从固定切削件钻头去除凸肩粉末的方法与流程

背景

在油气行业中在井下使用多种多样的工具，包含用于形成井筒的工具、用于对已经钻探的井筒进行完井的工具，以及用于从完成井中生产诸如油气的碳氢化合物的工具。具体地说，切削工具常用于钻探油气井、地热井和水井。这种切削工具的实例包含牙轮钻头、固定切削件钻头、扩孔器、取芯钻头等。具体地说，固定切削件钻头经常利用基体钻头主体而形成，该基体钻头主体具有安置在基体钻头主体外部周围的选择位置处的切削元件或插入件。在钻井期间，这些切削元件啮合并去除地下地层的部分。

附图简述

包含以下图示来说明本公开的某些方面，并且不应将以下图式看作排它性实施方案。公开的主题能够在不脱离本公开的范围的情况下在形式和功能上具有相当多的修改、更改、组合以及等效物。

图1是可以根据本公开的原理制造的示例性钻头的透视图。

图2是图1的钻头的横截面视图。

图3是用于形成图1的钻头的示例性模具组件的横截面侧视图。

图4是可以通过用图3所示的粘合剂材料渗透增强材料和辅助材料而产生的渗透式钻头主体的横截面侧视图。

详细描述

本公开涉及工具制造，且更具体地说，涉及由具有分散在连续粘合剂相中的增强颗粒的硬质复合部分以及比硬质复合部分更可加工的辅助部分形成的固定切削件钻头。例如，辅助部分可以具有0.6或更大的可加工性指数，并且硬质复合部分可以具有0.2或更小的可加工性指数。如本文中所使用，术语“可加工性指数”是指根据美国钢铁协会(aisi)可加工性评定程序测量的指数。该程序对于以180表面英尺每分钟加工的160布氏硬度b1112冷拔钢设置了1.00的可加工性指数，其中指数小于1.00的材料较难加工，并且指数高于1.00的材料较易加工。硬质复合部分与辅助部分之间的边界或界面可加以设计，使得在去除大部分或所有辅助部分之后，所得工具具有期望的几何形状，而不必对硬质复合部分进行加工或只要对硬质复合部分进行极小加工。

固定切削件钻头的基体钻头主体由金属基体复合物(mmc)形成，金属基体复合物具有分散在连续粘合剂相中的增强颗粒(例如，分散在铜粘合剂中的碳化钨颗粒)。在基体钻头主体的制造期间，通常使用模具来获得基体钻头主体的期望形状，并且所得形状通常包含稍后被加工以产生基体钻头主体的多余部分。这类加工允许除了其它之外产生基体钻头主体的容限比仅利用模具而能实现的高的特征。

被制造成提供耐磨性和冲击强度的mmc通常太难加工。因此，经常将金属粉末(例如，钨金属粉末)与增强颗粒混合以形成mmc，其中金属粉末相对于增强颗粒的柔软度允许所得复合材料是可加工的。然而，提高mmc的可加工性的金属粉末也相当昂贵，并且如果在整个mmc中使用，这些粉末将占制造成本的约3％。本文中公开的实施方案描述了使用金属粉末和其它材料来仅对mmc的稍后加工的特定部分掺杂。

本公开的实施方案适用于形成为金属基体复合物(mmc)的任何工具或零件。举例来说，本公开的原理可以应用于通常在油气行业中使用以进行碳氢化合物的勘探和采收的工具或零件的制造。这类工具和零件包含但不限于油田钻头或切削工具(例如，固定角度钻头、牙轮钻头、取芯钻头、双心钻头、孕镶钻头、扩孔器、稳定器、开孔器、切削件)；不可回收的钻井部件；与井筒的套管钻井相关联的铝钻头主体；钻柱稳定器；用于牙轮钻头的牙轮；用于制造牙轮钻头的支撑臂的锻模的模型；用于固定扩孔器的臂；用于可扩展扩孔器的臂；与可扩展扩孔器相关联的内部部件；附接至旋转钻头的井上端的套筒；旋转导向工具；随钻测井工具；随钻测量工具；侧壁取芯工具；打捞矛；套洗工具；用于井下钻井马达的转子、定子和/或外壳；用于井下涡轮的叶片和外壳；以及具有与形成井筒相关联的复杂构造和/或不对称几何形状的其它井下工具。

