體材 料16也可作為圍繞填充材料15以圓形構(gòu)造布置的多個坯段提供。在此構(gòu)型中，陶瓷珠22放 置在管狀母體材料16的內(nèi)徑內(nèi)，并且珠22向外運動以使?jié)B透母體材料16位移。替代地，可以 使用另一位移技術(shù)。系統(tǒng)200可放置在爐內(nèi)，并且如上所述處理以完成滲透。得到的部件具 有位于襯底的內(nèi)表面21上的陶瓷材料，并且可包括過多的母體材料，如上所述。
[0062] 圖8示出用于經(jīng)過水平和向下豎直滲透在襯底10的外表面14上形成合成材料的系 統(tǒng)300。在此實施方式中，襯底10的一部分放置在模具腔11內(nèi)，并且板21與模具12-起使用， 以包圍模具腔11。板21可以由任何適當材料形成，包括以上對于模具構(gòu)造提到的任何材料 (例如石墨、金屬或陶瓷）。如果板21、模具12和/或襯底10由可焊接材料制成，任何這些部件 可以通過焊接連接，但是焊接不是必須的。附加構(gòu)件23可用于密封目的和/或用于終止?jié)B 透，并且可鄰近板21定位。石墨箱片或陶瓷棉可以用作附加構(gòu)件23,以實現(xiàn)這些功能，因為 母體材料15不使這些材料濕潤或滲透這些材料。多孔填充材料15在襯底10的外表面14定位 就位以形成合成物，并且母體材料16放置成與填充材料15接觸或通過其他方式連通。如圖8 所示，母體材料16放置在填充材料15上方以便向下滲透，并沿著填充材料15以便水平滲透。 陶瓷珠22或另一位移材料也可在模具腔11內(nèi)放置就位以使母體材料16在滲透過程中位移。 替代地，可以使用另一位移技術(shù)。在圖8的實施方式中，母體材料16圍繞填充材料15放置在 模具腔11內(nèi)，并水平和豎直地滲透到填充材料15內(nèi)。在此構(gòu)型中，陶瓷珠22圍繞母體材料16 水平放置，并且珠22向內(nèi)運動以使水平滲透的母體材料16位移。例如柔性陶瓷纖維墊或織 造織物的屏障24可以放置在珠22和母體材料16之間。屏障24可大致不滲透熔融母體材料 16,并且也可以是柔性的，并可以將壓力從陶瓷珠22傳遞到母體材料15上。豎直滲透母體材 料16的位移不是必須的。系統(tǒng)300可以放置在爐內(nèi)并如上所述處理以完成滲透。得到的部件 具有位于襯底的外表面14上的陶瓷材料，并包括過多母體材料，如上所述。
[0063] 圖9示出用于經(jīng)過水平和向下豎直滲透在襯底10的外表面14形成合成材料的系統(tǒng) 400。在此實施方式中，襯底10的一部分被放置在模具腔11內(nèi)，并且板21與模具12-起使用 以包圍模具腔11。板21可以由任何適當材料形成，包括以上對于模具構(gòu)造提到的任何材料 (例如石墨、金屬或陶瓷）。如果板21、模具12和/或襯底10由可焊接材料制成，任何這些部件 可以通過焊接連接，但是焊接不是必須的。附加構(gòu)件23可用于密封目的和/或用于終止?jié)B 透，并且可鄰近板21定位。石墨箱片或陶瓷棉可以用作附加構(gòu)件23,以實現(xiàn)這些功能，因為 母體材料15不使這些材料濕潤或滲透這些材料。多孔填充材料15在襯底10的外表面14定位 就位以形成合成物，并且母體材料16放置成與填充材料15接觸或通過其他方式連通。如圖9 所示，母體材料16放置在填充材料15上方以便向下滲透，并沿著填充材料15以便水平滲透。 陶瓷珠22或另一位移材料也可在模具腔11內(nèi)放置就位以使母體材料16在滲透過程中位移。 替代地，可以使用另一位移技術(shù)。在圖9的實施方式中，母體材料16圍繞填充材料15放置在 模具腔11內(nèi)，并水平和豎直地滲透到填充材料15內(nèi)。在此構(gòu)型中，陶瓷珠22圍繞母體材料16 水平和豎直放置，并且珠22向內(nèi)和向下運動以使?jié)B透的母體材料16位移。系統(tǒng)400可以放置 在爐內(nèi)并如上所述處理以完成滲透。得到的部件具有位于襯底的外表面14上的陶瓷材料， 并可包括過多母體材料，如上所述。
