金属基体组合物及其制造方法与流程

对相关申请的交叉参考本申请要求在2015年12月7日提交的题为“金属基体复合体和其掺和制造方法(ametalmatrixcompositeanditsadditivemanufacturingmethod)”的中国专利申请序列号201510887962.8的利益，在此其通过参考以其整体并入本文。本申请还要求在2016年1月29日提交的题为“金属基体复合体和其掺和制造方法(ametalmatrixcompositeanditsadditivemanufacturingmethod)”的利益，其在此通过参考以其整体并入本文。关于联邦赞助的研究或开发的陈述不适用。本发明总体上涉及金属基体组合物和制造这种金属基体组合物的方法。更具体地，本发明涉及用于制造金属基体组合物的掺和制造方法和由这种金属基体组合物制成的组件。
背景技术：
：金属基体复合体(mmc)为由两种或更多种成分形成的复合材料，所述成分中的至少一种为金属。一般来讲，一种或多种其它成分可以为金属或非金属如陶瓷或有机化合物。mmc通过将增强材料分散并嵌入连续金属基体中而制成。金属基体往往是为增强材料提供顺应支撑的相对低质轻的金属如铝、镁或钛。在一些高温应用中，金属基体经常由钴或钴镍合金制成。增强材料可以用于提高金属基体的强度、耐磨性或导热性。例如，碳化钨(wc)可以用作mmc中的增强材料以提高其嵌入的金属基体的耐磨性、耐侵蚀性、耐腐蚀性和抗冲击性。利用碳化钨作为增强材料的mmc在多种工业应用和组件中被采用。技术实现要素：本文中描述的实施方式包括用于制造金属基体复合体组件的掺和制造方法。在一个实施方式中，用于制造金属基体复合体组件的掺和制造方法包括利用电子束熔融粉末状混合物。所述粉末状混合物包含所述粉末状混合物的45重量％至72重量％的量的粉末状碳化钨和所述粉末状混合物的28重量％至55重量％的量的粉末状粘合剂。所述粉末状粘合剂包含硼、硅和镍。本文中描述的实施方式还包含金属基体复合体组合物。在一个实施方式中，金属基体复合体组合物包含所述组合物的45重量％至72重量％的量的碳化钨。另外，所述金属基体复合体组合物包含所述组合物的28重量％至55重量％的量的粘合剂。所述粘合剂包含所述粘合剂的0.5重量％至6.0重量％的量的硼。所述粘合剂还包含所述粘合剂的2.0重量％至6.0重量％的量的硅。此外，所述粘合剂包含所述粘合剂的至少70重量％的量的镍。本文中描述的实施方式还包含金属基体复合体组件。在一个实施方式中，用于在土地层中钻孔的钻地钻头包含由金属基体复合体制成的钻头体。所述金属基体复合体包含所述组合物的45重量％至72重量％的量的碳化钨。所述金属基体复合体还包含所述组合物的28重量％至55重量％的量的粘合剂。所述粘合剂包含硼、硅和镍。本文中描述的实施方式包含旨在克服与特定现有装置、系统和方法相关的各种缺点的特征和优点的结合。前述已经相当广泛地概括了本发明的特征和技术优点以使得以下本发明的详细描述可以被更好理解。在阅读以下详细说明后，并且通过参考附图，以上描述的各种特性以及其它特征对本领域技术人员将容易是明显的。本领域技术人员应理解所公开的概念和具体实施方式可以容易地用作用于修改或设计用于与本发明相同的目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应了解这种等价构建并不背离如在权利要求中阐述的本发明的主旨和范围。