然而，本公开的原理可以同样适用于在任何行业或领域中使用的任何类型的mmc。举例来说，在不脱离本公开的范围的情况下，本文中所描述的方法也可以应用于制造装甲板、汽车部件(例如，套筒、汽缸衬套、传动轴、排气阀、制动盘)、自行车框架、制动鳍、耐磨垫、航空部件(例如，起落架部件、结构管材、支柱、轴、连杆、管道、波导管、导叶、转子叶片套筒、腹鳍、致动器、排气结构、壳体、框架、燃料喷嘴)、涡轮泵和压缩机部件、筛子、过滤器以及多孔催化剂。本领域技术人员应容易了解，上述列表并非全面的列表而仅仅是示例性的。因此，上述零件和/或部件列表不应限制本公开的范围。

图1是可以根据本公开的原理制造的实例mmc工具100的透视图。mmc工具100一般在图1中示出为通常在油气行业中用来钻探井筒的固定切削件钻头。因此，mmc工具100在本文中将被称作“钻头100”，但是如上文所指示，在不脱离本公开的范围的情况下，钻头100可以可选地用油气行业或任何其它行业中使用的任何类型的mmc工具或零件替换。

如图1所示，钻头100可以包含或以其它方式限定沿着钻头头部104的圆周布置的多个切削件刀片102。钻头头部104连接至柄部106以形成钻头主体108。柄部106可以通过焊接，诸如使用激光电弧焊接而连接至钻头头部104，所述焊接导致在焊接坡口112周围形成焊缝110。柄部106还可包含或以其它方式连接至螺纹销114，诸如美国石油协会(api)钻杆螺纹。

在所示实例中，钻头100包含五个切削件刀片102，多个凹口或凹穴116形成于所述刀片中。切削元件118可以固定地安装在每个凹口116内。这例如可以通过将每个切削元件118钎焊到对应的凹口116中而完成。随着钻头100在使用时旋转，切削元件118啮合岩石和下层土制材料，以便挖掘、刮掉或磨去正被穿透的地层的材料。

在钻井操作期间，钻井液或“泥浆”可以通过在螺纹销114处耦合至钻头100的钻柱(未示出)向井下泵送。钻井液循环通过钻头100并且在一个或多个喷嘴120处离开钻头100，所述一个或多个喷嘴120定位在限定于钻头头部104中的喷嘴开口122中。排屑槽124形成在邻近的每对切削件刀片102之间。切屑、井下碎屑、地层流体、钻井液等可以通过排屑槽124并且在形成于钻柱的外部部分与正被钻探的井筒的内壁之间的环空内循环回到井表面。

图2是图1的钻头100的横截面侧视图。图2中所使用的来自图1的相似数字是指不再描述的类似部件。如所示，柄部106可以在焊缝110处牢固地附接至金属坯料(或心轴)202，并且金属坯料202延伸至钻头主体108中。柄部106和金属坯料202通常是圆柱形结构，所述圆柱形结构分别限定彼此流体连通的对应的流体腔204a和204b。金属坯料202的流体腔204b可以进一步纵向延伸至钻头主体108中。至少一个流动通道206(示出一个)可以从流体腔204b延伸至钻头主体108的外部部分。喷嘴开口122(图2中示出一个)可以被限定在流动通道206的处于钻头主体108的外部部分处的端部处。凹穴116形成在钻头主体108中并且被成形或以其它方式构造成接纳切削元件118(图1)。钻头主体108可以包括硬质复合部分208。

图3是可以用于形成图1和图2的钻头100的模具组件的横截面侧视图。虽然将模具组件300示出并论述为用于帮助制造钻头100，但是本领域技术人员应易于了解，本文中所描述的模具组件300及其多种变型可用于帮助制造上述渗透式井下工具中的任一者，而不脱离本公开的范围。如所示，模具组件300可以包含若干部件，例如模具302、挡料环304和漏斗306。在一些实施方案中，漏斗306可以经由挡料环304，诸如通过对应的螺纹啮合可操作地耦合至模具302，如所示。在其它实施方案中，模具组件300中可以省略挡料环304，并且漏斗306可以替代地诸如经由对应的螺纹啮合而直接操作地耦合至模具302，而不脱离本公开的范围。

