这个实施方案中，用金属基体复合物盖覆管道弯头(pipe bend)的磨损表面，所述金属基体复合物以磨料颗粒填充。以相同的方式使用与上面所述相同的方法(例如电解的或非电镀的)，所述相同的方式如在针对成形设备所进行的更详细的描述。

泵

许多类型的泵被使用在包含颗粒的加工中输送浆料，所述颗粒导致对泵组件的磨蚀性、腐蚀性和侵蚀性磨损。对泵组件的磨损程度和方式由磨蚀性、颗粒浓度、颗粒尺寸、速度、pH以及颗粒和流体的其他特性确定，也由泵的操作条件(例如叶轮速度、压力等)来确定。泵的类型尤其包括叶轮型、渐进腔型、螺旋型、涡轮型、齿轮型以及叶片型。使用离心位移或者正位移，泵能够提供将磨蚀性、腐蚀性或侵蚀性的浆从加工中的一个点输送到另一个点的主要力量。在许多加工中，泵一次连续运行数星期或者数月。当处理磨蚀性或侵蚀性浆时，发生来自浆内的颗粒流的磨损，所述颗粒流擦伤泵的主要组件表面。当这些主要组件(例如叶轮片、叶片、齿轮、螺杆或转子)的表面磨损掉甚至很小的量时，泵保持压力和输送浆料的能力变得大大地降低了。事实上，泵组件正在磨损的一个指标是管道压力(line pressure)下降或者浆量或流速的下降。当泵组件的磨损超越某一限度并且在低于可接受的工艺限制下运行时，该泵和/或加工线必须停工，并且必须更换组件或整个泵。如果更换频率高，并且如果在更换期间如果生产中的停工时间长，那么，修理和/或更换传输管道的成本可以是相当大的。

在本发明的这个实施方案中，用金属基体复合物盖覆泵的磨损表面，所述金属基体复合物以磨料颗粒填充。与上面所述相同的方法(例如电解的或非电镀的)以相同的方式被使用，所述相同的方式如在针对成形设备所进行的更详细的描述。

推子刀片组及梳

用于个人修饰以及动物剪毛应用的电动推子采用典型地由硬化钢制成的推子刀片。刀片在静态的梳上的往复运动获得剪切(cutting)作用。刀片和梳都具有匹配的齿，所述的齿通常通过磨削和研磨来使其锋利。当毛发或纤维被引入所述推子中，上下齿的动作将毛发剪断。当齿锋非常锋利时，剪切行为用最小的努力便可获得，并且一趟便获得干净、一致的被剪毛发区域。当齿变钝时，剪切变得不是那么有效。当这发生时，推子在经过一头头发或经过动物毛皮时开始粘结和拉拽毛发。这导致疼痛和不一致的剪切。这时，刀片被视为已钝，必须更换或者将其重新磨锋利。在需要重新磨锋利前的时间长度取决于毛发被剪的频率以及特性。例如，在商业性的羊和骆驼农场，绒毛会包含加速推子刀片变钝的灰尘颗粒以及其他磨蚀性要素。

典型的推子刀片组由普通钢制成。使用磨削和研磨技术来使齿变得锋利。通过采用更精密的齿几何结构的刀片组设计能够进一步增强剪切性能。推子刀片定期地用减小摩擦及帮助防止侵蚀的稀润滑油涂覆。在多数情形中，推子刀片组没有进行表面处理以改进或增强刀片的硬度或抗磨损能力。当刀片变钝以及效率低下时，它们可以被重新磨锋利或者进行更换。

金刚石(或立方氮化硼)金属复合物是高度惰性的、抗磨损的，并且拥有低的滑动摩擦系数。应用这些复合物到毛发推子组的组件上可以减少磨损，可以在更长一段时间保持或改进舒适度，并且通过延长刀片的寿命从而减少刀片需要更换或重新磨锋利的次数来减少总的操作成本。于是，在本发明的这个实施方案中，推子刀片和梳的磨损表面尤其用填充有磨料颗粒的金属复合物盖覆。以相同的方式使用与上面所述相同的方法(例如电解的或非电镀的)，所述相同的方式如在针对成形设备所进行的更详细的描述。

