【誤訳訂正書】
【提出日】平成29年7月10日(2017.7.10)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
摩耗部材の基体の表面が金型のキャビティと連通するように、金型を基体の表面に近接して配置することと、
表面に近接して、キャビティ内に多孔質耐摩耗性材料を配置することと、
キャビティと連通して、主としてダクタイル鋳鉄である金属のマトリックス材料を配置することと、
マトリックス材料の融点以上の温度まで金型及びマトリックス材料を加熱し、そして、多孔質耐摩耗性材料に浸透して基体の表面に接触するために、溶融形態のマトリックス材料に対して十分な時間の間融点以上に前記温度を保持することと、
金型及びマトリックス材料を冷却して、マトリックス材料を鉄中の黒鉛塊として固化すると共に基体の表面上のマトリックス材料内に埋め込まれた耐摩耗性材料を含む耐摩耗性複合材のコーティングを形成することと、を備える、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
マトリックス材料のダクタイル鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％のリンを含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物からなる合成物を有する、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料からなる、方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＶＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、（Ｗ、Ｔｉ）Ｃ、Ｂ4Ｃ、Ｍｏ2Ｃ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のカーバイドからなる、方法。
【請求項５】
請求項３記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＮ、ＶＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＭｏＮ、ＷＮ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の窒化物からなる、方法。
【請求項６】
請求項３記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、ホウ化チタン、ホウ化クロム、ホウ化タングステン、ホウ化ニッケル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化バナジウム、ホウ化モリブデン、ホウ化ケイ素、ホウ化アルミニウム、遷移金属の他のホウ化物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のホウ化物からなる、方法。
【請求項７】
請求項３記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、遷移金属の一つ以上のシリサイドからなる、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、浸透ろう付けに好適なぬれ性を有するコーティングがされる、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、基体の複数の表面上に形成されている、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、基体の表面の一部のみに形成されている、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、多孔質プレフォームを形成するために互いに結合された粒子状材料で形成された多孔質プレフォームの形態である、方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、
粒子状材料は、焼結によって互いに結合される、方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法において、
粒子状材料は、ポリマー材料によって互いに結合され、温度は、加熱中に粒子状材料からポリマー材料を除去するために十分である、方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法において、
金型は、キャビティを画定するために基体に接続された金属薄板のシェルを備え、
シェルは、シェルの外面への開口を有し、
多孔質耐摩耗性材料は、前記開口を通じた挿入によってキャビティ内に配置される、方法。
【請求項１５】
請求項１記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、パラパラの微粒子物質の形態である、方法。
【請求項１６】
請求項１記載の方法において、
加熱は、炉チャンバ内で実行され、
前記方法は、さらに、
マトリックス材料の溶融点に達する温度の前に排気されることを備える、方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法において、
前記方法は、さらに、
マトリックス材料が溶融された後に、不活性ガスをチャンバに導入することを備える、方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の方法において、
金型は、多孔質耐摩耗性材料と接触している透過性部分を有し、
前記方法は、さらに、
マトリックス材料が溶融される前にチャンバの中に不活性ガスを導入することを備える、方法。
【請求項１９】
摩耗部材を形成するためのシステムであって、
表面を有する基体と、
基体の表面が金型のキャビティと連通するように、基体の表面に近接して配置された金型と、
表面に近接した、キャビティ内の多孔質耐摩耗性材料と、
キャビティと連通した、主としてダクタイル鋳鉄である金属のマトリックス材料と、を備え、
システムは、
マトリックス材料の融点以上の温度まで金型及びマトリックス材料を加熱し、そして、多孔質耐摩耗性材料に浸透して基体の表面に接触するために、溶融形態のマトリックス材料に対して十分な時間の間融点以上に上記温度を保持するように構成されると共に、金型及びマトリックス材料を冷却して、マトリックス材料を鉄中の黒鉛塊として固化すると共に基体の表面上に耐摩耗性複合材のコーティングを形成するように構成される、システム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムにおいて、
マトリックス材料のダクタイル鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％のリンを含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物からなる合成物を有する、システム。
【請求項２１】
請求項１９記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料からなる、システム。
【請求項２２】
請求項２１記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＶＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、（Ｗ、Ｔｉ）Ｃ、Ｂ4Ｃ、Ｍｏ2Ｃ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のカーバイドからなる、システム。
【請求項２３】
請求項２１記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＮ、ＶＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＭｏＮ、ＷＮ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の窒化物からなる、システム。
【請求項２４】
請求項２１記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、ホウ化チタン、ホウ化クロム、ホウ化タングステン、ホウ化ニッケル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化バナジウム、ホウ化モリブデン、ホウ化ケイ素、ホウ化アルミニウム、遷移金属の他のホウ化物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のホウ化物からなる、システム。
【請求項２５】
請求項２１記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、遷移金属の一つ以上のシリサイドからなる、システム。
【請求項２６】
請求項１９記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、多孔質プレフォームを形成するために互いに結合された粒子状材料で形成された多孔質プレフォームの形態である、システム。
【請求項２７】
請求項１９記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、パラパラの微粒子物質の形態である、システム。
【請求項２８】
掘削機に取り付けられる地面係合工具であって、
表面に結合された耐摩耗性複合材のコーティングをもつ表面を有する金属基体を備え、
耐摩耗性複合材のコーティングは、
多孔質耐摩耗性材料と、
多孔質耐摩耗性材料と一緒に混合される金属マトリックス材料と、を備え、
金属マトリックス材料は、さらに、耐摩耗性複合材のコーティングを基体に結合するために基体の表面に結合され、
金属マトリックス材料は、主としてダクタイル鋳鉄である、地面係合工具。
【請求項２９】
請求項２８記載の地面係合工具において、
金属マトリックス材料のダクタイル鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％のリンを含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物からなる合成物を有する、地面係合工具。
【請求項３０】
請求項２９記載の地面係合工具において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大３７重量％のニッケルを更に備える、地面係合工具。
【請求項３１】
請求項２９記載の地面係合工具において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大５．５重量％のクロムを更に備える、地面係合工具。
【請求項３２】
請求項２９記載の地面係合工具において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大５．５重量％のケイ素を更に備える、地面係合工具。
【請求項３３】
請求項２８記載の地面係合工具において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、少なくとも１９．０５ｃｍ（７．５インチ）の厚さを有する、地面係合工具。
【請求項３４】
請求項２８記載の地面係合工具において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、基体の厚さよりも大きい厚さを有する、地面係合工具。
【請求項３５】
請求項２８記載の地面係合工具において、
製造物品は、土木機械のポイントである、地面係合工具。
【請求項３６】
請求項２８記載の地面係合工具において、
多孔質耐摩耗性材料は、粒子状材料であり、金属マトリックス材料は一緒に多孔質耐摩耗性材料を結合する、地面係合工具。
【請求項３７】
請求項２８記載の地面係合工具において、
多孔質耐摩耗性材料は、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料からなる、地面係合工具。
【請求項３８】
請求項３７記載の地面係合工具において、
多孔質耐摩耗性材料は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＶＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、（Ｗ、Ｔｉ）Ｃ、Ｂ4Ｃ、Ｍｏ2Ｃ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のカーバイドからなる、地面係合工具。
【請求項３９】
請求項３７記載の地面係合工具において、
多孔質耐摩耗性材料は、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＮ、ＶＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＭｏＮ、ＷＮ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の窒化物からなる、地面係合工具。
【請求項４０】
請求項３７記載の地面係合工具において、