在一些实施方案中，如所示，模具组件300还可以包含放置在漏斗306上方的粘合剂碗308和盖310。模具302、挡料环304、漏斗306、粘合剂碗308以及盖310各自可以由例如石墨或氧化铝(al2o3)或其它合适材料制成，或另外包括例如石墨或氧化铝或其它合适材料。渗透室312可以限定或以其它方式设置在模具组件300内。可以使用各种技术来制造模具组件300及其部件，包含但不限于加工石墨坯料以制作各种部件，并且因此限定渗透室312以展现钻头100(图1和图2)的期望外部特征的负轮廓或反向轮廓。

诸如固结砂或石墨的材料可以定位于模具组件300内期望位置处，以形成钻头100(图1和图2)的各种特征。例如，一个或多个喷嘴置换件或支脚314(示出一个)可以被定位成与流动通道206(图2)以及其相应的喷嘴开口122(图1和图2)的期望位置和构造对应。一个或多个排屑槽置换件315也可以定位于模具组件300内，以与排屑槽124(图1)对应。此外，圆柱形中心置换件316可以放置在支脚314上。从中心置换件316延伸的支脚314的数目将取决于钻头100中的流动通道和对应的喷嘴开口122的所需数目。此外，切削件凹穴置换件(在图3中示出为模具302的一部分)可以设置于模具302中以形成切削件凹穴116(图1和图2)。

在已将包含中心置换件316和支脚314的所需部件安装在模具组件300内之后，接着可以将增强材料318放置在模具组件300内或以其它方式引入至模具组件300中。如所示，增强材料318可以首先用于填充模具组件300的第一或下部部分。然后，可以将辅助材料328(在钻头的模制和组装期间有时称为“凸肩材料”)引入至模具组件300中并定位于增强材料318的顶部。

金属坯料202可以至少部分地由渗透室312内的增强材料318和辅助材料328支撑。更具体地说，在已将足够体积的增强材料318添加到模具组件300中之后，接着可以将金属坯料202放置在模具组件300内。金属坯料202可以包含大于中心置换件316的外径322的内径320，并且可以使用各种固定件(未明确示出)来将金属坯料202定位在模具组件300内的期望位置处。然后可以将额外增强材料318和辅助材料328填充到渗透室312内的期望水平。

在所示实施方案中，将辅助材料328放置在模具组件300内的两个位置。在第一位置342中，辅助材料328位于中心置换件316与金属坯料202的上部部分之间。第一位置342中的辅助材料328的顶部348可以在金属坯料202的上部2/3至1/10内。

在第二位置344中，辅助材料328位于金属坯料202与模具组件300的内壁336之间，使得在增强材料318与辅助材料328之间形成边界330。在所示实施方案中，边界330以向上角度332从模具组件300的内壁336延伸至金属坯料202。角度332可以例如通过将增强材料318压紧到预定斜率而形成。在一些实施方案中，向上角度332可以与内壁336的垂直方向338偏移30°，但是可以可选地与内壁336的垂直方向338偏移90°，或者其之间的任何角度(例如，30°-45°，45°-90°，40°-60°，30°-60°或60°-90°)。在至少一个实施方案中，边界330可以在斜面部分334处与金属坯料202相交。在一些情况下，可以将沉积在第二位置344中的辅助材料328填充到顶层346，顶层346可以处于沿着金属坯料202的任何水平(即高度)处，以覆盖金属坯料202。

在一些实施方案中，在添加了一些或全部辅助材料328之后，可以振动模具组件300及其中容纳的部件以增大增强材料318和辅助材料328在其各自位置的装填密度。

然后，可以将粘合剂材料324放置在渗透室312内的辅助材料328顶部。在一些实施方案中，粘合剂材料324可以用焊剂层(未明确示出)覆盖。添加到渗透室312中的粘合剂材料324(和视情况选用的焊剂材料)的量应至少足以在渗透过程期间渗透增强材料318和辅助材料328。在替代实施方案中，可以将一些或所有粘合剂材料324放置在粘合剂碗308中，粘合剂碗308可以用于经由延伸穿过其中的各种导管326将粘合剂材料324分配到渗透室312中。接着可以将盖310(如果使用的话)放置在模具组件300上方。