结论

尽管本发明已参照优选实施方案进行了描述，那些本领域的技术人员可以理解，在没有离开本发明范围的情况下可以进行各种变化，并且可以用等同物取代其中的元素。另外，可以进行许多修改以使得特定情况或材料适合本发明的教导，而没有离开其实质范围。因此，应该视为，本发明没有被限制到作为执行本发明预期的最佳实施方式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入所附的权利要求书范围的所有实施方案。以下的实施例显示本发明可以如何被实施，但是它们不应该被解释为限制的。在这个申请中，所有单位都是公制的，并且所有量和百分比都是以重量计，除非另作特意指示。同样，所有在此提到的引用都是特意在此引入作为参考。

实施例

                           实施例1

冲头和模具组由模具62、上冲头64和下冲头66，以及芯杆68组成，如图5所示，其中所有的部件由洛氏C硬度为63的1.2379钢制成。模具组被使用来从酚醛树脂粉末形成环或者小轮70，所述酚醛树脂粉末包含10％-20％(重量)颗粒尺寸为400目或更粗的立方氮化硼磨料填料。在通常的操作中，冲头和模具组被装配成如图5所示，并且塑料粉末被压在两个冲头之间。当在冲头上加负荷时，粉末压缩，并且磨料颗粒刮擦模具和芯销(core pin)的侧面。在约50-60次循环后，由填料中刮擦的颗粒造成的磨损区变得如此明显(特别在邻近粉末的地方)以至于所形成的树脂盘在可允许的尺寸公差之外，并且必须更换冲头和模具组。

在示范本发明中，获得的钢冲头和模具组由1.2379型钢构成，其中洛氏硬度C的模具具有30mm的外径以及6.3mm的内径。模具的高度为30mm。还获得由类似的钢制成的芯销和冲头。将约0.010mm的超级磨料覆层施加到模具的内径以及芯杆，所述覆层包含约30％(体积)的平均尺寸为2微米的单晶金刚石颗粒。使用以下盖覆(coating)程序：

1.掩蔽(masking)步骤：

(a)用干净的布和丙醇通过擦拭来清洁模具表面和芯销，以去除任何表面残留物。

(b)混合中途停留物(stop-off)(Evan Manufacturing，撕膜(Peel Coat)型II B-90)，并且将中途停留物涂在模具的外墙和端上。让涂料完全变干，并且施加第二层涂料并让其变干。

2.为镍镀覆活化金属表面的预处理步骤：

(a)一般如在美国金属协会，1982，《金属手册》，第九版，第3-32页“清洁方法的选择”中所描述的那样。

3.镀覆(plating)加工：

(b)一般如在美国金属协会，1982，《金属手册》，第九版，第219-223页“无电镀镍”中所描述的那样；或者如Sheela等人在《金属精整》，2002，“散布金刚石的无电镀镍覆层”中描述的那样。镍浴一般包括：

(i)6％(体积)包含26g/L镍的硫酸镍溶液。

(ii)15％(体积)包含24g/L连二磷酸盐的连二磷酸钠溶液。

(iii)74％(体积)去离子水。

(注意：所述浴的Ni浓度在整个操作中保持在约5.4-6.3g/L)

(c)加热镍浴至约190°F(87°-88℃)。

(d)每升5克的1-3微米的单晶金刚石粉末，并且粉末预分散在5％(体积)的去离子水中(镍浴的5％(体积))。

(e)将模具和芯销附着到旋转的托架系统，并且浸没在溶液中。

(f)开始缓慢地旋转部件(约0.5-2rpm)，并且加入金刚石浆。

(g)每15分钟，补充所述浴如下：

(i)0.6％(体积)硫酸镍

(ii)0.6％(体积)pH调节剂(modifier)

(h)进行足够30分钟长的镀覆加工直到获得所希望的10微米厚度。(这个过程一般显示出每小时大约20-25微米的镀覆率)。

(i)当接近所希望的停止点时，通过取消最后的补充允许所述浴“镀尽”(plate out)。

(j)从溶液中移走被镀覆的部件，并且用水清洗。擦干以去除水迹。

(l)去除用于掩蔽所述模的中间停留物。

4.加热处理

将已盖覆的部件放入炉中并在空气气氛下加热到300-350℃，所述加热为1至2小时。

可替换地，通过超级磨料覆层的商业供应商可以将该覆层施加到冲头和模具组。两个商业上的供应商包括：新泽西州Robbinsville的Surface Technology Inc，以及德国Kempten的ESK Ceramics(Wacker-Chemie)。