多孔質耐摩耗性材料は、ホウ化チタン、ホウ化クロム、ホウ化タングステン、ホウ化ニッケル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化バナジウム、ホウ化モリブデン、ホウ化ケイ素、ホウ化アルミニウム、遷移金属の他のホウ化物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のホウ化物からなる、地面係合工具。
【請求項４１】
請求項３７記載の地面係合工具において、
多孔質耐摩耗性材料は、遷移金属の一つ以上のシリサイドからなる、地面係合工具。
【請求項４２】
請求項２８記載の地面係合工具において、
基体は、前記表面に接続されると共に前記表面から外方に延在する複数の突出部を有し、
複数の突出部は、耐摩耗性複合材のコーティングに埋め込められている、地面係合工具。
【請求項４３】
請求項４２記載の地面係合工具において、
複数の突出部は、基体の外面に対称的に分配された複数のリブからなる、地面係合工具。
【請求項４４】
土木機械の摩耗部材であって、
作用部分と、
作用部分に重なる複合材コーティングと、を備え、
複合材コーティングは、
多孔質耐摩耗性材料と、
多孔質耐摩耗性材料と一緒に混合され、主としてダクタイル鋳鉄であるマトリックス材料と、を有し、
ダクタイル鋳鉄のマトリックス材料は、複合材コーティングを作用部分に結合する、摩耗部材。
【請求項４５】
請求項４４記載の摩耗部材において、
ダクタイル鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％のリンを含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物からなる合成物を有する、摩耗部材。
【請求項４６】
請求項４５記載の摩耗部材において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大３７重量％のニッケルを更に備える、摩耗部材。
【請求項４７】
請求項４５記載の摩耗部材において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大５．５重量％のクロムを更に備える、摩耗部材。
【請求項４８】
請求項４５記載の摩耗部材において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大５．５重量％のケイ素を更に備える、摩耗部材。
【請求項４９】
請求項４４記載の摩耗部材において、
多孔質耐摩耗性材料は、粒子状材料であり、マトリックス材料は一緒に多孔質耐摩耗性材料を結合する、摩耗部材。
【請求項５０】
請求項４４記載の摩耗部材において、
多孔質耐摩耗性材料は、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料からなる、摩耗部材。
【請求項５１】
請求項４４記載の摩耗部材において、
基体は、前記表面に接続されると共に前記表面から外方に延在する複数の突出部を有し、
複数の突出部は、耐摩耗性複合材のコーティングに埋め込められている、摩耗部材。
【請求項５２】
請求項５１記載の摩耗部材において、
複数の突出部は、作用部分に対称的に分配された複数のリブからなる、摩耗部材。
【請求項５３】
請求項４４記載の摩耗部材において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、基体の厚さよりも大きい厚さを有する、摩耗部材。
【請求項５４】
請求項４４記載の摩耗部材において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、少なくとも１９．０５ｃｍ（７．５インチ）の厚さを有する、摩耗部材。
【請求項５５】
方法であって、
キャビティを画定するために、基板の表面に近接して、透過性部分を有する金型を配置することと、
多孔質耐摩耗性材料をキャビティ内に配置することと、
キャビティと連通してダクタイル鋳鉄の金属マトリックス材料を配置することであって、金属マトリックス材料は多孔質耐摩耗性材料に対して側方に配置される、金属マトリックス材料を配置することと、
多孔質耐摩耗性材料と反対側に、金属マトリックス材料に隣接して変位媒体を配置することと、
マトリックス材料の融点以上の温度に加熱することにより、溶融したマトリックス材料を形成するためにマトリックス材料を溶融することと、
溶融したマトリックス材料が多孔質耐摩耗性材料に浸透するまで溶融点以上に前記温度を保持することであって、変位媒体は、溶融マトリックス材料を支持し、溶融マトリックス材料が多孔質耐摩耗性材料に浸透するように溶融マトリックス材料を変位させる、溶融点以上に前記温度を保持することと、
金型及びマトリックス材料を冷却して、黒鉛塊を含むようにマトリックス材料を固化すると共に基体の表面上のマトリックス材料内に埋め込まれた耐摩耗性材料を含む耐摩耗性複合材のコーティングを形成することと、を備える、方法。
【請求項５６】
請求項５５記載の方法において、
変位媒体の材料は、セラミックビーズからなる、方法。
【請求項５７】
請求項５５記載の方法において、
変位媒体とマトリックス材料との間にバリアを配置することを更に備える、方法。
【請求項５８】
請求項５５記載の方法において、
基体が管状構造を含み、表面は管状構造の内面であり、
溶融マトリックス材料は、横方向外側に浸透して、管状構造の内面上に耐摩耗性複合材のコーティングを形成し、
変位媒体は、管状構造の中心に配置され、溶融マトリックス材料が多孔質耐摩耗性材料に浸透するように外方に変位する、方法。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】耐摩耗材料及び耐摩耗材料を形成するシステム及び方法
【関連出願】
【０００１】
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、本明細書の一部とされる２０１２年１月３１日に出願された米国仮出願第６１／５９３０９１号の優先権を主張し、米国仮出願第６１／５９３０９１号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本出願は、概ね、耐摩耗材料を形成するためのシステム及び方法に関し、より具体的には、耐摩耗材料を形成すると共に耐摩耗材料をろう付けによって基体に接続するための浸透技術を利用するシステム及び方法並びにそのシステム及び方法の製品に関する。
【背景技術】
【０００３】
さまざまなタイプの掘削装置は、ポイント、エッジ、サーフェス、繰り返し衝撃やストレスにさらされている他の部分を有し、それは、そのような部品の摩耗又は破損を生じる。従って、高い硬度と優れた靭性と結び付けられた耐摩耗性を有する材料が、そのような用途に望ましい。高い硬度と耐摩耗性を有する材料は、同様の課題が直面しているアプリケーションを含め、他のアプリケーションにおいて有用であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
耐摩耗部品を製造するための一つ一般的な技法は、耐摩耗部品を鋳造金属部品に取り付けて耐摩耗合成物を形成するために、金型に配置された硬い耐摩耗材料の周りに溶融金属（例えば、鋳鉄）を注入することによってその部品を鋳造する。この方法の主な欠点は、この方法によってその上に耐摩耗材料が取り付けられた基体が鋳造するのに適した材料に制限されることである。さらに、耐摩耗材料は、一般的に、５−５０％の体積分率の範囲に制限されると共に、５０μｍよりも大きな粒子に制限され、その部品は、一般的に、６．２５ｍｍ（０．２５０インチ）未満の厚さに制限される。さらに、この方法は、約２００℃乃至４００℃まで溶融合金を過熱する必要があり、それは、炭化物粒子の著しい溶解をもたらし、それによって、得られた複合物の特性を劣化させる。さらには、そのような鋳造が空気中で行われるため、硬質粒子及びマトリックス金属の双方の酸化の可能性があり、酸化物が複合物に包括され、摩耗特性及び機械的性能を低下させる。
【０００５】
耐摩耗部品を製造するための別の一般的な技術は、純粋な炭化タングステン及び超硬合金粒子の双方の多孔質塊の中へのニッケル系合金、銅系合金及び／又は鋳鉄の浸透である。しかしながら、ニッケル系合金及び銅系合金は高価であり、鋳鉄はすべてのアプリケーションのために満足のいくものである靭性を有していない。ダクタイル鋳鉄は、鋳造可能であると共に良好な破壊靭性を有するはるかに経済的な材料を意味する。しかしながら、これらの技術のために用いられる条件は、ダクタイル鋳鉄の浸透には適していない。また、これらの技術に関与される浸透温度は、硬質粒子の著しい分解が起こるのが非常に高い。これらの技術を用いて鋳鉄の球状鋳造炭化物への浸透の場合、元の炭化物粒子が完全に分解する。溶融結合金属と超硬合金粒子との間の冶金学的相互作用の結果として、そのような技術に対する粒子のサイズは、典型的には、１．１４ｍｍ（０．０４５インチ）以上に維持されなければならず、その結果、反応後でさえ、耐摩耗性を提供するために残された硬質粒子の比較的大きな部分がある。
【０００６】
従って、特定の既存製品及び方法は、多くの有利な特徴を提供するが、それにもかかわらず、一定の限界を有する。本発明は、これらの特定の制限および従来技術の他の欠点を克服すると共に従来利用できない新規な機能を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、本発明の基本的な理解を提供するために、本発明の態様の概要を提示する。この概要は、本発明の広範な概要ではない。本発明の主要または重要な要素を特定する又は本発明の範囲を線引きすることを意図するものではない。以下の概要は、単に、以下に提供されるより詳細な説明の前置きとして、一般的な形態で本発明のいくつかの概念を提示する。
【０００８】
本発明の態様は、基体上に耐摩耗性複合材のコーティングを形成する際に使用されるための方法に関する。金型は、基体の表面に近接して配置され、その表面は金型のキャビティと連通し、多孔質の耐摩耗性材料は、表面に近接して、キャビティ内に配置される。次に、金属マトリックス材料は、キャビティと連通して配置され、金型及びマトリックス材料は、マトリックス材料の融点以上の温度に加熱される。温度は、溶融形態の耐摩耗材料に浸透して基体の表面に接触するために、マトリックス材料に対する十分な時間の間融点以上に保持される。その後、金型及びマトリックス材料は、冷却されて、マトリックス材料を固化すると共に基体の表面上のマトリックス材料内に埋め込まれた耐摩耗材料を含む耐摩耗性複合材のコーティングを形成する。マトリックス材料は、一実施形態ではダクタイル鋳鉄であり、ダクタイル鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％のリンを含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物を有する合成物である。ニッケル（最大３７重量％）、クロム（最大５．５重量％）及び／又はケイ素（最大５．５重量％）などの他の成分及び添加物は、ダクタイル鋳鉄に含まれることができる。
【０００９】
一態様によれば、耐摩耗性材料は、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料を含むことができる。使用されることができるカーバイドの例は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＶＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、（Ｗ、Ｔｉ）Ｃ、Ｂ4Ｃ、Ｍｏ2Ｃ、及びそれらの組み合わせ、を含む。使用されることができる窒化物の例は、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＮ、ＶＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＭｏＮ、ＷＮ、及びそれらの組み合わせ、を含む。使用されることができるホウ化物の例は、ホウ化チタン、ホウ化クロム、ホウ化タングステン、ホウ化ニッケル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化バナジウム、ホウ化モリブデン、ホウ化ケイ素、ホウ化アルミニウム、遷移金属の他のホウ化物、及びそれらの組み合わせ、を含む。使用されることができるケイ化物の例は、遷移金属のケイ化物を含む。耐摩耗性材料は、更に、湿潤互換性のあるコーティングを有することができる。
【００１０】
別の態様によれば、複合コーティングは、基体の表面上に形成されることができ、あるいは、基体の表面の一部分だけに形成されることができる。
【００１１】
さらなる態様によれば、多孔質の耐摩耗性材料は、パラパラの微粒子材料の形態、あるいは、多孔質プレフォームを形成するために互いに結合された粒子状材料で形成された多孔質プレフォームの形態にすることができる。プレフォームの粒子状材料は、焼結によって、又はポリマー材料によってなどいくつかの異なる方法で一緒に結合されることができる。ポリマー材料が結合のために使用される場合、材料は、ろう付け温度が加熱中に粒子材料からポリマー材料を取り除くために十分であるように、選択されることができる。
【００１２】
さらに別の態様によれば、金型は、キャビティを画定するために基体に接続された金属薄板シェルにする又はその金属薄板シェルを含むことができる。シェルは、シェルの外面への開口を有することができ、多孔質の耐摩耗性材料は、その開口を通じた挿入によってキャビティ内に配置されることができる。そのようなシェルは、基体の厚さよりも十分に薄い壁の厚さを有し、基体の外面に溶接されることができる。
