CN105813796A - 结合碳化物粒子的硬表堆焊 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了其中耐磨粒子基本上均匀分布在基质材料中的硬表堆焊层的实施方案。基质材料的组成和微观结构以及耐磨粒子的量、尺寸和分布可以使得硬表堆焊是耐磨的但仍保持一些韧性。基质材料可以包含两种组分，第一组分包含铁、铬和镍，且第二组分包含铬和相当大量的碳。两种组分的组合为基质材料提供了硬度和韧性。在公开的实施方案中，耐磨粒子包含钨。

Description

结合碳化物粒子的硬表堆焊
对相关申请的交叉引用
本申请要求2013年10月31日提交的美国临时申请号61/898,037的优先权，其通过引用以与本申请公开内容没有不一致的程度结合在此。
关于联邦赞助的研究或开发的声明
不适用
对序列清单、表格或计算机程序清单光盘附件的参考
不适用
背景和导言
作为一种工艺，硬表堆焊(hardfacing)通常指的是向第二材料的表面施用硬且耐磨的材料。当向作为金属的第二材料施用硬表堆焊层(hardfacinglayer)时，该金属可以称为基础金属。所述硬且耐磨的材料可以是在一种组分如金属的基质中结合耐磨粒子的复合材料。
硬表堆焊施用技术经常包括焊接和/或喷射。焊接可以定义为：通过施加热、压力或两者从而通过跨界面的熔合或再结晶产生局域化的联合，来连接两个以上部件(ASM金属参考书(ASMMetalsReferenceBook)，ed.M.Bauccio，1993，ASMInternational)。在利用填料金属的熔焊中，将填料金属和基础金属两者一起熔融，以完成焊接。
熔焊技术包括但不限于，氧燃气焊、电阻焊、激光束焊、电子束焊和电弧焊。金属极惰性气体保护焊(gasmetalarcwelding，GMAW)是一种电弧焊工艺，其通过利用在连续的填料金属(消耗的)电极和工件之间的电弧加热金属来产生金属的合并。屏蔽是由外部供应的气体或气体混合物获得的。GMAW的变型包括短路过渡、熔滴过渡、喷射电弧过渡和脉冲电弧过渡，取决于焊接参数和装备变型。GMAW可以使用外部屏蔽气体，其可以是很大惰性的气体的如氩气，氩气和其他气体的混合物，或反应性气体如二氧化碳。对于GMAW焊接来说，典型地使用直流电；电极可以是正的或负的。
简述
一方面，本发明提供了一种硬表堆焊层，其中耐磨粒子基本上均匀地分布在基质材料中。基质材料的组成及微观结构以及耐磨粒子的量、尺寸和分布可以使得硬表堆焊是耐磨的但仍保留一些韧性。基质材料可以包含两种组分，第一组分包含铁、铬和镍，且第二组分包含铬、钨、铁和相当大量的碳。第二组分可以包含一个以上金属碳化物相。两种组分的组合可以为基质材料提供硬度和韧性。
硬表堆焊层可以通过熔焊工艺形成，其中将耐磨粒子加入到熔融的焊池中。适合用于本发明的熔焊工艺可以包括GMAW、FCAW(药芯焊丝电弧焊)、PAW(等离子弧焊)、LW(激光焊)、GTAW(气体保护钨极电弧焊)和SAW(埋弧焊)。在一个实施方案中，用于焊接过程的填料金属是包含铬和镍的奥氏体不锈钢，并且将碳化钨粒子加入到熔融的焊池中。在本发明的一个方面中，使用GMAW过程将本发明的硬表堆焊材料施用到物品的表面。焊接过程可以是，例如，半自动的或自动的，这会允许对焊枪运动的程序编制。在熔焊过程期间，可以通过来自基础金属的稀释和/或填料金属与耐磨粒子之间的反应，来修改填料金属的组成。例如，当基础金属是含铁的但是与填料金属相比具有较低的合金含量时，填料金属可以被基础金属所“稀释”。当熔融的填料金属部分地溶解耐磨粒子时，来自耐磨粒子的元素可以结合到填料金属中。填料金属与耐磨粒子之间的反应可以导致在耐磨粒子附近反应产物的形成。
基质和/或基质组分的组成和其他性质可以与硬表堆焊内的深度区有关。在一个实施方案中，硬表堆焊可以看作包含三个区，最接近硬表堆焊的外表面的外区，最接近硬表堆焊和基础金属之间的界面或熔合接合处的内区，以及在外区和内区之间的中区。在其中所述区是等厚度的实施方案中，各区的厚度可以是硬表堆焊的局部厚度的三分之一。如果硬表堆焊的厚度沿着物品随位置变化，所述区的厚度也可以沿着物品随位置变化。
在另一个实施方案中，可以在从硬表堆焊的外(自由)表面起或者从硬表堆焊和基础金属的粘合/接合界面起规定的距离之内，测量硬表堆焊的性质。在其中硬表堆焊为至少3mm厚的实施方案中，在从外表面起1.25mm或1mm之内的表面区域或“近表面”区域内，测量硬表堆焊的性质，或者在从熔合接合处起1.25mm或1mm之内的熔合接合处区域或“近熔合接合处”区域内，测量硬表堆焊的性质。在其中硬表堆焊为至少2mm厚的另一个实施方案中，表面区域或“近表面”区域在外表面的0.75mm内，且熔合接合处区域或“近熔合接合处”区域可以在熔合接合处的0.75mm内。在其中硬表堆焊为至少1mm厚的另一个实施方案中，表面区域或“近表面”区域在外表面的0.3mm内，且熔合接合处区域或“近熔合接合处”区域可以在熔合接合处的0.3mm内。
在一个实施方案中，基质材料的硬度随着硬表堆焊中的深度变化，接近硬表堆焊的外表面的地方与接近硬表堆焊和基础金属的熔合接合处的地方相比，基质材料的硬度更大。在一个实施方案中，硬表堆焊的外区中与硬表堆焊的内区中相比，基质材料的硬度更大。硬表堆焊的中区中与硬表堆焊的内区中相比，基质材料的硬度也可以更大。典型地，测量基质材料的硬度，以包括来自基质材料的第一和第二组分两者的贡献。
基质材料的组成典型地包括来自基质材料的第一和第二组分两者的贡献(并且所以可以看作基质材料的第一和第二组分的组成的平均)。在一个实施方案中，可以在充分远离耐磨粒子的地方测量在硬表堆焊中的特定深度处的基质材料的组成，使得将粒子周围的任何反应产物的贡献排除在外。在一个实施方案中，基质材料的铬含量随着硬表堆焊中的深度变化，接近硬表堆焊的外表面的地方与接近硬表堆焊和基础金属之间的熔合接合处的地方相比，基质材料的铬含量更大。在一个实施方案中，硬表堆焊的外区中与硬表堆焊的内区中相比，基质材料的铬含量更大。硬表堆焊的中区中与硬表堆焊的内区中相比，基质材料的铬含量也可以更大。在一个实施方案中，外区中或表面区域中的基质材料的平均铬含量为14至25重量％铬。在一个实施方案中，内区或熔合接合处区域中的铬的平均量为7至15重量％。
