热等静压压制中或涉及热等静压压制的改进
阅读：24发布：2020-05-12
专利汇可以提供热等静压压制中或涉及热等静压压制的改进专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种用于制造部件的方法，该方法包括以下步骤：制备对应于待成型部件的内部尺寸的成型器；在成型器的至少一个表面上提供第二材料的层；将成型器放置在容器中并用第一材料填充该容器；对该容器进行热 等静压 压制，使得第二材料扩散进入第一材料中。，下面是热等静压压制中或涉及热等静压压制的改进专利的具体信息内容。
1.一种用于制造部件的方法，该方法包括以下步骤：制备对应于待成型部件的内部尺寸的成型器；在成型器的至少一个表面上提供第二材料的层；将成型器放置在容器中并用第一材料填充该容器；对该容器进行热等静压压制，从而使第二材料扩散进入第一材料中。
2.权利要求1所述的方法，其中在热等静压过程完成之后从部件移除成型器。
3.权利要求1或2所述的方法，其中第一和/或第二材料是金属粉末。
4.权利要求1或2所述的方法，其中第二材料是陶瓷。
5.权利要求1或2所述的方法，其中第二材料包括氮化硼和铬。
6.上述权利要求任一项所述的方法，其中第二材料可以被热喷涂、离子喷涂、水喷涂到成型器上或通过气相沉积而沉积到成型器上。
7.上述权利要求任一项所述的方法，其中第一材料是镍合金例如Sagitit 。
8.权利要求1或2所述的方法，其中第二材料包括镍，且第一材料包括铝。
9.上述权利要求任一项所述的方法，其中第二粉末扩散通过部件顶面1000μm至
2000μm(即1-2mm)。
10.上述权利要求任一项所述的方法，其中第二粉末具有均匀施加的多种成分部分。
11.权利要求1至9任一项所述的方法，其中第二粉末具有以分层方式施加的多种成分部分。
12.上述权利要求任一项所述的方法，其中制造部件的方法中的热等静压压制步骤包括以下步骤：将温度升高到预定值，之后在该预定值保温以便释放粉末的应力。
13.由第一材料制造、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面的部件，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料的结果，其中该部件由金属或金属合金制造。
14.权利要求13所述的部件，其中该部件是由第一材料制造、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面的催化裂化装置管，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料的结果。
15.权利要求14所述的催化裂化装置管，其中该管由热等静压压制工艺制成。
16.权利要求14或15所述的催化裂化装置管，其还包括螺旋渐开线。
17.权利要求14至16任一项所述的催化裂化装置管，其中第二材料包括硼。
18.权利要求14至16任一项所述的催化裂化装置管，其中第二材料包括铝，且第一材料是铁材料。
19.权利要求13所述的部件，其中该部件是用于井下动力钻具的分段部件，该分段部件由第一材料制造、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料的结果。
20.权利要求19所述的分段部件，其中该分段部件由热等静压压制工艺制成。
21.权利要求19或20所述的分段部件，其中该分段部件具有凸状的圆顶端和凹状的圆顶端。
22.权利要求21所述的分段部件，其还包括本体和与凸状的圆顶端相邻的凸缘。
23.权利要求22所述的分段部件，其中该凸缘的半径比本体的半径大1mm。
24.权利要求22或23所述的分段部件，其还包括与凹状的圆顶端相邻的凸缘。
25.权利要求19至24任一项所述的分段部件，其还包括螺旋渐开线。