【００１３】
さらに別の態様によれば、加熱は、炉チャンバ内で実行され、そのチャンバは、マトリックス材料の溶融点に達する前に（例えば、０．０００１又は０．００１トル乃至０．０１０トル、あるいは、均一な低圧）排出される。不活性ガスは、マトリックス材料が溶融された後に、チャンバに導入される。代替的には、溶融は、マトリックス材料が溶融される前にチャンバの中にアルゴンガスを導入することなどによって、不活性ガスの存在下で行うことができる。この実施形態では、金型は、浸透の間、残留ガスが透過性部分から逃れるのを許容するために多孔質の耐摩耗性材料と接触している透過性部分を有している。
【００１４】
さらなる態様によれば、マトリックス材料は、耐摩耗性材料に対して横方向に又は水平方向に少なくとも部分的に配置され、その方法は、マトリックス材料と隣接してかつ耐摩耗性材料とは反対側に変位媒体（例えば、セラミックビーズなどの流動性媒体）を配置することを更に含む。変位媒体は、溶融マトリックス材料を支持し、溶融マトリックス材料が耐摩耗性材料に浸透するように溶融マトリックス材料を変位させる。バリアが、変位媒体とマトリックス材料との間にさらに配置され、変位媒体への溶融マトリックス材料の浸透に抵抗する。横方向の浸透の一例は、基体が管状構造であるときに、溶融マトリックス材料が横方向外側に浸透して管状構造の内面上に複合コーティングを形成することである。この構成では、その変位媒体は、管状構造の中央に配置され、溶融マトリックス材料が耐摩耗性材料を浸透するように外方に変位する。
【００１５】
本発明のさらなる態様は、基体の表面上に耐摩耗性の複合コーティングを形成するのに使用するためのシステムに関する。システムは、その表面が、金型キャビティ、表面に近接したキャビティ内の多孔質の耐摩耗性材料、及び、キャビティと連通する金属属マトリックス材料と連通するように、基体の表面に近接して配置された金型を含む。システムは、マトリックス材料の融点以上の温度まで金型及びマトリックス材料を加熱し、溶融形態の耐摩耗性材料を浸透して基体の表面と接触するためにマトリックス材料のための十分な時間の間その温度を維持し、その後、金型及びマトリックス材料を冷却してマトリックス材料を凝固させ、基体の表面上に耐摩耗性コーティングを形成するなど上述の態様による方法に関連して使用可能である。上述したように、マトリックス材料は、ダクタイル鋳鉄にすることができる。
【００１６】
一態様によれば、耐摩耗性材料は、上述した材料を含む、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料を含むことができる。
【００１７】
別の態様によれば、多孔質の耐摩耗性材料は、上述したように、パラパラの微粒子材料の形態、あるいは、多孔質プレフォームを形成するために互いに結合された粒子状材料で形成された多孔質プレフォームの形態にすることができる。
【００１８】
本発明のさらなる態様は、上述の態様に係るシステム及び／又は方法に従って、あるいは他のシステム及び／又は方法によって、製造される製造品に関連する。製造品は、表面に結合された耐摩耗性の複合コーティングを有する表面を持つ金属基体を含む。耐摩耗性の複合コーティングは、耐摩耗性粒子材料及び耐摩耗性粒子材料と一緒に結合する金属マトリックス材料を含む。そのコーティングは、連続したコーティングにすることができる。マトリックス材料は、さらに、耐摩耗性の複合コーティングを基体に結合するために基体の表面に結合される。金属マトリックス材料は、上述の構成物を有するダクタイル鋳鉄にすることができる。方法は、少なくとも０．０１２７ｃｍ（０．００５インチ）で典型的には０．１０１６ｃｍ（０．０４０インチ）よりも大きい厚さを有するコーティングを形成するために使用されることができる。方法は、最大１５．２４ｃｍ（６インチ）以上又はいくつかの実施形態では最大１９．０５ｃｍ（７．５インチ）以上の浸透距離を達成することができ、従って、最大１５．２４ｃｍ（６インチ）以上又は最大１９．０５ｃｍ（７．５インチ）以上などの基体自体よりも大きな厚さ、あるいは様々な実施形態においてさらに大きな厚さを有するコーティングを形成するために使用されることができる。
【００１９】
一態様によれば、耐摩耗性材料は、上述の例を含む、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料を含むことができる。
【００２０】
別の態様によれば、基体は、表面に接続すると共に表面から外方に延在する複数の突起を有する。突起は、耐摩耗性の複合コーティング内に埋め込まれる。一例として、突起は、基体の外面上に対称的に配置された複数のリブ又はプレート部材にすることができる。
【００２１】
さらなる態様によれば、物品は、掘削、採鉱、あるいは、他の土木機械のための摩耗部材にすることができ、基体は、複合コーティングが作用部分に重なるように摩耗部材の作用部分によって形成される。
【００２２】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面と併せてとられた以下の説明から明らかになる。
【００２３】
本発明のより完全な理解を可能にするために、添付図面を参照しながら、例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる、耐摩耗性の複合材料を形成するために上方からの垂直浸透の例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態にかかる、本発明の一実施形態にかかる、耐摩耗性の複合材料を形成するために下方からの垂直浸透の例を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態にかかる、本発明の一実施形態にかかる、耐摩耗性の複合材料を形成するために水平浸透の例を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の態様にかかる、浸透の前における、垂直浸透を使用して基体上に耐摩耗性の複合材料を形成するシステム及び方法の一実施形態を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の態様にかかる、浸透の後における、図４に示された方法を使用してその上に形成された耐摩耗性の複合材料を有する基体を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の態様にかかる、浸透の前における、外方への浸透を使用して基体上に耐摩耗性の複合材料を形成するシステム及び方法の別の実施形態を示す概略図である。
【図７】図７は、図６に示されたシステムの断面を示す概略図である。
【図８】図８は、本発明の態様にかかる、浸透の前における、垂直浸透及び水平浸透を使用して基体上に耐摩耗性の複合材料を形成するシステム及び方法の別の実施形態を示す概略図である。
【図９】図９は、本発明の態様にかかる、浸透の前における、垂直浸透及び水平浸透を使用して基体上に耐摩耗性の複合材料を形成するシステム及び方法の別の実施形態を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の態様にかかる方法を使用して製造された、ダクタイル鋳鉄マトリックスの球状鋳造炭化タングステン粒子の一例を示す顕微鏡写真である。
【図１１】図１１は、本発明の態様にかかる、方法を使用して浸透プロセスの後における、球状鋳造炭化タングステン／ダクタイル鋳鉄複合材料と、残存する過剰なとの間のインターフェースを示す顕微鏡写真である。
【図１２】図１２は、本発明の態様にかかる、浸透方法を使用してその上に形成された耐摩耗性の複合材料を有する基体の別の実施形態を示す概略図である。
【図１３】図１３は、本発明の別の態様にかかる、真空条件下での炉内でのろう付け材料での多孔質の耐摩耗性材料の浸透のためのシステム及び方法の一例を示す概略図である。
【図１４】図１４は、本発明の一態様にかかる、ろう付け材料の溶解の前における、真空条件下での炉内でのろう付け材料での多孔質の耐摩耗性材料の浸透のためのシステム及び方法の一例を示す概略図である。
【図１５】図１５は、ろう付け材料の溶解の後における、部分的なアルゴン圧が炉内に導入された状態の、図１４のシステム及び方法の概略図である。
【図１６】図１６は、本発明の別の態様にかかる、部分的なアルゴン圧の下での炉内でのろう付け材料での多孔質の耐摩耗性材料の浸透のためのシステム及び方法の一例を示す概略図である。
【図１７】図１７は、掘削又は採鉱の装置のためのポイントの形態の、本発明の態様にかかる使用のために構成された基体の別の実施形態の斜視図である。
【図１８】図１８は、その外面上に形成された耐摩耗性の複合材料を有する、図１７の基体の断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の態様にかかる、耐摩耗性の複合材料を形成するための金型として使用するために構成されたシェルの一実施形態の斜視図である。
【図２０】図２０は、本発明の態様にかかる、耐摩耗性の複合材料を形成するのに使用するために構成された掘削又は採鉱の装置のためのポイントの形態の基体の一実施形態に接続された図１９のシェルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、図面に示された多くの異なる形態での実施形態が可能であるが、本明細書中において本発明の詳細で好適な実施形態に記載され、そして、本開示が本発明の原理の例示として考えられ、図示され説明された実施形態に本発明の広範な態様を限定するものではないことが理解される。
【００２６】
一般に、本発明の態様は、金型キャビティの中に多孔質の耐摩耗性材料を配置し、マトリックス材料を溶融するのに十分な温度まで加熱することによって充填材料をマトリックス材料で浸透させ、その後、耐摩耗性の複合材料を形成するためにアッセンブリを冷却することを含む、耐摩耗性の複合材料を形成するためのシステム及び方法に関する。結果として得られる複合材料は、充填材料と混合されると共に充填材料と結合されるマトリックス材料を含み、そして、マトリックス材料は、複合材を基体に結合し、一緒に充填材料を結合する。システム及び方法は、採鉱、掘削又は他の土木機械としての部分あるいは他の機械的部分などの基体の表面上に耐摩耗性の複合材料を形成するのに使用されることができる。本明細書中に記載された基体の“表面”は、複数の様々な表面を含み、明白に言及されない限りそのような表面（複数の表面）に対するあらゆる特定の外形を含まないことが理解される。基体は、例えば、マトリックス材料よりも高い融点を有する浸透プロセスに適している融点を有するあらゆる材料にすることができる。そのような基体の例は、鍛造された、鋳造された、及び粉末冶金で製造された、金属材料並びにセラミック及び金属化セラミックなどのセラミック系材料を含む。一実施形態では、基体は、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、又は工具鋼にすることができる。システム及び方法は、代替的に、単一部品として耐摩耗性の複合材料を形成するために使用されることができる。
【００２７】
一実施形態では、方法は、マトリックス材料としてダクタイル鋳鉄を利用すると共に、優れた耐摩耗性及び靭性を持つ緻密で硬質で強靭な複合材料を製造する。付加的に、ダクタイル鋳鉄は、過剰な加熱なしに溶融を可能にするのに十分に低い融点を有する。全てのタイプ／グレードのダクタイル鋳鉄が本発明に従って使用可能であり、本明細書中に参照によって組み込まれたＡＳＴＭ標準Ａ５３６−８４（再承認２００４）によって定義された範囲内にあるあらゆるダクタイル鋳鉄を含む。一実施形態では、ダクタイル鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％のリンを含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物を有する合成物である。本明細書中に使用されるように、用語“約”は、記載された公称値（例えば、組成物の範囲の端点）の±１０％の変動を示す。別の実施形態では、組成物は、この分散を含まなくてもよい。さらなる実施形態では、上記組成物は、マトリックス材料の耐食性、耐摩耗性及び／又は高温特性を改善するために、ニッケル、クロム及び／又はケイ素などのさらなる合金添加物を含むことができる。例えば、様々な実施形態において、ニッケルは、最大３７重量％の量で、クロムは、最大５．５重量％の量で、及び／又はケイ素は、約５．５重量％の量で添加されることができる。ダクタイル鋳鉄合金は、パフォーマンスを向上させることができる合金添加物を含む、他の実施形態における合金添加物をさらに含んでもよい。そのような合金添加物を有するダクタイル鋳鉄合金は、高合金ダクタイル鋳鉄として知られており、参照によって本明細書中に組み込まれたＡＳＴＭＡ４３９及びＡ５７１の範囲内に概ね含まれる。また、そのような合金は、本明細書中に記載されたシステム及び方法の実施形態に従って利用されることができる。他の実施形態では、あらゆる合金添加物は、大幅な浸透温度の増加及び／又はマトリックス又は結果として得られる耐摩耗性材料の特性の低下などの過剰に特性又は微細構造に悪影響を及ぼさないという条件で、様々な特性及び／又は微細構造を達成するために利用されることができる。方法は、代替的な実施形態では、ダクタイル鋳鉄以外の金属マトリックス材料を有する複合材料を形成するのに利用されることができる。
【００２８】