在一个实施方案中，基质材料的第一组分包含铁基合金，铁基合金还包含铬和镍。铁基合金可以还包含铬、镍和碳；或铬、镍、碳和钨。在一个实施方案中，铁基合金中的至少一些是树枝晶形式的。在一个实施方案中，铁基合金的至少一部分包含10至25重量％铬和8至35重量％镍。在一个实施方案中，铁基合金的此部分位于硬表堆焊层的表面区域中。在另一个实施方案中，表面区域中的铁基合金的一部分的组成包括14至20重量％铬。
在一个实施方案中，基质材料的第二组分是在树枝晶间的，位于铁基合金的树枝晶之间。在此第二组分中也可以存在组成上的梯度。基质材料的第二组分可以包含铬和碳；铁、铬和碳；铁、钨和碳；或铁、铬、钨和碳。
一方面，本发明提供接合至金属表面的至少一部分的硬表堆焊层。硬表堆焊层可以看作包含外表面和内表面，内表面通过金属熔合部连接至金属表面。硬表堆焊的刚制得的厚度可以为1mm(约0.039”)至10mm(约0.39“)，或2mm(约0.08”)至9mm(约0.35”)。硬表堆焊中的硬度可以为25至55HRC。在一个实施方案中，硬表堆焊层的外区中的基质材料的平均硬度为35至55HRC，中区中的平均硬度为30至45HRC且内区中的平均硬度为25至40HRC。在一个实施方案中，表面区域中的基质材料的平均硬度为35至55HRC。一方面，如使用ASTM标准B611测得的硬表堆焊的磨损数为5.5-11、6.0至11、6.5至11或7至11。
本发明的硬表堆焊层可以包含基质材料和基本上均匀分布在基质材料中的多个耐磨粒子。在一个优选的实施方案中，耐磨粒子中的至少一些不是原位形成的。耐磨粒子可以是包含碳化钨的粒子。硬表堆焊层中包含碳化钨的粒子的平均体积分数可以为30％至60％、30-55％、30-50％、40至60％、或30至50％。
基质可以包含第一组分和第二组分，所述第一组分包含铁基合金，该铁基合金还包含铬和镍，所述第二组分包含碳和铬。第一组分的铁基合金的至少一部分可以是树枝晶的且第二组分可以是树枝晶间的。在硬表堆焊中特定位置的基质材料的组成可以包含7-28重量％Cr、2.5-35重量％Ni、5-50重量％W和30-75重量％Fe，8-25重量％Cr、2.5-30重量％Ni、6-45.5重量％W和34-70重量％Fe，或8-25重量％Cr、2.5-15重量％Ni、6-45.5重量％W和34-70重量％Fe。而且，在硬表堆焊中特定位置的基质材料的组成可以包含2-10重量％C、7-28重量％Cr、2.5-35重量％Ni、5-50重量％W和30-75重量％Fe，2.5-9重量％C、8-25重量％Cr、2.5-30重量％Ni、6-45.5重量％W和34-70重量％Fe，或2.5-9重量％C、8-25重量％Cr、2.5-15重量％Ni、6-45.5重量％W和34-70重量％Fe。可以通过能量色散谱(EDS)测量组成。
另一方面，本发明提供包含本发明的硬表堆焊层的产品的物品。物品可以包含零件(如刀口)，该零件包含金属表面。硬表堆焊层连接到金属表面的至少一部分。该零件可以存在于齿(tooth)、小刀(knife)、刀片(blade)、连枷(flail)、滑轮(block)、锤(hammer)、砧(anvil)、板(plate)、柄舌(tang)、提升器(raiser)、鼓皮(drumskin)、袋(pocket)或筛网(screen)上，并且可以在使用中提供例如切割或磨蚀动作和/或耐磨性。
本发明还可以提供包含本发明的硬表堆焊层的设备。例如，本发明可以提供粉碎设备如包含本发明的硬表堆焊的铲凿、碾磨或破碎设备。本发明也可以提供包含本发明的硬表堆焊的用于挖沟、钻眼或表层采矿的设备。还进一步地，本发明可能提供包含本发明的硬表堆焊的用于在高磨损环境中使用的设备，如提升器、鼓皮、袋或筛网。
另一方面，本发明提供用于制造本发明的硬表堆焊层的方法。所述方法可以包括以下步骤：a)将奥氏体不锈钢填料金属熔焊到基础金属的表面，从而生成焊池，和b)向焊池中加入耐磨粒子。焊接过程可以是GMAW过程。GMAW过程可以包括熔滴过渡、喷射电弧过渡，或可以是具有脉冲金属电弧过渡的脉冲的GMAW过程。在一个实施方案中，在熔焊期间，使用填料金属作为焊枪中的电极。焊接过程可以是直流电极接正的(DCEP)。可以使用横向摆动焊接法，其中，焊枪的动作包括在枪行进的主方向上的纵向移动以及横向移动两者。屏蔽气体可以包含惰性气体如氩，和多至5％氧、多至25％二氧化碳、或多至5％氧且多至25％二氧化碳。焊接电压可以是22-30V，焊接安培数可以是180-400A，并且碳化物下降速率(droprate)可以是8-14克/秒。
奥氏体不锈钢可以包含15-28％Cr和8-35％Ni；15-25％Cr和8-35％Ni；15-25％Cr和8-25％Ni；15-25％Cr和8-20％Ni；15-25％Cr和8-15％Ni；或15-23.5％Cr和8-35％Ni(重量％)。对于奥氏体不锈钢来说，熔融范围可以在1375℃至1450℃(2507°F至2642°F)的范围内。在室温至100℃的范围内，奥氏体不锈钢填料金属的热膨胀系数可以为13.5至18×10-5/K(7.5至10×10-5/°F)。合金可以是ER309XX、ER316XX、ER310或ER330。耐磨粒子可以是碳化钨粒子。加入焊池中的耐磨粒子的尺寸可以为10至25目；12至25目；12至30目；12至40目；12至18目；或18至25目。耐磨粒子的重量分数可以为30-55％、30-50％、40-55％或40-50％。
与可比的用低碳钢填料金属制造的硬表堆焊相比，本发明的硬表堆焊层可以提供耐磨粒子在硬表堆焊内更均匀的分布。不希望受任何特定信念的束缚，粒子的分布可能受以下各项中的一种以上影响：熔融的填料金属和耐磨粒子之间的润湿，填料金属的熔融温度、和填料金属的热膨胀系数。
