专利名称：硬质合金和金刚石件的熔合结构和方法及钻具与其切削件的制作方法
技术领域：
本发明涉及硬质合金件和金刚石件之间的熔合方法和熔合结构。此外，本发明涉及用于钻井(暗井)或类似物的切削刃、切削部件和钻具。
背景技术：
钻具用于钻油井和其它类型的井。作为这种类型的钻具公知的是由超硬碳化钨合金构成的杆(以下称为“硬质合金杆”)通过例如钎焊和热压配合的方法以预先确定的安排连接于铁合金工具体的末端表面，由超高压力烧结的金刚石(以下称为“烧结金刚石”)组成的切削刃被钎焊到这些硬质合金钻杆的每一个上。钻具被安装在一个管件的末端，管件旋转从而借助管件在钻进方向施加一个重量，因此通过设置在工具体上的切削刃执行钻进操作。
因为形成切削刃的烧结金刚石的吸湿度相对于钎料较低，因此使用标准钎料的钎焊是困难的。在日本未审专利申请，第一次公开号2000-000686中公开的钻具中，一个组份有包括例如20％-40％质量的铜和0.5％-10％质量的钛，其余由金和不可避免的杂质组成的金合金钎料(熔点，940℃)被用于将切削刃钎焊到硬质合金杆上。此外，美国专利No.6,248,447B1公开了一种钻具，其中切削刃由耐高热的烧结金刚石形成。
近几年，在钻进操作中增加了节省劳动力、节省能源和减少费用的要求。例如，因为为了钻井开拓石油和类似物的钻进操作中每天的操作费用是极高的，所以为了减少费用通过增加钻进速度在短时间内完成钻进操作是必需的。
为了增加钻进速度，施加于工具体的载荷和工具体的旋转速度应该增加。然而，在这两种情况下，一个较重的载荷被施加于切削刃。由硬质合金组成硬质合金杆和由烧结金刚石组成的切削刃通过上述的钎焊熔合，而这种熔合强度不很高。因此当一个极重的载荷被施加于切削刃时切削刃可能从硬质合金杆脱离。此外当钻进是高速进行时，由于钻进产生的热量是高的，因为用于钎焊切削刃的钎料能熔化就有可能使切削刃从硬质合金杆脱离。这样通常不可能采用一个极高的钻进速度。
考虑到上述问题，本发明的一个目的是增加硬质合金零件和金刚石零件之间的熔合强度。
发明概述本发明的一个方面是硬质合金零件和金刚石零件之间的熔合结构。这个熔合结构提供一个硬质合金零件、一个金刚石零件和一个形成在硬质合金零件和金刚石零件之间的用于熔合它们的熔合层。该熔合层包括一个扩散层，其中选自一组由Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf组成的金属的至少一个或两个或更多的金属扩散入硬质合金或金刚石至少之一中。
根据该熔合结构，因为熔合层包括扩散层，硬质合金零件和金刚石零件之间的熔合更牢固，并且因此硬质合金零件和金刚石零件之间的熔合强度被增加，且使分离困难。此外，本发明的熔合结构的适应性不限于钻具，其能使用在任何应用硬质合金零件和金刚石零件之间熔合的领域。
硬质合金零件和金刚石零件的热膨胀率是不同的。然而，一个相对柔软的熔合层形成于它们之间，且该熔合层吸收施加于金刚石件的应力。因此，在熔合过程中当在热处理之后回到正常的温度和压力时，积累在硬质合金零件和金刚石零件的应力通过该熔合层被吸收，应力集中在金刚石件是困难的，在金刚石件上产生破裂或类似情况也是困难的。
熔合层包括扩散层，其中至少Fe和Ni之一扩散入金刚石。由于Fe和Ni良好的扩散进入金刚石零件和硬质合金零件，硬质合金零件和金刚石零件上就形成了一个深的和相对厚的扩散层。因此，对于容易地减轻在钻进过程由于施加冲击而产生的应力是有利的，并且产生破裂和类似情况是困难的。
熔合层包括扩散层和一个Co层，其中扩散层中的Co扩散入金刚石。Co也是一种容易扩散进入金刚石零件和硬质合金零件的元素，但是扩散层是硬的。这样，如果由于不容许全部的Co扩散而使剩余量产生Co层，可获得阻止破裂的效果和减轻冲击的的效果。
熔合层包括扩散层，其中选自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，No和Hf的一种或两种以上金属扩散入至少硬质合金和金刚石之一。虽然这些金属进入硬质合金零件和金刚石零件的扩散不是很广泛的，但是能获得一个有利的熔合强度。此外，在这些金属的情况下，一个硬的硬质合金在金属和金刚石之间形成，由于这个因素熔合强度也被增加。
金刚石是一种耐高热的烧结金刚石，包括占体积0.1-15％的熔合相，在此熔合相由一种或两种以上选自Mg，Ca，Sr和Ba，的碳酸盐，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它们的两种以上的复合碳酸盐和复合氧化物形成。这样可以增加金刚石的耐热性。使用标准的钎料熔合耐高热烧结金刚石与硬质合金是困难的，但是按照本发明的结构能获得一个高熔合强度。此外，在本发明中可以使用包含钴的标准烧结金刚石。
当使用EPMA对熔合层的横向方向的横截面作线性分析时，横截面内的金属含量的最大值最好是未受扩散影响的硬质合金零件区域内的金属含量平均值的20倍或更多，是未受扩散影响的金刚石零件区域内的金属含量平均值的100倍或更多，这样由于扩散层熔合强度被增加，且同时由于熔合层而利于减轻冲击的影响。
本发明的另一方面是用于硬质合金零件和金刚石零件的熔合方法。熔合方法包括一个选自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属插入到硬质合金零件和金刚石零件之间的步骤，和一个其中硬质合金零件，金刚石零件和金属材料被加热，一个扩散层被形成，其中金属扩散进入至少硬质合金零件或金刚石零件之一，并且硬质合金零件和金刚石零件被熔合的步骤。
该金属材料可以是金属箔、金属粉、金属纤维、或金属组合物。简言之，任何形式的薄的，有基本均匀的厚度，且能插入硬质合金零件和金刚石零件之间的金属材料形状都是合适的。这不取决于金属的种类。
按照这个熔合方法，使高强度地熔合硬质合金零件和金刚石零件成为可能。这种高强度熔合本来是困难的。
金属材料包括总共占质量的70％的至少Fe和Ni之一，这种情况下，熔合硬质合金零件和金刚石零件的步骤中，最好在满足条件A(K)和B(Gpa)的情况下实施加热，该条件同时满足下列两个式子，并且通过至少Fe和Ni之一扩散进入金刚石形成扩散层。对于B的公式是一个简化的Barman-Simon公式。
A＞1175