マトリックス材料は、様々な形態で提供されることができる。例えば、一実施形態では、マトリックス材料は、一つ以上のブロック、ビレットなどのモノリシック形態で提供されることができる。別の実施形態では、マトリックス材料は、粉末、繊維、ウィスカなどの微粒子形態で提供されることができる。さらなる実施形態では、マトリックス材料は、多孔性形態で提供されることができる。マトリックス材料は、付加的な実施形態においてそのような形態の組み合わせで提供されることができる。
【００２９】
様々な硬質で耐摩耗性材料は、様々な実施形態に関連して充填材料として使用されることができ、様々なカーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイドならびに他の硬質な耐摩耗性材料及びそのような材料の混合物を含み、他のタイプのセラミック材料を含む。そのような材料は、バージン形態で及び／又は湿潤互換性を提供する好適なコーティングで提供される。例えば、耐摩耗材料粒子がマトリックス材料と湿潤互換性がない場合、耐摩耗材料粒子は、浸透ろう付けによって複合材料を形成するために使用される前に湿潤互換性のあるコーティングでコーティングされる。充填材料として使用されるカーバイドは、タングステンカーバイド（ＷＣ）、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＶＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、（Ｗ、Ｔｉ）Ｃ、Ｂ4Ｃ、Ｍｏ2Ｃ、及び他のカーバイドを含む。一実施形態では、球状鋳造ＷＣ、粉砕鋳造ＷＣ、及び／又はセメント化されたＷＣが充填材料として使用される。充填材料として使用される窒化物は、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＮ、ＶＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＭｏＮ、ＷＮ、及び他の窒化物を含む。充填材料として使用されるホウ化物は、ホウ化チタン、ホウ化クロム、ホウ化タングステン、ホウ化ニッケル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化バナジウム、ホウ化モリブデン、ホウ化ケイ素、ホウ化アルミニウムならび他のホウ化物を含む。充填材料として使用されるシリサイドは、遷移金属のシリサイドを含む。充填材料として使用される他の材料は、遷移金属の金属間化合物の合成物を含む。一実施形態では、充填材料は、ろう付け材料への充填材料の溶解を制限又は防止するために、溶融したろう付け材料の制限された溶解性を有する材料に基づいて選択される。本明細書中に使用されるように、用語“マトリックス材料”及び“充填材料”は、マトリックス材料又は充填材料が複合材のあらゆる特定の割合を形成することを意味すると考えるべきではない。例えば、マトリックス材料は、大部分の又は複数の複合材料を形成する必要はなく、充填材料は、いくつかの実施形態において、大部分の又は複数の複合材料を形成することができる。
【００３０】
多孔質の充填材料は、一つ以上の異なる形態で提供されることができる。一実施形態では、多孔質の充填材料は、粉末、繊維、ウィスカなどのパラパラの微粒子材料の形態にすることができる。方法は、様々な実施形態において広範囲の粒子の大きさを利用することができ、５０μｍ未満の粒子の大きさ又は１ｍｍ未満の粒子の大きさを含む。一実施形態では、微粒子充填材料は、０．１μｍよりも大きい粒子の大きさを有する。別の実施形態では、微粒子充填材料は、０．１μｍよりも大きくて最大５ｍｍの粒子の大きさを有する。さらなる実施形態では、微粒子充填材料は、約５００μｍの平均粒径を有する。一実施形態では、充填材料は、粗い粒子及び細かい粒子の組み合わせなどの多数の粒子の大きさで提供されることができ、その組み合わせは、充填材料の高い密度及び／又は体積分率を達成するために使用されることができる。充填材料の任意の所与の体積分率で、そのような細かい粒子の使用は、概ね、より細かい孔の大きさにつながり、これらの孔を充填するマトリックス材料の降伏強さを増加することができ、それによって、材料の全体的な耐摩耗性を増加する。微粒子材料が金型キャビティの中に配置されると、微粒子材料間の空間は、マトリックス材料によって浸透される多孔質構造を形成する。別の実施形態では、多孔質の充填材料は、多孔質のプレフォームの形態にすることができる。多孔質のプレフォームの多孔性は、一実施形態において５％乃至９５％の範囲にすることができる。例えば、多孔質のプレフォームは、ポリマーバインダーなどのバインダー材料によって一緒に結合される微粒子材料を含む。プレフォームは、浸透プロセスの間、揮発する接着剤などによって、基体材料に取り付けられることができる。浸透によって、溶融マトリックス材料は、（溶融、揮発などによって）バインダー材料を取り除くのに十分な温度を有し、その結果、マトリックス材料は、粒子間の細孔に加えて、バインダーの除去によって残された気孔を埋める。別の例として、多孔質プレフォームは、気孔が粒子間に存在するように焼結によって互いに結合される微粒子材料を含む。一実施形態では、予備焼結されたプレフォームは、その部分が粒子間の頸部成長を達成すると共にいくつかの機械的な取扱い強度を提供するためにわずかに焼結されるので、粒子サイズのオーダーである細孔の大きさを有することができる。他の多孔質材料は、織られた繊維マットまたは織物などを同様に使用されることができる。さらなる実施形態では、多孔質の充填材料は、異なる形態の組み合わせで提供されてもよい。例えば、一実施形態では、充填材料は、充填材料の一部を形成する一つ以上のプレフォームを含むことができ、他の部分は、微粒子材料（例えば、ルーズパウダー、ファイバー、ウィスカなど）及び／又は織られた繊維マットまたは織物によって形成される。
【００３１】
マトリックス材料による充填材料の浸透によるろう付け作業は、一般に、それが充填材料と接触しながら又はそうでない場合には充填材料と連通しながら、その融点以上までマトリックス材料を加熱することにより達成されることができ、溶融マトリックス材料が充填材料と接触すると共に多孔質の充填材料に浸透するのを許容する。充填材料は、概ね、結果として生じる複合材料を基体に接触させるために浸透中にマトリックス材料が基体と接触するために、浸透中に基体と接触してあるいはそうでない場合には基体と連通して配置される。以下に説明されるように、様々な金型が、浸透に関連して利用されることができる。図１−３は、様々な実施形態にかかる様々な浸透配置を示し、各々は、金型１２のキャビティ１１に充填材料１５を浸透させる溶融マトリックス材料１６を模式的に示す。図１は、重力が浸透を補助する下向きの垂直浸透を示す。しかしながら、浸透は、主に、毛細管現象、水平方向の浸透、上向きの垂直浸透、外向き／半径方向の浸透、及び、重力を利用していない又は重力に抵抗して動作する他の浸透構成によって、駆動される。図２は、上向きの垂直方向の浸透の例を示し、図３は、水平方向の浸透の例を示す。以下により詳細に説明されるように、図６及び図７は、水平方向の浸透の別の例と考えられる外向き又は半径方向の浸透の例を示す。あらゆる下向きでない浸透の実施形態では、技術は、浸透が完了するまで溶融マトリックス材料１６の充填材料１５との接触を維持するために、充填材料１５を浸透させた溶融マトリックス材料１６を変位させるために利用することができる。例えば、金型１２は、マトリックス材料１６、充填材料１５及び基体を適切な接触／連通で保持するために浸透中に移動されることができる。別の例として、ラム又は他の圧力機構は、マトリックス材料１５が浸透中に充填材料と常に接触するのを確実にするために使用される。さらなる例では、セラミックビーズなどの可動材料は、以下に説明されると共に図６−９に示されるように、浸透マトリックス材料を変位するために使用される。
【００３２】
一実施形態では、マトリックス又はろう付け材料は、溶融点よりも２５℃乃至７５℃だけ高く過熱され、それは、鋳造のために一般的に必要とされる過熱よりも著しく低い。ダクタイル鋳鉄材料がマトリックス材料として使用される一実施形態では、浸透は、華氏２１５０度乃至華氏２２７５度の温度範囲で、又は別の実施形態では華氏２１７５度の温度で、行われることができる。浸透のための保持時間は、一実施形態では１乃至６０分にすることができ、より大きな浸透の長さは、一般的により長い浸透時間を利用する。浸透は、融点以上の温度で揮発誘発される溶融金属の飛散を避けることができる、アルゴン（Ａｒ）雰囲気のような一実施形態における不活性雰囲気中で行われる。一実施形態では、浸透中のアルゴン圧力は、約６．５×１０-5気圧乃至４×１０-4気圧にすることができる。浸透に使用される様々な雰囲気は、以下により詳細に説明されると共に図１３−１６に示される。浸透の後、部品は、冷却され、例えば、約２０−３０分にわたって華氏１７００度まで冷却され、その後に、一実施形態では室温までよりゆっくりと冷却される。特に、基体材料を含む材料の特質に依存して、機械加工及び／又は熱処理などの後処理が実行される。例えば、基体の独自性に依存して、焼入れなどの熱処理、焼き戻しによって生じた硬化、又は、焼き戻しによって生じたマルテンパーは、周知の技術に従って実行される。いくつかの基体は、いくつかの（あるいは任意の）熱処理に有益でないことが理解される。機械加工は、得られる部品の意図される用途に基づいて、望まれる又は望まれない。
【００３３】
上述された充填材料の浸透は、主に、毛管現象、すなわち、浸透前面に作用する毛管圧によって駆動される。浸透前面における圧力差は、溶融マトリックス材料の表面張力、充填材料に対する溶融マトリックス材料の接触角、充填材料の幾何学的特性（例えば、多孔性、ねじれ、細孔の大きさ及び形状の変化、及び、溶融材料の見かけの接触角に及ぼす影響）、及び充填材料内の残留ガスの圧力を含む、多くの要因に依存する。これらの要因の多くを制御する自由度は、特定のマトリックス／充填剤系内に限定される。残留ガス圧は、少なくとも部分的に制御され、充填材料内の残留ガス圧力の最小化は、圧力差及び毛管作用のための駆動力を最大にすることができる。これは、同様に、マトリックス材料が充填材に浸透することができる潜在的な距離を最大化することができる。少なくともいくつかの構成では、一つのプレフォーム又は複数のプレフォームの形態の充填材料の使用は、充填材料の他の形態と比較して、浸透距離を最大にすることができる。
【００３４】
図１３−１６は、充填材料１５内の残留ガス圧を制御する及び／又は最小にするためにろう付け操作中に使用される耐摩耗性複合材料を形成するためのシステムまたはアッセンブリを示す。これらの実施形態では、浸透は、金型１２、マトリックス材料１６、充填材料１５を保持するチャンバ３１を有する炉３０で実行され、チャンバ３１内の気圧は、制御されることができる。アッセンブリは、後述される金型１２と連通する基体（図示せず）を更に含むことができることを理解される。ろう付け作業の雰囲気は、約１２．７−１７．７８ｃｍ（約５−７インチ）以上などの、充填材料のより大きな／より長い距離にわたってマトリックス材料の浸透を駆動するのに十分な毛管圧力勾配を達成するのを助けるように制御されることができる。後述されると共に図１３−１６に示される各々の実施形態では、チャンバ３１は、マトリックス材料１６の溶融前に実質的に排気される。少なくとも浸透プロセスの初めの排気は、充填材料の酸化を避けるために、一実施形態において好ましい。しかしながら、排気しない又は上述よりもより小さい程度まで排気するなど、様々なプロセスが他の実施形態で使用されることができる。
【００３５】
図１３は、浸透が真空条件下で実施される浸潤のためのシステム５００の一実施形態を示す。この実施形態では、全体のチャンバ３１は、マトリックス材料１６の溶融の前に排気され、浸透過程を通して真空条件下で維持される。一実施形態では、排気後のガス圧力は、０．００１乃至０．０１０トルにすることができ、あるいは、別の実施形態では、０．０００１トルと低くすることができ（例えば、０．０００１乃至０．０１０トル）、あるいは、さらなる実施形態では、０．０００１トル未満にすることができる。浸透は、一実施形態において、約３０−６０分の間、約華氏２１８０−２２２５度で実行される。マトリックス材料１６の溶融の前のチャンバの排気は、充填材料１５の残留ガス圧を減少させる又は排除し、それは、毛管現象による浸透を駆動するのを助ける。マトリックス材料内の化学物質の揮発による飛散は、特定の合金、特にかなりのマンガンを含有する合金が使用される場合に、マトリックス材料が溶融された後に、真空下でシステムを維持する結果として、出くわすことに留意される。このような飛散は、炉３０内の装置を損傷させるだけでなく、ろう付けに使用可能なマトリックス材料１６の量を減少させることができる。この飛散は、合金のＭｎ含有量を十分に低く維持することによって低減されることができるが、それをすることは高価になる。また、この飛散は、マトリックス材料１６が溶融された後に、チャンバ３１内のＡｒ又は他の非反応性ガスの存在によって回避されることができる。
【００３６】