与用低碳钢填料金属制造的硬表堆焊相比，本发明的硬表堆焊层也可以提供降低的开裂水平。不希望受任何特定信念的束缚，硬表堆焊中开裂的量可能受以下各项中的一种以上影响：在凝固期间基质材料中形成的相，基质材料的冷却速率，和基础金属、硬表堆焊基质及碳化物粒子之间在热膨胀方面的任何差异。
附图简述
图1a：硬表堆焊的截面图，在形成该硬表堆焊中使用焊丝ER309LSi；
图1b：硬表堆焊的另一张截面图，在形成该硬表堆焊中使用焊丝ER309LSi；
图1c：硬表堆焊的截面图，在形成该硬表堆焊中使用焊丝ER316LSi；
图1d：硬表堆焊的截面图，在形成该硬表堆焊中使用焊丝ER310；
图1e：硬表堆焊的截面图，在形成该硬表堆焊中使用焊丝ER330；
图1f：硬表堆焊的截面图，在形成该硬表堆焊中使用焊丝ER70S；
图2a：硬表堆焊的示意性截面图，显示了硬表堆焊的内、中和外区(耐磨粒子示作菱形)。
图2b：使用焊丝ER309LSi制造的硬表堆焊的截面图，图示了基础金属、内区和中间区(中区)，放大倍数100X。
图3a：背散射电子SEM图像，显示了使用焊丝ER316LSi制造的硬表堆焊的基质材料的组分(22，24)。
图3b：背散射电子SEM图像，显示了使用焊丝ER309LSi制造的硬表堆焊中的组分(22，24)。
图4：示例性的硬表堆焊的SEM图像，显示了在碳化钨粒子(30)中的一些的周围存在的反应产物(60)，使用焊线ER316LSi制造硬表堆焊。
图5a：背散射电子SEM图像(1500X)，显示了接近碳化钨粒子的边缘的硬表堆焊的部分，使用焊线ER316LSi制造硬表堆焊。
图5b：背散射电子SEM图像，显示了接近碳化钨粒子的边缘的硬表堆焊的部分，使用焊线ER309L制造硬表堆焊。
图6：光学显微图像(1500X)，显示了碳化钨粒子和基质材料之间的界面，并且指明了含有反应产物的稀释区，使用焊线ER309LSi制造硬表堆焊。
图7a：背散射电子SEM图像，显示了接近碳化钨粒子的边缘的硬表堆焊的部分，使用焊线ER70S-6制造硬表堆焊。
图7b：显微图像，显示了接近碳化钨粒子的边缘的硬表堆焊的部分，使用焊线ER70S-6制造硬表堆焊。
图8：显微图像，显示了接近碳化钨粒子的边缘的开裂，使用与图1b中所示的硬表堆焊相同的沉积速率、焊丝进给速度和行进速度，使用焊线ER70S-6制造硬表堆焊。
详细描述
图1a是本发明的硬表堆焊(10)的截面图，显示了耐磨粒子在硬表堆焊材料中基本上均匀的分布。标注了基质(20)、碳化钨粒子中的一个(30)、熔合接合处(16)和基础金属(40)。如在实施例1中所述，使用ER309LSi焊丝，通过熔焊技术制造该硬表堆焊。图2a示意性地图示了硬表堆焊的外表面(15)，以及其外区(11)、中区(12)和内区(13)。
在一个实施方案中，硬表堆焊的刚制得的厚度可以为1mm(约0.039”)至10mm(约0.39“)，或2mm(约0.08”)至9mm(约0.35”)。硬表堆焊的厚度可以沿着施用它的物品稍微变化。在不同的实施方案中，硬表堆焊的厚度上的变化为0-25％、0-30％或0-50％。
在一个实施方案中，可以通过本领域已知的方法评估硬表堆焊的耐磨性。在一个实施方案中，可以使用为了胶合的碳化物而发展的ASTM标准B611来评估硬表堆焊磨蚀耐磨性。在不同的实施方案中，磨损数可以为5.5-11；6.0至11；6.5至11；或7至11。
本领域已知，一些硬表堆焊合金具有产生裂纹的倾向。例如，开裂可能是由于当冷却后焊缝金属的收缩所诱发的应力或者基础金属、硬表堆焊基质和碳化物粒子之间的热膨胀上的任何差异而导致的。可以在视觉上或者使用液体渗透剂如染料渗透剂来评估开裂。在一个实施方案中，基本上没有开裂的本发明的硬表堆焊覆层不含有可见的表面裂纹。在另一个实施方案中，硬表堆焊覆层是耐开裂的。
在一个实施方案中，硬表堆焊覆层或包含这样的硬表堆焊覆层的物品是耐铲凿或震裂的。在一个实施方案中，硬表堆焊覆层或其物品与包含除奥氏体不锈钢外的其他材料作为主要填料金属的硬表堆焊覆层或其物品相比，具有较大的对铲凿、震裂或开裂的抗性。
基质材料可以包含两种组分，第一组分包含铁、铬和镍；且第二组分包含铬和相当大量的碳。图3a是背散射电子SEM图像，显示了在用ER316LSi焊丝制造的硬表堆焊中的这两种组分。第一组分(22，在此图像中较暗)是树枝晶形式的，而第二组分(24，在此图像中较亮)位于第一组分的树枝晶之间。图3b是背散射电子SEM图像，显示了在用ER309LSi焊丝制造的硬表堆焊中的这两种组分。如在图3b中所示的，第二组分可以在组成上显示一些变化(由当在背散射电子成像模式中观看时的不同对比的区域指明)。
在一个实施方案中，测量在硬表堆焊中特定位置处的基质材料的组成，以包括来自基质材料的第一和第二组分两者的贡献。在一个实施方案中，可以在充分远离含碳化钨的粒子的地方测量在硬表堆焊中的特定深度处的基质材料的组成，使得将粒子周围的任何反应产物的贡献排除在外。在一个实施方案中，离开粒子的距离可以是最小粒子尺寸的几分之一，最小粒子尺寸是通过在硬表堆焊过程期间施用的粒子的筛分粒度范围确定的。例如，可以在从任何含碳化钨的粒子离开此最小粒子尺寸十分之一或四分之一的距离处，测量组成。在一个实施方案中，在硬表堆焊中特定位置处的基质材料的组成可以包含30-75重量％Fe、7-28重量％Cr、2.5-35重量％Ni和5-50重量％W；或34-70重量％Fe、8-25重量％Cr、2.5-30重量％Ni和6-45.5重量％W。
在一个实施方案中，基质材料的组成可以由一定体积的含有第一和第二组分两者的样品的能量色散X射线分析(EDS或EDX)测定。所分析的样品的体积受束直径和电压两者影响。在硬表堆焊的特定区域或区上的平均组成可以由若干在规定的区域或区中的不同位置处的测量的平均来测定。在一个实施方案中，硬表堆焊的外区或近表面区域中与硬表堆焊的内区或近熔合接合处区域中相比，基质材料中铬的平均量更大。在附加的实施方案中，中区中的铬的平均量可以大于内区中并且小于外区中的铬的平均量。在一个实施方案中，外区或近表面区域中的铬的平均量可以为14至25重量％铬，而内区或近熔合接合处区域中的铬的平均量为7至15重量％。