当冲头和模具组用超级磨料覆层镀层后，将所述组放入使用树脂的工作中，所述树脂具有包含约10-20％(体积)立方氮化硼磨料粉末的磨料填充物，所述粉末的颗粒尺寸比400目更粗。超级磨料盖覆的冲头和模具组生产出了树脂盘，该树脂盘满足这种产品所要求的尺寸质量标准。200个循环以后，超级磨料盖覆的冲头和模具组仍然可以生产出满足所述质量标准的盘，这指示出金刚石覆层已降低了在模和模具表面上的磨蚀性磨损。

这个实验证明根据以上所述的方法加工的、具有改进的抗磨损能力特性的冲头和模具组的有效性。

                           实施例2

如图6剖视图中所示的压力辊72是用来将水泥复合材料成形为管道。通常的压力辊是由DIN2448不锈钢制成的96mm(直径)×835mm(长)的辊。在通常的操作模式中，24个压力辊以两组，以每组12个的方式，将一致的压力施加到与水泥复合材料直接接触的辊。当水泥材料接触所述辊时，一小层磨蚀性的水泥被保留在该辊表面上，并且当旋转时，被携带着越过压力辊。经过一段4到6星期的连续操作，辊表面被磨损，通常辊与辊的磨损不是均匀的。通常所形成的磨损图案是一系列越过辊表面的非常明显的槽。槽的深度确定了磨损的严重程度。这个磨损的不一致性导致正在成形的水泥管道不可接受的厚度变化。这时，槽深到了通过触摸它们便能感觉到，而加工线必须停工，并且舍弃和更换压力辊。

除了使用更大的容器(tank)和更大量的化学品，以及包含约40％(体积)8微米的金刚石颗粒以外，采用实施例1中所述的方法用超级磨料复合物覆层来盖覆全组24个压力辊，所述压力辊由DIN 2448不锈钢制成。还有，因为材料是不锈钢，作为应用非电镀技术前的预处理步骤，施加一个薄的电解镍底板层(strike layer)。该覆层的厚度为0.002英寸或50微米。

当压力辊被盖覆后，整组24个被安装在水泥复合物管道成形应用中。在4星期的连续操作后，停止加工，并且将压力辊原地清洁以去除残留的水泥，以及视觉检查压力辊。视觉检查揭示出在这些辊的任何一个上都没有看见显著的磨损，再次开始加工，并且又继续运行4个星期。在这个时间后，停止加工，象以前一样原地清洁辊，并且视觉检查它们。再次，没有观察到显著的磨损，并且将辊留在原地继续工作附加的4个星期。到2004年1月9日为止，具有超级磨料覆层的所述压力辊已经运行了至少12个星期。

这个实施例例证了根据实施例1所描述的方法加工的、具有改进的抗磨损能力特性的压力辊的有效性。

                           实施例3

如图7A和7B所示的钢体翼状钻头74，通常被使用来钻探油井。钢体钻头直径在8英寸到超过17英寸的范围。钢体钻头被制成各种结构，但是一般由螺纹栓(threaded pin)76、钻头装卸器槽(bit breaker slot)78、柄80、标准直径部分(gauge)82、在标准直径部分之上安放的刀片84a-d来构成，所述刀片可以具有一般以2-10个刀片的对称图案来排列的各种布局。在一些情形中，标准直径部分82可以是完整的或部分的环。在每个刀片上铜焊多晶金刚石刀具(PDC)，如PCD刀具86，所述的刀具时根据每个钻头所要求的切割效率来排列的。在钻头的主体内，是向上延伸到钻头74的标准直径部分82的柄镗孔(shank bore)88。从柄镗孔88的末端，钻较小的孔，如小孔90，它们向外延伸到刀片之间。所述较小的孔一般带有螺纹以便喷嘴(如喷嘴90)能够插入。喷嘴通常以比钻头其他部件更快的速度磨损，并且通常以更频繁的间隔被更换。

钢体钻头被用来钻探深达10,000英尺的孔。钻进速度(ROP)受必须钻穿的地质构造的强烈影响。虽然ROP的值能够在25-200英尺/小时的范围，但典型的ROP值是在30-50英尺/小时的数量级上。取决于钻孔的深度，典型的钢体钻头在完成一个钻孔之前可以被使用30-50小时。在许多情形中，钻头上的金刚石刀具会仍然起作用，但是钻头体的其他特征由于钻屑和钻探浆的腐蚀性会被大量磨损。在多数情形中，在PDC和/或钻头体处于它们必须被丢弃这样一个状况下以前，至少能够修理钻头一次或两次，并且能够使用总共100-150小时。在多数情形中，PDC刀具具有可能达到的更长的有效寿命，但是受到钻头体磨损的限制。任何可以从钻头获得的额外寿命都有帮于显著降低总的钻探成本。