B＞0.0027×A+0.81金属材料可以包括占质量70％或更多的Co。在这种情况下，熔合硬质合金零件和金刚石零件的步骤中，最好在满足条件A(K)和B(Gpa)的情况下实施加热，该条件同时满足下列两个式子，并且通过Co扩散进入硬质合金形成扩散层，并且形成Co层。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81金属材料可以包括占质量70％或更多的选自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf之一种或两种以上金属。在这种情况下，熔合硬质合金零件和金刚石零件的步骤中，最好在满足条件A(K)和B(Gpa)的情况下实施加热，该条件同时满足下列两个式子，并且通过金属扩散进入至少硬质合金或金刚石之一形成扩散层。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81金刚石是耐高温的烧结金刚石，其包括占体积0.1-15％的熔合相，在此熔合相由一种或两种以上选自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸盐，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它们中的两种以上的复合碳酸盐和复合氧化物形成。使用标准的钎料熔合耐高热烧结金刚石与硬质合金是困难的，但是按照本发明的方法能获得一个高熔合强度。此外，在本发明中可以使用包含钴的标准烧结金刚石。
金属材料有包含占质量70％或更多的Ni的第一层和第三层和插在第一层和第三层之间的第二层。第二层包括占质量70％或更多的碳。在熔合硬质合金零件和金刚石零件的步骤中，最好在满足条件A(K)和B(Gpa)的情况下实施加热，该条件同时满足下列两个式子，并且通过Ni扩散进入金刚石零件的金刚石形成扩散层。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81在这种情况下，金属材料整体上包含占质量55-80％的Ni和总计占质量20-45％的碳。
本发明的另一方面是用于钻具的切削刃。切削刃包括安装在钻具的工具体的杆上的硬质合金切削刃基体，由切削刃基体支撑的金刚石零件，和形成在切削刃基体和金刚石件之间的用于熔合它们的熔合层。该熔合层包括一个扩散层，其中选自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属至少扩散入硬质合金或金刚石之一。其它构成与上述的各方面是一致的。
本发明的另一方面是用于钻具的切削部件，切削部件包括安装在钻具的工具体上的硬质合金杆，由该杆支撑的金刚石零件，和形成在杆和金刚石件之间用于熔合它们的熔合层，该熔合层包括一个扩散层，其中选自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的之一种或两种以上金属至少扩散入硬质合金或金刚石之一。
用于本发明另一钻具的切削部件包括安装在钻具的工具体上的硬质合金杆，和上述的切削刃，切削刃的切削刃基体安装在杆上。
用于本发明另一钻具的切削刃包括安装在钻具的工具体的杆上的基体，由切削刃基体支撑的金刚石件和形成在切削刃基体和金刚石件之间的用于熔合它们的熔合层。金刚石件可以是耐高热的烧结金刚石，其包括占体积0.1-15％的熔合相，在此熔合相由一种或两种以上选自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸盐，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它们的两种以上的复合碳酸盐和复合氧化物形成。一个包含作为熔合剂的Co的碳化钨硬质合金形成切削刃基体，并且扩散层包括至少Ni或Fe之一。
一个安置座形成在切削刃基体上，在此安置座具有一对面朝钻进方向的导引边沿的支撑表面，在它们之间具有开放的区域。金刚石件有与安置座一致的形状，并且被固定于其中。在这种情况，金刚石件被该对表面支撑，因而施加于金刚石件的冲击被减轻而切割力增加。
本发明的另一方面是钻具。该钻具包含工具体，多个设置在工具体的末端的表面的杆，固定于每一个杆上的切削刃。切削刃是任何上面描述的切削刃。此外，钻具包括工具体和多个设置在工具体的末端的表面的切削部件，切削部件是任何上面描述的切削部件。
附图描述
图1是表示本发明的钻具的一个实施例的透视图。
图2是用在图1所示钻具中的切削部件的侧视图。
图3是用在图2所示切削部件中的切削刃的透视图。
图4是表示本发明的切削刃的熔合层的断面分解图。
图5A到5C表示切削刃的另一实施例纵向截面图。
图6本发明切削部件另一实施例的侧视图。
图7和图8表示金属聚集在熔合层横截面的例子的曲线图。
图9表示本发明的方法的热熔合条件的曲线图。
图10表示本发明的钻具的形状的另一实施例的透视图。
图11表示在Ni扩散的情况下碳浓度的波动的曲线图。
图12表示在Ni扩散的情况下钨浓度的波动的曲线图。
图13表示在Ni扩散的情况下Ni浓度的波动的曲线图。
最佳实施例下面参考附图解释本发明的实施例。然而本发明不被下面描述的实施例限制，并且例如基本的零件能被适当地结合。
图1表明了本发明的钻具的一个实施例。该钻具1包括一个工具体2，其有基本为盘形的形状，若干切削部件3熔合于工具体2的末端表面。切削部件3通过例如钎焊或热压配合固定到工具体2上，和被设置成有一个相对于工具体2的中心旋转对称的预定的设置。在这个例子里切削部件3互相之间有间隙地沿着一对互相垂直的直径线设置。该工具体2例如由像JIS SCM4 15规定的铁合金形成。
如图2所示，切削部件3包括一个由硬质合金组成的硬质合金杆6，并且该杆例如有一个柱形，切削刃7通过钎焊或类似的方式熔合于面对硬质合金杆6的钻进方向的表面，用于硬质合金杆6的材料不被限制，并且它能由一般的碳化钨硬质合金及类似物形成。硬质合金杆6和切削刃7的形状不受上面的描述限制，且能按照需要改变。
如图3所示，切削刃7包括一个熔合于硬质合金杆6的切削刃基体(硬质合金件)11和一个固定到切削刃基体11上的金刚石件12，一个熔合层13形成于它们之间。切削刃基体11和金刚石件12通过熔合层13被牢固地熔合。
本实施例的切削刃7有一个整体厚度均匀的盘形。切削刃基体11基本是盘形，并且其一个表面(图3中是底面)是钎焊到硬质合金杆6的钎焊表面。图3中一个安置座11a形成在在钻进方向的引导边沿上的切削刃7的上表面。
安置座11a是一个中心在切削刃基体11的中心的扇形凹槽并具有均匀的厚度。其厚度等于金刚石件12的厚度，且不受限制，但较好地大约是切削刃基体11厚度的10-60％，更好的是20-40％。