也可以分开地分析第一和第二组分的组成。在一个实施方案中，第一组分的铁基合金还包含铬和镍。如本文所使用的，铁基合金是其中铁是以最高浓度存在的元素的合金。当耐磨粒子包含碳化钨粒子时，铁基合金可以还包含至少部分来自碳化钨粒子的溶解的碳和钨。在一个实施方案中，铁基合金中的铬的百分比小于在用于制造硬表堆焊的焊丝中存在的铬的百分比。在不同的实施方案中，铁基合金中铬的百分比可以为7.5重量％至25重量％；或7.5重量％至20重量％。在一个实施方案中，铁基合金中镍的百分比为5重量％至35重量％Ni；8重量％至35重量％Ni；5重量％至25重量％Ni；或8重量％至25重量％Ni。铁基合金中碳的百分比可以大于2重量％。在一个实施方案中，铁基合金中碳的百分比可以为2.5重量％至5重量％；或2.5％至4重量％。
在一个实施方案中，第二组分包含碳和铬。第二组分还可以包含铁和镍。当耐磨粒子是碳化钨粒子时，第二组分可以附加地包含钨。在一个实施方案中，第二组分包含碳、铬、铁、镍和钨。第二组分一般地可以比第一组分包含更多的碳。在一个实施方案中，第二组分包含5至8重量％碳。第二组分也可以比第一组分包含更多的铬。在一个实施方案中，第二组分包含9.5至28重量％铬。当耐磨粒子包含碳化钨粒子时，第二组分还可以比第一组分包含更多的钨。在一个实施方案中，第二组分包含20至47重量％钨。第二组分的铁含量可以为30至50重量％。第二组分的镍含量可以为2.5重量％至4重量％。第二组分的组成可以随着硬表堆焊中的位置变化。在一个实施方案中，组成上的变化可以足以当用扫描电子显微镜对第二组分成像时产生不同对比的区域。
液体焊缝金属和碳化物粒子之间的反应可以导致在接近粒子表面处反应产物的形成。图4图示了对于用ER316LSi焊丝制造的硬表堆焊，在接近碳化钨粒子的边缘处观察到的反应产物(60)的较低放大倍数的图。这些反应产物可以包含具有变化的组成的区域。反应产物可以是金属碳化物、三元相、四元相、或它们的组合。用过渡金属如Cr、Mo或W形成的金属碳化物可以具有高硬度，并且可以对硬表堆焊的耐磨性有贡献。
在本发明的硬表堆焊材料中，当耐磨粒子是碳化钨粒子时，在接近粒子表面处典型地观察到第一类反应产物。在一个实施方案中，此第一反应产物主要包含钨、碳和铁。图5a显示了对于用ER316LSi焊丝制造的硬表堆焊来说，接近碳化钨粒子的边缘处的背散射电子图像。在图5a中，主要包含钨、碳和铁但也包含铬的反应产物标记为“灰色相”(62)。在接近粒子表面处也可以观察到第二类反应产物。在一个实施方案中，此第二类反应产物主要包含钨和铬。在图5a中，此第二类反应产物标记为“白色向”，并且为粒子的形式(64)。如在图5a中所示，相当大部分的第二类反应产物(图5a中的“白色相”)当在截面图中观看时是在截取长度上小于5微米的。第二类反应产物中的至少一些可以包埋在第一类反应产物中。图5b显示了对于用ER309LSi焊丝制造的硬表堆焊来说，接近碳化钨粒子的边缘处的背散射电子图像。在此图中也示出了第一和第二类反应产物(62、64)，具有类似于图5a那样的形貌。图6显示了对于用ER309LSi焊丝制造的硬表堆焊来说，接近碳化钨粒子的边缘处的光学显微图像。在图6中指明的“稀释区”包括上文所述的第一和第二类反应产物。
相反，图7a、7b和8显示了对于用ER70S-6(低合金钢)焊丝的硬表堆焊来说，接近碳化钨粒子的边缘处形成的反应产物。在背散射电子显微图像图7a中，这些与基质材料(标记为(82)的树枝晶基质相)一起的接近界面的相在颜色上较浅且在形式上是块状的。该较浅色的相(72)可以主要包含碳、钨和铁。图7b是光学显微图像，图示了此相的“块体”中的一些的尺寸。不希望受任何特定理论的束缚，反应产物的“块状”形貌的存在(如图7a和7b所图示的)看来导致了在测试期间硬表堆焊的开裂，从而降低了合金的耐磨性。图8图示了在此块状相附近中的开裂。在一个实施方案中，在本发明的硬表堆焊层中接近碳化钨粒子的边缘处形成的反应产物不形成具有图7a、7b或8中所示的形貌。例如，在本发明的硬表堆焊层中接近碳化钨粒子的边缘处形成的反应产物不形成不连续的比较大的块(例如当在截面图中观看时，当在截面图中观看时的截取长度大于或等于5微米)。
硬表堆焊基质材料的硬度也可以随硬表堆焊中的深度变化。在一个实施方案中，可以在充分远离含碳化钨的粒子的地方测量在硬表堆焊中特定深度处的基质材料的硬度，使得将粒子周围的任何反应产物的贡献排除在外。在一个实施方案中，可以由在含有第一和第二组分两者的样品区域上进行的压痕测量，测定基质材料的硬度。在一个实施方案中，可以在洛氏硬度C标度(HRC)上测量硬度。在一个实施方案中，硬表堆焊的硬度可以为25至55HRC。在一个实施方案中，在硬表堆焊层的外区中的基质材料的平均硬度为35至55HRC，中区中的平均硬度为30至45HRC，且内区中的平均硬度为25至40HRC。
如本文所使用的，碳化钨粒子可以包括WC、W2C、其他碳化钨相、和它们的混合物。包含从粘合的碳化钨材料的回收获得的碳化钨粒子的粒子也可以含有比较小量的其他材料，如粘合剂材料和/或覆层材料。例如，包含碳化钨的粒子也可以含有钴，以及小量的铁、钛和磷，伴有其他可能的元素。在硬表堆焊中，包含碳化钨的粒子的体积分数可以为30％至60％、30-55％、30-50％、40至60％或30至50％。平均体积分数可以对硬表堆焊内的特定的区或区域通过将若干次测量平均来测定。在一个实施方案中，当在硬表堆焊的内、中和外区中的每一个中包含碳化钨的粒子的平均体积分数为30至60％或30至50％，包含碳化钨的粒子为基本上均匀分布的。在一个实施方案中，在硬表堆焊中的包含碳化钨的粒子的体积分数可以由从硬表堆焊的截面获得的包含碳化钨的粒子的面积分数测得。