已获得如图7所示的新的8又3/4英寸钢体钻头。该钻头具有类似于以上所描述的特征，有4个刀片、4个喷嘴孔(port)(所述喷嘴已从钻头移走)，以及部分的环形标准直径部分。所述8又3/4英寸的钻头是针对使用以下方法来进行超级磨料盖覆而准备的：

(a)使用适度的喷砂方法将所有涂料从钻头完全去除。

(b)将API栓连接部分的螺纹以及包括斜面的装饰(make-up)面掩蔽以防止超级磨料覆层附着到这些表面。这通过清洁螺纹的表面，用干净的布和异丙醇擦拭以去除任何表面残留物来实现的。混合中途停留物(Evan Manufacturing，撕膜型II B-90)，并且将中途停留物涂在模具的外墙和端上。让涂料充分变干，并且施加第二层涂料并让其变干。不要将柄镗孔的开口掩蔽，因为这些表面的内径是要用超级磨料覆层来盖覆的。

(c)除API栓连接部分之外，喷嘴孔带螺纹的壁同样被掩蔽。

(d)没有费力去掩蔽金刚石刀具，因为可以认识到，所述覆层不会附着到金刚石表面，并且在初次使用时，这些表面上的覆层会很容易剥落。

(e)当这些准备就绪，施加商品名为“复合金刚石覆层”(Surface Technology Inc.105North Gold Drive，Robbinsville，NJ 08691)的超级磨料覆层。用于这个特定钻头的覆层采用具有平均尺寸8微米的单晶金刚石粉末。结合在覆层内的金刚石的体积百分比为约40％。覆层的厚度为约125微米。

(f)在施加“复合金刚石覆层”以后，将掩蔽物从其施加的区域去除。在一些情形中，可以在200℃-400℃的温度范围进行盖覆后的热处理，处理的时间为1-2小时，以改进包括复合物覆层的金属基体的硬度。在这种情况下，因为顾虑PDC铜焊结合处的完整性退化，没有进行热处理。

在超级磨料覆层施加到钻头后，将钻头带到一个钻探现场。典型地，钻头在它必须被完全更换之前，在这个位置的2次或3次运行中持续约100-150小时。在这些钻探条件下，通常的钻头会在刀片的顶端上、在刀具之间、在邻近喷嘴孔出口的钻头表面上以及在进入内镗孔中的喷嘴孔的入口处显示出清楚的磨损迹象。

在超级磨料钻头的情形中，该钻头运行了通常长度的一段时间，并且将其从钻孔中拉出进行检查。从检查中清楚可见，虽然超级磨料覆层在关键区域中已被显著地去除了，但该覆层降低了通常会发生的磨损。事实上，除了金刚石刀具上的磨损，该钻头本质上处于和新钻头相同的状况，并且人们可以期待甚至在所有的覆层都已消蚀掉以后，该钻头还能够运行另外的100-150小时。125微米厚的覆层已本质上给这个钻头增加至少50小时的寿命，赋予这个钻头至少150-200小时的平均寿命。人们还能够期待，如果将覆层厚度增加到本实施例厚度的两倍，那么，钻头的寿命可以增加100小时或者两次附加的运行。该钻头是可再次运行的，并且将被再次运行。

                              实施例4

已获得如图6所示的新的9又7/8英寸钢体钻头。该钻头具有类似于上面在实施例4中所描述的特征，有4个刀片、4个喷嘴孔(port)(所述喷嘴已从钻头移走)，以及部分的环形标准直径部分。所述9又7/8英寸的钻头是针对使用在实施例4中详细描述相同的方法来进行超级磨料盖覆而准备的。

当这些准备就绪，施加商标为“复合金刚石覆层”(Surface Technology Inc.105 NorthGold Drive，Robbinsville，NJ 08691)的超级磨料覆层。用于这个特定钻头的覆层采用具有平均尺寸8微米的单晶金刚石粉末。结合在覆层内的金刚石的体积百分比为约40％。覆层的厚度为约100微米。

在施加“复合金刚石覆层”以后，将掩蔽物从其施加的区域去除。在一些情形中，可以在200℃-400℃的温度范围进行盖覆后的热处理，处理的时间为1-2小时，以改进包括复合物覆层的金属基体的硬度。在这种情况下，因为顾虑PDC铜焊结合处的完整性退化，没有进行热处理。