図１４−１５は、マトリックス材料１６が溶融された後に、Ａｒガスがチャンバ３１の中に導入された、浸透のためのシステム６００の別の実施形態を示す。図１４に示されるように、チャンバ３１は、図１３に関して上述されたのと同様に、ろう付けプロセスの前に排気される。上述のように、浸透は、一実施形態において、約３０−６０分の間、約華氏２１８０−２２２５度で実行される。マトリックス材料１６が溶融された後、アルゴンガス３２（又は他の非反応性ガス）がチャンバ３１の中に導入される。一実施形態では、アルゴンガス３２は、Ａｒの分圧が約０．０５０−０．１００トルに到達するまでチャンバ３１の中に供給される。マトリックス材料１６の溶融の前のチャンバの排気は、充填材料１５の残留ガス圧を減少させる又は排除し、それは、上述のように浸透を駆動するのを助け、そして、Ａｒガス３２の遅れた導入は、揮発物質によって発生した飛散を低減するのを助ける。図１４−１５に示されたシステムを使用する一例では、マトリックス材料１６は、Ａｒの気圧がマトリックス材料１６の溶融後に導入される場合に、華氏２１８０度で浸透中に充填材料１５の少なくとも１９．０５ｃｍ（７．５インチ）を浸透することがわかった。しかしながら、Ａｒの気圧が溶融前に導入された場合には、マトリックス材料１６は、システムがどのくらいの間浸透温度で保持されたかに関係なく、多くて１６．５１ｃｍ（６．５インチ）だけ浸透することがわかった。これは、充填材料１５内の残留ガスが毛管作用を介して達成されることができる浸透の長さを制限することを示している。
【００３７】
図１６は、マトリックス材料１６の溶融前に、Ａｒガス３２がチャンバ３１の中に導入された、浸透のためのシステム６００の別の実施形態を示す。図１４に関して上述されたのと同様に、この実施形態におけるチャンバ３１は、システムがマトリックス材料１６のほぼ溶融温度に達するまで（例えば、温度がダクタイル鋳鉄に対して約華氏２１５０度に達するまで）加熱プロセスの間に上述のように排気される。そのポイントで、Ａｒガス３２又は他の非反応性ガスは、マトリックス材料１６の溶融前にチャンバ３１の中に導入される。上述と同様に、一実施形態では、アルゴンガス３２は、０．０５０−０．１００トルのＡｒの分圧が達成されるまでチャンバ３１の中に導入される。上述のように、浸透は、一実施形態において、約３０−６０分の間、約華氏２１８０−２２２５度で実行される。浸透を制限する充填材料中の残留ガス圧を回避するために、金型１２は、充填材料１５と接触する浸透性部分３３が提供される。浸透性部分３３は、マトリックス材料１６の浸透を制限しないように、浸透中に残留ガスが充填材料１５から出ることができるように、浸透性又は他のガス透過性にすることができる。浸透性部分３３は、浸透の完了前に残留ガスの漏れを防止するために浸透性部分３３を覆う又は密閉するマトリックス材料１６を避けるために概ね反対側のマトリックス材料１６を提供されることができる。上述のように、Ａｒガスの存在は、溶融マトリックス材料１６の飛散を抑制する。金型１２が浸透性部分３３を含む図１６に示されたシステムを使用する一例では、マトリックス材料１６は、Ａｒの気圧がマトリックス材料１６の溶融前に導入された場合には、華氏２２２５度で浸透中に充填材料１５の少なくとも１９．０５ｃｍ（７．５インチ）を浸透することがわかった。しかしながら、金型１２が密閉され、マトリックス材料１６の溶融後に浸透前面がチャンバ３１の雰囲気と連通しなかった場合には、浸透は、多くて１６．５１ｃｍ（６．５インチ）だけ拡張することがわかった。これは、浸透前面をチャンバ３１の雰囲気と連通させることを保持することが、充填材料１５内の残留ガスが毛管作用駆動力を有する制限作用を減少させることができることを示している。
【００３８】
図４−５は、耐摩耗性複合材料を形成するためのシステム又はアッセンブリ１００及びそのシステム又はアッセンブリ１００を利用する方法の一例の実施形態を示す。この実施形態では、図４に示されるように、金型１２が金型１２の内面１３と基体１０の外面１４との間のキャビティ１１内の容積を捕捉するように、基体１０（例えば、掘削ツールのポイント）は、金型１２のキャビティ１１に配置される。基体１０は、油又はグリース状物質を取り除くために洗浄及び乾燥すること及び／又は酸化スケールを除去して表面をざらざらにしマトリックス材料が基体１０に十分に結合するようにガーネット砂を使用してグリッドブラストすることなどにより、事前に準備されることができる。金型１２は、高融点金属材料、セラミック材料、またはグラファイトなどの任意の適切な材料から作られることができる。可能な場合には、金型１２は、Ｐ点における溶接などによって基体１０の外面１４に溶接され、ろう付けされ、あるいは接続されることができる。一実施形態では、金型１２は、キャビティ１１を形成するために基体に溶接される鋼シェルであり、金型キャビティ１１の汚濁を避けるために、溶接前にグリッドブラストされることができる。そのような実施形態は、以下により詳細に説明され、図１９−２０に示される。充填材料１５は、図４に示されるような粒状材料の形態又はプリフォームなどで基体１０の外面１４と接触してあるいは連通して金型キャビティ１１の中に挿入される。マトリックス材料１６は、充填材料１５及び基体の外面１４と連通して配置される。マトリックス材料１６は、図４に示されるように固体形態の充填材料１５の上面にマトリックス材料１６を単に配置することなどによって、金型キャビティ１１内に配置されることができる。一実施形態では、マトリックス材料１６は、ブロック又はビレットの形態にすることができる。別の実施形態では、マトリックス材料１６は、フィーダー又は注射構造に配置されることができる。次に、システム１００は、システム１００を、不活性雰囲気（例えば、アルゴン）を含む加熱用炉内に配置することなどによって、上述したように、浸透のために準備される。ステンレス鋼のトレイなどのトレイ又は同様の容器が、炉内のシステム１００を支持するのに使用されることができる。浸透中、マトリックス材料１６は、溶融して、全ての充填材料１５を通って下方に浸透し、最終的に、基体１０の外面１４と接触する。
【００３９】
浸透が処理されて、システム１００が上述のように冷却された後、外面１４上の複合コーティング１８を有する部分１７は、図５に示されるように形成される。部分１７は、金型１２から取り除かれ、それは、基体１０に溶接されている及び／又は複合材コーティング１８に結合されている場合には金型１２を切断する又は破断する必要がある。複合材コーティング１８は、一緒に結合さると共にマトリックス材料１６によって基体１０に接続された充填材料１５を含む。一実施形態では、充填材料１６は、複合材料１８の５−９５％の体積分率を有する。他の実施形態では、充填材料１６は、３０−８５％の体積分率を有する。いくつかの実施形態では、部分１７は、複合材コーティング１８の外側の少なくとも一部分上に余分なマトリックス材料１９を有する。余分なマトリックス材料１９は、別の部分を溶接する又は取り付けるためのベースとして役立つなどのために、意図的に形成されて部分１７上に残されることができる。余分なマトリックス材料１９は、存在する場合には、代わりに機械加工することなどによって取り除かれることができる。複合材コーティング１８は、所望の用途に応じて、広い範囲の厚さで形成されることができる。一実施形態では、部分１７は、多種多様な用途に使用可能な、約１．２７ｃｍ（０．５インチ）の厚さである複合材コーティング１８で形成されることができる。部分１７は、繰り返される衝撃力及び応力に耐えるポイント、エッジ、又は装置の部品の他の部分にすることができ、そして、複合材コーティング１８の優れた耐摩耗性及び靭性は、このようなアプリケーションのパフォーマンスを強化する。掘削／採掘装置は、本明細書中に記載されたシステム及び方法に従って製造された部分１７のためのアプリケーションの一例を示す。図１２は、上述したように耐摩耗性複合材層１８’で外面１４’上が覆われた基体１０’を形成する作業部分を有する土木機械（例えば、スチールの採掘ポイント）のための摩耗部材の形態で本明細書中に記載されたシステム及び方法の一実施形態に従って製造された部分１７’の付加的な実施形態を示す。一実施形態では、複合材層１８’は、球状鋳造炭化タングステン粒子又はダクタイル鋳鉄マトリックス材料の他の耐摩耗材料からなる。
【００４０】
図１７−１８は、耐摩耗性複合コーティング１８を製造するための、図４−５に示されたシステム又はアッセンブリ１００あるいは同様のシステム／アッセンブリと関連して使用される基体１０（例えば、掘削又は採掘ツールのポイント）の別の実施形態を示す。基体１０の材料の特質及び性質に依存して、充填材料１５、及び／又はマトリックス材料１６、基体１０及びコーティング１８の熱膨張率（ＣＴＥ）は、不適当な組み合わせになる場合がある。例えば、鋼基体１０が使用される場合、鋼は、一般的にコーティング１８よりも高いＣＴＥを有する。このようなＣＴＥの違いの一例は、使用される材料に依存して、約２×１０-6／℃にすることができる。これは、順番に、特に（例えば、図４−５に示されるように）コーティング１８が基体１０の外面に形成される場合に、基体１０とコーティング１８との間の剥離を生じさせることができる。図１７−１８の実施形態では、基体１０は、外面１４上でリブの形態の突出部２８が提供される。突出部２８は、基板１０及びコーティング１８がろう付け後に冷却する際に及ぼされた圧力に応じて塑性変形することにより、基体１０とコーティング１８との間のＣＴＥの差によって生じる問題を軽減するのを補助することができる。一実施形態では、突出部２８は、塑性変形を容易にするために、比較的低い降伏強度及び良好な柔軟性をもつ材料で形成されることができる。突出部２８の材料を選択する際の他の考慮事項は、（例えば、溶接又は他の技術による）基体１０への接続のための適合性及びコーティング１８への結合のための適合性である。鋼基体１０に結合される突出部として使用するための適当な材料の一例は、ＡＩＳＩ１０１８などの軟鋼である。適当な材料の他の例は、３０４ステンレス鋼、ＡＩＳＩ１０１８、ＡＩＳＩ１０１０などである。また、突出部２８は、コーティング１８の結合のための付加的な表面を提供し、従って、コーティング１８と基体１０との間の結合をさらに高める。図１８に示されるように、コーティング１８は、突出部２８がコーティング１８内に埋め込まれ完成された部品１７のコーティング１８に結合されるように、突出部２８の周囲に形成する。しかしながら、他の実施形態では、突出部２８は、少なくともコーティング１８の外面に伸長し、コーティング１８の外面と実質的に同一の高さになる。
【００４１】
図１７−１８の実施形態の突出部２８は、基体１０の外面１４から外方に延在し、長さ及びそれらの厚さよりも十分に大きい高さを有するリブ又はプレートの形態である。一例では、突出部２８は、（基体１０の表面に平行な）約２．５４−５．０８ｃｍ（１−２インチ）の長さと、（コーティング１８の厚さ方向に平行な）約０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）の高さと、約０．３１７５ｃｍ（０．１２５インチ）の厚さとを有する。付加的に、この実施形態の突出部２８は、概ね軸方向に配向され、そして、基体１０の外面１４の全ての面に正しく平等にかつ対称的に分配される。一実施形態では、突出部２８は、熱膨張の不適当な組み合わせに起因するいくつかの又は全ての歪みが突出部２８の変形によって適合されるように選択された、厚さ、長さ、及び幅を有する。付加的に、一実施形態では、各突出部の長さは、厚さよりも大きくすることができる高さよりも大きくすることができる（すなわち、長さ＞幅＞厚さ）。この寸法関係を使用する突出部２８は、突出部２８によって追加された潜在的結合領域が突出部２８によって覆われた基体１０の潜在的結合領域よりも大きいように、コーティング１８に対する潜在的結合領域を増加する。突出部２８の寸法は、コーティングの厚さ及び基体の寸法に依存して変更されることができる。また、突出部２８間の距離は、基体１０の位置及び形状に依存することができ、そして、一実施形態において、２．５４ｃｍ（１インチ）から７．６２ｃｍ（３インチ）まで変更することができる。他の実施形態では、突出部２８は、ロッド、コーン、くいなどの様々な形態を有することができ、様々な方法で分配及び／又は配向されることができる。図１７に示されるような突出部２８は、基体１０の外面１４に溶接される。基体１０は、溶接後にグリットブラストされる。突出部２８を基体１０に接続するための他の技術は、他の実施形態に使用されることができる。突出部２８は基体１０と同じ材料で形成されることができ、そして、一実施形態では基体１０と一体に形成されることができる。また、突出部２８を有する基体１０が、使用される材料及び構造に依存して、溶接後及び／又はろう付け後に、熱処置又は変更バージョンの一般的な熱処置を必要とする。さらに、図１７−１８に示される完成された部分１７は、土木装置用のポイントなどの摩耗部材であり、そして、基体１０は、突出部２８が作用部分に接続されるように、摩耗部材の作用部分によって形成される。他のタイプの突出部２８がそのような摩耗部材に利用されることができ、また、図１７−１８に示されるような突出部２８は他のタイプの製品に利用されることができることを理解される。
【００４２】