接着可以将模具组件300和安置在其中的材料预加热，并且然后将其放置在炉(未示出)中。当炉温达到粘合剂材料324的熔点时，粘合剂材料324将液化并开始渗透增强材料318和辅助材料328。将处理温度限定为大于粘合剂材料324的熔点但低于增强材料318和辅助材料328的熔点，粘合剂材料324的熔点被严格限定为粘合剂材料324的合金组成的液相线点。示例性处理温度是2000℉(1093℃)。其它合适的处理温度可以在1500℉(816℃)与3000℉(1649℃)之间。

在只有增强材料318的传统渗透中，使用过量的粘合剂材料324来确保增强材料318的完全渗透。这在渗透有粘合剂材料324的增强材料318上方形成粘合剂头。在本申请的一些实施方案中，可以使用过量的辅助材料328来减少渗透之后在模具组件300中产生期望高度所需的粘合剂材料324的总量。在分配预定时间量供液化粘合剂材料324渗透增强材料318和辅助材料328之后，接着可以将模具组件300从炉中移除并以受控的速度将其冷却。一旦冷却，模具组件300可以剥裂并且移除置换部件(例如，中心置换件316、支脚314和排屑槽置换件315)以产生渗透式钻头主体。可以使用根据众所周知的技术的后续处理来完成钻头100(图1)。例如，通过用粘合剂324渗透辅助材料328而产生的硬质复合物可以被完全或部分地切削掉以产生钻头主体108(图1和图2)。

图4是可以通过用图3所示的粘合剂材料324渗透增强材料318和辅助材料328而产生的渗透式钻头主体400的横截面侧视图。图4中所使用的来自图1-3的相似数字是指不再描述的类似部件。渗透式钻头主体400包含对应于图3的中心置换件316的流体腔204b，安置在流体腔204b周围的金属坯料202，形成在流体腔204b的一部分与金属坯料202的一部分之间的硬质复合部分208，安置在金属坯料202周围并延伸到硬质复合部分208的辅助部分404，以及在辅助部分404顶部的过量固化粘合剂402。对应于图3的第二位置344的辅助部分404可以按向上角度406朝金属坯料202延伸，向上角度406的范围在与辅助部分的外表面410的垂直方向408成30°与90°之间。

在替代实施方案中，当未使用图3的过量粘合剂材料324时，过量固化粘合剂402可能不存在于渗透式钻头主体400中。

可以通过加工、铣削、车削操作或其它合适的方法将过量固化粘合剂402(如果存在)中的每一者的至少一部分、辅助部分404的至少一部分以及坯料的一部分从渗透式钻头主体400中去除。在一些情况下，过量固化粘合剂402和辅助部分404的按体积计的至少95％可以从渗透式钻头主体400中去除。在一些情况下，可以通过加工、铣削或其它合适方法任选地去除硬质复合部分208的一部分。

如上文所描述，可以将额外部件(例如，柄部106)添加至金属坯料202和硬质复合部分208以产生图1的钻头主体108。

通常，应该选择增强材料318和辅助材料328，使得辅助部分404比硬质复合部分208更可加工，这可以通过抗侵蚀性、可加工性指数或两者来确定。在一些实施方案中，硬质复合部分208的抗侵蚀性比辅助部分404大至少十倍。抗侵蚀性可以通过美国试验与材料协会(astm)g65-16来测量。可选地或除了上述之外，在一些实施方案中，辅助部分404可以具有0.6或更大的可加工性指数(上文所定义)，并且硬质复合部分208可以具有0.2或更小的可加工性指数。

增强材料318可以包含增强颗粒、难熔金属、难熔金属合金、难熔陶瓷或其组合。在一些情况下，增强材料318的按重量计的至少50％可以包括增强颗粒，包含其任何子集(例如，按重量计的至少75％、按重量计的至少90％，或按重量计的至少95％)。

