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

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 超硬碳化鴒合金构成的杆(以下称为"硬质合金杆")通过例如钎焊和
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° C )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, 447Bl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。

发明内容
本发明提供了一种切削部件，包括硬质合金基体；金刚石件；和 熔合区，延伸在硬质合金基体和金刚石件之间，该熔合区包括至少一个 扩散区，该扩散区包括从包括Fe, Ni, Co， Ti, Zr, W, V, Nb， Ta, Cr， Mo和Hf 的组中选出的至少一种金属；其特征在于，利用电探针微量分析对熔合 区至少一种金属成分的横向方向的横截面图作线性分析，显示出在未 受所述至少一种金属扩散影响的硬质合金基体的区域内，所述至少一种 金属含量的最大值是所述至少一种金属含量平均值的约20倍或更多，以 及在未受所述至少一种金属扩散的影响的金刚石件区域内，所述至少一 种金属含量的最大值是所述至少一种金属含量平均值的约100倍或更 多。
本发明还提供了一种切削部件，包括硬质合金基体；金刚石件； 和熔合区，延伸在^f更质合金基体和金刚石件之间，该熔合区包括钴层；以 及扩散层，其包括扩散入金刚石件的钴。
本发明还提供了一种切削部件，包括硬质合金基体；金刚石件， 其包括从Mg, Ca， Sr和Ba的碳酸盐、Mg， Ca， Sr和Ba的氧化物、复合碳酸 物和复合氧化物的组中选出的物质，和熔合区，其延伸在硬质合金基体 和金刚石件之间，该熔合区包括至少一个扩散区，所述扩散区包括至少 一种从Fe, Ni, Co， Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr, Mo和Hf选出的金属。
本发明还提供了一种切削部件，包括钴碳化钨合金基体；烧结金 刚石元件，其包括一种按体积0.1-15%的熔合相，该熔合相从包括Mg, Ca，
Sr和Ba的碳酸盐、Mg, Ca, Sr和Ba的氧化物、复合^ 灰酸物和复合氧化物 的组中选出；和一熔合区，延伸在并进入硬质碳化鴒基体和烧结金刚石 元件之间，该熔合区包括一个扩散区，所述扩散区包括Ni和Fe中的至少 一种。
本发明还提供了一种钻头，其包括钻头本体；固定在钻头本体的
多个切削部件，至少一个根据如上所述的切削部件。
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
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 钻进过程由于施加沖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， Mo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O. 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^f灰酸盐，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;故熔合的步骤。
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70y。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. 0027xA+0. 81
金属材料可以包括占质量7oy。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〉1175
B>0. 0027 x 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>1175
B>0. 0027x 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7(^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>^友。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>1175 B>0. 0027xA+0. 81 在这种情况下，金属材料整体上包含占质量55-8(W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
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O. 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的碳化鴒硬质合 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。


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ll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和图14表示在Ni扩散的情况下Ni浓度的波动的曲线图。
具体实施例方式
下面参考附图解释本发明的实施例。然而本发明不;波下面描述的实 施例限制，并且例如基本的零件能被适当地结合。
图l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 J1S 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
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 一般的碳化鴒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ll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lla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lla是一个中心在切削刃基体ll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ll厚度的10-60%，更好的是20-40%。
安置座lla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lla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ll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lla不限制于扇形，可以是简单的半圓形或类似形状。
金刚石件12有与安置座lla—致的形状并被固定于此。因而当钻具l 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l 1上有很少的磨损。
切削刃基体l 1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ll的硬质合金包括作为粘接剂的占质量ioy。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的热纟展动和枳4成沖击。
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O. 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ll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Sl ,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ll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ll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