安置座11a有一对V形支撑表面14，它的开口朝着引导边沿扩展，并且这些支撑表面接受和阻止在钻进过程施加于金刚石件12的冲击。当安置座11a有这种类型的楔形支撑表面14时，施加于金刚石件12的冲击在切削刃基体11之上广泛扩散，且因此抵抗冲击的强度被增加。在这个实施例中，支撑表面14的角度不受限制，但最好是45-108°，更好的是80-100°。安置座11a不限制于扇形，可以是简单的半圆形或类似形状。
金刚石件12有与安置座11a一致的形状并被固定于此。因而当钻具1围绕它的轴线旋转而沿着轴线方向前进时，只有金刚石件12与被钻的材料接触从而钻进该被钻的材料。因此在切削刃基体11上有很少的磨损。
切削刃基体11由硬质合金例如使用Co作粘接剂的碳化钨硬质合金形成。例如，形成切削刃11的硬质合金包括作为粘接剂的占质量10％的Co和由WC及不可避免的杂质组成的剩余物。因为硬质合金有高强度和高韧性，作为振动吸收体的切削刃基体11在钻进操作过程吸收施加于切削刃7的热振动和机械冲击。
金刚石件12设置在切削刃7上的区域，此处在钻进操作过程容易产生磨损。在本发明的实施例中，金刚石件12的弧形长度与在切削刃7的钻进方向的引导边沿上的半圆弧的长度的比率最好是25-75％。当比率少于25％时，硬质合金直接参与钻进。当比率高于70％时，振动吸收部分的比率相对地是太小了，并且由高速旋转操作产生的极高的热和机械冲击不能被充分地吸收。这样在磨损区域产生的较小碎屑增加了。这个比率最好是35-55％，然而这个范围不受限制。
在本实施例中，金刚石件12最好是高耐热的烧结金刚石，包括占体积0.1-15％的熔合相，在此熔合相由一种或两种以上选自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸盐，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它们的两种以上的复合碳酸盐和复合氧化物形成。在这些当中，尤其以使用碳化镁作为粘接剂的高耐热烧结金刚石为最佳，因为其优点为烧结硬度特别高且耐磨。此外在使用碳化镁作为粘接剂的情况，金属元素扩散入高耐热金刚石是受欢迎的，这样其与切削刃基体11熔合过程需要的时间是短的。
金刚石件12可由使用Co作为粘接剂的标准的烧结金刚石或标准的烧结金刚石和高耐热金刚石的复合物形成。
本实施例中的熔合层13包括第一扩散层S1，其中选自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属扩散入切削刃基体11的硬质合金，一个第二扩散层S2，其中金属扩散入金刚石件12的金刚石，和一个包括没有扩散的金属的剩余的金属层13A。
在有显著好的扩散性质的金属(Fe，Ni，Co)的情况，所有的金属可以完全扩散入切削刃基体11和/或金刚石件12，没有剩余的金属层13A。当金属的扩散仅对硬质合金或金刚石之一是适宜的时，也将有这种情况，其中仅仅第一扩散层S1或第二扩散层S2中之一被充分形成(不管金属层13A是否被形成)。此外，切削刃基体11和第一扩散层S1之间的任何或全部边界，第一扩散层S1和金属层13A之间的边界，金属层13A和第二扩散层S2之间的边界，和第二扩散层S2和金刚石件12之间的边界可以是模糊的。本发明包括这些类型的情况。第一扩散层S1和第二扩散层S2形成的范围能通过如下所述的使用EPMA(电探针微量分析)进行线性分析，或使用显微镜观察组织。
图7和图8是表示扩散金属在熔合层13和毗邻区域浓度的曲线图。这种类型的曲线通过在熔合层13和毗邻区域使用EPMA对横向方向的熔合层的横截面进行线性分析而获得。图7是其中残留金属层13A的情况的曲线图，图8是其中不残留金属层13A的情况的曲线图。
在任一种情况，已经扩散入熔合层13的金属含量的最大值Nmax是未被扩散影响的切削刃基体件11区域内金属含量的平均值N2的20倍或更多，是未被扩散影响的金刚石件12区域内金属含量的平均值N1的100倍或更多。在这种情况下，第一扩散层S1和第二扩散层S2使熔合强度被增加，并且同时由于熔合层13减轻了冲击影响。
下面将解释切削刃7的制作方法。
首先，切削刃基体11和金刚石件12以一个预定形状制作。切削刃基体11与标准硬质合金产品同样地被制造。例如，盘形硬质合金刃通过模制和烧结基础材料粉末而形成硬质合金，安置座11a通过对该硬质合金刃实施切割操作而形成。可替换地，硬质合金的基础材料粉末能直接模制和烧结成一个具有安置座11a的盘形。
现在将解释一个生产金刚石件12的方法的例子。例如，在使用有平均颗粒直径10μm和99.9％或更高纯度的金刚石粉和在使用有平均颗粒直径10μm和95％或更高纯度的MgCO3粉作为基础材料粉末的情况，MgCO3粉通过在100Mpa的压力下压力模制MgCO3而制成有期望形状的未烧结的致密料。接下去，未烧结的致密料充填入一个由Ta组成的舱室并且金刚石粉被放在未烧结的致密料上以充填舱室的内侧。在这种状态，超高压烧结通过将舱室放入一个超高压带形烧结装置(用于烧结金刚石制造中的一个标准的超高压烧结装置)被实施，并且一块包括占体积5％的MgCO3的烧结金刚石被获得。这种超高压烧结能例如通过在7.7Gpa的压力下在2250℃的温度下加热并保持30分钟被实施。然而本发明不限制于这种条件。
在通过使用金刚石磨料研磨这块烧结金刚石的粗糙加工过程之后，通过激光加工一个有所期望形状的金刚石件被切割出，因此，获得金刚石件12。
接下去，金属材料被放在切削刃基体11和如上所述获得的金刚石件12之间，金属材料可以包括占质量70％或更多的选自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf之一种或两种以上金属，并且金刚石件12镶嵌在切削刃基体11的安置座11a内。一个金属箔(例如，有0.02-0.1mm的厚度)最好作为金属材料，但不受限制，金属粉，金属纤维，或金属组合物也可被使用。
已经如此临时组装的切削刃基体11，金属箔和金刚石件12被置于一个超高压烧结装置内，例如一个超高压带形烧结装置，在超高温和压力下加热过程被实施，这些零件被熔合成一体，并且获得切削刃7。在该实施例中，各零件在5.5Gpa压力下加热到1500℃被保持30分钟。然而这个范围不受限制。
由于该加热过程，金属箔的成份扩散进入切削刃基体11和金刚石件12。毗邻于切削刃基体11和金属箔之间的边界形成第一扩散层S1，其中，形成金属箔的成分扩散进入硬质合金。毗邻于金刚石件12和金属箔之间的边界形成第二扩散层S2，其中，形成金属箔的成分扩散进入金刚石。