辅助材料328可以包含增强颗粒、难熔金属、难熔金属合金、难熔陶瓷、非难熔金属、非难熔金属合金、非难熔陶瓷或其组合。在一些情况下，辅助材料328的按重量计的50％以下可以包括增强颗粒，包含其任何子集(例如，按重量计的25％以下、按重量计的10％以下，或按重量计的5％以下)。在一些情况下，辅助材料328可以不包含增强颗粒。

当辅助材料328是难熔的时，辅助部分404可以是包括分散在粘合剂材料324中的辅助材料328的硬质复合物。当辅助材料328是非难熔的时，辅助部分404可以包括粘合剂材料324与辅助材料328的合金。在一些情况下，辅助材料328可以包括难熔材料和非难熔材料，其中所得辅助部分404包括分散在粘合剂材料324与非难熔材料的合金中的难熔材料。在一些情况下，辅助材料328可以按层或梯度放置在模具组件300中，使得难熔材料相对于模具组件300中的较高处在边界330处或附近处于较高的浓度。例如，在一些情况下，难熔材料的浓度可以在辅助材料328中在边界330(图3)的10cm以内最高。

示例性增强颗粒可以包含但不限于金属、金属合金、超合金、金属间化合物、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、陶瓷、金刚石等的颗粒，或其任何组合。更具体地说，适合于结合本文中所描述的实施方案一起使用的增强颗粒的实例可以包含以下颗粒，包含但不限于：氮化物、氮化硅、氮化硼、立方氮化硼、天然金刚石、人造金刚石、烧结碳化物、球状碳化物、低合金烧结材料、铸造碳化物、碳化硅、碳化硼、立方碳化硼、碳化钼、碳化钛、碳化钽、碳化铌、碳化铬、碳化钒、碳化铁、碳化钨(例如，粗晶碳化钨、铸造碳化钨、压碎的烧结碳化钨、渗碳碳化钨等)、它们的任何混合物以及其任何组合。在一些实施方案中，增强颗粒可以被涂布。例如，作为非限制性实例，增强颗粒可以包括涂布有钛的金刚石。

在一些实施方案中，本文中所描述的增强颗粒可以具有以下范围的直径：1微米、10微米、50微米或100微米的下限至1000微米、800微米、500微米、400微米或200微米的上限，其中增强颗粒的直径可以在任何下限至任何上限的范围内并且涵盖其之间的任何子集。

难熔材料与非难熔材料(例如，金属、金属合金、陶瓷等)之间的区别取决于渗透过程的处理温度。例如，在2000℉(1093℃)的渗透处理温度下，钨为难熔金属，并且银为非难熔金属。因此，本申请提供了可用于增强材料318和/或辅助材料328中的金属、金属合金和陶瓷的示例性材料，并且本领域技术人员将知道选择渗透处理温度以使所选材料融化(即，用作非难熔材料)或不熔化(即，用作难熔材料)。如本文中所使用，术语“金属”、“金属合金”和“陶瓷”涵盖难熔材料和非难熔材料，除非渗透处理温度另有规定。

示例性金属可以包含但不限于钨、铼、锇、钽、钼、铌、铱、钌、铪、硼、铑、钒、铬、锆、铂、钛、镥、钯、铥、钪、铁、钇、铒、钴、钬、镍、硅、镝、铽、钆、铍、锰、铀、铜、钐、金、钕、银、锗、镨、镧、钙、铕、镱、锡、锌或其非合金组合。