的^f黄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2O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Nl的10O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ll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11 a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lla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10，和99. 9%或更高纯度的金刚石粉和在使用有平均颗粒直 径10,和95o/o或更高纯度的MgC03粉作为基础材料粉末的情况，MgC03粉通 过在10謹pa的压力下压力模制MgC03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？/。的MgC03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。C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70y。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ll的安置座lla内。 一个金属荡(例如，有O. 02-0. l隨的厚度) 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ll，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。C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ll和金属箔之间的边界形成第一扩散层Sl,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13 A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l 1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Ni
Fe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ll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ll的扩散是显著的。Ni可以跨过切削刃基体ll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^皮改善。
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ll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O. 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> 1175
B>0. 0027xA+0. 81
上述范围是在这样一个区域，其中金刚石是在由Barfflan-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. OGPa) (1550K， 8. OGPa) (2000K，8. OGPa) (2000K， 6. 2GPa)
第一扩散层S1的厚度最好是0-0. 2mm,更好的是O. 01-0. 05mm。第二 扩散层S2的厚度最好是0-5mm，更好的是O. 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ll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。C, 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O. 01-0. 05mm的厚度，在切削刃基体ll侧形成O. 1-3隱的深度。
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55-8(T/。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60-7(T/。的Ni， 和包括总共3 0-4 0%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> 1175
B>0. 0027xA+0. 81
更佳地，该范围被下列坐标包围
(1550K，5. OGPa)
(1550K, 8. OGPa)
(2000K，8. OGPa)
(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ll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. 3隱的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ll而形成扩散层Sl和S2。
A> 1175
B>0. 0027xA+0. 81
更佳地，该范围^f皮下列坐标包围
(1550K, 5. 0GPa )
(1550K， 8. OGPa )
(2000K，8. 0GPa)
(2000K，6. 2GPa)
第一扩散层Sl的厚度最好是O. 005-0. 2mm,更好是O. 01-0. 05mm。第 二扩散层S2的厚度最好是0. 01-5隨，更好是O. 02-3mm。金属层13A的厚 度最好是O. bl-O. 2mm，更好是O. 05-0. lmm。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，耐沖击能力是高的。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, M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4交 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 减轻沖击的动作大。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。C，Zr， 1857。C, W， 3382。C)，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l 3A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。C，Nb， 2467。C，Ta，2850。C),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。C，Cr，1905。C, Hf，2207。C)，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O. 02-0. 3隱的纯金属箔或合金柏被用作金属材料。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T i ， Zr ， W， V， Nb， Ta, Cr ， Mo，和 Hf形成扩散层Sl和S2。 A> 1175
B>0. 0027xA+0. 81
更佳地，该范围被下列坐标包围
(1550K, 5. OGPa )
(1550K, 8. OGPa )
(2000K, 8. OGPa)
(2000K, 6. 2GPa )