附图说明为了本发明的优选实施方式的详细说明，现在将参照附图，其中：图1为用于制造根据本文中描述的原则的金属基体复合体组件的实施方式的电子束熔融(ebm)机器的一个实施方式的示意图；图2为示出用于制造根据本文中描述的原理的金属基体复合体组件的方法的一个实施方式的流程图；图3为根据实施例3制造的钻地钻头的一个实施方式的透视顶视图；图4为图3的钻头的部分侧视图；图5为图3的钻头的端视图；图6为根据实施例4制造的泵叶轮的一个实施方式的顶视图；图7为图6的泵叶轮的侧视图；且图8为根据实施例5制造的流体导管弯头的一个实施方式的示意性横截面图。发明详述以下讨论涉及各种示例性实施方式。然而，本领域技术人员将理解本文中公开的实施例具有广阔的应用，并且任何实施方式的讨论意在仅为该实施方式的示例，不旨在暗示包括权利要求书的本公开的范围限于该实施方式。在说明书和权利要求书中通篇使用特定术语来指示特定特征或组件。本领域技术人员将理解，不同的人可能通过不同的名称指示相同的特征或组件。本文件不旨在区分名称不同而非功能不同的组件或特征。附图不一定按比例。在文本中特定特征和组件可能在比例上夸大示出或呈有些示意性的形式，并且考虑到清楚性和简洁性一些常规要素的细节可能未示出。在以下的讨论和权利要求书中，术语“包括”和“包含”以开放式使用，因此应该被解释为是指“包括但不限于……”。此外，术语“连接”或“多个连接”旨在是指间接或直接连接。因此，如果第一装置连接至第二装置，则该连接可能是通过直接连接，或通过经由其它装置、组件和连接的间接连接。另外，如在本文中使用的，术语“轴向”或“轴向地”一般是指沿着中心轴(例如，体或部分的中心轴)或与中心轴(例如，体或部分的中心轴)平行，而术语“径向”和“径向地”一般是指与中心轴垂直。例如，轴向距离是指沿中心轴或与中心轴平行测定的距离，并且径向距离是指垂直于中心轴测定的距离。此外，如在本文中使用的，术语“组件”可以用于指示连续的、单件的或整体的结构、部分或装置。应理解组件可以单独使用或作为更大的系统或组件的部分使用。钻地钻头通常安装在钻柱的下端，并且通过在表面处旋转钻柱和/或通过井下马达而旋转。利用被施加至钻柱的重量，旋转钻头接触地层并且穿过地层钻孔。固定刀具钻头，也称为旋转刮刀钻头，是一种钻地钻头，其包括具有多个关于钻头面有角度地隔开的刀片和多个在刀片上安装的刀具元件的钻头体。一般来讲，钻头体可以由钢或硬金属铸造基体制成。钢钻头体从钢块或圆柱进行机器加工(即，经过材料消减制造方法)。随后可以在刀具元件经由硬焊固定在刀片上的配合袋中之前将表面硬化材料经由热喷涂过程施加至钢钻头体的外表面。通过粉末冶金工艺形成基体钻头体。特别地，将粉末状碳化钨合金和粘合剂材料如cu-ni-mn-zn、cu-zn或cu-ni-mn-sn置于碳/石墨模具内。典型地，置于模具内的粉末状材料(碳化钨和粘合剂)具有的组成包含50重量％至80重量％的碳化钨和20重量％至50重量％的粘合剂。然后在炉中将模具加热到大于2,000℉(大于1100℃)的温度约1小时以使得粘合剂材料渗入碳化钨并且形成固体金属基体钻头体。接下来，使其中放置有金属基体钻头体模具定向地冷却至室温，然后通过对模具进行破坏、凿和磨，而从钻头体除去模具。制造金属基体钻头体的过程可能需要大于24个小时来进行。刀具元件包括在钻头体(钢或金属基体)的若干刀片中的一个刀片的表面内形成的袋中接收并固定的伸长的且通常为圆柱状的碳化钨支撑构件。将多晶金刚石(“pd”)或其它超耐磨材料(例如，立方氮化硼、热稳定性金刚石、多晶立方氮化硼等)的硬切削层固定至支撑构件的暴露端。