[0064] 圖19-20示出用于主要經(jīng)過向下豎直滲透在襯底10的外表面14上形成合成材料的 系統(tǒng)800的另一例子。圖19-20的系統(tǒng)800采用由片材制成的殼體314形式的模具，其示出為 與挖掘/采礦尖頭形式的襯底312(可以類似于圖4-5和12所示的襯底10、10'）結(jié)合使用。圖 19-20所示的殼體314以及其他這樣的殼體在2011年4月6日提交的美國臨時申請No. 61/ 472470以及在2012年4月5日提交且在2012年10月11日作為美國專利申請公開No. 2012/ 0258273公開的美國專利申請序列No. 13/440273中更詳細描述，這些申請整體通過引用合 并在此并形成其一部分。殼體314可以用來形成類似于以上描述和圖4-5所示的合成涂層 18。在一種實施方式中，填充材料15可以經(jīng)過殼體314內(nèi)的開口317注入，并且母體材料16可 隨后放置在填充材料15的頂部，類似于圖4所示。開口317可具有漏斗狀構(gòu)型，以幫助填充材 料15和/或母體材料16插入。在其他實施方式中，開口317可定位在殼體314上的其他地方， 例如如果殼體314在銅焊過程中以不同取向定位。
[0065] 殼體314的片金屬可以由能夠形成或制成特定希望形狀并能夠在滲透過程中承受 由滲透材料或通常由滲透銅焊所需溫度造成的溶解、熔化或不適當弱化的任何材料制成。 在一個例子中，殼體314可以由低碳"軟"鋼形成。例如，殼體314可具有大約0.105英寸的平 均殼體厚度。在一種實施方式中，殼體314可由16Ga(0.060英寸厚)-10Ga(0.135英寸厚）的 片金屬制成，其可以用于廣泛范圍的應(yīng)用。相比之下，圖20中的襯底312可在通過殼體覆蓋 的區(qū)域內(nèi)具有從1.000-3.450英寸的厚度。在其他實施方式中，殼體314可具有任何其他適 當厚度。例如，在進一步實施方式中，殼體314可由鋼或其他金屬板制成，其具有大約0.25英 寸的厚度，或者可以鑄造，由棒料加工，或以不同方式形成。理解到殼體314的不同部分可具 有不同厚度。
[0066] 在與襯底312相比較時，殼體314的相對薄指的是殼體314可以容易、相對廉價地形 成。對于殼體的簡單形狀，相對低成本的殼體314可以通過切割片金屬件并將這些件焊接或 銅焊在一起來制成。略微更復(fù)雜的形狀可以通過以特殊構(gòu)型彎曲片金屬件并接著將彎曲片 金屬件焊接在一起來制成。復(fù)雜形狀可以通過例如深拉的片金屬成型過程、格林式過程成 型（橡膠墊成型）、水力成型和/或爆炸成型來制成。也可以使用精密(熔蠟)鑄造，雖然熔蠟 過程的成本通常是不經(jīng)濟的。對于特別復(fù)雜的形狀，殼體件可以通過一個或多個這些過程 形成，并接著通過焊接或銅焊來結(jié)合。
[0067] 如圖19-20所示，殼體314由兩個部分形成，其具有兩部分保形帶320。殼體314的兩 部分殼體主體316可以最初由前半件326和后半件328形成，其分別具有前凸緣330或后凸緣 332。前凸緣330從前半件326的后邊緣橫向延伸，并且后凸緣332從后半件328的前邊緣橫向 延伸。前凸緣330可以通過用具有比用于滲透的材料高的熔化溫度的銅焊材料焊接或銅焊 來結(jié)合到后凸緣332。殼體314可具有被構(gòu)造成圍繞殼體314的整個周邊與襯底312的表面的 一部分表面-表面接觸地放置的保形帶320,使得殼體314通過至少在保形帶320處焊接或銅 焊而連接到襯底312,如下面描述。在其他實施方式中，殼體314可由單件(其中可以沒有凸 緣330、332)或許多件形成。在一些構(gòu)型中，兩部分殼體314可比相應(yīng)的單部分殼體更容易形 成。在與相應(yīng)單部分殼體結(jié)合比較時，在一些構(gòu)型中，兩部分殼體314也可更容易地結(jié)合到 相應(yīng)襯底。
[0068] 在圖20中，殼體314被示出為結(jié)合到尖頭形式的相應(yīng)襯底312的一部分。用于襯底 312的外部幾何結(jié)構(gòu)可包括主要主體334,其限定用于焊接或銅焊到保形帶320的結(jié)合表面 335。襯底312可提供用于結(jié)合硬材料的至少一些凹口或其他移除部，例如平臺336和周圍表 面。襯底312的遠端可成形為限定傾斜邊緣344和/或圓形面346。在另一實施方式中，襯底 312可不提供用于硬材料的任何凹口或其他移除部。如圖20所示，殼體314平滑延伸離開保 形帶320,在襯底312和殼體314之間限定腔350。腔350限定結(jié)合到襯底312的涂層(未示出） 的所得厚度，并且殼體314的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)限定完成部件的最終外部幾何結(jié)構(gòu)。