在一些情况下，金属合金可以是上述金属的合金。示例性金属合金可以包含但不限于钽-钨、钽-钨-钼、钽-钨-铼、钽-钨-钼-铼、钽-钨-锆、钨-铼、钨-钼、钨-铼-钼、钨-钼-铪、钨-钼-锆、钨-钌、铌-钒、铌-钒-钛、铌-锆、铌-钨-锆、铌-铪-钛、铌-钨-铪、铜-镍、铜-锌(黄铜)、铜-锡(青铜)、铜-锰-磷、镍-铝、镍-铬、镍-铁、镍-钴-铁、钛-铝-钒、钴-铁-钒以及其任何组合。另外，实例金属合金包含其中上述金属中的任一者是合金中最普遍的元素的合金。其中钨是合金中的最普遍元素的钨基合金的实例包含钨-铜、钨-镍-铜、钨-镍-铁、钨-镍-铜-铁和钨-镍-铁-钼。其中镍是合金中的最普遍元素的镍基合金的实例包含：镍-铜、镍-铬、镍-铬-铁、镍-铬-钼、镍-钼、合金(即，可以从haynesinternational购得的含有镍-铬的合金)、合金(即，可以从specialmetals公司购得的含有奥氏体镍-铬的超级合金)、(即，奥氏体镍基超级合金)、合金(即，可以从altempalloys公司购得的含有镍-铬的合金)、合金(即，可以从haynesinternational购得的含有镍-铬的超级合金)、mp98t(即，可以从spstechnologies购得的镍-铜-铬超级合金)、tms合金、合金(即，可以从c-m集团购得的镍基超级合金)。实例铁基合金包含：钢、不锈钢、碳钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、沉淀硬化钢、双相不锈钢和亚共析钢。实例铁-镍基合金包含合金(即，可以从megamex购得的含有铁-镍的超级合金)、invar^tm(即，可以从imphyalloys购得的镍-铁合金feni36(在美国是64feni))，和kovar^tm(可以从crs控股公司购得的镍-钴铁合金，)以及过共析钢。

示例性陶瓷可以包含但不限于玻璃、氧化铝、碳化硼、氧化钙、碳化硅、碳化钛、氮化硼、氮化硅、氮化钛、氧化钇、氧化锆、氧化镍、氧化镁、磷氧化物、氧化铁、玻璃等，或其任何组合(例如，shapal^tm，可以从goodfellowceramics购得的氮化铝和氮化硼的组合)。在一些情况下，玻璃可以是可加工的玻璃，如macor^tm(可以从corning购得)。

可以包含在辅助材料中的示例性其它材料可以包含但不限于石墨、云母、重晶质、硅灰石、砂、矿渣、盐等，或其任何组合。

在辅助材料328的特定部件不被粘合剂材料324润湿的情况下，辅助材料328的部件可以用金属涂布，以在渗透期间为粘合剂材料324提供可润湿的表面(例如，镀镍石墨)。

在一些实施方案中，辅助材料328的部件可以具有0.5微米至16mm的直径，包含其子集(例如，0.5微米至100微米、250微米至1000微米、500微米至5mm或1mm至16mm)。辅助材料328的部件可以包括呈粉末、微粒、细粒或前述中任一者的组合的形式的材料。如本文中所使用，术语“细粒”是指直径大于4mm(例如，大于4mm至16mm)的颗粒。如本文中所使用，术语“微粒”是指直径为250微米至4mm的颗粒。如本文中所使用，术语“粉末”是指直径小于250微米(例如，0.5微米至小于250微米)的颗粒。

另外，在一些情况下，辅助材料328的部件任选地还可以包含在渗透期间变得熔化的盐、炉渣、玻璃等，只要辅助材料328在熔化时漂浮到顶部并允许粘合剂材料324容易流过其中。

然后可以将粘合剂材料324放置在增强材料318、金属坯料202和中心置换件316的顶部。合适的粘合剂材料324包含但不限于铜、镍、钴、铁、铝、钼、铬、锰、锡、锌、铅、硅、钨、硼、磷、金、银、钯、铟、它们的任何混合物、它们的任何合金以及其任何组合。粘合剂材料324的非限制性实例可以包含铜-磷、铜-磷-银、铜-锰-磷、铜-镍、铜-锰-镍、铜-锰-锌、铜-锰-镍-锌、铜-镍-铟、铜-锡-锰-镍、铜-锡-锰-镍-铁、金-镍、金-钯-镍、金-铜-镍、银-铜-锌-镍、银-锰、银-铜-锌-镉、银-铜-锡、钴-硅-铬-镍-钨、钴-硅-铬-镍-钨-硼、锰-镍-钴-硼、镍-硅-铬、镍-铬-硅-锰、镍-铬-硅、镍-硅-硼、镍-硅-铬-硼-铁、镍-磷、镍-锰、铜-铝、铜-铝-镍、铜-铝-镍-铁、铜-铝-镍-锌-锡-铁等等以及其任何组合。市面可购得的粘合剂材料324的实例包含但不限于：virgin^tm粘合剂453d(可以从belmontmetals公司购得的铜-锰-镍-锌)，以及可以从atifirthsterling购得的516、519、523、512、518和520等级的铜-锡-锰-镍和铜-锡-锰-镍-铁。