26.包括外壳的井下动力钻具，该外壳包含多个如权利要求19至25任一项所述的分段部件。
27.包括外壳的螺杆泵，该外壳包含多个如权利要求19至25任一项所述的分段部件。
28.权利要求26所述的井下动力钻具或权利要求27所述的螺杆泵，其中所述外壳是钢的，且所述分段部件是镍基合金。
29.制造权利要求26至28任一项所述的井下动力钻具或螺杆泵的方法，该方法包括以下步骤：在一定的温度下将多个分段部件放入钢制外壳中，用端盖封闭该外壳，并使该井下动力钻具或螺杆泵冷却。
30.权利要求13所述的部件，其中该部件是航空器的起落架支架，该支架由第一材料制造、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料的结果。
31.权利要求30所述的起落架支架，其中第一材料是钛合金，且第二材料是二硼化钛。
32.权利要求31所述的起落架支架，其中钛合金是TiAl6V4。
33.权利要求30至32任一项所述的起落架支架，其中该支架由热等静压压制工艺制造。
34.权利要求13所述的部件，其中该部件是在挤压机中使用的模具，该模具由第一材料制造、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料的结果。
热等静压压制中或涉及热等静压压制的改进
技术领域
[0001] 本发明涉及热等静压压制技术，此外，涉及使用这些改进了的技术制造的一些产品。
背景技术
[0002] 许多工业加工都是在恶劣的环境中进行的，所述恶劣的环境都是作为升高的压力、极端的温度、pH值、磨损和/或腐蚀的结果。这些条件限制了其中实施这些加工的容器的寿命。制备这样的容器的材料的选择由待经历的加工条件确定。然而，最能恢复原状的材料也往往是最贵的材料，因此材料的选择通常是费用和使用寿命之间的折衷。
[0003] 这种加工的一个例子是将高分子量的碳氢化合物进行催化裂化以生产燃油。该加工通常在大约1100℃的高温、高铬钢管中进行操作，其中将细粉状催化剂颗粒与长链碳氢化合物在高铬钢管中混合。催化剂颗粒焦化并被移除以通过还原再生。在其中进行反应的钢管也受到存在的碳的影响，并且这会导致称为绿蚀的状态。这限制了在其中发生催化裂化的钢管的使用寿命。
[0004] 绿蚀是钢的碳化，其作为具有碳的基础钢晶粒结构超饱和的结果而发生。一旦晶粒结构已经饱和，更多的碳可沉积在晶粒边界，如果未被检测出来，其会导致钢管的破裂。钢碳化的阈温度在800℃的区域内，其远低于催化裂化的标准操作温度。
[0005] 由于管只能当催化裂化装置停止运转时从催化裂化装置中换掉，在停止运转之间的期间方面该管的寿命是一个限制因素。此外，由于在单独的管中的裂纹以及对相邻管以及设备的其他部件带来的损伤，为了防止计划之外的停止运转，该管在远早于其理论寿命之前就被换掉了。
[0006] 通常，用于催化裂化装置的管经历复杂的制造过程，其典型地包括在金属坯料中铸造一个孔。将该铸件锻造为大约2米长的管，如果孔不在铸造加工期间形成，则可以在锻造期间形成。然后使用工具穿过该孔对管进行锻造以便在该孔中产生一个纵向槽。为了从直槽产生螺旋渐开线，将该管加热并扭曲。125mm至160mm范围的外径被转动且多个2米长的管被焊接在一起以制造可为10米长的全长的管组件。
[0007] 另一个在恶劣环境下进行加工的例子是在包括海底钻井、抽出船用柴油、石油或其它产品的各种应用中使用的井下动力钻具(mud motor)和螺杆泵(progress ive cavity pump)。在井下动力钻具中，高压泥浆充满了中心腔。在螺杆泵中，被抽出的流体可能处于高压状态。螺杆泵或井下动力钻具的管道通常是直的，但是它必须能够适应1∶100范围内的曲率。这增加了管的应力，因为管的一侧处于张应力而另一侧处于压应力。为了使得产生自然应力的接口最少，井下动力钻具和螺杆泵的管通常很长。