在钻孔操作期间，钻头经受极端的磨损、冲击负载和热应力。在一些情况下，钻头还可能暴露至侵蚀性流体下。因此，在钻孔时钻头可能经历严重的磨损、侵蚀和物理损坏。例如，由于经由硬底层和岩石的冲击，钻头体(钢或金属基体)可能碎裂或破裂。对钻头的足够损坏可能不利地降低其切削效果和钻进速度(rop)。在这种情况下，可能需要从钻孔逐节拉出整个钻柱以更换钻头，其可能为数千英尺长。一旦钻柱被取回并且安装了新的钻头，在钻柱上的钻头必须被降低至钻孔的底部，所述钻柱必须再次被逐节构建。被称为钻之“旅”的该过程需要相当的时间、努力和花费。潜水泵是具有密封马达的泵，所述密封马达使得泵能完全被浸没在待泵送的流体内。潜水泵通常用在“人工升举”应用中以将在钻孔中的流体(例如，石油)泵送至表面。许多潜水泵为多级离心泵，其中各级包含引导液体流向泵的下一级的叶轮和扩压器。通过潜水泵泵送的井产流体典型地包含含有夹带于其中的固体粒子的液体。井产流体还可以包含侵蚀性液体和/或气体。因此，在井底泵送操作期间，叶轮经历磨损、侵蚀，并且可能暴露于腐蚀性流体西。结果，叶轮在这种井产流体中的连续且长期的旋转可能导致磨损、侵蚀和腐蚀，这可能不利地改变叶轮的几何结构并且最终缩短潜水泵的工作寿命。弯头沿着传输流体的导管(例如，管道)设置以改变流体流动的方向。在一些应用中，流过导管和弯头的流体含有磨损性固体粒子和/或侵蚀性流体。结果，这种流体经过弯头的流动在一段较长时间后可能导致在弯头的内壁上的磨损、侵蚀和腐蚀，这可能不理想地使弯头的修理或更换成为必须。如上所述，许多用在工业过程中的组件和装置如钻地钻头、泵叶轮和沿着流体导管的弯头经受冲击负载、磨损性材料、侵蚀性流体或其组合。随着时间过去，这种严酷的工作条件可能导致对特定组件或装置的磨损、腐蚀、侵蚀和损坏。因此，期望采用材料和制造技术以制造显示提高的冲击强度、耐磨性和耐腐蚀性的组件和装置以提供提高所述组件和装置的工作寿命的可能性。应对这种挑战的一个常规方法专注于碳化物材料的使用。例如，常规的钻地钻头、潜水泵叶轮和沿着流体导管的弯头经常由钢合金基础材料制成，并具有嵌入经历最苛刻条件并且最容易损坏的表面中的一个或多个硬质合金的插入物。然而，对围绕所述插入物的基底钢合金的足够的磨损或损坏可能导致这种插入物的损失。应对这种挑战的另一个方法专注于应用在下面的基底材料的硬金属涂层以有效地保护在下面的基底材料。典型地，将涂层施用至经历最苛刻条件并且最容易损坏的表面。然而，在下面的基底材料和涂层的物理性质的不同(例如，热膨胀系数的不同)可能导致涂层的分离或破裂，其最终可能导致在下面的基底材料的暴露。特别关于具有金属基体钻头体的钻地钻头而言，增强的碳化钨金属基体复合体已经是大多数针对增强冲击强度、耐磨性和耐腐蚀性的研究和开发关注的焦点。如前所述，通常用于制造这种金属基体钻头体的粉末冶金工艺采用粘合剂材料和碳化钨的粉末状混合物。将粉末状混合物压入或注入模具中，然后烧结为最终产品。由于模具、限制了流动能力的粉末状混合物和其它约束条件的使用，难以使用常规的粉末冶金制造工艺制造具有复杂形状的组件。另外，使用这种常规的粉末冶金制造工艺制造的组件可能由于烧结期间的不均匀加热和烧结后的不均匀冷却而包含缺陷或发生破裂。这种缺陷和破裂可能不利地降低所制造的组件的磨损、耐侵蚀性、耐腐蚀性和冲击强度。如将在下文中更详细描述的，在本文中公开的金属基体复合体组合物和制造方法的实施方式关于具有提高的冲击强度、耐磨性、耐侵蚀性、耐腐蚀性和工作寿命的材料和组件提供可能性。