在超级磨料覆层施加到钻头后，将该钻头带到一个大量进行石油钻探的钻探现场。典型的钻机在这个区域运行100-150小时就必须更换钻头。在这些钻探条件下，通常的钻头会在刀片的顶端上、在刀具之间、在邻近喷嘴孔出口的钻头表面上以及在进入内镗孔中的喷嘴孔的入口处显示出清楚的磨损迹象。

在超级磨料钻头的情形中，该钻头运行了通常长度的一段时间，并且将其从钻孔中拉出进行检查。从检查中清楚可见，虽然超级磨料覆层在关键区域中已被显著地去除了，但该覆层降低了通常会发生的磨损。事实上，除了金刚石刀具上的磨损，该钻头本质上处于和新钻头相同的状况，并且人们可以期待甚至在所有的覆层都已消蚀掉以后，该钻头还能够运行另外的100-150小时。100微米厚的覆层已本质上给这个钻头增加至少30小时的寿命，赋予这个钻头至少130-180小时的平均寿命或几乎一次附加的运行。人们还能够期待，如果将覆层厚度增加到本实施例厚度的三倍，那么，钻头的寿命可以增加90小时。这个钻头是可以再次运行的，并且将被再次运行。

                           实施例5

如图8中所示的钢传输管道94可以被使用来在混合加工中将金属粉末从切尔逊机(chelsonating machine)输送到混合机。所述粉末是铁、镍和石墨的一种专卖的混合物。所述2英寸内径的传输管道是由钢制成，并且为90°弯头的形式。在通常的生产模式中，粉末是在切尔逊机中加工，切尔逊机将粉末中的颗粒混合并压在一起。已混合的粉末借助重力从切尔逊单元经过一系列的包括90°弯头的钢管道下降到混合机。在通常的加工条件下，一个星期加工16批粉末，每批包括360Kg。历史上的加工记录显示典型的90°弯头可以持续约3个月或172批，在此之后，在传输管道的弯头处逐渐形成孔。当这种情况发生时，整个加工必须停止约2到4小时，同时移走老的管道并安装新的管道。

已获得类似于先前所描述的和在图8中所示的钢传输管道，并且所述管道的内部区域被施加了超级基体覆层。该管道是针对使用以下在实施例1中所描述的方法来进行超级磨料盖覆而准备。虽然只有管道的内壁与粉末接触，但为了使管道外部的掩蔽最小化，管道内外都用超级磨料覆层来盖覆。使用具有8微米平均尺寸以及40％体积浓度的金刚石粉末将覆层施加到0.100mm的厚度。在施加超级涂料覆层以后，将传输管道加热至350℃2小时，以增加镍基体的硬度。由于覆层的加入而造成的管道厚度改变没有影响安装所要求的尺寸。

于2003年9月4日将超级磨料管道安装在普通管道所处的同样加工区中，并且从那时开始加工。到2004年2月4日止，已通过这个管道加工约203批。一月中对管道的检查表明，该管道没有显示磨损的迹象。

                            实施例6

如图9中所示用于自吸(self-priming)离心泵的转子组合件96由铸铁制成。转子是泵不可或缺的部分。转子叶片具有这样的尺寸，即转子的尖端(tip)与泵壳之间的距离对泵的性能来讲是关键性的。当叶片的尖端由于磨蚀、腐蚀或侵蚀而磨损掉，甚至磨损掉几毫米，泵的性能都会显著下降。泵的性能通常根据压力和流速来测量。为了评估泵和泵组件的性能，已经设计出这样一种加速磨损测试，即使离心泵以重复循环的方式从存储罐抽吸充满磨料的浆通过泵，并且再回到该存储罐中。所述磨蚀性的浆可以为含有氧化铝颗粒的水、含有金属碎屑的水或者任何其他含有将流过泵的固体颗粒的液体。

在如图7所示的具有铸铁转子的普通离心泵的情形中，泵的性能会是这样的，即由泵产生的压力从一天的操作以后到约5-10天稳定、连续地下降，在此之后，泵所要求的压力和流速不能被保持在所要求的水平。在这个时间以后，检查铸铁转子揭示转子叶片已从最初的轮廓磨损掉几毫米到数厘米。叶片尺寸和轮廓上的改变就是那些改变了泵流体动力学的因数，所述泵流体动力学的变化导致压力和流量的损失。