[0009] 另一个通常经受相当大应力的制品的例子是在挤压加工中使用的模具。挤压是一种可用于制造恒定横截面积产品的技术，该产品可以以不同材料制造，所述材料包括聚合物、橡胶和木质复合材料。所用的模具通常包括具有相称的切掉部分的外部块状体，以在通过它被挤压的材料中提供所需的形状。该外部块状体必须具有高机械强度来承受挤压加工的压力。
[0010] 可用于成形部件的工艺为热等静压压制(HIP)。热等静压压制是单阶段工艺，其产生最终形状部件或近终形部件，该部件从限制在模腔中并受到等静压的金属粉末形成。
[0011] 热等静压压制工艺产生基本均匀的物质，并且已知使用氮化硼作为扩散阻挡层来防止材料脱离模具、或任何提供在模具中来限定待成型部件的更多的结构特征的插件，防止材料通过原子扩散移动进入通过热等静压压制工艺而被压实的金属粉末中。
发明内容
[0012] 为了解决至少一些上述提到的与在恶劣环境中操作相关的问题，提出了本发明。在此描述的部件是由第一材料制成、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料中的结果。第一材料可以是金属或金属合金，所述部件可由压缩的金属粉末制造。该金属可以是铁类金属、钛、镍、镍合金或铝。该部件可以利用最终形状或近终形制造工艺来制造，并且其尺寸大体上为例如至少2m长。
[0013] 使第二材料能扩散进入第一材料是有益的，因为能使第二材料的浓度从部件表面随距离而逐渐改变。作为结果，在两种材料之间没有简单划定的边界，其防止了第二材料层在加工条件下从第一材料剪切掉。与在由第一材料制造的部件的表面上形成单独的涂膜或层不同，该部件的表面结构可以使用在此所述的工艺而改变。因而，所制造的部件不会载持单独的第二材料的涂膜，但是可以使第二材料扩散进入第一材料的表面。
[0014] 根据本发明，提供一种催化裂化装置管，其由第一材料制成、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料的结果。
[0015] 使第二材料能扩散进入第一材料从而形成催化裂化装置管是有益的，因为它能使第二材料的浓度从管的表面随距离而逐渐改变。作为结果，在两种材料之间不存在简单划定的边界，其防止了第二材料层在加工条件下从第一材料剪切掉。
[0016] 催化裂化装置管可以通过热等静压压制工艺来制成。对第一和第二材料一起进行热等静压压制加工，使得由提供在热等静压压制加工发生的容器内的成型器的形状决定该管的内部形状。作为结果，不需要之后的工艺步骤来提供第二材料，也不会导致管的形状变化。该热等静压压制工艺提供了一种最终形状或近终形部件，因此，该工艺能容易地形成所要求的约+/-0.5mm的精度内的催化裂化装置管。
[0017] 该催化裂化装置管可以具有螺旋渐开线。该螺旋渐开线的提供增加了表面积并增加了湍流，因而促进催化剂和反应物在管内的混合。
[0018] 第二材料可以包括硼。已知硼化铁(ferro-boride)抵抗钢的碳化。然而，硼化铁也是非常不稳定的，因此其不能以这种形式引入。因此，第二材料可包括硼和至少一种稳定剂。在热等静压压制加工过程中，硼将扩散进入钢中并且与钢中的一些铁形成硼化铁。
[0019] 第二材料可以包括铝，且第一材料可以是铁材料。在热等静压压制加工过程中，铝会与铁反应，形成强烈抵抗碳化的铝化铁(ferro-aluminide)。
[0020] 此外，根据本发明，提供一种在井下动力钻具和螺杆泵中使用的分段部件(segment)，该分段部件由第一材料制成、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料的结果。
[0021] 用于井下动力钻具和螺杆泵的该分段部件可以由热等静压压制工艺制成。井下动力钻具或螺杆泵需要成形为+/-20μm(微米)的精度，其适合于热等静压压制工艺。