本文中所描述的实施方案包含但不限于实施方案a、b和c。

实施方案a是一种制造金属基体复合物(mmc)工具的方法，所述方法包括：将一定量的增强材料沉积在由模具组件限定的渗透室内，所述模具组件含有中心置换件和安置在所述中心置换件周围的金属坯料，并且因此限定在所述中心置换件与所述金属坯料的上部部分之间的第一位置以及在所述金属坯料与所述模具组件的内壁之间的第二位置；将包括难熔材料的辅助材料沉积在所述渗透室内所述增强材料顶部并且沉积到所述第一位置和所述第二位置中，其中所述增强材料与所述第二位置中的所述辅助材料之间的边界以向上角度从所述模具组件延伸至所述金属坯料，所述向上角度的范围在相对于垂直线(例如，相对于所述模具组件的内壁的垂直方向)的30°与90°之间；用粘合剂材料渗透所述增强材料以形成可加工性指数为0.2或更小的硬质复合部分；以及用所述粘合剂材料渗透所述辅助材料以形成指数为0.6或更大的辅助部分。任选地，实施方案a还可以包含以下各项中的一项或多项：元素1：其中所述硬质复合部分的抗侵蚀性比所述辅助部分大至少十倍；元素2：所述方法还包括在将所述辅助材料沉积在所述渗透室内所述增强材料顶部之后振动所述模具组件；元素3：其中所述难熔材料包括选自由以下各项组成的组中的一项：难熔金属、难熔合金、难熔陶瓷，以及其任何组合；元素4：所述方法还包括对所述辅助部分的至少一部分进行加工；元素5：其中所述辅助材料还包括在渗透所述辅助材料时与所述粘合剂材料形成合金的非难熔材料；元素6：元素5并且其中所述难熔材料的浓度在所述辅助材料中在所述边界的10cm以内最高；元素7：其中所述辅助材料具有0.5微米至16mm(包含其任何子集)的直径；以及元素8：其中所述辅助材料包括细粒。示例性组合可以包含但不限于：元素1与元素2-8中一项或多项的组合，元素2与元素3-8中一项或多项的组合，元素3与元素4-8中一项或多项的组合，元素4与元素5-8中一项或多项的组合，以及元素5与元素6-8中一项或多项的组合。

实施方案b是一种制造金属基体复合物(mmc)工具的方法，所述方法包括：将一定量的增强材料沉积在由模具组件限定的渗透室内，所述模具组件含有中心置换件和安置在所述中心置换件周围的金属坯料，并且因此限定在所述中心置换件与所述金属坯料的上部部分之间的第一位置以及在所述金属坯料与所述模具组件的内壁之间的第二位置；将包括非难熔材料的辅助材料沉积在所述渗透室内所述增强材料顶部并沉积到所述第一位置和所述第二位置中，其中所述增强材料与所述第二位置中的所述辅助材料之间的边界以向上角度从所述模具组件延伸至所述金属坯料，所述向上角度的范围在相对于垂直线(例如，所述模具组件的内壁的垂直方向)的30°与90°之间；用粘合剂材料渗透所述增强材料以形成可加工性指数为0.2或更小的硬质复合部分；以及使所述粘合剂材料与所述非难熔材料形成合金以形成可加工性指数为0.6或更大的辅助部分。任选地，实施方案b还可以包含以下各项中的一项或多项：元素1；元素9：所述方法还包括在将所述辅助材料沉积在所述渗透室内所述增强材料顶部之后振动所述模具组件；元素10：其中所述非难熔材料包括选自由以下各项组成的组中的一项：非难熔金属、非难熔合金、非难熔陶瓷，以及其任何组合；元素11：所述方法还包括对所述辅助部分的至少一部分进行加工；元素12：其中所述辅助材料还包括非难熔材料并且所述辅助部分包括分散在通过使所述粘合剂材料与所述非难熔材料形成合金而产生的合金中的非难熔材料；元素13：元素12并且其中所述难熔材料的浓度在所述辅助材料中在所述边界的10cm以内最高；元素14：其中所述辅助材料具有0.5微米至16mm的直径；以及元素15：其中所述辅助材料包括细粒。示例性组合可以包含但不限于：元素1与元素9-15中一项或多项的组合，元素9与元素10-15中一项或多项的组合，元素10与元素11-15中一项或多项的组合，元素11与元素12-15中一项或多项的组合，以及元素12与元素13-15中一项或多项的组合。

