[发明专利]用于在金属基材上沉积无机颗粒的低温方法及由其生产的制品

说明书

用于通过化学气相沉积(CVD)在金属基材上沉积包含碳氮化钛的无机颗粒的方法。在一些实施方式中，可以向CVD过程供应两种或更多种反应形成无机颗粒的源气体。其中的至少一种源气体包括钛源气体。并且碳和氮的来源可以是(a)包括碳和氮源气体并且生成热能小于65.9千焦/摩尔的单种源气体，和/或(b)两种源气体，其包括碳源气体和氮源气体，所述碳源气体包含具有碳‑氮单键的气体分子。在一些实施方式中，可以向CVD过程供应包含用于形成无机颗粒的金属有机化合物的源气体。在一些实施方式中，可以向CVD过程供应含铝的金属有机还原剂。

本申请根据35 U.S.C.§119，要求2018年9月28日提交的第62/738,622号美国临时申请的优先权权益，其内容通过引用全文纳入本文。

技术领域

本公开涉及用于在金属基材上沉积无机颗粒的低温方法。具体地，本公开涉及在金属基材的奥氏体转变温度以下的温度时，在金属基材上沉积无机颗粒的方法。

背景技术

某些工具(例如蜂窝挤出模头)的制造可以包括材料的选择以及影响工具的最终性质和性能的制造过程。一般地，可能期望根据工具的具体类型或预期的最终用途来选择材料和过程以获得一种或多种性质。这些性质可以包括诸如尺寸精度、强度、韧度、使用寿命等之类的参数。例如，一些蜂窝挤出模头可以由钢制造，并且所述钢配备有耐磨损涂层，以改进性能或寿命。不断需要在工具的制造期间可供选择的新材料和制造过程，以实现工具性质的各种组合。

发明内容

本公开涉及在不超过金属基材的金属材料的奥氏体转变温度的温度下，将耐磨损涂层(例如无机颗粒)沉积到金属基材的表面上的方法。特别地，目前公开的系统和方法可适用于各种材料，例如钢，以及由这些材料制造的挤出模头，例如蜂窝挤出模头。对于一些工具，可以施涂耐磨损涂层，以例如维持工具的特征的尺寸稳定性并延长工具的寿命。例如，耐磨损涂层可以用在蜂窝挤出模头上以帮助在模头的寿命内维持并控制模头的尺寸(例如，限定了蜂窝挤出物的形状的槽的宽度)。

这些耐磨损涂层也可被称为耐磨涂层，其可以由无机材料颗粒形成并且用于延长工具的寿命。耐磨损涂层可以被施涂在模头基材材料上，所述模头基材材料例如马氏体或沉淀硬化不锈钢。然而，由于施涂涂层所需的加工温度，用于施涂耐磨损涂层的过程可能在钢中产生热应力。

例如，钢(例如马氏体钢)在加热期间的特定温度下将开始转变为奥氏体晶相，该特定温度称为奥氏体转变(Ac1)温度。在高于Ac1温度的温度下，钢可以完成其转变成奥氏体晶相，该温度称为Ac3温度。这些温度可以与一些因素有关，例如，材料组成(例如，所选择的钢的特定类型)和/或所用的加工技术(例如，施加于钢的加热速率)。

在一些实施方式中，可以控制沉积过程参数以在等于或低于金属材料的奥氏体转变温度时有效地沉积无机颗粒。在一些实施方式中，可以开发金属材料的合金组成以将奥氏体转变温度增加到高于无机颗粒沉积时的温度。由晶相变化导致的应力可能超过钢的屈服强度，使得工具的部件(例如，蜂窝挤出模头的销)永久变形，由此在工具中产生不期望的尺寸变化(例如，蜂窝挤出模头的相邻销之间的槽宽度的变化)。

随着晶相变化，钢的热膨胀系数(CTE)也变化。而且这种CTE变化可在与耐磨损涂层之间的界面处，在钢的表面上产生热应力，所述涂层可具有在钢转变为奥氏体之前和/或之后与钢不同的CTE。随着在加热期间钢转变为奥氏体，因为转变为奥氏体而在界面处产生的应力可造成挤出模头内的销(或其他部件)变形。再者，在钢冷却时，当钢从奥氏体转变成不同晶体结构(例如马氏体)时，在界面处可产生应力。避免由于晶相变化导致的热应力可减小沉积过程期间产生的应力的量，并且降低由这些应力产生的不利影响。