[0022] 无论该分段部件是要用于井下动力钻具还是螺杆泵，其都可具有凸状的圆顶端和凹状的圆顶端。该分段部件的凸状的圆顶端和凹状的圆顶端具有相同半径，使得当两个分段部件彼此相邻时，第一个分段部件的凸状的圆顶端与第二个分段部件的凹状的圆顶端对接。这样就会有一个相当大的表面接触面积。这些分段部件的圆顶端也能使分段部件彼此相对旋转从而作为整体为井下动力钻具或螺杆泵提供比较小的曲率半径。
[0023] 该分段部件在接近凸状的圆顶端处可以具有凸缘。该凸缘可具有比该分段部件本体半径大1mm的范围内的半径。在接近凹状的圆顶端处也可以具有凸缘。在凸缘和各自的端面之间可以具有短的肩部，其设置用来确保当这些分段部件彼此相对旋转时，圆顶端的边缘不会碰撞外壳。
[0024] 每个分段部件的内部可以具有螺旋渐开线来促进泥浆流过该动力钻具或流体流过螺旋泵。
[0025] 多个分段部件可以相邻设置并包含在一个外壳内。该外壳可以在20m长的范围内并且每个分段部件可以在1m长的范围内。在外壳内提供多个分段部件可以实现维护的模块化方法，其中，在任何给定的维护周期内，仅显示出磨损迹象的分段部件需要被替换。这与现有技术的状态有着明显区别，在现有技术的状态下，井下动力钻具是由较少数量的构件，例如由5个构件焊接在一起而形成。由于根据本发明在相邻的分段部件之间没有焊接，未损坏的分段部件可以被再次放入外外壳。在使用中，每个分段部件的凸缘都与外壳的内表面面接。这确保了分段部件本体不与外壳接触，因为这会由于外壳的弯曲而导致相当大的压缩和拉伸力。
[0026] 外壳可以是钢的，例如US 4140合金钢或EN24，并且该分段部件可以是镍基合金-6例如Sagitite 根据钢的等级，钢的热膨胀系数为11.5-13×10 。相反，Sagitite 的-6
热膨胀系数为9×10 ，因此可通过在某一温度下将多个分段部件放入钢外壳中来构建井下动力钻具，以端盖封闭该外壳，然后让该井下动力钻具冷却。作为热膨胀系数不同导致的结果，钢会进一步收缩并安全地将这些部件密封在外壳内。
热膨胀系数为9×10 ，因此可通过在某一温度下将多个分段部件放入钢外壳中来构建井下动力钻具，以端盖封闭该外壳，然后让该井下动力钻具冷却。作为热膨胀系数不同导致的结果，钢会进一步收缩并安全地将这些部件密封在外壳内。
[0027] 此外，根据本发明，提供航空器的起落架支架，该支架由第一材料制成、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料的结果。航空器的起落架支架在压缩状态需要高的刚性。
[0028] 该第一材料可以是钛合金，第二材料可以是二硼化钛。钛合金可以是TiAl6V4。不能对钛进行热处理来赋予刚性，因为钛在高温下会强烈吸收其他化合物。二硼化钛扩散穿过表面的上部3mm，在那里形成了复杂的金属间相网状组织。
[0029] 起落架支架可以通过热等静压压制工艺制成。在热等静压压制过程之后，可将外表面等温锻造以便提供最终的外表面。
[0030] 此外，根据本发明，提供在挤压机中使用的模具，该模具由第一材料制造、且具备至少一个具有改变了的表面结构的表面，该改变了的表面结构是第二材料扩散进入第一材料的结果。
[0031] 第一材料可以是中强度合金，例如钢。这有助于整体上减少模具的重量和成本。第二材料可以是非常硬的合金，其可以承受挤压过程的压力。
[0032] 该模具可以由热等静压压制工艺制造，使用一系列同心填充物以提供第一、第二、和可能的第三、甚至第四材料层。可以提供成形器来确保模具在热等静压压制过程中制成最终形状。可选择地，如果当热等静压压制过程已完成时该模具不是最终形状，那么可以随后机加工通孔来完成其形状。