这种可能的好处可以在不使用嵌入的插入物或不施加涂层的情况下实现。另外，在本文中描述的实施方式也提供经由结合了粉末冶金和电子束熔融技术的使用的掺和制造方法来制造具有复杂形状和几何结构的组件的可能性。在本文中描述的制造方法的实施方式使用电子束掺和制造技术，也称为“电子束熔融”或简称“ebm”。一般来讲，ebm掺和制造工艺为3d打印技术，该技术通过使用电子束作为热源经由受控选择性熔融将金属粉末逐层固结成为固体块(solidmass)，从而制造致密金属(或金属基体复合体)。ebm掺和制造工艺在从3dcad模型读取数据的ebm机器中进行并且受其控制，铺设粉末金属的连续层，并且利用电子束熔融各连续层(每次一层)以逐层构建(即，“打印”)金属组件。将各层熔融为由3dcad模型定义的精确几何形状，由此，使得能够在不使用工具、卡具或模具并且不产生任何废料的情况下制造具有非常复杂几何形状的组件。在真空下(即，在小于大气压的压力下)进行ebm掺和制造工艺以使得能够使用显示对氧的高亲和性的金属和材料(例如，钛)，并且在升高的温度下进行ebm掺和制造工艺。可以进行ebm制造工艺的ebm机器的实例包括但不限于arcama2x、arcamq10和arcamq20，均可购自瑞典默恩达尔市(molndal)的arcamab公司。简要的参照图1，示出ebm机器100的一个实施方式。一般来讲，ebm机器100可以用在本文中公开的制造方法诸如以下更详细描述并且在图2中示出的掺和制造方法200的实施方式中。在图1中，示出ebm机器100制造示例性组件105。在该实施方式中，ebm机器100包括电子束柱110，连接至柱110的真空室120，置于室120中的多个料斗125，置于室120中的构建槽130，置于室120中在邻近构建槽130的顶部的料斗125之间的粉末分布装置126，置于槽130中的起始板140，和可移动的设置在槽130中的构建平台150。电子束柱110包含制造电子束112的丝111，可控地降低电子束112的像散的消像散器113，径向会聚在束112中的电子以形成焦斑115的聚焦透镜或聚焦线圈114，和改变电子束112的方向或路径及相关焦斑115的偏转透镜或线圈116。真空室120包含外壳121和置于壳121内的内腔122。可以将真空(即，小于大气压或环境压力的压力)可控地施加至腔122。置于腔122中的料斗125存储并且供给用于形成组件105的粉末状混合物127。如以下将更详细描述的，粉末状混合物127为多种所选粉末源或原料的均匀混合物。因此，本文中混合物127也可以被称作所选原料的粉末状混合物127。料斗125将粉末状混合物127供给到室120中的水平平表面128上。热屏129从柱110向下延伸到在电子束112和料斗125之间的腔122中以保护料斗125和其中的粉末状混合物127免于电子束112。还参照图1，构建槽130是与表面128相邻并且从表面128向下延伸的容器或腔。槽130横向放置在料斗125之间。在该实施方式中，粉末分布装置126是在室120中横向移动横穿表面128和构建槽130的开放顶部(即，到图2中的左侧和右侧)以将由料斗125供给的粉末状混合物127分布跨越构建槽130的耙子。平台150可移动地置于槽130中。特别地，平台150可以在槽130中垂直上下移动以有效地降低或增加槽130的可用体积。一般来讲，槽130的尺寸限定可以利用ebm机器100制造的组件105的最大尺寸。