也可以计算耐磨粒子的重量分数。可以通过测量向其施用硬表堆焊的部件在施用硬表堆焊之前和之后的重量，测量硬表堆焊的重量。也可以计算供应至硬表堆焊过程的填料金属的重量。硬表堆焊重量与供应至硬表堆焊过程的金属的重量之差给出了耐磨粒子的重量贡献的量度。耐磨粒子的重量分数可以取成耐磨粒子的重量与作为整体的硬表堆焊的重量的比率。耐磨粒子的重量分数可以为30-55％、30-50％、40-55％或40-50％。
在给定的测量区域内的包含碳化钨的粒子的数量是另一个可以用于表征硬表堆焊的参数。在一个实施方案中，每平方厘米包含碳化钨的粒子的数量为90至150个(约580个粒子/平方英寸至约970个粒子/平方英寸)；此每单位面积的粒子的数量可以与为30至60％或40至60％的包含碳化钨的粒子的体积分数组合呈现。
本发明的硬表堆焊材料可以使用GMAW过程施用到物品的表面。GMAW过程可以是熔滴过渡、喷射电弧过渡，或可以是具有脉冲金属电弧过渡的脉冲的GMAW过程。屏蔽气体可以是包含多至5％氧的氩混合物，包含多至25％二氧化碳的氩混合物，或包含多至5％氧和多至25％二氧化碳的组合氩混合物。焊接电压可以为22-30V，焊接安培数可以为180-400A，且碳化物下降速率可以为8-14克/秒。
在一个实施方案中，消耗的焊丝电极由奥氏体不锈钢制造。如本文所使用的，奥氏体不锈钢在室温具有基本上奥氏体的微观结构。基本上奥氏体的微观结构可以保留小量的其他相，如铁氧体。在不同的实施方案中，奥氏体不锈钢可以包含15-28％Cr和8-35％Ni；15-25％Cr和8-35％Ni；15-25％Cr和8-25％Ni、15-25％Cr和8-20％Ni；15-25％Cr和8-15％Ni；或15-23.5％Cr和8-35％Ni(重量％)。奥氏体不锈钢可以参考它的AWS(美国焊接协会(AmericanWeldingSociety))分类。在AWS名称ER309XX中，“ER”指的是可以用作电极或杆的焊丝，三或四位数字如“309”指示填料金属的名义化学组成，并且“XX”指示碳含量限制和其他合金化信息。在不同的实施方案中，奥氏体不锈钢焊丝可以是308型合金棒、309型合金棒、310型合金棒、316型合金棒、317型合金棒、320型合金棒、330型合金棒、或385型合金棒。如本文所使用的，YYY型合金也可以包括组成上的变体。例如，316型合金可以包括316、316L或316H。在一个实施方案中，奥氏体不锈钢可以是AISI300系列合金中的一种合金。注意，300系列合金也可以包括双联(duplex)不锈钢(例如329)以及奥氏体不锈钢。在不同的实施方案中，奥氏体不锈钢可以是309型合金、310型合金、316型合金或330型合金(AISI名称)。合金可以是ER309XX、ER316XX、ER310或ER330。表1给出了对于若干AWS300系列合金来说的名义合金组成(量按重量％计)。
表1
元素 ER309LSi ER310 ER316LSi ER330
C 0.03 0.08-0.15 0.03 0.18-0.25
Cr 23.0-25.0 25.0-28.0 18.0-20.0 15.0-17.0
Ni 12.0-14.0 20.0-22.5 11.0-14.0 34.0-37.0
Mo 0.75 0.75 2.0-3.0 0.75
Mn 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5 1.0-2.5
Si 0.65-1.00 0.30-0.65 0.65-1.00 0.30-0.65
P 0.03 0.03 0.03 0.03
S 0.03 0.03 0.03 0.03
N _ _ _ _
Cu 0.75 0.75 0.75 0.75
如本文所使用的，熔融范围是非共晶合金从固体变成液体的温度范围。熔融范围可以取作固相温度和液相温度之间的差值。对于适合用于本发明的奥氏体不锈钢填料金属来说，熔融范围可以在1375℃至1450℃(2507°F至2642°F)的范围内。
线性热膨胀系数(CTE)是材料的性质，表示了材料在加热后膨胀的程度。热膨胀系数可以定义为长度上的分数增加/单位温度上升。典型地，CTE的大小随着上升的温度而增加。这可以在规定的温度范围上测量平均热膨胀系数。对于奥氏体不锈钢，室温至100℃范围内的CTE可以为9.8至25×10-5/K(5.4-14×10-5/°F)(ASM便览：金属的热性质(ASMReadyReference：Thermalpropertiesofmetals)，ed.Cverna，2002，ASMInternational，第11页)。室温至100℃范围内的铁碳合金的CTE可以为10至12×10-5/K(5.5-6.5×10-5/°F)。在本发明的实施方案中，室温至100℃范围内的奥氏体不锈钢填料金属的CTE可以为13.5至18×10-5/K(7.5至10×10-5/°F)。
在一个实施方案中，供应至硬表堆焊过程的包含碳化钨的粒子的尺寸可以用筛分粒度范围来表征。正如本领域已知的，筛分粒度涉及用于筛分粒子的丝网的尺寸。在一个实施方案中，本文所用的筛分粒度是经由ASTM标准E-11，并且可以是US标准筛号。如本文所使用的，当粒子大小归类为12-25目时，大部分粒子在12-25目范围内，小部分(例如5-10％)大于12目或小于25目。作为参考，对于12号筛来说的名义筛开口为约1.70mm，对于25号筛来说的名义筛开口为约0.710mm，对于30号筛来说的名义筛开口为约0.6mm，且对于40号筛来说的名义筛开口为约0.425mm(USStandard筛分级)。如果在硬表堆焊过程期间发生任何包含碳化钨的粒子的溶解，粒子的尺寸可以从这些初始值减小。此外，较小的粒子(例如通过30号筛的那些)中的一些可以完全溶解。