図６−９は、本発明の態様に従って耐摩耗性複合材を形成するための他のシステム及び方法を示す。図６−７は、外方又は半径方向の浸透によって基体１０の内面２０上に複合材料を形成するためのシステム２００を示す。この実施形態では、基体１０は、形態がチューブ状であり、そして、基体１０は、基体１０の内側に金型キャビティ１１を形成するために金型１２及びプレート２１と共に使用される。プレート２１は、金型鋳造のための上述の任意の材料（例えば、グラファイト、金属又はセラミックなど）を含む、あらゆる適当な材料で形成されることができる。プレート２１、金型１２及び／又は基体１０は、溶接可能な材料で作られる場合、これらの構成要素のいずれかは、溶接によって接続されることができることができるが、溶接は必要としない。多孔質充填材料１５は、複合物を形成する位置に基体１０の内面２０上に配置され、そして、マトリックス材料１６は、充填材料１５と接触してあるいはそうでない場合は充填材料１５と連通して配置される。セラミックビーズ２２又は他の置換材料は、浸透中にマトリックス材料１６を変位させる位置に、金型キャビティ１１に配置される。マトリックス材料１６の変位は、浸透中に充填材料１５と接触するマトリックス材料１６を支持するために行われ、マトリックス材料１６の浸透は、セラミックビーズ２２によって及ぼされた力よりはむしろ他の力（例えば、毛細現象）によって主として駆動されることが理解される。代替的に、別の変位技術が使用されることができる。図６−７の実施形態では、マトリックス材料１６は、充填材料１５と接触して、筒状形態（図７参照）の金型キャビティ１１に配置され、充填材料１５の中に外方に浸透する。マトリックス材料１６は、代わりとして、別の実施形態において、充填材料１５の周囲に円形に配置された複数のビレットとして配置されることができる。この構成では、セラミックビーズ２２は、筒状のマトリックス材料１６の内径の内側に配置され、ビーズ２２は、浸透されたマトリックス材料１６を変位させるために外方に移動する。代替的に、別の変位技術が使用されることができる。システム２００は、炉の中に配置されることができ、浸透を完了するために上述のように処理される。結果として生じる部品は、基体の内面２１上にセラミック材料を有し、上述したように、余分なマトリックス材料を含む。
【００４３】
図８は、水平浸透と下方への垂直浸透の双方によって、基体１０の外面１４上に複合材料を形成するためのシステム３００を示す。この実施形態では、基体１０の一部分は、金型キャビティ１１の内側に配置され、プレート２１は、金型２１と共に使用されて、金型キャビティ１１を囲む。プレート２１は、金型鋳造のための上述の任意の材料（例えば、グラファイト、金属又はセラミックなど）を含む、あらゆる適当な材料で形成されることができる。プレート２１、金型１２及び／又は基体１０は、溶接可能な材料で作られる場合、これらの構成要素のいずれかは、溶接によって接続されることができることができるが、溶接は必要としない。付加的な部材２３は、目的をシールするため及び／又は浸透を終結するために使用されることができ、プレート２１に隣接して配置されることができる。グラファイト箔又はセラミックウールは、マトリックス材料１５がこれらの材料を湿らしていないあるいはこれらの材料にしみ込んでいないときに、これらの機能を成し遂げるために、付加的な部材２３として使用されることができる。多孔質充填材料１５は、複合物を形成する位置に基体１０の外面１４上に配置され、そして、マトリックス材料１６は、充填材料１５と接触してあるいはそうでない場合は充填材料１５と連通して配置される。図８に示されるように、マトリックス材料１６は、下方への浸透のために充填材料１５の上に配置され、そして、水平方向の浸透のために充填材料１５の横側に配置される。セラミックビーズ２２又は他の置換材料は、浸透中にマトリックス材料１６を変位させる位置に、金型キャビティ１１に配置される。代替的に、別の変位技術が使用されることができる。図８の実施形態では、マトリックス材料１６は、充填材料１５の周りに金型キャビティ１１内に配置されており、充填材料１５を水平方向及び垂直方向に浸透する。この構成では、セラミックビーズ２２は、マトリックス材料１６の周りに水平方向に配置され、ビーズ２２は、浸透されたマトリックス材料１６を水平方向に変位させるために内方に移動する。可撓性セラミックファイバーマット又は織物などのバリア２４は、ビーズ２２とマトリックス材料１６との間に配置される。バリア２４は、概ね、溶融マトリックス材料１６に不浸透性であり、また、可撓性であり、マトリックス材料１５にセラミックビーズ２２からの圧力を伝達する。垂直方向に浸透されたマトリックス材料１６の変位は必要としない。システム３００は、炉の中に配置されることができ、浸透を完了するために上述のように処理される。結果として生じる部品は、基体の外面１４上にセラミック材料を有し、上述したように、余分なマトリックス材料を含む。
【００４４】
図９は、水平浸透と下方への垂直浸透の双方によって、基体１０の外面１４上に複合材料を形成するためのシステム４００を示す。この実施形態では、基体１０の一部分は、金型キャビティ１１の内側に配置され、プレート２１は、金型２１と共に使用されて、金型キャビティ１１を囲む。プレート２１は、金型鋳造のための上述の任意の材料（例えば、グラファイト、金属又はセラミックなど）を含む、あらゆる適当な材料で形成されることができる。プレート２１、金型１２及び／又は基体１０は、溶接可能な材料で作られる場合、これらの構成要素のいずれかは、溶接によって接続されることができることができるが、溶接は必要としない。付加的な部材２３は、目的をシールするため及び／又は浸透を終結するために使用されることができ、プレート２１に隣接して配置されることができる。グラファイト箔又はセラミックウールは、マトリックス材料１５がこれらの材料を湿らしていないあるいはこれらの材料にしみ込んでいないときに、これらの機能を成し遂げるために、付加的な部材２３として使用されることができる。多孔質充填材料１５は、複合物を形成する位置に基体１０の外面１４上に配置され、そして、マトリックス材料１６は、充填材料１５と接触してあるいはそうでない場合は充填材料１５と連通して配置される。図９に示されるように、マトリックス材料１６は、下方への浸透のために充填材料１５の上に配置され、そして、水平方向の浸透のために充填材料１５の横側に配置される。セラミックビーズ２２又は他の置換材料は、浸透中にマトリックス材料１６を変位させる位置に、金型キャビティ１１に配置される。代替的に、別の変位技術が使用されることができる。図９の実施形態では、マトリックス材料１６は、充填材料１５の周りに金型キャビティ１１内に配置されており、充填材料１５を水平方向及び垂直方向に浸透する。この構成では、セラミックビーズ２２は、マトリックス材料１６の周りに水平方向及び垂直方向に配置され、ビーズ２２は、浸透されたマトリックス材料１６を変位させるために内方及び下方に移動する。システム４００は、炉の中に配置されることができ、浸透を完了するために上述のように処理される。結果として生じる部品は、基体の外面１４上にセラミック材料を有し、上述したように、余分なマトリックス材料を含む。
【００４５】
図１９−２０は、下方への垂直浸透によって、基体１０の外面１４上に複合材料を形成するためのシステム８００の別の例を示す。図１９−２０のシステム８００は、図４−５及び図１２に示された基体１０、１０’と同様である掘削／採掘ポイントの形態の基体３１２と関連して使用されるように示されている、シート材料から作られたシェル３１４の形態の金型を利用する。他のそのようなシェルと共に図１９−２０に示されたシェル３１４は、２０１１年４月６日に提出された米国仮出願第６１／４７２４７０号及び２０１２年４月５日に提出された米国特許出願第１３／４４０２７３号により詳細に開示され、２０１２年１０月１１日付で米国特許出願公開第２０１２／０２５８２７３号として公開されており、それらの出願は、参照によりそれらの全体が本明細書中に組み込まれ、本発明の一部をなしている。シェル３１４は、上述され図４−５に示されたものと同様に、複合コーティング１８を形成するために利用される。一実施形態では、充填材料１５は、シェル３１４の開口３１７を通して注がれ、そして、その後に、マトリックス材料１６は、図４に示されたものと同様に、充填材料１５の上に配置される。開口３１７は、充填材料１５及び／又はマトリックス材料１６の挿入を助けるために漏斗のような形状を有する。他の実施形態では、開口３１７は、シェル３１４がろう付け中に異なる配向に配置されているなどの場合には、シェル３１４の他の場所に配置されることができる。
【００４６】
シェル３１４のシート状金属は、特定の所望の形状に形成される又は製造されることができると共に、溶解、溶融、又は、浸透材料による過度の弱化あるいは一般的には浸透処理中における浸透ろう付けに必要な温度による過度の弱化、に耐えることができる任意の材料で作られることができる。一例では、シェル３１４は、低炭素“軟”鋼で形成されることができる。例えば、シェル３１４は、０．２６６７ｃｍ（０．１０５インチ）の平均シェル厚さを有する。一実施形態では、シェル３１４は、広範囲なアプリケーションに有益である、１６Ｇａ（０．１５２４ｃｍ（０．０６０インチ）の厚さ）乃至１０Ｇａ（０．３４２９ｃｍ（０．１３５インチ）の厚さ）の範囲の板金で作られることができる。対照的に、図２０の基体３１２は、シェルによって覆われた領域において、２．５４ｃｍ乃至８．７６３ｃｍ（１．０００インチ乃至３．４５０インチ）の範囲の厚さを有する。他の実施形態では、シェル３１４は、あらゆる他の適当な厚さを有することができる。例えば、さらなる実施形態では、シェル３１４は、約０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）の厚さを有する鋼又は他の金属プレートで作られることができ、あるいは、鋳造され、棒材から機械加工された又は異なる方法で形成されることができる。シェル３１４の異なる部分は異なる厚さを有することができることを理解される。
【００４７】
基体３１２と比較した場合、シェル３１４の相対的な薄さは、シェル３１４が容易に、比較的安価に、形成されることができることを意味する。シェルのシンプルな形状のために、比較的低コストのシェル３１４は、シート状金属の片を切断してこれらの片を一緒に溶接又はろう付けすることにより製造される。もう少し複雑な形状は、特定の構成のシート金属片を曲げ、その後、シート金属片を一緒に曲げることにより、製造されることができる。複雑な形状は、深絞り加工、ゲラン処理による成形（ゴムパッド成形）、液圧成形、及び／又は爆発成形などのシート金属成形プロセスによって、製造されることができる。精密な（“ロストワックス”）鋳造は、ロストワックスのコストが多くの場合に不経済であるけれども同様に使用されることができる。特に複雑な形状の場合、シェルの片は、一つ以上のこれらのプロセスによって形成され、その後、溶接又はろう付けによって接合されることができる。
【００４８】
図１９−２０に示されるように、シェル３１４は、二つの部分共有バンド３２０を有する二つの部分で形成される。シェル３１４の二つの部分シェル本体３１６は、前フランジ３３０を有する前半部分３２６及び後フランジ３３２を有する後半部分３２８から最初に形成される。前フランジ３３０は、前半部分３２６の後縁部から横方向に延在し、後フランジ３３２は、後半部分３２８の前縁部から横方向に延在する。前フランジ３３０は、浸透向けの材料よりも高い溶融温度を有するろう付け材料で溶接又はろう付けすることにより、後フランジ３３２に接合される。シェル３１４は、後述されるように、シェル３１４が少なくとも共有バンド３２０で溶接又はろう付けすることにより基体３１２に接続されるように、シェル３１４の前周囲の周りの基体３１２の表面の一部分と表面対表面の接触で配置されるように構成された共有バンド３２０を有する。他の実施形態では、シェル３１４は、（フランジ３３０、３３２は存在しない）単一片又は多数の片で形成されることができる。二部品シェル３１４は、特定の構成において、対応する一部品シェルよりもより容易に形成されることができる。また、二部品シェル３１４は、対応する一部品シェルとの接合と比較した場合、特定の構成において、対応する基体により容易に接合されることができる。
【００４９】
シェル３１４は、図２０では、ポイントの形態の対応する基体３１２の一部分に接合されて示される。基体３１２の外側幾何学的形状は、共有バンド３２０に溶接又はろう付けするための結合面３３５を画定する主要本体３３４を含む。基体３１２は、台３３６又は周囲の表面などの、硬質材料の結合のための少なくともいくつかの凹部又は他のリリーフを提供する。基体３１２の遠位端は、角張った縁部３４４及び／又は丸みを帯びた面３４６を画定するように形状づけられる。他の実施形態では、基体３１２は、硬質材料のためのあらゆる凹部又は他のリリーフを提供しない。図２０に見られるように、シェル３１４は、共有バンド３２０から離れる方向に滑らかに延在し、基体３１２とシェル３１４との間にキャビティ３５０を画定する。キャビティ３５０は、基体３１２に結合された、結果として生じるコーティングの厚さ（図示せず）を画定し、そして、シェル３１４の内側幾何学的形状は、完成された部品の最終の外側幾何学的形状を画定する。
【００５０】
図１９−２０に示された軽いシート状金属のシェル３１４は、基体に対する精密な整合のために容易に移動されることができ、その後、基体の大部分の配向に関係なく、基体に溶接される。薄い金属シェルは、クランプ又は固定具を必要とせずに、溶接又は高温ろう付けにより、横たわる基体に確実に取り付けることが容易であり、形成された接合は、浸透ろう付けに必要な高温でさえ流体密である。あらゆるタイプの金型を伴う浸透表面硬化では、溶融金属ろう材は、金型の内部に残るべきである。本開示の薄い金属のシェルで、基体に対する確実な取り付けが、余計なクランプや固定具を必要とせずに達成される。従って、結果として生じるアッセンブリは、浸透ろう付けのために炉の中により容易に配置され、重いアイテムの浸透表面硬化の実質的により容易さを可能とする。
【００５１】