第一扩散层Sl的厚度最好是O. 002-0. 05mm,更好是O. 005-0. Ol隱。 第二扩散层S2的厚度最好是0. 005-0. 5鹏，更好是O. 01-0. 05咖。金属层 13A的厚度最好是0. 01-0. 2mm,更好是O. 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，耐沖击能力 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
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 ll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ll直接参与钻进，并且促进切削刃基体ll的磨损。相对地， 当比率超过70%，切削刃基体ll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lla的切削刃基 体ll和包含耐热烧结金刚石的扇形金刚石件12形成，^旦这不是限制性 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 124皮熔合层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l的形状不限于图l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
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 4可方法和结构能纟皮应用。 实例
Ni扩散的实验的例子
作为基础材料粉末的有平均10，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10，的粒度和9 5%或更高的纯度的MgC03 粉被准备。
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。C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llmm的直径和l. 5mm的厚度，并且包括占体积4. 0%的作 为粘接剂的MgC(V金刚石件的上表面和下表面被200#金刚磨石研磨形成 有11 mm直径和1. 25mm厚度的圓形烧结金刚石刃。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O. 5mm的倒角。
同时，准备有12. 5mm的直径和2. 25mm的厚度的圆形石更质合金刃和有 12. 5mm的直径和L 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厚度的圓形硬质合金刃上。
一个扇形金刚石刃插入l. 25mm厚硬质合金刃的扇形凹槽中，在这之 前O. l隱厚的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厚的覆盖于两侧的圓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。C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l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O. Ol到O. 05腿深和从硬质合金件的纟容合界面测量到0. 1到3. O,深。 图ll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l. 5，的WC粉，平均粒径2. 3^的&3(:2粉，平均粒 径l. 3,的ZrC粉，和平均粒度直径3. 4,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9y。， Cr^为0. 4%, ZrC为O. 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O. lGPa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。C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20腿且有图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. 7V。C的有0. 35mm厚的合 金钎料，并且在11GQ。C钎焊熔合后，实验例l设置在上述硬质合金上。如 图l所示，在由Cu-40。Mg-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。C钎焊制造。
Co扩散实验例
作为粉状基础材料的有平均10,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10,的粒径和9 5°/。或更高的纯度的MgC03 粉被准备。
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。C的温度保持30分钟， 超高压烧结被实施以获得一组圓形烧结的金刚石件。
金刚石件有llmm的直径和l. 5mm的厚度，并且包括占体积4. 0%的 MgC03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1 lmm直径和l. 25隱厚度的圓形烧结金刚石刃。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O. 5鹏的倒角。
同时，有12. 5ram的直径和2. 25mm的厚度的圆形石更质合金刃和有 12. 5隱的直径和1. 25鹏的厚度的圆形硬质合金刃被准备。这些刃由包含 占质量l(T/。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l. 25mm厚度的圆形硬质合金刃上。
一个扇形金刚石刃插入l. 25mm厚石更质合金刃的扇形凹槽中，在这之 前O. l隱厚的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。C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O. 05mm的Co 金属层，扩散层从金刚石件的熔合界面测量到O. Ol到O. 05mm深和从硬质 合金件的熔合界面测量到O. 1到3. Omm深。
接下去，平均粒径l. 5pm的WC粉，平均粒径2. 3^的(:1"3(:2粉，平均粒 径l. 3,的ZrC粉，和平均粒径3. 4,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。/。， Cr^为0. 4%, ZrC 为O. 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. lGPa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。C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^皮制造。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. 35腿厚的Ni合 金钎料，并且在1100。C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l所示，在由Cu-40。/。Ag-60/。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24Omm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。C钎焊制造。 Ta扩散实验例
作为基础材料粉末，有平均10,的粒度和99. 9%或更高的純度的金 刚石粉，和作为熔合剂的有平均1 Opm的粒度和95%或更高的纯度的MgC03 粉被准备。
MgCO3粉在10謹pa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。C的温度保持30分钟， 超高压烧结被实施以获得一组圓形烧结的金刚石件。