基础金属可以是含铁的。在一个实施方案中，基础金属可以是钢。如本文所使用的，钢是含有少于2重量％碳的铁的合金。在不同的实施方案中，基础金属可以是普通碳钢或低合金钢。合适的普通碳钢包括但不限于：由AISI/SAE名称10xx、15xx、13xx、11xx和12xx标示的钢，其中名称的后两位表示碳含量；由ASTM名称A572(所有等级)和ASTMA514(所有等级)表示的钢，以及有专利权的钢如Hardox和Wearform。在一个实施方案中，低合金钢具有小于8重量％的总合金含量。合适的低合金钢包括由AISI/SAE40xx、41xx、43xx、44xx、46xx、47xx、48xx、50xx、51xx、50xxx、51xx、61xx、81xx、86xx、87xx、88x、92xx、93xx或94xx表示的钢，其中名称的后二或三位表示碳含量。
一方面，本发明提供包含本发明的硬表堆焊层的设备。可以包含本发明的硬表堆焊层的粉碎(例如，切割、碾磨、切斩等)设备包括但不限于，水平磨碎机(horizontalgrinder)、桶式磨碎机(tubgrinder)、树桩磨碎机(stumpgrinder)、碎木机(woodchopper)和/或碎灌木机(brushchopper)，以及打包处理机。另一方面，包含本发明的硬表堆焊层的设备可以包含挖沟机、水平方向钻孔机、打眼装备、岩石机器(rockwheels)和表面采矿装备。还另一方面，包含硬表堆焊层的设备可以包含仍想要耐冲击型和耐磨性的非粉碎表面，如鼓皮、袋或筛网。
本文提及的所有参考文献通过引用以与在此的公开内容没有不一致的程度结合在此。
尽管本文的描述含有许多特异性，但这些不应当解释为限制本发明的范围，而仅作为提供对本发明的目前优选实施方案中的一些的说明。例如，因此本发明的范围应当由后附的权利要求和它们的等价物而不是由给出的实例决定。
在本申请全文中的所有参考文献，例如包括发表的或授权的专利或等价物和专利申请公开在内的专利文献，和非专利文献或其他原始资料，都通过引用以其全部结合在此，正如通过引用单独结合的，达到各个参考文献至少部分与本申请的公开内容没有不一致的程度(例如，通过对除了参考文献的部分不一致的部分之外的引用，结合部分不一致的参考文献)。
在本说明书中提及的全部专利和出版物表示了本发明所述领域技术人员的技术水平。本文提及的参考文献通过引用以其全部结合在此，以表示技术的状态，在一些情况下是它们的提交日期的技术状态，并且意图是如果需要，此信息可以在本文中使用，以排除(例如，不要求)在现有技术中的特殊的实施方案。例如，当要求保护化合物时，应当理解，包括在本文公开的参考文献(特别是在引用的专利文献)中公开的确定的化合物在内的在现有技术中已知的化合物不意在被包括在权利要求中。
通常，本文所用的术语和短语具有它们在本领域公认的含义，其可以通过参考标准文本、期刊参考物和本领域技术人员已知的语境找到。此前的定义被提供用于澄清它们在本发明的语境中的具体用途。
当要求保护化合物时，应当理解，并不意在将包括在本文公开的参考文献中公开的化合物在内的本领域已知的化合物包括在内。当在本文中使用马库什群组或其他分组时，意在将组的所有单独的成员和该组的所有可能的组合和子组合单独地包括在本公开中。
除非另外声明，描述的或示例的组分的每个配方或组合可以用于实施本发明。化合物的具体名称意在是示例性的，当已知本领域一般技术人员可以将相同的化合物不同地命名时。本领域一般技术人员将理解，除了具体示例的那些之外的方法、装置元件、原材料和合成方法可以在没有采用过度实验的情况下，用在本发明的实践中。将这样的方法、装置元件、原材料和合成方法中任一项的所有本领域已知的功能上的等价物意在包括在本发明中。无论何时在说明书中给出范围时，例如，温度范围、时间范围或组成范围，所有中间范围和子范围以及所有在给出范围中包括的单独的值都意在包括在本公开内。
如本文所使用的，“包含”是“包括”、“含有”或“特征在于”的同义词，并且是包含性的或开放式的，并且不排除附加的、未提及的元素或方法步骤。如本文所使用的，“由…组成”排除任何在权利要求要素中未规定的任何元素、步骤或成分。如本文所使用的，“基本上由…组成”不排除并不实质上影响权利要求的基础和新颖特征的材料或步骤。本文对术语“包含”的任何引述，尤其是在组合物的组成的描述中或装置的元件的描述中，理解为包括那些基本上由引述的组分或元件组成和由引述的组分或元件组成的组合物和方法。本文示例性地描述的本发明可以适当地在缺乏并未在本文中特别公开的任何一种或多种要素、一种或多种限制的情况下实行。
使用了的术语和表述用作描述的术语而不是限制的术语，并且在使用这样的术语和表述中没有排除任何所示和所述的特征的等价物或其部分，而理解的是，在本发明要求的范围内多种变更是可能的。因此，应当理解，尽管已经具体地通过优选实施方案和任选的特征公开了本发明，但本领域技术人员可以采用本文公开的构思的变更和变化，并且认为这样的变更和变化在由后附权利要求所限定的本发明的范围内。
可以通过以下非限制性实施例进一步理解本发明。
实施例1：用ER309LSi的硬表堆焊
使用ER309LSi焊线和回收的碳化钨粒子在低合金钢物品上制备硬表堆焊。使用利用横向摆动图案的GMAW焊接设备施用硬表堆焊。ER309LSi的名义组成在表1中给出。低合金钢基础金属的具体组成包括作为合金元素的Cr、Mn和Mo。图1a是硬表堆焊的横截面的显微图像(30X)，显示了碳化钨粒子的分布(在磨损测试前，用数字显微镜获得显微图像)。图1b是硬表堆焊的横截面的用数字显微镜获得的另一张显微图像(30X)，显示了碳化钨粒子的分布。图1b也示出了在两个位置的硬表堆焊厚度的测量：在位置1的厚度为0.149”或大约3.79mm，且在位置2的厚度为0.0508”或大约1.2mm。
使用US标准筛测量初始碳化物尺寸，为12-25目。当使用如ASTME-11规定的筛筛分碳化钨时，大部分粒子通过US标准尺寸12号且由US标准尺寸25号截留。
平均磨损数为8.22(标准偏差2.75)，使用ASTM标准B611测得。
在用ER309LSi焊丝形成的示例性硬表堆焊的抛光的横截面上的硬度测量在表2中给出。
表2：