上述されて図面に示されたシステム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００の様々な特徴及びそれらの変形は、本発明の範囲内において組み合わされると共に置換されることができることを理解される。同様に、上述の方法のあらゆる技術又はそれらの変形は、上述の任意のシステム１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００と関連して利用されることができる。
【００５２】
図１０−１１は、図４のシステム１００と同様なシステムを使用して及び上述の方法を使用して形成された複合材料１８の顕微鏡写真を示す。図１０−１１は、ダクタイル鋳鉄のマトリックス材料１６によって囲まれた球状鋳造ＷＣの充填材料１５を示す。マトリックス材料１６は、ダクタイル鋳鉄の特徴を示す黒鉛塊２５を含む。図１０−１１に見られるように、ほとんどのＷＣ粒子１５の球形状が示され、溶融マトリックス材料１６での充填材料１５の最小の反応又は溶解を示している。図１１は、複合材料１８と過多のマトリックス材料１９との間の境界面２６を示す。
【００５３】
本明細書中に記載されたシステム及び方法に従って製造された複合コーティングは、優れた耐摩耗性と靭性を示す。一例では、試料は、ダクタイル鋳鉄マトリックスと共に球状鋳造ＷＣ、粉砕鋳造ＷＣ及びセメント化されたＷＣを使用し、図４のシステム１００と同様なシステムを使用して及び上述の方法を使用して準備された。華氏２０５０度での真空浸透による、鋳造と、ニッケル系合金及び銅で補強されたセメント化されたＷＣとの試料が、比較のために準備された。また、Ｄ２鋼は、比較のために使用された。乾燥砂ゴム車輪（ＤＳＲＷ）摩耗試験（ＡＳＴのＧ６５）は、ＡＳＴＭ  Ｇ６５の手順Ａに基づき、これらの試料上で実施した。試験条件は以下の通りであった。
【００５４】
合計回転数：６０００
試料上のロード：３０ポンド
砂流量：３００−４００ｇ／分
二つの連続したＤＳＲＷテストは、同じ摩耗痕領域で行われ、第２のテスト中の質量損失は、材料のアブレシブ摩耗損失の代表とされた。以下の表１から分かるように、粉砕鋳造タングステンカーバイド／ダクタイル鋳鉄に続く球状鋳造タングステンカーバイド／ダクタイル鋳鉄は、他の材料に比べて優れた耐摩耗性を示した。試料は、コーティングとして準備され、基体は、テストのために基体に近い表面を露出させるために、機械加工及び研削加工によって取り除かれた。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
上記表１の結果から明らかなように、球状鋳造ＷＣ及び粉砕鋳造ＷＣと組み合わせたダクタイル鋳鉄の使用は、他の組み合わせと比較して、低質量及び体積損失となった。さらに、ＷＣとダクタイル鋳鉄の組み合わせは、他の組み合わせに匹敵した硬さを有していた。さらに、ダクタイル鋳鉄は、試験した他のマトリックス合金、特にＮｉ及びＣｕの合金よりもかなり安価である。従って、この試験は、本発明の実施形態によるシステム及び方法を使用してダクタイル鋳鉄マトリックス及びＷＣ充填材料から作られた複合材料の有利な使用を示す。
【００５７】
本明細書中に記載されたシステム、方法及び製品の様々な実施形態は、既存の技術を超えた有益及び利点を提供する。例えば、結果として生じる複合製品は、優れた耐摩耗性及び靭性を示し、経済的に製造されることができる。別の例として、システム及び方法は、製造された、鋳造された及び粉末冶金の金属基体、並びに、材料の溶融点が浸透プロセスに適している限り、セラミックスやセラミックス系複合材などの非金属基体を含む、多種多様の基体に耐摩耗性材料を適用するために使用されることができる。別の例として、ろう付け技術の使用は、単一の工程で達成される材料の形成および基体への結合を可能にする。付加的に、ろう付け技術は、一般的に、鋳造及び他の技術と比較して浸透に対する長い時間を利用し、より長い浸透の長さ（最大２０．３２−２５．４ｃｍ（８−１０インチ）又はいくつかの実施形態ではそれ以上）を可能とする。従って、より厚いコーティングは、また、鋳造、及び、プラズマ移行性アーク溶接オーバレイ、溶射などの他の表面硬化プロセスを含む、既存の技術と比較して製造されることができる。別の例として、システム及び方法は、他のプロセス（例えば、鋳造）よりも低い過熱を利用し、それは、高い耐摩耗性及び靭性を示す、充填材料及びマトリックス材料と音の微細構造との間のより少ない反応を結果として生じる。さらに、低い反応は、充填材料に使用される、より小さな粒子サイズ、又は、多数の粒子サイズを可能とし、それによって、硬質な充填材料の密度が達成されることができる。上述のように、マトリックス材料のより大きな耐力及び複合材料のより大きな全体的な耐摩耗性も達成されることができる。別の例として、システム及び方法の不活性雰囲気の使用は、コンポーネントの酸化を最小限にする又は防止し、マトリックス材料からの揮発性要素の蒸発を制御することができ、飛散を低減させることができる。さらなる他の利益および利点は、当業者によって認識される。
【００５８】
いくつかの代替実施形態及び実施例は、本明細書に記載され図示される。当業者は、個別の実施形態の特徴及び構成要素の可能な組み合わせ及びバリエーションを理解するであろう。さらに、当業者は、あらゆる実施形態は、本明細書に開示された他の実施形態との任意の組み合わせで提供され得ることを理解するであろう。本発明は、その精神または中心的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施され得ることが理解される。従って、本実施例及び実施形態は、すべての点において例示であり、限定的ではないと考えられるべきであり、そして、本発明は、本明細書に与えられた詳細に限定されるものではない。本明細書で使用される“上部”、“底部”などの相対語は、説明のみを目的としたものであり、いかなる方法でも実施形態を制限するものではない。この明細書において、特許請求の範囲に具体的に記載されない限り、本発明の範囲内に含まれるために、構造の特定の三次元配向を必要とするように解釈されるべきではない。また、読者は、添付の図面が必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを忠告される。付加的に、本明細書で使用される用語“複数”は、必要に応じて、無限の数まで、選言的又は接続的のいずれかで、１よりも大きい任意の数を示す。さらに、本明細書中に使用された物品又は装置を“提供する”は、物品で実行される将来の機能に対して利用できる又はアクセスできる物品を作ることを広く参照し、物品を提供する関係者が物品を製造された、生成された又は供給されたこと、あるいは、物品を提供する関係者が物品を所有する又は制御すること、を含まない。従って、特定の実施形態が図示されると共に説明されたが、多数の変形が、本発明の精神からはっきりと逸脱することなく思い浮かび、保護範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
〔態様１〕
方法であって、
基体の表面が金型のキャビティと連通するように、金型を基体の表面に近接して配置することと、
表面に近接して、キャビティ内に多孔質耐摩耗性材料を配置することと、
キャビティと連通して、可鍛鋳鉄を備える金属のマトリックス材料を配置することと、
マトリックス材料の融点以上の温度まで金型及びマトリックス材料を加熱し、そして、溶融形態の多孔質耐摩耗性材料に浸透して基体の表面に接触するために、マトリックス材料に対して十分な時間の間融点以上に前記温度を保持することと、
金型及びマトリックス材料を冷却して、マトリックス材料を固化すると共に基体の表面上のマトリックス材料内に埋め込まれた多孔質耐摩耗性材料を含む耐摩耗性複合材のコーティングを形成することと、を備える、方法。
〔態様２〕
態様１記載の方法において、
マトリックス材料の可鍛鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％の亜リン酸を含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物からなる合成物を有する、方法。
〔態様３〕
態様１記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料からなる、方法。
〔態様４〕
態様３記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＶＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、（Ｗ、Ｔｉ）Ｃ、Ｂ4Ｃ、Ｍｏ2Ｃ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のカーバイドからなる、方法。
〔態様５〕
態様３記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＮ、ＶＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＭｏＮ、ＷＮ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の窒化物からなる、方法。
〔態様６〕
態様３記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、ホウ化チタン、ホウ化クロム、ホウ化タングステン、ホウ化ニッケル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化バナジウム、ホウ化モリブデン、ホウ化ケイ素、ホウ化アルミニウム、遷移金属の他のホウ化物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のホウ化物からなる、方法。
〔態様７〕
態様３記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、遷移金属の一つ以上のシリサイドからなる、方法。
〔態様８〕
態様１記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、提唱する湿潤互換性のあるコーティングを有する、方法。
〔態様９〕
態様１記載の方法において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、基体の複数の表面上に形成されている、方法。
〔態様１０〕
態様１記載の方法において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、基体の表面の一部のみに形成されている、方法。
〔態様１１〕
態様１記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、多孔質プレフォームを形成するために互いに結合された粒子状材料で形成された多孔質プレフォームの形態である、方法。
〔態様１２〕
態様１１記載の方法において、
粒子状材料は、焼結によって互いに結合される、方法。
〔態様１３〕
態様１１記載の方法において、
粒子状材料は、ポリマー材料によって互いに結合され、温度は、加熱中に粒子状材料からポリマー材料を除去するために十分である、方法。
〔態様１４〕
態様１記載の方法において、
金型は、キャビティを画定するために基体に接続された金属薄板のシェルを備え、
シェルは、シェルの外面への開口を有し、
多孔質耐摩耗性材料は、前記開口を通じた挿入によってキャビティ内に配置される、方法。
〔態様１５〕
態様１記載の方法において、
多孔質耐摩耗性材料は、パラパラの微粒子物質の形態である、方法。
〔態様１６〕
態様１記載の方法において、
加熱は、炉チャンバ内で実行され、
前記方法は、さらに、
マトリックス材料の溶融点に達する温度の前に排出されることを備える、方法。
〔態様１７〕
態様１６記載の方法において、
前記方法は、さらに、
マトリックス材料が溶融された後に、不活性ガスをチャンバに導入することを備える、方法。
〔態様１８〕
態様１６記載の方法において、
金型は、多孔質耐摩耗性材料と接触している透過性部分を有し、
前記方法は、さらに、
マトリックス材料が溶融される前にチャンバの中に不活性ガスを導入することを備える、方法。
〔態様１９〕
システムであって、
表面を有する基体と、
基体の表面が金型のキャビティと連通するように、基体の表面に近接して配置された金型と、
表面に近接した、キャビティ内の多孔質耐摩耗性材料と、
キャビティと連通した、可鍛鋳鉄を備える金属のマトリックス材料と、を備え、
システムは、
マトリックス材料の融点以上の温度まで金型及びマトリックス材料を加熱し、そして、溶融形態の多孔質耐摩耗性材料に浸透して基体の表面に接触するために、マトリックス材料に対して十分な時間の間融点以上に上記温度を保持するように構成されると共に、金型及びマトリックス材料を冷却して、マトリックス材料を固化すると共に基体の表面上に耐摩耗性複合材のコーティングを形成するように構成される、システム。
〔態様２０〕
態様１９記載のシステムにおいて、
マトリックス材料の可鍛鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％の亜リン酸を含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物からなる合成物を有する、システム。
〔態様２１〕
態様１９記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料からなる、システム。