金刚石件有llmm的直径和l. 5mm的厚度，并且包括占体积4. 0°/。的 MgC03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1 lmm直径和1. 25mm厚度圓形烧结金刚石刃。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O. 5mm的倒角。
同时，有12. 5mm的直径和2. 25mm的厚度的圆形石更质合金刃和有 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厚度的圓形硬质合金刃上。
一个扇形金刚石刃插入1 mm厚硬质合金刃的扇形凹槽中，在这之前 0. 05,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 圓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。C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O. 03,的Ta 金属层，扩散层从金刚石件的熔合界面测量到O. 005到0. Olram深和从硬
质合金件的熔合界面测量到O. Ol到O. 05mm深。
接下去，平均粒径l. 5网的WC粉，平均粒径2. 3nm的CrA粉，平均粒 径l. 3拜的ZrC粉，和平均粒径3. 4,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。/。， CrA为0. 4%, ZrC 为O. 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. lGPa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。C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°化的有0. 35mm厚的Ni合 金钎料，并且在11QG。C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l所示，在由Cu-40。/。Ag-6o/。Sn-2。/。Ni为成分，厚O. 35腿的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。C钎焊制造。
工业应用4页i或
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、一种切削部件，包括硬质合金基体；金刚石件；和熔合区，其延伸在硬质合金基体和金刚石件之间，该熔合区包括至少一个扩散区，该扩散区包括从包括Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的组中选出的至少一种金属；其特征在于，利用电探针微量分析对熔合区的所述至少一种金属成分的横向方向的横截面图作线性分析，显示出在未受所述至少一种金属扩散影响的硬质合金基体的区域内，所述至少一种金属含量的最大值是所述至少一种金属含量平均值的约20倍或更多，以及在未受所述至少一种金属扩散的影响的金刚石件区域内，所述至少一种金属含量的最大值是所述至少一种金属含量平均值的约100倍或更多。
2. 根据权利要求l所述的切削部件，其特征在于，所述金刚石件包 括一种从包括Mg, Ca， Sr和Ba的碳酸盐；Mg, Ca, Sr和Ba的氧化物；复合 碳酸物；复合氧化物的组中选出的物质。
3. 根据权利要求l所述的切削部件，其特征在于，所述至少一种金 属选自Ti, Zr, W, V， Nb， Ta, Cr, Mo和Hf。
4. 根据权利要求l所述的切削部件，其特征在于 所述至少一个扩散区位于金刚石件中； 所述至少一种金属选自包括Fe和Ni的组中。
5. 根据权利要求l所述的切削部件，其特征在于 所述至少一个扩散区包括第一扩散区，位于硬质合金基体，包括所述至少一种金属的第一部分；第二扩散区，位于金刚石件，包括所述至少一种金属的第二部分； 熔合区，包括金属层，位于第一和第二扩散区之间，该金属层包括 未扩散到第 一扩散区和第二扩散区的至少 一种金属。
6. 根据权利要求5所述的切削部件，其特征在于所述至少一种金属选自Fe和Ni;所述第一扩散层的厚度大约为0.01-0.05mm;所述第二扩散区的厚度大约为0.1-3mm。
7. 根据权利要求5所述的切削部件，其特征在于 所述至少一种金属为Co; 所述第一扩散区的厚度大约为0.005-0.2mm; 所述第二扩散区的厚度大约为0.01-5mm; 所述金属层的厚度大约为0.01-0.2mm。
8. 根据权利要求5所述的切削部件，其特征在于 所述至少一种金属为从包括Ti, Zr, W, V, Nb, Ta, Cr， Mo和Hf的组中选出的金属；所述第一扩散区的厚度大约为0.002-0.05mm;所述第二扩散区的厚度大约为0.005-0.5mm;所述金属层的厚度大约为0.01-0.2mm。
9. 一种切削部件，包括 硬质合金基体； 金刚石件；和熔合区，其延伸在硬质合金基体和金刚石件之间，该熔合区包括 钴层；以及扩散层，其包括扩散入金刚石件的钴。
10. 一种切削部件，包括 硬质合金基体；金刚石件，其包括从Mg, Ca, Sr和Ba的碳酸盐、Mg, Ca， Sr和Ba的氧 化物、复合碳酸物和复合氧化物的组中选出的物质，和熔合区，其延伸在硬质合金基体和金刚石件之间，该熔合区包括至 少一个扩散区，所述扩散区包括至少一种从Fe, Ni, Co, Ti, Zr， W, V, Nb， Ta, Cr, Mo和Hf选出的金属。
11. 根据权利要求10所述的切削部件，其特征在于，所述至少一种 金属从Fe和Ni选出的金属。
12. 根据权利要求10所述的切削部件，其特征在于，所述熔合区包括钴层；所述至少一个扩散区位于金刚石件中，且包括来自钴层的钴。
13. 根据权利要求10所述的切削部件，其特征在于， 所述至少一种金属是从Ti， Zr, W, V， Nb, Ta, Cr, Mo和Hf选出的金属。
14. 根据权利要求10所述的切削部件，其特征在于，所述金刚石件 包括从Mg, Ca, Sr和Ba的碳酸盐、Mg, Ca, Sr和Ba的氧化物、复合碳酸物 和复合氧化物的组中选出的物质。
15. —种切削部件，包括 钴碳化钨合金基体；烧结金刚石元件，其包括一种按体积0.1-15%的熔合相，该熔合相 从包括Mg, Ca， Sr和Ba的碳酸盐、Mg, Ca, Sr和Ba的氧化物、复合碳酸物 和复合氧化物的组中选出；和一熔合区，其延伸在并进入硬质碳化鴒基体和烧结金刚石元件之 间，该熔合区包括一个扩散区，所述扩散区包括Ni和Fe中的至少一种。
16. —种钻头，其包括 钻头本体；固定在钻头本体的多个切削部件，至少 一个根据权利要求1 -15所述 的切削部件。
全文摘要
本发明涉及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。其中本发明提供了一种切削部件，包括硬质合金基体；金刚石件；和熔合区，延伸在硬质合金基体和金刚石件之间，该熔合区包括至少一个扩散区，该扩散区包括从包括Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的组中选出的至少一种金属；其特征在于，利用电探针微量分析对熔合区至少一种金属成分的横向方向的横截面图作线性分析，显示出在未受所述至少一种金属扩散影响的硬质合金基体的区域内，所述至少一种金属含量的最大值是所述至少一种金属含量平均值的约20倍或更多，以及在未受所述至少一种金属扩散的影响的金刚石件区域内，所述至少一种金属含量的最大值是所述至少一种金属含量平均值的约100倍或更多。
文档编号B23K35/30GK101200998SQ20071016508
公开日2008年6月18日 申请日期2003年7月26日 优先权日2002年7月26日
发明者A·E·瓦尔多尤, 大桥忠一, 山本和男 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社