如图7所示的129mm直径的铸铁转子是针对使用类似于实施例1中所描述的技术来进行超级磨料盖覆而准备，掩蔽转子的孔使得超级磨料覆层不会附着到这些表面，并且因此不会改变尺寸，也不会使转子不能安装在马达轴上。超级磨料覆层施加到0.200mm或200微米的厚度。所述覆层包含约40％体积浓度的8微米金刚石颗粒。在350℃下加热处理该转子2小时。在施加所述覆层后，将掩蔽材料从中央孔去除。

当施加了所述超级磨料覆层时，转子被安装在泵内，并且采用先前所描述的同样过程来进行加速磨损测试。泵被运行来进行两个星期的连续工作，以再循环方式抽吸氧化铝浆。在这个期间泵保持足够的压力和流速。在使用氧化铝浆的两星期测试之后，该泵被连续运行一个星期来，用来抽吸包含金属碎片的浆。在这个星期的操作期间，该泵仍保持稳定的压力和流速。这些测试条件和持续时间代表加速磨损测试的标准条件。

当标准测试完成以后，该泵的转子从泵组合件移走。对转子的检查证实了叶片在尺寸上完全未受影响，并且轮廓没有变化。通过将其从转子上折断移走一片转子叶片。这个叶片片段被安装进胶木树脂丸(Bakelite resin pellet)中，并且用金刚石抛光膏抛光以暴露包括叶片两侧上的覆层厚度的叶片剖面。进行该叶片片段的扫描电子显微镜分析，并且在叶片两侧上进行超级磨料覆层的尺寸分析。从这些分析可知，可以确定超级磨料覆层厚度在183微米到199微米的范围。根据最初覆层厚度为200μm这个事实，这代表了最小程度的磨损损耗。这证明改进的转子在测试期间保持了尺寸稳定性，并且这允许泵在稳定的压力和流速下运行。

                             实施例7

这个实施例证明与在高磷含量的金属复合物中使用多晶金刚石相比，在低磷含量的金属复合物覆层中使用单晶金刚石来保护磨损表面的意想不到的优点。为了证明这样的意想不到的优点，将常规的冲击合成(shock synthesis)多晶金刚石(1.65μm平均颗粒尺寸)引入到高磷镍覆层中，并且将泰伯板(taber panel)盖覆成(6.4g/cc覆层比重)常规教导的那样。本发明的覆层利用了单晶金刚石(1.75μm平均颗粒尺寸)，并且报告了重复的试验。本发明的覆层，如在此教导的那样，利用了低磷镍(3％P)。所有的覆层时使用实施例1中所描述的一般技术来盖覆的，其中覆层中金刚石的水平在约30vol-％。

测试结果记录如下：

                          表1

              泰伯磨耗试验机(型号5130)分析

样品标识	轮的类型	负荷(克)	循环次数	初始重量(g)	最终重量(g)	重量损失(mg)	泰伯磨损指数
								CDC-2	CS-10	1000	1000	70.6943	70.6892
			3500		70.6877	1.5
											5000		70.6871	0.6
			10000		70.6832	3.9	0.78
CDC(2.2mil)	CS-10	1000	1000	70.6877	70.687
											2500		70.6862	0.8
			5000		70.6848	1.4
											10000		70.6809	3.9	0.78
最后5000次循环的磨损指数＝0.78覆层比重＝6.4g/cm3磨损速度(μm/天)＝3.76
								CDC-Poly(1-3μm)	CS-10	1000	1000	68.6411	68.6343
			3500		68.6318	2.5
											5000		68.63	1.8
			10000		68.6254	4.6	0.92
								最后5000次循环的磨损指数＝0.92覆层比重＝6.4g/cm3磨损速度(μm/天)＝4.44

泰伯磨损指数＝(重量损失(mg))×1000/循环#

以上制成表格的结果证明，如通过泰伯抗磨蚀能力所测量的那样，本发明的金属基体覆层在抗磨蚀能力上提供了约18％的改进。从这些数据中来看，不明显的是本发明的单晶金刚石金属基体实现了实质上的成本节约，按今天的价格，这导致每克拉金刚石成本节约10倍。从该数据来看，同样不明显的是本发明的单晶金刚石金属基体覆层的沉积速度，与相对照的高磷覆层所测得的每小时大约5-8微米的沉积率相比，本发明的覆层呈现出镍覆层厚度每小时约10-25微米的沉积速度。这是在盖覆速度(coating rate)上的一个约3到5倍的改进。

意想不到的是，本发明的单晶金刚石金属基体覆层可以以明显更高的速度，更底的成本数量级(cost orders of magnitude)来盖覆，并且，与常规的高磷多晶金属基体覆层(例如由Micro-Surface Corporation( www.microsurfacecorp.com)所例证的)相比，呈现出改进了的性能。