〔態様２２〕
態様２１記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＶＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、（Ｗ、Ｔｉ）Ｃ、Ｂ4Ｃ、Ｍｏ2Ｃ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のカーバイドからなる、システム。
〔態様２３〕
態様２１記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＮ、ＶＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＭｏＮ、ＷＮ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の窒化物からなる、システム。
〔態様２４〕
態様２１記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、ホウ化チタン、ホウ化クロム、ホウ化タングステン、ホウ化ニッケル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化バナジウム、ホウ化モリブデン、ホウ化ケイ素、ホウ化アルミニウム、遷移金属の他のホウ化物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のホウ化物からなる、システム。
〔態様２５〕
態様２１記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、遷移金属の一つ以上のシリサイドからなる、システム。
〔態様２６〕
態様１９記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、多孔質プレフォームを形成するために互いに結合された粒子状材料で形成された多孔質プレフォームの形態である、システム。
〔態様２７〕
態様１９記載のシステムにおいて、
多孔質耐摩耗性材料は、パラパラの微粒子物質の形態である、システム。
〔態様２８〕
製造物品であって、
表面に結合された耐摩耗性複合材のコーティングをもつ表面を有する金属基体を備え、
耐摩耗性複合材のコーティングは、
多孔質耐摩耗性材料と、
多孔質耐摩耗性材料と一緒に混合される金属マトリックス材料と、を備え、
金属マトリックス材料は、さらに、耐摩耗性複合材のコーティングを基体に結合するために基体の表面に結合され、
金属マトリックス材料は、可鍛鋳鉄を備える、製造物品。
〔態様２９〕
態様２８記載の製造物品において、
金属マトリックス材料の可鍛鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％の亜リン酸を含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物からなる合成物を有する、製造物品。
〔態様３０〕
態様２９記載の製造物品において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大３７重量％のニッケルを更に備える、製造物品。
〔態様３１〕
態様２９記載の製造物品において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大５．５重量％のクロムを更に備える、製造物品。
〔態様３２〕
態様２９記載の製造物品において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大５．５重量％のケイ素を更に備える、製造物品。
〔態様３３〕
態様２８記載の製造物品において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、少なくとも１９．０５ｃｍ（７．５インチ）の厚さを有する、製造物品。
〔態様３４〕
態様２８記載の製造物品において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、基体の厚さよりも大きい厚さを有する、製造物品。
〔態様３５〕
態様２８記載の製造物品において、
製造物品は、土木機械のポイントである、製造物品。
〔態様３６〕
態様２８記載の製造物品において、
多孔質耐摩耗性材料は、粒子状材料であり、金属マトリックス材料は一緒に多孔質耐摩耗性材料を結合する、製造物品。
〔態様３７〕
態様２８記載の製造物品において、
多孔質耐摩耗性材料は、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料からなる、製造物品。
〔態様３８〕
態様３７記載の製造物品において、
多孔質耐摩耗性材料は、ＷＣ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｃｒ3Ｃ2、ＶＣ、ＺｒＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、（Ｗ、Ｔｉ）Ｃ、Ｂ4Ｃ、Ｍｏ2Ｃ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のカーバイドからなる、製造物品。
〔態様３９〕
態様３７記載の製造物品において、
多孔質耐摩耗性材料は、ＴｉＮ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＮ、ＶＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＣｒＮ、ＭｏＮ、ＷＮ、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の窒化物からなる、製造物品。
〔態様４０〕
態様３７記載の製造物品において、
多孔質耐摩耗性材料は、ホウ化チタン、ホウ化クロム、ホウ化タングステン、ホウ化ニッケル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化バナジウム、ホウ化モリブデン、ホウ化ケイ素、ホウ化アルミニウム、遷移金属の他のホウ化物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上のホウ化物からなる、製造物品。
〔態様４１〕
態様３７記載の製造物品において、
多孔質耐摩耗性材料は、遷移金属の一つ以上のシリサイドからなる、製造物品。
〔態様４２〕
態様２８記載の製造物品において、
基体は、前記表面に接続されると共に前記表面から外方に延在する複数の突出部を有し、
複数の突出部は、耐摩耗性複合材のコーティングに埋め込められている、製造物品。
〔態様４３〕
態様４２記載の製造物品において、
複数の突出部は、基体の外面に対称的に分配された複数のリブからなる、製造物品。
〔態様４４〕
土木機械の摩耗部材であって、
作用部分と、
作用部分に重なる複合材コーティングと、を備え、
複合材コーティングは、
多孔質耐摩耗性材料と、
多孔質耐摩耗性材料と一緒に混合される可鍛鋳鉄のマトリックス材料と、を有し、
可鍛鋳鉄のマトリックス材料は、複合材コーティングを作用部分に結合する、摩耗部材。
〔態様４５〕
態様４４記載の摩耗部材において、
可鍛鋳鉄は、重量パーセントで、約３．０−４．０％のカーボン、約１．８−２．８％のケイ素、約０．１−１．０％のマンガン、約０．０１−０．０３％の硫黄、及び、約０．０１−０．１％の亜リン酸を含み、残りが鉄及び付帯的な成分及び不純物からなる合成物を有する、摩耗部材。
〔態様４６〕
態様４５記載の摩耗部材において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大３７重量％のニッケルを更に備える、摩耗部材。
〔態様４７〕
態様４５記載の摩耗部材において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大５．５重量％のクロムを更に備える、摩耗部材。
〔態様４８〕
態様４５記載の摩耗部材において、
金属マトリックス材料の合成物は、最大５．５重量％のケイ素を更に備える、摩耗部材。
〔態様４９〕
態様４４記載の摩耗部材において、
多孔質耐摩耗性材料は、粒子状材料であり、マトリックス材料は一緒に多孔質耐摩耗性材料を結合する、摩耗部材。
〔態様５０〕
態様４４記載の摩耗部材において、
多孔質耐摩耗性材料は、カーバイド、窒化物、ホウ化物、シリサイド、遷移金属の金属間化合物の合成物、及びそれらの組み合わせ、からなる群から選択された一つ以上の材料からなる、摩耗部材。
〔態様５１〕
態様４４記載の摩耗部材において、
基体は、前記表面に接続されると共に前記表面から外方に延在する複数の突出部を有し、
複数の突出部は、耐摩耗性複合材のコーティングに埋め込められている、摩耗部材。
〔態様５２〕
態様５１記載の摩耗部材において、
複数の突出部は、作用部分に対称的に分配された複数のリブからなる、摩耗部材。
〔態様５３〕
態様４４記載の摩耗部材において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、基体の厚さよりも大きい厚さを有する、摩耗部材。
〔態様５４〕
態様４４記載の摩耗部材において、
耐摩耗性複合材のコーティングは、少なくとも１９．０５ｃｍ（７．５インチ）の厚さを有する、摩耗部材。
〔態様５５〕
方法であって、
キャビティを画定するために、基板の表面に近接して金型を配置することと、
キャビティ内に多孔質耐摩耗性材料を配置することと、
キャビティと連通して、金属のマトリックス材料を配置することと、
マトリックス材料の融点以上の温度に炉チャンバ内で加熱することにより、溶融したマトリックス材料を形成するためにマトリックス材料を溶融することであって、その溶融は真空で行われる、マトリックス材料を溶融することと、
溶融したマトリックス材料が多孔質耐摩耗性材料に浸透するまで溶融点以上に前記温度を保持することと、
マトリックス材料を冷却して、マトリックス材料を固化すると共に基体の表面上のマトリックス材料内に埋め込まれた多孔質耐摩耗性材料を含む耐摩耗性複合材のコーティングを形成することと、を備える、方法。
〔態様５６〕
態様５５記載の方法において、
少なくとも溶融したマトリックス材料が多孔質耐摩耗性材料に浸透するまで前記真空は維持される、方法。
〔態様５７〕
態様５５記載の方法において、
マトリックス材料が溶融された後に、不活性ガスをチャンバに導入することを更に備える、方法。
〔態様５８〕
態様５５記載の方法において、
不活性ガスは約０．０５０−０．１００トルの分圧である、方法。
〔態様５９〕
方法であって、
キャビティを画定するために、基板の表面に近接して、透過性部分を有する金型を配置することと、
透過性部分が多孔質耐摩耗性材料と接触するように、多孔質耐摩耗性材料をキャビティ内に配置することと、
キャビティと連通して金属マトリックス材料を配置することと、
不活性ガスの存在下でマトリックス材料の融点以上の温度に炉チャンバ内で加熱することにより、溶融したマトリックス材料を形成するためにマトリックス材料を溶融することと、
溶融したマトリックス材料が多孔質耐摩耗性材料に浸透するまで溶融点以上に前記温度を保持することであって、多孔質耐摩耗性材料内の残留ガスが透過性部分を通って逃げることができる、前記温度を保持することと、
マトリックス材料を冷却して、マトリックス材料を固化すると共に基体の表面上のマトリックス材料内に埋め込まれた多孔質耐摩耗性材料を含む耐摩耗性複合材のコーティングを形成することと、を備える、方法。
〔態様６０〕
態様５９記載の方法において、
不活性ガスは約０．０５０−０．１００トルの分圧である、方法。
〔態様６１〕
態様５９記載の方法において、
チャンバ内に不活性ガスを導入する前にチャンバを排気することを更に備える、方法。
〔態様６２〕
方法であって、
キャビティを画定するために、基板の表面に近接して、透過性部分を有する金型を配置することと、
多孔質耐摩耗性材料をキャビティ内に配置することと、
キャビティと連通して金属マトリックス材料を配置することであって、金属マトリックス材料は多孔質耐摩耗性材料に対して側方に配置される、金属マトリックス材料を配置することと、
多孔質耐摩耗性材料と反対側に、金属マトリックス材料に隣接して変位媒体を配置することと、
マトリックス材料の融点以上の温度に加熱することにより、溶融したマトリックス材料を形成するためにマトリックス材料を溶融することと、
溶融したマトリックス材料が多孔質耐摩耗性材料に浸透するまで溶融点以上に前記温度を保持することであって、変位媒体は、溶融マトリックス材料を支持し、溶融マトリックス材料が多孔質耐摩耗性材料に浸透するように溶融マトリックス材料を変位させる、溶融点以上に前記温度を保持することと、
マトリックス材料を冷却して、マトリックス材料を固化すると共に基体の表面上のマトリックス材料内に埋め込まれた多孔質耐摩耗性材料を含む耐摩耗性複合材のコーティングを形成することと、を備える、方法。
〔態様６３〕
態様６２記載の方法において、
変位媒体の材料は、セラミックビーズからなる、方法。
〔態様６４〕
態様６２記載の方法において、
変位媒体とマトリックス材料との間にバリアを配置することを更に備える、方法。
〔態様６５〕
態様６２記載の方法において、
基体が管状構造を含み、表面は管状構造の内面であり、
溶融マトリックス材料は、横方向外側に浸透して、管状構造の内面上に耐摩耗性複合材のコーティングを形成し、
変位媒体は、管状構造の中心に配置され、溶融マトリックス材料が多孔質耐摩耗性材料に浸透するように外方に変位する、方法。