在本文中描述的实施方式中，构建槽130优选具有大于200mm的水平长度，大于200mm的水平宽度，和大于380mm的垂直高度(平台150在其最低位置)。起始板140位于槽130中平台150上并且充当在其上构建组件105的牺牲基底(sacrificialbase)。采用控制系统(例如，计算机控制系统)和相关设备(例如，执行器、硬件、泵、传感器等)(在图1中未示出)来控制ebm机器100的工作。供电系统(未示出)提供电力以控制系统、ebm机器100和相关设备。为了制造示例性组件105，通过升高平台150将起始板140放置在构建槽130的顶部并且排空室120。接下来，一个或多个料斗125将粉末状混合物127供给到表面128上并且耙子126将粉末状混合物127的层分布到起始板140上。ebm机器100的控制系统(未示出)从3dcad模型读取数据以指导和控制电子束112的操作以选择性地且可控地将粉末状混合物127的层熔融为由所述3dcad模型定义的精确几何形状。利用电子束112熔融的粉末状混合物127变为起始板140上的固体块。然后将平台150降低大约待添加至先前熔融层的下一层粉末状混合物127的厚度，耙子126将从一个或多个料斗125供给的下一层粉末状混合物127分布在先前熔融层上，并且重复该过程以逐层构建组件105。在制造过程期间，电子束112向在焦斑115处的束112和粉末状混合物之间的界面递送足够的功率，并且以合适的速度可控地线性来回地横穿粉末状混合物127以充分熔融粉末状混合物127的层。借助装置126移动进入槽130内的未被电子束112熔融以形成组件105的部分的粉末状混合物127可以在槽130中在起始板140和组件150周围收集。在制造组件105后这种过量的粉末状混合物127可以从槽130中除去并且回收以供将来使用。现在参照图2，示出用于制造金属基体复合物组件的方法200的一个实施方式。在该实施方式中，方法200为电子束掺和制造工艺。为清楚起见，以下在使用ebm机器100制造示例性金属基体复合体组件105的背景下描述方法200，两者都是如前所述的。然而，一般来讲，方法200可以用于制造(通过电子束掺和制造技术)任何金属基体复合体组件，此外，除ebm机器100以外的ebm机器或系统可以用于进行方法200的实施方式。从框201开始，方法200包括选择被混合在一起以形成粉末状混合物127的原料或成分，所述原料或成分最终熔融成单一块以形成组件105。如前所述，方法200为ebm掺和制造工艺，因此，原料呈适合于形成用于利用ebm机器100的使用的粉末状混合物127的粉末状形式。一般来讲，原料的类型和相对量决定了由ebm掺和制造工艺制造的组件的最终组成。换句话说，通过ebm掺和制造工艺制造的组件(例如，经由方法200制造的组件105)的组成与粉末状混合物127的组成相同，其由原料的类型和相对量决定。在本文中描述的实施方式中，所制造的组件(例如，组件105)由金属基体复合体形成，所述金属基体复合体具有包含均匀地分散在整个粘合剂中的碳化钨的组成。因此，原料包含粉末状碳化钨和粉末状粘合剂。以本文中描述的实施方式中，原料优选基本上由粉末状碳化钨和粉末状粘合剂组成。如在本文中所使用的，短语“由……组成”和“由……组成的”用于指示组合物的排它组分，意味着仅那些被明确陈述的组分被包含在组合物中；而短语“基本上由……组成”和“基本上由……组成的”用于指示组合物的主要成分，意味着除明确陈述的组分外，仅少量或痕量的组分(例如，杂质、副产物等)可以被包含在组合物中。