在硬表堆焊的横截面上的EDS测量显示，对于基质来说，测得合金化元素浓度在以下范围内(均按重量百分比计)：C：2.9-8.16％、Cr：9.0-22.08％、Ni3.11-11.19％、Mn1.0-1.75％、Co1.84-2.15％和W：6.45-45.08％，同时测得Fe浓度在以下范围内：34.66-65.24％。对于碳化钨粒子/接近碳化钨粒子的反应产物来说，测得合金化元素浓度在以下范围内(重量％)：C：5.67-12.01％、Cr：0.44-5.78％、Ni1.41-2.68％、Co0.8-17.51％和W：63.52-83.52％，同时测得Fe浓度在以下范围内：1.04-20.87％。
实施例2：用ER316LSi的硬表堆焊
使用ER316LSi焊线和回收的碳化钨粒子在低合金钢物品上制备硬表堆焊。使用利用横向摆动图案的GMAW焊接设备施用硬表堆焊。ER316LSi的名义组成在表1中给出。低合金钢基础金属的具体组成包括作为合金元素的Cr、Mn和Mo。图1c是硬表堆焊的横截面的显微图像(30X)，显示了碳化钨粒子的分布(在磨损测试前，用数字显微镜获得显微图像)。
进行两次磨损测试试验。对于12-25目的初始碳化物尺寸，平均磨损数对于第一试验为7.41(标准偏差1.22)，且对于第二试验为7.97(标准偏差1.35)，两者均使用ASTM标准B611测得。
在用ER316LSi焊丝形成的示例性硬表堆焊的抛光的横截面上的硬度测量在表3中给出。在其他样品上，表面硬度(远离碳化物或第二相)在38.3至44.4HRC之间的范围内；在中间段中测得的硬度为45.2；且在底部处的硬度在28.3至35HRC的范围内。
表3
在硬表堆焊的横截面上的EDS测量显示，测得的合金化元素的最高浓度为(均按重量百分比计)：C：7.56％，Cr：18.64％、Ni8.54％、Mo5.41％、Mn1.51％、Cu0.75。
在硬表堆焊的横截面上的EDS测量显示，对于基质来说，测得合金化元素浓度在以下范围内(均按重量百分比计)：C：2.72-7.56％、Cr：10.57-18.64％、Ni3.59-8.54％、Mo：5.41％、Mn1.43-2.1％和W：6.6-25.35％，同时测得Fe浓度在以下范围内：42.67-69.06％。对于碳化钨粒子/接近碳化钨粒子的反应产物来说，测得合金化元素浓度在以下范围内(重量％)：C：5.08-7.81％、Cr：3.28-3.38％、Ni2.04％、Co1.71％和W：68.6-85.31％，同时测得Fe浓度在以下范围内：3.61-19.18％。
图3a显示了基质的背散射电子SEM图像，显示了第一组分(22)的树枝晶和树枝晶间的区域的一部分(24)两者。树枝晶区域的较亮的区域中的至少一些看来与较暗区域相比富钨且贫铬。
实施例3：用ER310的硬表堆焊
使用ER310焊线和回收的碳化钨粒子在低合金钢物品上制备硬表堆焊。使用利用横向摆动图案的GMAW焊接设备施用硬表堆焊。ER310的名义组成在表1中给出。低合金钢基础金属的具体组成包括作为合金元素的Cr、Mn和Mo。图1d是硬表堆焊的横截面的显微图像(30X)，显示了碳化钨粒子的分布(在磨损测试前，用数字显微镜获得显微图像)。
对于12-25目的初始碳化物尺寸，平均磨损数为7.28(标准偏差1.03)，使用ASTM标准B611测得。
在用ER310焊丝形成的示例性硬表堆焊的抛光的横截面上的硬度测量在表4中给出。
表4
在硬表堆焊的横截面上的EDS测量显示，对于基质来说，测得合金化元素浓度在以下范围内(均按重量百分比计)：C：3.96-6.3％、Cr：14.2-24.37％、Ni8.82-19.43％、Mn1.53-1.72％和W：11.16-23.87％，同时测得Fe浓度在以下范围内：35.02-49.72。对于碳化钨粒子/接近碳化钨粒子的反应产物来说，测得合金化元素浓度在以下范围内(重量％)：C：49.94-10.24％、Cr：0.48-6.78％、Ni5.73％、Co1.27％和W：67.22-88.77％，同时测得Fe浓度在以下范围内：0.51-16.07％。
实施例4：用ER330的硬表堆焊
使用ER330焊线和回收的碳化钨粒子在低合金钢物品上制备硬表堆焊。使用利用横向摆动图案的GMAW焊接设备施用硬表堆焊。ER330的名义组成在表1中给出。低合金钢基础金属的具体组成包括作为合金元素的Cr、Mn和Mo。图1e是硬表堆焊的横截面的显微图像(20X)，显示了碳化钨粒子的分布(用数字显微镜获得显微图像)。
初始碳化物尺寸为12-25目。
在用ER330焊丝形成的示例性硬表堆焊的抛光的横截面上的硬度测量在表5中给出。
表5：
实施例5：用ER70S-6的比较性硬表堆焊
使用ER70S-6焊线和回收的碳化钨粒子在低合金钢物品上制备硬表堆焊。(LincolnElectricCompany)是ER70S-6焊线的实例；是铜包覆的。使用利用横向摆动图案的GMAW焊接设备施用硬表堆焊。ER70S-6的名义组成为0.06-0.15％C、1.4-1.85％Mn、0.8-1.15％Si、0.035最大％S、0.025最大％P、0.5最大％Cu、0.15最大％Ni、0.15最大％Cr、0.15最大％Mo、0.03最大％V(重量％)。低合金钢基础金属的具体组成包括作为合金化元素的Cr、Mn和Mo。图1f是用数字显微镜取得的硬表堆焊的横截面的显微图像(30x)，显示了碳化钨粒子的不均匀分布，大多数碳化钨粒子位于接近硬表堆焊的熔合接合处的地方。图1f中的硬表堆焊是使用与图1b中所示的硬表堆焊相同的碳化物下降速率、焊丝进给速度和行进速度制造的。
对于12-25目的初始碳化物尺寸，平均磨损数为5.14(标准偏差1.54)，使用ASTM标准B611测得。
在用ER70S-6焊丝形成的示例性硬表堆焊的抛光的横截面上的硬度测量在表6中给出。
表6
在硬表堆焊的横截面上的EDS测量显示，对于基质来说，测得合金化元素浓度在以下范围内(均按重量百分比计)：C：5.83-8.87％、Mn1.09-1.18％、和W：11.06-42.39％，同时测得Fe浓度在以下范围内：47.56-79.88％。对于碳化钨粒子/接近碳化钨粒子的反应产物来说，测得合金化元素浓度在以下范围内(重量％)：C：8.02-10.71％、Co2.2-7.08％、W：67.8-74.96％、和其他0.64-6.24％，同时测得Fe浓度在以下范围内：1.01-18.22％。