切削刃基体11和金刚石件12的热膨胀率是不同的，但金属层13A形成在它们之间，并且金属层13A起应力释放材料的作用。因此，在加热过程之后返回到正常温度和压力时积累在切削刃基体11和金刚石件12之间的应力被金属层13A吸收。因而应力集中在金刚石件12是困难的，在切削刃基体11和金刚石件12之间产生破裂和类似情况是困难的，并且在切削刃基体11和金刚石件12之间产生分离也是困难的。接下去，每种金属的特性将被分别解释。
Fe和NiFe和Ni良好地扩散入金刚石件12和切削刃基体11。这样在使用Fe和/或Ni作为扩散金属的情况下，相对厚的第一扩散层S1和第二扩散层S2形成在金刚石件12和切削刃基体11内。由于厚的扩散层S1和S2的存在，在钻进过程施加于金刚石件的应力能容易的被扩散，并且在金刚石件12和切削刃基体11之间产生破裂或类似情况是困难的。在使用Fe和/或Ni作为扩散金属的情况，金属层13A是薄的或消失的，这样毗邻于熔合层13的Fe和/或Ni的浓度分布趋向于朝着图8所示的分布。特别是，在Ni的情况，进入切削刃基体11的扩散是显著的。Ni可以跨过切削刃基体11的整个区域扩散，在这种情况，扩散的效果使在钻进过程施加于金刚石件12的应力被改善。
使用Fe和/或Ni作为金属材料熔合金刚石件12和切削刃基体11时，在它们之间插入一个金属材料后金刚石件12和切削刃基体11被临时组合。最好0.02-0.3mm的Ni铂，Fe铂，或Ni-Fe合金铂可用作金属材料。当使用Ni-Fe合金铂时，因为其有比纯金属低的熔点而利于扩散。
在熔合过程，在条件A(K)和(GPa)实施加热，该条件同时满足下列两个式子，并且通过Fe和/或Ni扩散进入金刚石件12和切削刃基体11形成扩散层S1和S2。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81上述范围是在这样一个区域，其中金刚石是在由Barman-Simon公式代表的热力学稳定区域和温度在金属元素能扩散的温度值。这个特征与下面描述的其他金属元素是一致的。
图9中斜线表示的区域表示上述A和B范围。图9中交叉线表示更佳的区域，并且该区域由下列坐标包围(1550K，5.0GPa)(1550K，8.0GPa)(2000K，8.0GPa)(2000K，6.2GPa)第一扩散层S1的厚度最好是0-0.2mm，更好的是0.01-0.05mm。第二扩散层S2的厚度最好是0-5mm，更好的是0.1-3mm。当厚度在这个范围时，金刚石件12和切削刃基体11之间的熔合强度是牢固的和耐冲击能力是高的。
此外在本说明书中，扩散层S1和S2的厚度如下限制。沿着熔合层13的横截面，金属的浓度通过EPMA或AUGER电子显微镜测量。在这种情况，扩散层是薄的，AUGER电子显微镜是合适的。图7和图8是曲线图，表示从金刚石件12开始，通过熔合层13，在切削刃基体11结束的金属的浓度。
如图7所示，在金属层13A保留在熔合层13的情况，部分区域(斜线部分)被发现。该区域通过分别从来自金属层13和金刚石件12及切削刃基体11之间的各自边界L1和L2的外侧区域减去不受扩散影响的金刚石件12内的金属浓度N1和不受扩散影响的切削刃基体11内的金属浓度N2后获得。从边界L1和L2到包围该表面区域80％点处的区域作为扩散层S1和S2的厚度T1和T2。
相反，如图8所示，在金属层13A没有保留在熔合层13的情况，部分区域(斜线部分)被发现。该区域通过从金属浓度最大值Nmax的两侧减去不受扩散影响的金刚石件12内的金属浓度N1和不受扩散影响的切削刃基体11内的金属浓度N2后获得。从金属浓度最大值Nmax的点到包围表面区域80％点处的区域作为扩散层S1和S2的厚度T1和T2。
金属材料设置在金刚石件12和切削刃基体11之间，这些零件被临时熔合。在这种情况，这些零件在1400到1550℃，5到6GPa的超高压下被一个超高压加热装置加热，它能确保Ni和/或Fe的扩散层在金刚石件12侧形成0.01-0.05mm的厚度，在切削刃基体11侧形成0.1-3mm的深度。
Ni和石墨和/或金刚石当使用Ni作为扩散元素时，Ni扩散进入金刚石是良好的，在这种情况，其中Ni扩散进入金刚石元素引起金刚石元素含量的减少，在这种情况，碳被引入Ni目标层，因此Ni进入金刚石元素的扩散能被抑制。
在这种情况，包括70％质量或更多的Ni的第一层和第三层用作金属层，并且第二层插入第一层和第三层之间。第二层包括70％质量或更多的碳，具体地，石墨/或者金刚石板或粉末被使用。
第二层的设置最好使金属材料包括整个质量的55-80％的Ni，和包括总共20-45％质量的碳。更好地，金属材料包括整个质量的60-70％的Ni，和包括总共30-40％质量的碳。
在这个过程，硬质合金件和金刚石件被熔合，在同时满足下列式子的条件A(K)和B(GPa)下实施，通过Ni扩散入金刚石件的金刚石而形成扩散层。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81更佳地，该范围被下列坐标包围(1550K，5.0GPa)(1550K，8.0GPa)(2000K，8.0GPa)(2000K，6.2GPa)第一扩散层S1的厚度，第二扩散层S2的厚度以及金属层13A的厚度与上述的Ni扩散情况一致。
在这种方式中，当使用具有第二层的金属材料时，其由石墨和/或金刚石作为主构成并位于第一层和第三层之间，其中Ni作为主要成份，碳在扩散和熔合过程中溶解到Ni中，因此，固体溶解扩散入金刚石件被抑制。这样由于Ni扩散入金刚石件被适当地抑制，由于Ni的过度扩散导致的金刚石含量的减少被抑制而能获得高扩散熔合强度。
Co像Fe和Ni，Co也良好地扩散入金刚石件12和切削刃基体11。这样当使用Co作为扩散金属时，一个相当厚的第一扩散层S1和第二扩散层S2形成在金刚石件12和切削刃基体11。由于存在厚的扩散层S1和S2，在钻进过程施加于金刚石件12的应力能容易地扩散，在金刚石件12和切削刃基体11之间产生破裂或类似情况是困难的。此外，Co在进入金刚石件的损耗方面比Fe和Ni更有优势。
然而，当使用Co时，第一扩散层S1和第二扩散层S2是相当刚硬的，这样最好调整熔合条件以至没有Co扩散，金属层13A包括基本剩余的Co。
当金刚石件12和切削刃基体11使用Co作为金属材料而被熔合时，上述金刚石件12和切削刃基体11以插入其中的金属材料被固定。优选使用0.02-0.3mm的Co箔作为金属材料。
当熔合时，加热在同时满足下列两个式子的条件A(K)和B(GPa)下实施时，通过Co扩散入金刚石件12和切削刃基体11而形成扩散层S1和S2。