Claims (59)

1.一种生成具有磨损表面的工艺设备的方法，所述磨损表面对与所述工艺设备加工的填料相关联的磨蚀、腐蚀或侵蚀之中的一个或多个具有扩大的抵抗能力，所述方法包括：

对所述工艺设备的磨损表面施加金属基体覆层，所述金属基体覆层用超级磨料颗粒填充。

2.如权利要求1的方法，其中用在约5vol-％和80vol-％之间的所述超级磨料颗粒填充所述金属基体。

3.如权利要求1的方法，其中所述超级磨料颗粒是金刚石或者立方氮化硼(cBN)之中的一个或多个。

4.如权利要求1的方法，其中所述超级磨料颗粒的平均颗粒尺寸在约0.1到约50微米的范围。

5.如权利要求1的方法，其中所述金属基体还用下列之中的一个或多个来填充：硼、钽、不锈钢、铬、钼、钒、锆、钛、钨、陶瓷、玻璃、滑石、塑料、金属石墨、金属氧化物、金属硅化物、金属碳酸盐、金属碳化物、金属硫化物、金属磷酸盐、金属硼化物、金属硅酸盐、金属氨基苯胂酸盐、金属氮化物、或金属氟化物。

6.如权利要求1的方法，其中所述金属基体还用下列之中的一个或多个来填充：六方氮化硼(hBN)、SiC、Si₃N₄、WC、TiC、CrC、B₄C、Al₂O₃。

7.如权利要求1的方法，其中所述金属基体覆层的厚度在约0.5到约1000微米的范围。

8.如权利要求1的方法，其中所述金属基体覆层的所述金属是下列之中的一个或多个：镍、镍合金、银、银合金、钨、钨合金、铁、铁合金、铝、铝合金、钛、钛合金、铜、铜合金、铬、铬合金、锡、锡合金、钴、钻合金、锌、锌合金、过渡金属或者过渡金属合金。

9.如权利要求8的方法，其中所述金属是镍、铬、钴、铜、铁、锌、锡或钨之中的一个或多个。

10.如权利要求9的方法，其中所述金属包括Ni。

11.如权利要求10的方法，其中所述金属包括具有P含量低于约5wt-％的Ni-P。

12.如权利要求11的方法，其中所述金属包括具有P含量低于约3wt-％的Ni-P。

13.如权利要求1的方法，其中所述金属基体覆层包括无电镀覆层或电解覆层之中的一个或多个。

14.如权利要求1的方法，其中在所述金属基体覆层上涂刷有机涂层。

15.如权利要求14的方法，其中所述有机保护涂层由下列之中的一个或多个制得：酚醛树脂、环氧树脂、氨基塑料树脂、氨基甲酸乙酯树脂、丙烯酸酯树脂、异氰尿酸酯树脂、丙烯酸改性的异氰尿酸酯树脂、脲醛树脂、丙烯酸改性的环氧树脂或者丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯树脂。

16.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括用于下列加工之中的一个或多个的成形工具：轧制、剪切、弯曲、拉制、型锻、热锻造、冲制、挤压、注模、压模、传递模塑以及层压。

17.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括挤压设备或者混配设备之中的一个或多个。

18.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括尺寸减小设备或者大小分级及分离设备之中的一个或多个。

19.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括孔口。

20.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括涡轮引擎、柴油机引擎或奥托循环引擎之中的一个或多个。

21.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括射弹武器。

22.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括下列之中的一个或多个：钻头体、径向轴承、推力轴承、机械耦合件、磨损垫、偏流器、限流器、抽泥泵衬、叶轮、钻杆、阀门、定向钻孔组合件、吊架组合件、冲击组合件、喷嘴、岩芯提取器。

