耐磨涂層的制作方法

非晶態金屬(amorphous metal)具有可用于多種應用中的穩健的化學、機械和熱性質。與通常在結構上是結晶的大多數金屬不同，非晶態金屬是非結晶的，使得它們保持高導電性，同時仍然是化學、機械和熱穩健的。

附圖簡要說明

附圖示出了本文中所述的原理的各種實例，并且是說明書的一部分。所示實例僅為了舉例說明而給出，并不限制權利要求的范圍。

圖1是包含根據本文中所述的原理的一個實例的非晶態金屬的印刷頭的框圖。

在整個附圖中，相同的附圖標記表示相似但不一定相同的元件。

具體實施方式

由于例如高耐久性，非晶態金屬可用于多種環境中。在一個實例中，非晶態金屬可用于經歷氣蝕(cavitation)力的環境中。一個這樣的實例是在熱噴墨印刷機中。熱噴墨印刷機包括多個腔室，其中保持一定量的流體如墨水。所述腔室連接到噴嘴孔道和噴嘴孔口。熱電阻器位于所述腔室中。在電流施加到電阻器時，所述電阻器升溫并繼而加熱所述腔室中的流體。在加熱所述腔室中的流體時，氣泡形成推動一定量流體通過所述噴嘴孔道并流出噴嘴孔口。然而，所述氣泡留下以氣蝕。氣泡的氣蝕可以造成對腔室壁的表面的損壞。所述腔室通常由結晶形式的金屬制成。結晶結構導致晶界和相對粗糙的表面。此外，在熱量施加到這些金屬上時，所述金屬的性質可能改變，經時造成腔室和印刷頭的劣化和破壞。

具有抗氣蝕性的不同金屬合金通常不能被機械加工。為了更好形成經受機械磨損的用于機器的金屬，可以使用更容易機械加工的合金。然而，這導致使用更易于氣蝕或磨損損壞的金屬。已經提出了不同的涂層，包括消散到達所用金屬表面的能量的彈性體。然而，這些涂層不增加下層的抗氣蝕性。此外，這些金屬僅與有限數量的環境相容。不同的硬面材料，如TiN可用于防止損壞，但這些類型的材料可能是脆性的，導致在某些條件下在某些基材上開裂。

本說明書因此描述了包含非晶態金屬、至少兩種選自第4、5、6、9和10周期的元素和準金屬的耐磨涂層，所述非晶態金屬包含至少一種難熔金屬。在一個實例中，非晶態金屬為TaWSi。

本說明書還描述了包含至少一種難熔金屬、至少兩種選自第4、5、6、9和10周期的元素和準金屬的非晶態金屬。在一個實例中，非晶態金屬包含鉭(Ta)、鎢(W)和硅(Si)。

本說明書還描述了包含至少一種難熔金屬，至少兩種選自第4、5、6、9和10周期的元素，和硅的涂層。在一個實例中，難熔金屬包括鈮、鉬、鉭、鎢、錸或其組合。

如本說明書和所附權利要求中所用的，“難熔金屬”意在被理解為鈮、鉬、鉭、鎢、鈦、錸、釩、鉻、鋯、鉿、釕、銠、鋨和銥。

此外，如本說明書和所述權利要求中所用的，術語“多個”或類似的語言意在被廣義地理解為包括1至無窮大的任何正數；零不是一個數字，而是缺少一個數字。

在以下描述中，出于解釋的目的，闡述了許多具體細節以提供對于本發明系統和方法的全面理解。然而，對于本領域技術人員明顯的是，本發明的裝置、系統和方法可以在沒有這些具體細節的情況下實施。在說明書中提及“實例”或類似的語言是指，如描述包括結合該實例所述的特定特征、結構或特性，但是可以不包括在其它實例中。

現在轉向附圖，圖1示出了包含根據本文中所述的原理的一個實例的非晶態金屬的印刷頭的框圖。印刷頭(100)包括噴射腔室(105)，其中經由流體供應管線(110)供應一定量的流體。印刷頭(100)還包括將所述噴射腔室(105)連接到噴嘴(120)的噴嘴孔道(115)。再進一步，所述噴射腔室(105)包括熱電阻器(125)。熱噴墨印刷機與電源連通。在電流通過電阻器(125)時，所述電阻器升溫并在保持在所述腔室(105)中的流體中產生氣泡。氣泡在所述腔室(105)中產生壓力，所述壓力迫使流體流出腔室(105)并流入噴嘴孔道(115)。

根據本說明書的一方面，腔室(105)覆蓋有耐磨涂層(130)。所述耐磨涂層(130)包含非晶態金屬。在一個實例中，非晶態金屬包含難熔金屬和準金屬。在另一個實例中，非晶態金屬包含兩種或三種來自周期表第4、5、6、9和10周期的金屬元素，其中添加Si作為準金屬組分。在另一個實例中，將痕量的氧并入耐磨涂層(130)中。這可以做到使材料穩定，同時保持非晶態金屬的性質。在其它實例中，非晶態金屬可以包含Ta、W、Ni、Pt、Mo、Si、O或其組合。在其它實例中，非晶態金屬可以包含Ta、W、Ni、Pt、Mo、Si、O、V、Nb、Ti、Zr、Hf、Cr、Co、Pd、Rh、Ir或其組合。在一個實例中，非晶態金屬為TaWSi。在一個實例中，所述涂層(130)的厚度可以是0.5微米厚。

盡管圖1描述了非晶態金屬在噴墨印刷頭的噴射腔室(105)中的用涂，本文中描述和要求保護的非晶態金屬可以用于經受機械磨損如氣蝕磨損的任何表面。在一些實例中，將機械磨損重復多次。由于本文中所述的非晶態金屬的性質，包含非晶態金屬的耐磨涂層(130)將抵抗這種持續的機械磨損的影響。因此，包含非晶態金屬的耐磨涂層(130)可以用在沸騰表面上、化學反應器中、噴氣渦輪機、船螺旋槳等。

在一個實例中，可以將耐磨涂層(130)施加到表面上，而沒有任何額外處理。在該實例中，在將所述涂層(130)沉積到表面上時可以存在環境沉積條件。本文中所述的耐磨涂層(130)的研究已經證明，所述涂層(130)是極其耐磨的。比較TaWSi非晶態金屬與Ta的性能的實驗表明，對Ta顯著損壞和對非晶態金屬基本沒有損壞。

說明書和附圖描述了耐磨涂層(130)。所述涂層(130)具有無晶界的優點。此外，耐磨涂層(130)具有原子平滑界面。相對高度穩定的非晶態結構改進了薄涂層(130)的機械穩健性，導致優異的耐疲勞性質。這些材料高度期望用于整合到在長時間段內需要一致組件性能的包括機械磨損的惡劣環境中。所述涂層(130)可以將其沉積在各種基材上用于多種耐磨應用中。這些基材可以包括金屬、玻璃和塑料材料。

前面的描述已經呈現出舉例說明和描述了所述原理的實例。該描述不旨在是窮盡的或將這些原理限制為所公開的任何精確形式。鑒于上述教導。許多修改和變體是可能的。