A＞1175
B＞0.0027×A+0.81更佳地，该范围被下列坐标包围(1550K，5.0GPa)(1550K，8.0GPa)(2000K，8.0GPa)(2000K，6.2GPa)第一扩散层S1的厚度最好是0.005-0.2mm，更好是0.01-0.05mm。第二扩散层S2的厚度最好是0.01-5mm，更好是0.02-3mm。金属层13A的厚度最好是0.01-.2mm，更好是0.05-0.1mm。当厚度是在这些范围时，金刚石件12和切削刃基体11之间的熔合强度是高的，耐冲击能力是高的。
Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf进入金刚石件12和切削刃基体11的Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf的扩散比Fe，Ni和Co低，这样当从Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf组成的一组金属中选用一种或两种以上金属作为扩散金属时，仅仅形成一个比较薄的扩散层。然而，它们有保证熔合强度高的特性。此外，由于金属层13A在比较薄的状态剩余，其浓度分布如图7所示的。因此由于金属层13A减轻冲击的动作大。此外由于硬的硬质合金由金刚石形成，由于这个因素熔合强度也是高的。
Ti，Zr，和W都是有高熔点的金属(熔点是，Ti，1725℃，Zr，1857℃，W，3382℃)，并且其合金的熔点同样是高的。当使用这三种金属时，由于金属箔成分和金刚石件12的成分的结合，一个硬的碳化物(TiC，ZrC，和WC)在第一扩散层S2形成。这样，在金刚石件12和金属层13A之间的熔合强度显著的高。
V，Nb，和Ta都是有高熔点的金属(熔点是，V，1700℃，Nb，2467℃，Ta，2850℃)，并且其合金的熔点同样是高的。高熔点的金属V，Nr，和Ta有高的延展性，其合金也有高的延展性。因此施加于熔合部分的冲击被金属层13A吸收，并且在熔合部分产生疲劳损坏是困难的。
Mo，Cr，和Hf都是有极高熔点的金属(熔点是，Mo，2622℃，Cr，1905℃，Hf，2207℃)，并且它们是超耐热的，其合金的熔点同样是极高的，且也有超耐热性。因此在使用Mo，Cr，和Hf时能获得高耐热性。
当采用Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf组成的一组金属中的一种或两种以上金属熔合金刚石件12和切削刃基体11时，如上所述的在一个金属层插入它们之间后金刚石件12和切削刃基体11被临时熔合。最好0.02-0.3mm的纯金属箔或合金铂被用作金属材料。因为使用合金铂时比使用纯金属时熔点低，对扩散有利。通过放在有不同种类金属的金属箔的上面一个类似于不同种类的金属的混合粉末的效果被获得。该方法能用于任何金属。
当熔合时，加热在同时满足下列两个式子的条件A(K)和B(GPa)下实施，扩散进入金刚石件12和切削刃基体11的Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf形成扩散层S1和S2。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81更佳地，该范围被下列坐标包围(1550K，5.0GPa)(1550K，8.0GPa)(2000K，8.0GPa)(2000K，6.2GPa)第一扩散层S1的厚度最好是0.002-0.05mm，更好是0.005-0.01mm。第二扩散层S2的厚度最好是0.005-0.5mm，更好是0.01-0.05mm。金属层13A的厚度最好是0.01-0.2mm，更好是0.02-0.08mm。当厚度是在这些范围时，金刚石件12和切削刃基体11之间的熔合强度是高的，耐冲击能力是高的。
钻具的解释如上所述，用于切削部件3的切削刃7钎焊于硬质合金杆6。此外，通过安置切削部件3到工具体2上获得钻具1。
在钻具1中，金刚石件12和切削刃基体11被牢固地熔合在切削刃7上。因而，使其在重载情况下钻进，例如，高速钻进，成为可能。形成金属层13的金属或合金的熔点与传统的钎料相比是足够高的，并且金刚石件12和切削刃基体11熔合部分的耐热性与传统技术相比增加了。这样有可能在高速下实施钻进，由于所使用的钎料的耐热性问题在传统的钻具中这样的钻进是不可能的。
当实施高速钻进时，极高的热和机械冲击施加于切削刃7。作为切削刃7使用的金刚石件12本身是相当硬的。但是反过来，因为它是易碎的，当被施加强大的冲击时易产生碎屑。在金刚石件12中，由于碎屑的产生，磨损的发展被显著地促进，结果，其使用寿命比较短。
发明者调查的结果，认识到由于形成切削部件3的切削刃7在钻具1中安装位置的关系，钻进导致的磨损并不发展到整个切削刃表面，而是在切削刃引导面的特殊位置局部产生。在其余部分的磨损只不过是取决于局部磨损的小的磨损。此外，已经认识到，产生局部磨损的区域的尺寸等于或小于切削刃引导面表面积的25％。
在本发明的实施例中，有超耐磨性的金刚石件12被设置在切削刃7上产生局部磨损的位置，而其他部分由吸收振动的硬质合金切削刃基体11形成。因此切削刃7产生局部磨损是困难的，因为在钻进中施加于切削刃7的热和机械冲击被切削刃基体11吸收，由于冲击在金刚石件12上产生小碎屑是困难的。这样切削刃的寿命被改善。
当金刚石件12的长度与切削刃的弧长的比率小于25％时，硬质合金切削刃基体11直接参与钻进，并且促进切削刃基体11的磨损。相对地，当比率超过70％，切削刃基体11的吸收振动作用部分的相对比率是太小了，在高速旋转操作过程产生的极高的热和机械冲击不能被充分吸收，金刚石件12产生的碎屑迅速增加。这样金刚石件12与切削刃7引导边沿的弧长的比率最好是25-70％，35-55％更好。
在上述实施例中，切削刃7有一个由具有扇形安置座11a的切削刃基体11和包含耐热烧结金刚石的扇形金刚石件12形成，但这不是限制性的，形成切削刃7的部件能有其它任意的形状。
例如在图5A中的切削刃7有一个盘形切削刃基体11和盘形金刚石件12被熔合层13熔合。
在图5B中的切削刃7，一部分是包含高耐热金刚石的高耐热金刚石部件12a，其余部分是包含标准烧结金刚石的烧结金刚石部件12b。
在图5C中的切削刃7，高耐热金刚石部件12a被嵌入烧结金刚石部件12b。
钻具1的形状不限于图1所示的形状。例如，如图10所示，一个可能的结构是切削刃7从工具体2的外周表面突出地被固定。