23.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括用于输送所述填料的输送组合件。

24.如权利要求23的方法，其中所述工艺设备包括管道。

25.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括泵。

26.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括推子刀片或推子梳之中的一个或多个。

27.如权利要求1的方法，其中所述工艺设备包括不连续的纤维生产设备。

28.如权利要求1的方法，其中所述填料包括已填充的材料。

29.如权利要求28的方法，其中所述材料用下列之中的一个或多个填充：陶瓷、玻璃、矿物、金属陶瓷、金属、有机材料、有粘结性的材料、冰或生物质。

30.如权利要求1的方法，其中所述填料是下列之中的一个或多个：陶瓷、玻璃、矿物、金属陶瓷、金属、有机材料、有粘结性的材料、冰或生物质。

31.具有磨损表面的工艺设备，所述磨损表面对与所述工艺设备加工的填料相关联的磨蚀、腐蚀或侵蚀之中的一个或多个具有扩大的抵抗能力，所述工艺设备包括：

用金属基体覆层盖覆的所述工艺设备磨损表面，所述金属基体覆层填充有超级磨料颗粒。

32.如权利要求31的工艺设备，其中所述金属基体用在约5vol-％和80vol-％之间的所述超级磨料颗粒填充。

33.如权利要求31的工艺设备，其中所述超级磨料颗粒是金刚石或立方氮化硼之中的一个或多个。

34.如权利要求31的工艺设备，其中所述超级磨料颗粒的平均颗粒尺寸在约0.1到约50微米的范围。

35.如权利要求31的工艺设备，其中所述金属基体还用下列之中的一个或多个来填充：镍、镍合金、银、银合金、钨、钨合金、硼、钽、不锈钢、铬、钼、钒、锆、钛、钨、陶瓷、玻璃、滑石、塑料、金属石墨、金属氧化物、金属硅化物、金属碳酸盐、金属碳化物、金属硫化物、金属磷酸盐、金属硼化物、金属硅酸盐、金属氨基苯胂酸盐、金属氮化物、或金属氟化物。

36.如权利要求35的工艺设备，其中所述金属基体还用下列之中的一个或多个来填充：六方氮化硼(hBN)、SiC、Si₃N₄、WC、TiC、CrC、B₄C、Al₂O₃。

37.如权利要求31的工艺设备，其中所述金属基体覆层的厚度在约0.5到约1000微米的范围。

38.如权利要求31的工艺设备，其中所述金属基体覆层的所述金属是下列之中的一个或多个：镍、镍合金、银、银合金、钨、钨合金、铁、铁合金、铝、铝合金、钛、钛合金、铜、铜合金、铬、铬合金、锡、锡合金、钴、钴合金、锌、锌合金、过渡金属或者过渡金属合金。

39.如权利要求38的工艺设备，其中所述金属是镍、铬、钴、铜、铁、锌、锡或钨之中的一个或多个。

40.如权利要求39的工艺设备，其中所述金属包括Ni。

41.如权利要求40的工艺设备，其中所述金属包括具有P含量低于约5wt-％的Ni-P。

42.如权利要求41的工艺设备，其中所述金属包括具有P含量低于约3wt-％的Ni-P。

43.如权利要求31的工艺设备，其中所述金属基体覆层包括无电镀覆层或电解覆层之中的一个或多个。

44.如权利要求31的工艺设备，其中在所述金属基体覆层上涂刷有机涂层。

45.如权利要求44的工艺设备，其中所述有机保护涂层由下列之中的一个或多个制得：酚醛树脂、环氧树脂、氨基塑料树脂、氨基甲酸乙酯树脂、丙烯酸酯树脂、异氰尿酸酯树脂、丙烯酸改性的异氰尿酸酯树脂、脲醛树脂、丙烯酸改性的环氧树脂或者丙烯酸改性的氨基甲酸乙酯树脂。

46.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括用于下列加工之中的一个或多个的成形工具：轧制、剪切、弯曲、拉制、型锻、热锻造、冲制、挤压、注模、压模、传递模塑以及层压。

47.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括挤压设备或者混配设备之中的一个或多个。

48.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括尺寸减小设备或者大小分级及分离设备之中的一个或多个。

49.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括孔口。

50.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括涡轮引擎、柴油机引擎或奥托循环引擎之中的一个或多个。

51.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括射弹武器。

52.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括下列之中的一个或多个：钻头体、径向轴承、推力轴承、机械耦合件、磨损垫、偏流器、限流器、抽泥泵衬、叶轮、钻杆、阀门、定向钻孔组合件、吊架组合件、冲击组合件、喷嘴、岩芯提取器。

53.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括用于输送所述填料的输送组合件。

54.如权利要求53的工艺设备，其中所述工艺设备包括管道。

55.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括泵。

56.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括推子刀片或推子梳之中的一个或多个。

57.如权利要求31的工艺设备，其中所述工艺设备包括不连续的纤维生产设备。

58.如权利要求31的工艺设备，其中所述填料包括已填充的材料。

59.如权利要求58的工艺设备，其中所述材料用下列之中的一个或多个填充：陶瓷、玻璃、矿物、金属陶瓷、金属、有机材料、有粘结性的材料、冰或生物质。

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