[0033] 此外，根据本发明，提供制造部件的方法，该方法包括以下步骤：制造对应于待成形的部件的内部尺寸的成型器；在该成型器的至少一个表面上提供第二材料层；将该成型器在容器中定位并用第一材料填充该容器；对该容器进行热等静压压制，使得第二材料扩散进入第一材料。
[0034] 提供特别倾向于扩散进入第一材料的第二材料在热等静压压制工艺中表现出示范性的变化。通常地，既然提供第二材料，就会特别阻止扩散进入待成形的部件中。
[0035] 第一和/或第二材料可以是金属粉末。可选择地，第二材料可以是特定的陶瓷，例如为钢制部件提供耐磨表面。例如，锆不能扩散进入钢，但是镍可以扩散进入钢。因此，除了氧化锆之外，通过将镍引入第二材料可以在钢制部件上提供铪(affnium)稳定氧化锆表面。
[0036] 关于给定的部件，与目前的作法相比，提供第二材料会改变第一材料的选择。第二材料扩散进入第一材料意味着部件的性能不再仅由制造该部件整体的材料所决定。作为结果，可以选择更经济的材料作为第一材料，条件是在第一材料和第二材料之间原位形成的表面层提供部件作为整体所需要的表面性能。
[0037] 在热等静压压制过程结束后将成型器从部件移除。该成型器可以是碳制的或钢制的。碳比较容易加工和移除。此外，它相对稳定和容易预测。因此碳适用于钢制部件。可是，碳会扩散到钛制部件中，因此对于钛制部件来说，可以使用钢制成型器。钢和钛之间的热膨胀系数的差异意味着一旦容器封闭部件并且成型器已被冷却，钢制成型器容易从钛制部件脱离。
[0039] 第一材料可以是镍合金例如Sigitite 。铬和碳可以扩散进入低合金的第一材料中以在部件表面附近提供比部件芯部高的体积百分比的Cr23C6。在那里将会生成Cr23C6从而产生提高成品部件的耐磨性和表面硬度的销钉结构(pin structure)。
[0041] 第二粉末扩散通过部件顶面1000μm到2000μm(即1-2mm)。
[0042] 第二粉末可以有多个组分部分，其可以均匀地或者以分层的方式施加。第二粉末的每个组分部分都可以根据其自身材料性质扩散进入第一粉末中。第二粉末的各组分部分可以彼此发生反应，也可以与第一粉末发生反应以生成在热等静压压制过程之前不会独立存在的物质。
[0043] 制造部件的方法的热等静压压制步骤可以包括以下步骤：将温度升高到预定值，在该预定值保温以释放该粉末的应力。温度可以保持1.5小时，尽管其可以保持1小时这样短，或直至4小时。该时间可以根据被制造的部件所需的晶粒成长的程度来选择。例如，在铁或铝基材料中，如果该容器长时间保持在某一温度，晶粒就会过度成长。
[0044] 温度的预定值设定为与容器相适应，该容器例如由焊接的钢制成，因此在720℃是塑性的，能够使容器的整个应力得以释放。
附图说明
[0046] 图1显示了根据本发明的催化裂化装置管；
[0047] 图2显示了根据本发明的包括多个分段部件的井下动力钻具或螺杆泵；
[0048] 图3a显示了根据本发明的航空器起落架支架；
[0049] 图3b显示了根据本发明的用于挤压的模具；
[0050] 图4显示了使用根据本发明的方法制造如图1-3所示的部件所需的组成部分的部件分解图；
[0051] 图5显示在热等静压压制过程中温度和压力的曲线图；
[0052] 图6A和6B是在热等静压压制过程之前和之后的通过材料的横截面的示意图。
具体实施方式
[0053] 图1显示了根据本发明的催化裂化装置管10。该管10的长度L为2m，其直径D在125mm到160mm之间。在使用时，一套5个管10被连接在一起以提供10m的总工艺长度。
[0054] 管10是圆筒形的，其具有外表面12和内部几何形状14。该外表面12是基本光滑的以便于管10在催化裂化装置中与其它管相邻放置。内部几何形状14包括一个中心孔16和一个螺旋渐开线18。该螺旋渐开线有助于使反应物与催化剂混合的湍流，从而产生比在层流或近层流条件下能获得的裂化更加有效的裂化。