在本实施例中，根据本发明的硬质合金件和金刚石件之间的熔合方法和结构作为应用于钻具1的切削刃7的例子被表示，但不是限制性的。例如图6所示，当做切削刃使用时，切削刃7a完整地由标准烧结金刚石或高耐热金刚石形成，本发明能用于硬质合金杆6和在切削部件3上的切削刃7a熔合。
此外，根据本发明的硬质合金件和金刚石件之间的熔合方法和结构的应用范围不仅限于上述例子。如果硬质合金件和金刚石件能被熔合任何方法和结构能被应用。
实例Ni扩散的实验的例子作为基础材料粉末的有平均10μm的粒度和99.9％或更高的纯度的金刚石粉，和作为熔合剂的有平均10μm的粒度和95％或更高的纯度的MgCO3粉被准备。
MgCO3粉在100Mpa的压力下通过压制成为有预定尺寸的未烧结致密料。接着，该未烧结致密料被装入由Ta制成的舱室，并且金刚石粉被放在未烧结致密料上充填舱室。舱室被放入一个标准超高压带形烧结装置。一个7.7GPa的压力被施加于舱室，2250℃的温度保持30分钟，超高压烧结被实施以获得一组圆形烧结的金刚石件。
金刚石件有11mm的直径和1.5mm的厚度，并且包括占体积4.0％的作为粘接剂的MgCO3。金刚石件的上表面和下表面被200#金刚磨石研磨形成有11mm直径和1.25mm厚度的圆形烧结金刚石刃。使用激光从金刚石刃切出有90°顶点的扇形金刚石刃，并且每一个角具有一个0.5mm的倒角。
同时，准备有12.5mm的直径和2.25mm的厚度的圆形硬质合金刃和有12.5mm的直径和1.25mm的厚度的圆形硬质合金刃。这些刃由包含10％质量作为熔合剂的Co和由WC及不可避免的杂质组成的剩余物形成的硬质合金构成。一个与上述扇形烧结金刚石刃形状一致的扇形凹槽形成在有1.25mm厚度的圆形硬质合金刃上。
一个扇形金刚石刃插入1.25mm厚硬质合金刃的扇形凹槽中，在这之前0.1mm厚的Ni箔，Fe箔或Ni箔和Fe箔置于它们之间。上述结构位于有2.25mm厚的覆盖于两侧的圆形硬质合金刃之间的中央。在三层硬质合金之间，像上述一样的金属箔被插入。在这种状态，将其装载入标准超高温度和压力的带形烧结装置，在5.5GPa的压力和1500℃的温度下保持30分钟使它们连结成一个整体。
为了暴露扇形烧结金刚石刃通过使用200#金刚磨石去除覆盖它的超硬部分，然后对整体进行研磨加工，实验例1的产品有8mm直径和3.5mm厚度。
实验例的熔合界面使用EPMA检验，扩散层从金刚石件的熔合界面测量到0.01到0.05mm深和从硬质合金件的熔合界面测量到0.1到3.0mm深。图11表示毗邻于Ni扩散熔合层的碳浓度波动的曲线。图12表示毗邻于熔合层的钨浓度波动的曲线。图13和图14表示邻接于熔合层的Ni浓度波动的曲线。如图14所示，扩散的Ni通过硬质合金件的表面层部分分布。图14中产生在2.9mm位置的峰点不涉及扩散。
接下去，平均粒径1.5μm的WC粉，平均粒径2.3μm的Cr3C2粉，平均粒径1.3μm的ZrC粉，和平均粒度直径3.4μm的Co粉作为基础材料粉末被预备。这些基础粉状材料按质量的百分比混合，其中Co为9％，Cr3C2为0.4％，ZrC为0.2％，其余为WC，然后它们在球磨机内湿混合72小时。在烘干后，在0.1GPa压力下该混合物压制成未烧结的致密料，该未烧结的致密料在0.13Pa真空下，在1400℃下保持1小时来烧结。因而一个有最大直径15mm，底面直径13mm，长20mm且有图2所示形状的硬质合金杆被制造。在加入按质量百分比Ni-14％Cr-3.5％B-4.0％Si-4.5Fe-0.7％C的有0.35mm厚的合金钎料，并且在1100℃钎焊熔合后，实验例1设置在上述硬质合金上。如图1所示，在由Cu-40％Ag-6％Sn-2％Ni为成分，厚35mm的Cu合金钎料插入后，硬质合金杆熔合于以十字形状设置在240mm直径的由按照JIS SCM415规定的钢合金形成的钻体的末端表面上的总计16个8mm深的凹槽。钻具在800℃钎焊制造。
Co扩散实验例作为粉状基础材料的有平均10μm的粒径和99.9％或更高的纯度的金刚石粉，和作为熔合剂的有平均10μm的粒径和95％或更高的纯度的MgCO3粉被准备。
MgCO3粉在100Mpa的压力下通过压制成为有预定尺寸的未烧结的致密料。接着，该未烧结的致密料被装入由Ta制成的舱室，并且金刚石粉被放在该未烧结的致密料上充填舱室。舱室被放入一个标准超高压带形烧结装置。一个7.7GPa的压力被施加于舱室，2250℃的温度保持30分钟，超高压烧结被实施以获得一组圆形烧结的金刚石件。
金刚石件有11mm的直径和1.5mm的厚度，并且包括占体积4.0％的MgCO3作为粘接剂。金刚石件的上表面和下表面被200#金刚磨石研磨形成有11mm直径和1.25mm厚度的圆形烧结金刚石刃。使用激光从金刚石刃切出有90°顶点的扇形金刚石刃，并且每一个角具有一个0.5mm的倒角。
同时，有12.5mm的直径和2.25mm的厚度的圆形硬质合金刃和有12.5mm的直径和1.25mm的厚度的圆形硬质合金刃被准备。这些刃由包含占质量10％的作为熔合剂的Co和由WC及不可避免的杂质等剩余物构成的硬质合金形成。一个与上述扇形烧结金刚石刃形状一致的扇形凹槽形成在有1.25mm厚度的圆形硬质合金刃上。
一个扇形金刚石刃插入1.25mm厚硬质合金刃的扇形凹槽中，在这之前0.1mm厚的Co箔置于它们之间。上述结构位于有2.25mm厚的位于两侧的圆形硬质合金刃之间的中央。在插入Co箔之后这些熔合表面覆盖于其上和其下。在这种状态，将其装载入标准超高温度和压力的带形烧结装置，在5.5GPa的压力和1450℃的温度下保持30分钟使它们连结成一个整体。
为了暴露扇形烧结金刚石刃(钻进磨损部分)，通过使用200#金刚磨石去除覆盖它的超硬部分，然后对整体进行研磨加工，实验例2的产品有8mm直径和3.5mm厚度。
实验例2的熔合界面使用EPMA检验，在熔合界面观察到0.05mm的Co金属层，扩散层从金刚石件的熔合界面测量到0.01到0.05mm深和从硬质合金件的熔合界面测量到0.1到3.0mm深。