例如，由x和y组成的组合物是指仅包含x和y的组合物，因此，不包含其它组分；而基本上由x和y组成的组合物是指主要包含x和y的组合物，但可以包含除x和y外的少量或痕量的组分。在本文中描述的实施方式中，任何这种在短语“基本上由……组成”或“基本上由……组成的”后明确陈述的组分以外少量或痕量的组分优选表示小于组合物的5.0重量％，更优选小于组合物的4.0重量％，甚至更优选小于组合物的3.0重量％，并且还更优选小于组合物的1.0重量％。在本文中描述的实施方式中，原料优选包含粉末状混合物127的45重量％至72重量％的量的粉末状碳化钨，和粉末状混合物127的28重量％至55重量％的量的粉末状粘合剂(即，粉末状混合物127的余量为粉末状粘合剂)；更优选包含粉末状混合物127的50重量％至65重量％的量的碳化钨和粉末状混合物127的35重量％至50重量％的量的粉末状粘合剂(即，粉末状混合物127的余量为粉末状粘合剂)；并且甚至更优选包含粉末状混合物的55重量％至60重量％的量的碳化钨和粉末状混合物127的40重量％至45重量％的量的粉末状粘合剂(即，粉末状混合物的余量为粉末状粘合剂)。在本文中描述的实施方式中，粉末状碳化钨可以包含球形铸造wc/w2c，角形铸造(angularcast)wc/w2c，粗晶wc或其组合。一般来讲，球形铸造wc/w2c提供大于粗晶wc和角形铸造wc/w2c的韧性，球形铸造wc/w2c和角形铸造wc/w2c具有大于粗晶wc的硬度，并且球形铸造wc/w2c显示对应力集中的敏感性降低。因此，为了最优化所制造组件的硬度和韧性性质，同时降低潜在的应力集中，优选球形铸造(wc/w2c)。因此，在本文中描述的实施方式中，原料中总粉末状碳化钨的至少50体积％优选为球形铸造wc/w2c，更优选原料中总粉末状碳化钨(体积％)的至少60体积％优选为球形铸造wc/w2c，甚至更优选原料中总粉末状碳化钨(体积％)的至少70体积％优选为球形铸造wc/w2c，并且还更优选原料中总粉末状碳化钨(体积％)的至少80体积％优选为球形铸造wc/w2c。在本文中描述的实施方式中，粉末状碳化钨优选具有50目至400目的粉末筛孔尺寸(美国标准筛)(即，各个碳化钨粒子优选具有37.0μm至300.0μm的尺寸)；更优选具有80目至400目的粉末筛孔尺寸(即，各个碳化钨粒子优选具有37.0μm至180.0μm的尺寸)；甚至更优选具有150目至350目的粉末筛孔尺寸(即，各个碳化钨粒子优选具有43μm至100.0μm的尺寸)；并且还更优选具有200目至300目的粉末筛孔尺寸(即，各个碳化钨粒子优选具有50.0μm至74.0μm的尺寸)。本文中描述的实施方式中，粉末状粘合剂优选具有60目至400目的粉末筛孔尺寸(美国标准筛)(即，粘合剂中各粒子具有38.0μm至250.0μm的尺寸)；更优选具有70目至325目的粉末筛孔尺寸(即，粘合剂中各粒子具有45.0μm至212.0μm的尺寸)；还更优选具有150目至350目的粉末筛孔尺寸(即，粘合剂中各粒子具有43μm至100.0μm的尺寸)；并且甚至更优选具有200目至300目的粉末筛孔尺寸(即，粘合剂中各粒子具有50.0μm至75.0μm的尺寸)。在本文中描述的实施方式中，粉末状粘合剂原料优选为粉末状镍基粘合剂。更具体地，在本文中描述的实施方式中，粉末状粘合剂原料优选具有包含硼(b)、硅(si)和镍(n)的组合物。另外，粉末状粘合剂优选为相对低熔点镍基粘合剂。