[0069]圖19-20所示的輕質(zhì)片金屬殼體314可容易運動以便在襯底上準確對準，并接著焊 接到襯底，而不考慮襯底的大多數(shù)取向。薄的金屬殼體容易通過焊接或高溫銅焊而可靠地 附接到下面襯底，而不需要夾持或固定裝置，并且所形成的結(jié)合部即使在滲透銅焊所需的 高溫下也是液密的。在所涉及的任何類型的滲透堆焊模具中，熔融金屬銅焊材料應(yīng)該保持 在模具內(nèi)。采用本發(fā)明的薄金屬殼體，實現(xiàn)與襯底的可靠附接，而沒有額外夾持或固定裝 置。得到的組件因此更容易放置在爐內(nèi)以便滲透銅焊，允許滲透堆焊的沉重物品的顯著更 大的便利性。
[0070] 理解到以上描述和附圖所示的系統(tǒng)100、200、300、400、500、600、700、800的多種特 征及其變型可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)組合和更換。同樣，以上描述的方法的任何技術(shù)及其變 型可以與以上描述的任何系統(tǒng)100、200、300、400、500、600、700、800結(jié)合地使用。
[0071] 圖10-11示出使用類似于圖4的系統(tǒng)100的系統(tǒng)并使用以上描述的方法形成的合成 材料18的顯微照片。圖10-11示出通過球墨鑄鐵母體材料16圍繞的球形鑄造 WC填充材料15。 母體材料16包括石墨結(jié)節(jié)25，這是球墨鑄鐵的特征。如圖10-11所示，大多數(shù)WC顆粒15的球 形形狀已經(jīng)被保持，指明填充材料15與熔融母體材料16的最小反應(yīng)或溶解。圖11示出合成 材料18和過多母體材料19之間的界面26。
[0072] 根據(jù)這里描述的系統(tǒng)和方法制造的合成涂層展示出色的耐磨性和剛度。在一個例 子中，使用類似于圖4的系統(tǒng)100的系統(tǒng)并使用以上描述的方法，使用球形鑄造 WC、粉碎鑄造 WC和膠結(jié)WC以及球墨鑄鐵母體來制備樣本。制備通過在2050 7下真空滲透而通過鎳基合金 和銅加強的鑄造和膠結(jié)WC的樣本，以便比較。D2鋼也用于比較。根據(jù)ASTM G65的程序A，在這 些樣本上進行干砂橡膠輪(DSRW)研磨測試(ASTM G65)。測試條件如下：
[0073] 總旋轉(zhuǎn):6000
[0074] 樣本上的載荷:301bs
[0075] 砂流速:300_400g/min
[0076] 在相同的磨損痕跡區(qū)域上進行兩個連續(xù)DSRW測試，并在第二測試過程中獲得質(zhì)量 損失以作為材料的磨損損失的代表。從下面的表格1可以看到，與其他材料相比，球形鑄造 碳化鎢/球墨鑄鐵以及之后的粉碎鑄造碳化鎢/球墨鑄鐵顯示出色的耐磨性。樣本作為涂層 制備，并且襯底通過加工和研磨移除，以暴露接近正在測試的襯底的表面。
[0077] 表格1:不同材料上的干砂橡膠輪(DSRW)測試數(shù)據(jù)
[0079]從以上表格1的結(jié)果中可以看到，與其他組合相比，球墨鑄鐵與球形鑄造 WC和粉碎 鑄造 WC組合使用造成較低的質(zhì)量和體積損失。另外，WC和球墨鑄鐵的組合具有可比于其他 組合的硬度。另外，球墨鑄鐵比測試的其他母體合金(特別是Ni和Cu合金)顯著地更加廉價。 因此，這種測試說明使用根據(jù)本發(fā)明的實施方式的系統(tǒng)和方法由球墨鑄鐵母體材料和WC填 充材料制成的合成物的有利使用。
[0080] 這里描述的系統(tǒng)、方法和產(chǎn)品的多種實施方式提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點和優(yōu)勢。 例如，得到的合成物產(chǎn)品展示出色的耐磨性和剛度，并且可以經(jīng)濟地制造。作為另一例子， 該系統(tǒng)和方法可用來將耐磨材料施加到多種不同襯底，包括鍛造、鑄造和粉末冶金金屬襯 底，以及例如陶瓷或基于陶瓷的合成物的非金屬襯底，只要材料的熔點適用于滲透過程。作 為另一例子，銅焊技術(shù)的使用允許材料成型并結(jié)合到襯底以便在單個步驟中實現(xiàn)。另外，與 鑄造和其他技術(shù)相比，銅焊技術(shù)通常采用較長滲透時間，繼而允許較長的滲透長度(在一些 實施方式中多達8-10"或更大）。因此，與包括鑄造的現(xiàn)有技術(shù)以及例如等離子轉(zhuǎn)