接下去，平均粒径1.5μm的WC粉，平均粒径2.3μm的Cr3C2粉，平均粒径1.3μm的ZrC粉，和平均粒径3.4μm的Co粉作为基础材料粉末被预备。这些基础材料粉末按质量的百分比混合，其中Co为9％，Cr3C2为0.4％，ZrC为0.2％，其余为WC，然后它们在球磨机内湿混合72小时。在烘干后，在0.1GPa压力下该混合物压制成未烧结的致密料，该未烧结的致密料在0.13Pa真空下，在1400℃下保持1小时。因而，一个有最大直径15mm，底面直径13mm，长20mm且有图2所示形状的硬质合金杆被制造。在加入按质量百分比Ni-14％Cr-3.5％B-4.0％Si-4.5Fe-0.7％C的有0.35mm厚的Ni合金钎料，并且在1100℃保持5分钟钎焊熔合后，实验例2设置在上述硬质合金上。如图1所示，在由Cu-40％Ag-6％Sn-2％Ni为成分，厚35mm的Cu合金钎料插入后，硬质合金杆熔合于以十字形状设置在240mm直径的由按照JIS SCM415规定的钢合金形成的钻体的末端表面上的总计16个8mm深的凹槽。钻具在800℃钎焊制造。
Ta扩散实验例作为基础材料粉末，有平均10μm的粒度和99.9％或更高的纯度的金刚石粉，和作为熔合剂的有平均10μm的粒度和95％或更高的纯度的MgCO3粉被准备。
MgCO3粉在100Mpa的压力下通过压制成为有预定尺寸的未烧结的致密料。接着，该未烧结的致密料被装入由Ta制成的舱室，并且金刚石粉被放在该未烧结的致密料上充填舱室。舱室被放入一个标准超高压带形烧结装置。一个7.7GPa的压力被施加于舱室，2250℃的温度保持30分钟，超高压烧结被实施以获得一组圆形烧结的金刚石件。
金刚石件有11mm的直径和1.5mm的厚度，并且包括占体积4.0％的MgCO3作为粘接剂。金刚石件的上表面和下表面被200#金刚磨石研磨形成有11mm直径和1.25mm厚度圆形烧结金刚石刃。使用激光从金刚石刃切出有90°顶点的扇形金刚石刃，并且每一个角具有一个0.5mm的倒角。
同时，有12.5mm的直径和2.25mm的厚度的圆形硬质合金刃和有12.5mm的直径和1.25mm的厚度的圆形硬质合金刃被准备。这些刃由包含占10％质量作为熔合剂的Co和由WC及不可避免的杂质等剩余物组成硬质合金形成。一个与上述扇形烧结金刚石刃形状一致的扇形凹槽形成在有1.25mm厚度的圆形硬质合金刃上。
一个扇形金刚石刃插入1mm厚硬质合金刃的扇形凹槽中，在这之前0.05mm厚的Ta箔置于它们之间。上述结构位于有2.25mm厚的位于两侧的圆形硬质合金刃之间的中央。在插入Ta铂之后这些熔合表面覆盖于其上和其下。在这种状态，将其装载入标准超高温度和压力的带形烧结装置，在6GPa的压力和1500℃的温度下保持30分钟使它们熔合成一个整体。
为了暴露扇形烧结金刚石刃(钻进磨损部分)，通过使用200#金刚磨石去除覆盖它的超硬部分，然后对整体进行研磨加工，实验例3的产品有8mm直径和3.5mm厚度。
实验例3的熔合界面使用EPMA检验，在熔合界面观察到0.03mm的Ta金属层，扩散层从金刚石件的熔合界面测量到0.005到0.01mm深和从硬质合金件的熔合界面测量到0.01到0.05mm深。
接下去，平均粒径1.5μm的WC粉，平均粒径2.3μm的Cr3C2粉，平均粒径1.3μm的ZrC粉，和平均粒径3.4μm的Co粉作为基础材料粉末被预备。这些基础材料粉末按质量的百分比混合，其中Co为9％，Cr3C2为0.4％，ZrC为0.2％，其余为WC，然后它们在球磨机内湿混合72小时。在烘干后，在0.1GPa压力下该混合物压制成未烧结的致密料，该未烧结的致密料在0.13Pa真空下，在1400℃下保持1小时。因而，一个有最大直径15mm，底面直径13mm，长20mm且有图2所示形状的硬质合金杆被制造。在加入按质量百分比Ni-14％Cr-3.5％B-4.0％Si-4.5Fe-0.7％C的有0.35mm厚的Ni合金钎料，并且在1100℃保持5分钟钎焊熔合后，实验例3设置在上述硬质合金上。如图1所示，在由Cu-40％Ag-6％Sn-2％Ni为成分，厚0.35mm的Cu合金钎料插入后，硬质合金杆熔合于以十字形状设置在240mm直径的由按照JIS SCM415规定的钢合金形成的钻体的末端表面上的总计16个8mm深的凹槽。钻具在800℃钎焊制造。
工业应用领域按照本发明的硬质合金件和金刚石件之间的熔合结构能被应用于，例如，钻具的切削刃。在这种情况，在钻具高速旋转操作情况下，切削刃表现出对碎屑良好的抵抗力，并且展示了良好的长时间耐磨性。因此，在钻进操作中，减少动力，减少能量，和减少花费等方面得到改进。
权利要求
1.一种硬质合金件和金刚石件之间的熔合结构，包括一个由硬质合金形成的硬质合金件；一个由金刚石形成的金刚石件；和一个形成在硬质合金件和金刚石件之间用于熔合它们的熔合层；其特征在于所述熔合层包括一个扩散层，其中至少选自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属至少扩散入所述硬质合金或金刚石之一。
2.根据权利要求1的用于硬质合金件和金刚石件的熔合结构，其特征在于所述的熔合层包括一个扩散层，其中至少Fe和Ni之一扩散入所述的金刚石。
3.根据权利要求1的用于硬质合金件和金刚石件的熔合结构，其特征在于所述的熔合层包括一个扩散层和一个Co层，在扩散层中Co扩散入所述的金刚石。
4.根据权利要求1的用于硬质合金件和金刚石件的熔合结构，其特征在于所述的熔合层包括一个扩散层，其中选自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属至少扩散入所述硬质合金或金刚石之一。
5.根据权利要求1的用于硬质合金件和金刚石件的熔合结构，其特征在于所述的金刚石是包括占体积0.1-15％的熔合相的高耐热烧结金刚石，所述熔合相由一种或两种以上选自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸盐，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它们的两种以上的复合碳酸盐和复合氧化物形成。
6.根据权利要求1的用于硬质合金件和金刚石件的熔合结构，其特征在于当使用EPMA对熔合层的横向方向的横截面作线性分析时，所述横截面内的所述金属含量的最大值是未受扩散影响的硬质合金件区域内的金属含量平均值的20倍或更多，是未受扩散影响的金刚石件区域内的金属含量平均值的100倍或更多。
7.一种用于硬质合金件和金刚石件熔合的方法，包括以下步骤将选自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属的金属材料插入到硬质合金件和金刚石件之间，和加热所述硬质合金零件、金刚石零件和金属材料，形成一个扩散层，其中所述金属扩散进入至少所述硬质合金件或金刚石件之一，并熔合所述硬质合金件和金刚石件。