[0055] 图2显示了一个分段的井下动力钻具或螺杆泵20，其具有一个外壳22和多个分段部件24。每个分段部件24具有一个主体25、凹状的圆顶端26和凸状的圆顶端27。与圆顶端26、27相邻的是一对凸缘28、29。分段部件24的长度为1m，半径为120mm。在附图中没有显示的替换实施例中，长度是1.5m，直径为200mm。
[0056] 提供圆顶端26、27能使这些分段部件彼此相对移动。在图示实施例中，曲率半径明显比分段部件24的直径大。尽管这限制了相邻分段部件之间的移动范围，其也控制了施加在外壳22上的压力。由钢制成的外壳22具有内部半径，其与分段部件24的凸缘28、29的外部半径几乎一致。圆顶形端部26、27形成的部件的圆的直径由完成的井下动力钻具或螺杆泵的最大弯曲半径决定，其典型的是100英尺为1m。可以减小该直径来提供更急的弯曲，但是半径越小，外壳上的应力越大。
[0057] 主体25的直径比凸缘28、29的直径小1mm，使得凸缘与外壳22接触，而主体25保持不接触以避免如果主体25被制成沿着其长度方向与主体25接触的尺寸其将经受的相当大的拉伸和压缩应力。
[0058] 凸缘28、29设置为距离圆顶端26、27至少1mm距离，使得当分段部件24在外壳22内彼此相对旋转时圆顶端的边缘不会碰撞外壳22。
[0059] 螺旋渐开线(未示出)贯穿分段部件24的中心。渐开线具有5个凹槽，尽管其可以具有多达9或11个更多的凹槽。可选择地，其可以具有更少的凹槽。穿过每个凹槽的路径的直径在15到25mm范围内，大体上，该直径至少部分地由凹槽的数量和部件24的直径确定。
[0060] 图3a显示了航空器起落架支架30，其具有一个环形的脚部32和一个伸长的腿部34。支架30是由钛制造的。在脚部32的中心具有一个开口36，在使用中一个轴承通过该开口。脚部32的内表面38受到来自第二材料的扩散，其能够改变支架30的表面结构，引入复杂的金属间相网状组织，其导致该表面比未被如此处理的支架显著地更加耐磨损。
[0061] 图3b显示了在挤压工艺中使用的模具31的实例。该模具31包括外部块状体33，其被成型表面35所切穿。该表面35的形状与待从模具中挤压出的产品要求的形状一致。表面35主要由第二材料制造，其对于与挤压相关的应力更加有弹性。外部块状体33的整体由较轻的合金制造。外部块状体35包括通孔37。
[0062] 图4显示了使用根据本发明的方法制造部件如催化裂化装置管10或用于分段的井下动力钻具20的分段部件24或航空器起落架支架30的步骤。在第一步中，制造出容器42和成型器44。容器42构造为具有一个内表面46，其可与待成型的部件要求的外表面对应，或者至少具有待成型的部件的最大尺寸。成型器44的形状对应于该部件的内部几何形状。例如，在上述参照图1说明的催化裂化装置管的情况下，或者在上述参照图2说明的用于分段的井下动力钻具20的分段部件24的情况下，成型器44将被成型为螺旋渐开线。当部件是钢的时，该成型器44典型是碳制的，因为碳在热等静压压制条件下比较稳定和可预测。
[0063] 在接下来的涂覆步骤中，对容器的内表面46或成型器44涂覆一层或多层涂层。成型器44用氮化硼涂覆，其通常用于热等静压压制工艺中，用来防止来自成型器44的碳在热等静压压制过程中迁移进入正在成型的部件中。此外，成型器44涂覆有一层或更多层用来扩散进入被成型部件表面层中的材料。这些层或涂层48可以作为糊、凝胶来提供，隔离在提供于有机粘结剂中的带子上。然后在热等静压压制步骤之前，有机粘结剂被去除。涂层48可以提供在整个成型器44上或者只提供在成型器44的一部分上。这使得不同的表面具有不同的表面性质。这确保了昂贵的化合物仅在需要它们的地方引入，而不是提供在部件的整个表面上。可以在成型器44上提供多个材料层。例如可提供两层、三层、四层、五层、六层、八层、十二层或甚至三十二层。在提供多个层的场合，这些层的顺序根据优选的扩散程度来选择，因为有些层会在热等静压压制过程中阻止其它层的成分扩散进入部件中。