实施方案c是一种渗透式钻头主体，所述渗透式钻头主体包括：流体腔；金属坯料，所述金属坯料安置在所述流体腔周围；硬质复合部分，所述硬质复合部分的可加工性指数为0.2或更小并且形成在所述流体腔的一部分与所述金属坯料的一部分之间；辅助部分，所述辅助部分的可加工性指数为0.6或更大，所述辅助部分安置在所述金属坯料周围并且延伸至所述硬质复合部分，使得所述硬质复合部分与所述辅助部分之间的边界以向上角度朝所述金属坯料延伸，所述向上角度的范围在与所述辅助部分的外表面的垂直方向成30°与90°之间。任选地，实施方案c还可以包含以下各项中的一项或多项：元素1；元素16：其中所述辅助部分包括分散在粘合剂材料中的辅助材料，并且其中所述辅助材料包括选自由以下各项组成的组中的一项：难熔金属、难熔合金、难熔陶瓷，以及其任何组合；元素17：其中所述辅助部分包括辅助材料与粘合剂材料之间的合金，并且其中所述辅助材料包括选自由以下各项组成的组中的一项：非难熔金属、非难熔合金、非难熔陶瓷，以及其任何组合；以及元素18：其中所述辅助部分包括分散在粘合剂材料与非难熔材料的合金中的难熔材料，其中所述辅助部分中的所述难熔材料的浓度在所述辅助材料中在所述边界的10cm以内最高。示例性组合可以包含但不限于：元素16与元素17的组合并且任选地与元素18的进一步组合；元素16与元素18的组合；元素17与元素18的组合；以及元素1与元素16-18中一项或多项的组合。

因此，所公开系统和方法非常适于获得所提到的目标和优点以及所述系统和方法中固有的那些目标和优点。上文公开的特定实施方案仅仅是说明性的，因为本公开的教导可以修改并用不同但是等效的方式来实践，所述方式对于受益于本文中的教导的本领域技术人员来说是显而易见的。此外，除了如随附权利要求书中所描述，无意限制本文所示的构造或设计的细节。因此，显而易见的是，可以更改、组合或修改上文公开的特定说明性实施方案，并且认为所有这类变化在本公开的范围内。本文说明性地公开的系统和方法可以合适地在本文未具体公开的任何要素和/或本文公开的任何视情况可选的要素不存在的情况下实践。虽然在“包括”、“含有”或“包含”各种部件或步骤方面描述了组成和方法，但是所述组成和方法还可以“基本上由各种部件和步骤组成”或“由各种部件和步骤组成”。上文公开的所有数字和范围可以有所变化。每当公开具有下限和上限的数值范围时，就明确公开了落在该范围内的任何数字和任何所包含的范围。具体地说，本文中公开的值的每个范围(形式为“从约a至约b”，或等效地“从大致a至b”，或等效地“大致a-b”)应被理解为阐述涵盖在值的较宽范围内的每个数字和范围。而且，除非专利权所有人另外明确地和清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有其一般的普通含义。此外，如权利要求书中所使用的不定冠词“一个”或“一种”在本文中被定义为意指其所引入的元件中的一个或一个以上。如果本说明书与可能以引用的方式并入本文中的一个或多个专利或其它文献中对词或术语的使用存在任何冲突，应采用与本说明书一致的定义。

如本文中所使用，在一系列项目之前的短语“中的至少一个”，以及用于分开项目中的任一者的术语“和”或“或”作为整体修改列表，而不是列表中的每个成员(即，每个项目)。短语“中的至少一个”允许意指包含项目中的任一个中的至少一个，和/或项目的任何组合中的至少一个，和/或项目中的每一个中的至少一个。作为例子，短语“a、b和c中的至少一个”或“a、b或c中的至少一个”各自指仅a、仅b或仅c；a、b和c的任何组合；和/或a、b和c中的每一个中的至少一个。