8.根据权利要求7的用于硬质合金件和金刚石件熔合的方法，其特征在于所述金属材料包括总共占质量的70％的至少Fe和Ni之一，在熔合硬质合金零件和金刚石零件的步骤中，在满足条件A(K)和B(Gpa)的情况下实施加热，该条件同时满足下列两个式子，并且通过至少Fe和Ni之一扩散进入金刚石形成扩散层A＞1175B＞0.0027×A+0.81。
9.根据权利要求7的用于硬质合金件和金刚石件熔合的方法，其特征在于所述金属材料包括占质量70％或更多的Co，在熔合硬质合金零件和金刚石零件的步骤中，在满足条件A(K)和B(Gpa)的情况下实施加热，该条件同时满足下列两个式子，并且通过Co扩散进入硬质合金形成扩散层，并且形成Co层A＞1175B＞0.0027×A+0.81。
10.根据权利要求7的用于硬质合金件和金刚石件熔合的方法，其特征在于所述金属材料包括占质量70％或更多的选自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf之一种或两种以上金属，在熔合硬质合金零件和金刚石零件的步骤中，在满足条件A(K)和B(Gpa)的情况下实施加热，该条件同时满足下列两个式子，并且通过所述金属扩散进入至少硬质合金或金刚石之一形成扩散层A＞1175B＞0.0027×A+0.81。
11.根据权利要求7的用于硬质合金件和金刚石件熔合的方法，其特征在于所述金刚石是包括占体积0.1-15％的熔合相的耐高温的烧结金刚石，在此所述熔合相由一种或两种以上选自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸盐，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它们的两种以上的复合碳酸盐和复合氧化物形成。
12.根据权利要求7的用于硬质合金件和金刚石件熔合的方法，其特征在于所述金属材料有包含占质量70％或更多的Ni的第一层和第三层以及插在第一层和第三层之间的第二层；第二层包括占质量70％或更多的石墨和/或金刚石；在熔合硬质合金零件和金刚石零件的步骤中，在满足条件A(K)和B(Gpa)的情况下实施加热，该条件同时满足下列两个式子，并且通过Ni扩散进入所述金刚石零件的金刚石形成扩散层A＞1175B＞0.0027×A+0.81。
13.根据权利要求7的用于硬质合金件和金刚石件熔合的方法，其特征在于所述金属材料整体上包含占质量55-80％的Ni和总计占质量20-45％的碳。
14.一个用于钻具的切削刃，包括安装在钻具的工具体的杆上的硬质合金切削刃基体；由切削刃基体支撑的金刚石零件；和形成在切削刃基体和金刚石件之间的用于熔合它们的熔合层；其特征在于该熔合层包括一个扩散层，其中选自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属扩散入至少所述硬质合金或金刚石之一。
15.根据权利要求14的切削刃，其特征在于所述的熔合层包括一个扩散层，其中至少Fe和Ni之一扩散入所述的金刚石。
16.根据权利要求14的切削刃，其特征在于所述的熔合层包括一个扩散层和一个Co层，在扩散层中Co扩散入所述的金刚石。
17.根据权利要求14的切削刃，其特征在于所述的熔合层包括一个扩散层，其中选自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属扩散进入至少所述硬质合金或金刚石之一。
18.根据权利要求14的切削刃，其特征在于所述的金刚石件是包括占体积0.1-15％的熔合相的高耐热烧结金刚石，所述熔合相由一种或两种以上选自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸盐，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它们的两种以上的复合碳酸盐和复合氧化物形成。
19.一个用于钻具的切削部件，包括一个安装在钻具的工具体上的硬质合金杆；由所述杆支撑的金刚石件；和一个形成在所述杆和金刚石件之间用于熔合它们的熔合层；其特征在于熔合层包括一个扩散层，其中选自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属扩散入至少硬质合金或金刚石之一。
20.一种用于钻具的切削部件，包括一个安装在钻具的工具体上的硬质合金杆；权利要求14到18中任一项所述的切削刃；其特征在于所述切削刃的切削刃基体安装在所述杆上。
21.一个用于钻具的切削刃，包括一个安装在钻具的工具体的杆上的切削刃基体；由所述切削刃基体支撑的金刚石件；和一个形成在所述切削刃基体和金刚石件之间用于熔合它们的熔合层；其特征在于所述的金刚石件是包括占体积0.1-15％的熔合相的烧结金刚石，所述熔合相由一种或两种以上选自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸盐，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它们的两种以上的复合碳酸盐和复合氧化物形成；所述切削刃基体由包括作为熔合剂的Co的碳化钨硬质合金形成；和所述扩散层包括至少Fe和Ni之一。
22.根据权利要求14或21的切削刃，其特征在于一个安置座形成于所述切削刃基体上，并具有一对面朝在钻进方向的导引边沿的支撑表面，其间具有开放的区域，所述金刚石件具有与所述安置座一致的形状，并固定于所述安置座。
23.一个钻具，包括一个工具体；成组设置在该工具体的末端表面的杆；和熔合于每一个杆的切削刃；其特征在于所述切削刃是权利要求14至18或21中任一项所述的切削刃。
24.一个钻具，包括一个工具体；成组设置在工具体的末端表面的切削部件；其中所述切削部件是权利要求19所述的切削刃。
全文摘要
一用于钻具的切削刃，包括硬质合金切削刃基体11，由切削刃基体11支撑的金刚石零件12，和形成在切削刃基体11和金刚石件12之间的用于熔合它们的熔合层。该熔合层13包括扩散层S1和S2，其中选自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一种或两种以上金属扩散入硬质合金或金刚石中至少之一。
文档编号B23K35/30GK1494977SQ0315840
公开日2004年5月12日 申请日期2003年7月26日 优先权日2002年7月26日
发明者山本和男, 大桥忠一, A·E·瓦尔多尤, 一, 瓦尔多尤 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社