Claims (29)

1.一种通过金属熔合部接合至金属表面的至少一部分的硬表堆焊层，所述硬表堆焊层包含：
A)基质材料，所述基质材料包含：
i)第一组分，所述第一组分包含铁基合金，所述铁基合金还包含铬和镍；和
ii)第二组分，所述第二组分包含碳、铬、钨和铁；和
B)多个基本上均匀分布在所述基质材料中的包含碳化钨的粒子，在所述硬表堆焊层中粒子的体积分数为30％至60％；
其中所述基质材料包含7-28重量％Cr、2.5-35重量％Ni、5-50重量％W和30-75重量％Fe。
2.权利要求1所述的硬表堆焊层，其中所述基质材料包含所述第一组分的树枝晶，并且所述第二组分位于所述第一组分的所述树枝晶之间。
3.权利要求1-2中任一项所述的硬表堆焊层，其中所述基质材料包含8-25重量％的Cr。
4.权利要求1-3中任一项所述的硬表堆焊层，其中所述硬表堆焊包含外区、中区和内区，所述内区邻近所述金属熔合部，所述外区邻近所述硬表堆焊的外表面，且所述中区在所述内区和外区之间，并且在所述外区中所述基质材料的平均铬含量大于在所述内区中所述基质材料的平均铬含量。
5.权利要求4所述的硬表堆焊层，其中在所述外区中所述基质材料的平均铬含量为14至25重量％铬。
6.权利要求4所述的硬表堆焊层，其中在所述中区中所述基质材料的平均铬含量大于在所述内区中所述基质材料的平均铬含量但小于在所述外区中所述基质材料的平均铬含量。
7.权利要求1-3中任一项所述的硬表堆焊层，其中所述硬表堆焊层包含表面区域，并且在所述表面区域中所述基质材料的平均铬含量为14至25重量％铬。
8.权利要求1-7中任一项所述的硬表堆焊层，其中所述基质材料的硬度为25至55HRC。
9.权利要求1-3中任一项所述的硬表堆焊层，其中所述硬表堆焊包含外区、中区和内区，所述内区邻近所述金属熔合部，所述外区邻近所述硬表堆焊的外表面，且所述中区在所述内区和外区之间，并且在所述外区中所述基质材料的平均硬度大于在所述内区中所述基质材料的平均硬度。
10.权利要求9所述的硬表堆焊层，其中在所述硬表堆焊层的所述外区中所述基质材料的平均硬度为35至55HRC。
11.权利要求9所述的硬表堆焊层，其中在所述中区中所述基质材料的平均硬度大于在所述内区中所述基质材料的平均硬度但小于在所述外区中所述基质材料的平均硬度。
12.权利要求1-3中任一项所述的硬表堆焊层，其中所述硬表堆焊层包含表面区域，并且在所述表面区域中所述基质材料的平均硬度为35至55HRC。
13.权利要求1-12中任一项所述的硬表堆焊层，其中所述基质材料的所述第二组分包含2-10重量％碳。
14.权利要求1-13中任一项所述的硬表堆焊层，其中所述硬表堆焊层基本上没有裂纹。
15.一种物品，所述物品包含：
A)包含金属表面的零件；和
B)接合至所述金属表面的至少一部分的硬表堆焊层，所述硬表堆焊层通过金属熔合部连接至所述金属表面，所述硬表堆焊层包含：
i)基质材料，所述基质材料包含：
a)第一组分，所述第一组分包含铁基合金，所述铁基合金还包含铬和镍；和
b)第二组分，所述第二组分包含碳、铬、钨和铁；和
ii)多个基本上均匀分布在所述基质材料中的包含碳化钨的粒子，在所述硬表堆焊层中粒子的体积分数为30％至60％；其中所述基质材料包含7-28重量％Cr、2.5-35重量％Ni、5-50重量％W和30-75重量％Fe。
16.权利要求15所述的物品，其中所述零件是齿、刀片、小刀、连枷、滑轮、锤、砧、板、柄舌、提升器、鼓皮、袋或筛网。
17.权利要求15-16中任一项所述的物品，其中所述基质材料包含所述第一组分的树枝晶，并且所述第二组分位于所述第一组分的所述树枝晶之间。
18.权利要求15-17中任一项所述的物品，其中基质材料包含8-25重量％Cr。
19.权利要求15-18中任一项所述的物品，其中所述硬表堆焊包含外区、中区和内区，所述内区邻近所述金属熔合部，所述外区邻近所述硬表堆焊的外表面，且所述中区在所述内区和外区之间，并且在所述外区中所述基质材料的平均铬含量大于在所述内区中所述基质材料的平均铬含量。
20.权利要求19所述的物品，其中在所述外区中所述基质材料的平均铬含量为14至25重量％铬。
21.权利要求19所述的物品，其中在所述中区中所述基质材料的平均铬含量大于在所述内区中所述基质材料的平均铬含量但小于在所述外区中所述基质材料的平均铬含量。
22.权利要求15-18中任一项所述的物品，其中所述硬表堆焊层包含表面区域，并且在所述表面区域中所述基质材料的平均铬含量为14至25重量％铬。
23.权利要求15-22中任一项所述的物品，其中所述基质材料的硬度为25至55HRC。
24.权利要求15-18中任一项所述的物品，其中所述硬表堆焊包含外区、中区和内区，所述内区邻近所述金属熔合部，所述外区邻近所述硬表堆焊的外表面，且所述中区在所述内区和外区之间，并且在所述外区中所述基质材料的平均硬度大于在所述内区中所述基质材料的平均硬度。
25.权利要求24所述的物品，其中在所述硬表堆焊层的所述外区中所述基质材料的平均硬度为35至55HRC。
26.权利要求24所述的物品，其中在所述中区中所述基质材料的平均硬度大于在所述内区中所述基质材料的平均硬度但小于在所述外区中所述基质材料的平均硬度。
27.权利要求15-18中任一项所述的硬表堆焊层，其中所述硬表堆焊层包含表面区域，并且在所述表面区域中所述基质材料的平均硬度为35至55HRC。
28.权利要求15-27中任一项所述的物品，其中所述基质材料的所述第二组分还包含2-10重量％碳。
29.权利要求15-28中任一项所述的物品，其中所述硬表堆焊层基本上没有裂纹。
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