[0064] 作为替代，不提供分离的第二材料层，在一个未在附图中示出的替代实施例中，可在单一均质的涂层中提供多种成分，不同成分的扩散性质方面的差异能使不同成分以不同量扩散通过第一材料。根据均质涂层中的成分选择，一种或多种成分会扩散通过第一材料而不与第一材料发生反应。其它的会在原位形成新的物质，那些新物质形成与引入涂层的成分的扩散性质相关的浓度梯度。
[0065] 如果待成型部件的外表面需要通过将其它材料扩散进入热等静压压制过程中来改变其形态，并且如果容器被构造为与待成型部件的外部构型非常一致，那么这些材料被提供在容器42的内表面46上。由于容器42不是碳质的，故不需要氮化硼层来防止碳迁移进入待成型部件。此外，用于容器42的内表面46上的涂层48可以与提供在成型器44上的涂层不同。
[0066] 一旦容器42和成型44具有了涂层，将成型器44放置在容器42内，并且用成型部件的主材料粉末49填充容器42。然后将容器42封闭进行热等静压压制，以使涂层48扩散进入成型部件的表面层中。根据涂层48中的物质不同，表面层可以延伸至2mm。涂层48中的物质可以在部件内移动并且可以保持化学性质相同。即使在涂层48中的物质与粉末49在表面区域中反应生成不同的合金，该合金的浓度随着距成型器44的距离而改变的情形中，这种技术也是最有效的。
[0067] 一旦容器的压力降低并且恢复到环境温度，从容器42移除部件并且从该部件移除成型器44。如果成型器44是碳质的，那么可以进行机加工除去。如果成型器是钢的并且部件的主要成分是钛，那么成型器44通常随着容器恢复到环境温度和压力的时间而松弛。如果成型器44是铜的，那么其可以从最终部件电解蚀刻掉。
[0068] 如果容器42没有被构造为与最终部件的形状非常一致，那么在成型器被移除后，可对该部件进一步处理。例如，如果部件是钛的将被等温锻造，如果是钢的则被车削。
[0069] 在热等静压压制工艺中的加热和冷却制度被设计为使得应力从成型的部件的释放最大化以及使得涂层48扩散进入部件表面层。图5给出了温度(实线)和压力(虚线)的示意图。
[0070] 开始时，温度和压力以大约10℃/分钟的升温速度上升，直到温度到达保温温度。在保温点将温度保持1个小时使得应力得以释放。对于焊接的钢容器来说，该保温温度在
720℃范围内。
720℃范围内。
[0071] 一旦应力释放步骤完成，温度和压力增加到80％固相线的范围内。对于镍来说，这发生在1000℃，对于钢来说，这发生在1090℃，且在该温度和压力下进行热等静压压制。热等静压压制过程的持续时间由被成型部件的截面厚度和被成型部件所用粉末的晶粒尺寸决定。
[0072] 当热等静压压制过程完成后，温度以3-10℃/分钟的降温速度下降，直到温度降低到第二预定值。温度在该第二预定值保持1小时。该温度由部件的主要材料决定。例如，对于镍合金来说，该温度典型地在750-720℃之间，虽然其可以高达800℃，或者对于高铬钢来说，该温度可以低至540℃。
[0073] 通过将温度保持在该第二预定值，提供的表面层将扩散通过部件。在该保持步骤期间在部件内发生相变。
[0074] 在扩散保持完成之后，温度可以降低。降温是缓慢进行的，以不超过3℃/分钟的速度进行，以便能够使部件向成型器释放应力。这样，成品部件中的应力被最小化。
[0075] 在冷却过程中，温度被保持在第一预定值以使得应力从成品部件向容器和成型器中释放。随后一起降低温度和压力直到它们到达环境状态。
[0076] 图6A和6B分别示意地示出了在热等静压压制过程之前和之后的涂层48的分布。
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