特别地，对于利用ebm掺和制造工艺的使用，粉末状镍基粘合剂具有优选小于1250℃、更优选在600℃和1200℃之间、更优选在650℃和1100℃之间、甚至更优选在800℃和1000℃之间的熔点。在本文中描述的实施方式中，粉末状粘合剂优选具有以粉末状粘合剂的大于70重量％的量包含ni的组成。更具体地，在本文中描述的实施方式中，粉末状粘合剂优选具有以粉末状粘合剂的0重量％至6.0重量％的量包含b、以粉末状粘合剂的0重量％至6.0重量％的量包含si、并且以粉末状粘合剂的至少70重量％的量包含ni的组成；更优选粉末状粘合剂具有以粉末状粘合剂的0.5重量％至6.0重量％的量包含b、以粉末状粘合剂的2.0重量％至6.0重量％的量包含si、并且以粉末状粘合剂的至少70重量％的量包含ni的组成；甚至更优选粉末状粘合剂具有以粉末状粘合剂的1.0重量％至3.0重量％的量包含b、以粉末状粘合剂的2.5重量％至4.5重量％的量包含si、并且以粉末状粘合剂的至少90重量％的量包含ni的组成；并且还更优选粉末状粘合剂具有以粉末状粘合剂的1.5重量％至2.5重量％的量包含b、以粉末状粘合剂的3.0重量％至4.0重量％的量包含si、并且ni构成粉末状粘合剂的全部余量的组成。在一些实施方式中，其它粉末状材料如铬(cr)、铁(fe)、钴(co)、铜(cu)、钼(mo)、磷(p)、铝(al)、铌(nb)、钛(ti)、锰(mn)或其组合可以被包含在粉末状粘合剂原料中。在这种包含除了b、si或ni以外还有的元素或代替b、si或ni中的一种或多种元素的实施方式中，粉末状粘合剂优选包含小于或等于粉末状粘合剂的23重量％、更优选小于或等于粉末状粘合剂的7.0重量％的量的cr；小于或等于粉末状粘合剂的3.0重量％的fe；小于或等于粉末状粘合剂的22.0重量％的co；小于或等于粉末状粘合剂的5.5重量％的cu；小于或等于粉末状粘合剂的1.5重量％的mo；小于或等于粉末状粘合剂的2.0重量％的p；小于或等于粉末状粘合剂的0.4重量％的al；小于或等于粉末状粘合剂的4.15重量％的nb；小于或等于粉末状粘合剂的0.05重量％的ti。在下表中提供所选示例性粉末状粘合剂的组成。表1再次参照图2，一旦在框201中选择了粉末状原料(即，粉末状碳化钨和粉末状粘合剂)，在框202中将原料混合在一起以形成粉末状混合物127。优选混合所选原料使得它们均匀且一致地分布在整个的所得混合物127中(即，粉末状混合物127优选为均匀或基本上均匀的所选原料的混合物)。现在来看框203，将粉末状混合物127装载在ebm机器100的一个或多个料斗125中。另外，根据框204，将起始板140置于构建槽130中。如上所述，起始板140为限定在其上构建组件105的表面的基底。一般来讲，起始板140可以由任何合适的金属或非金属制成。可以用于形成起始板140的合适的金属的实例包括但不限于镍、铁、钴、铝、铜、钛和其合金。可以用于形成起始板140的合适的非金属的实例包括但不限于陶瓷、陶瓷金属复合体如sic-al2o3、si3n4-m(其中m为金属)和碳化物-石墨复合体。在本文中描述的实施方式中，起始板140优选由非磁性金属、碳钢或合金钢制成。为制造如以下更详细描述的钻地钻头，起始板140优选由碳钢或合金钢制成。将装载有粉末状混合物127的一个或多个料斗125和起始板140置于构建槽130中后，在框205中排空ebm机器100的真空室120和电子束柱110。在本文中描述的实施方式中，优选将腔122和电子束柱110排空至小于8×10-6毫巴的压力。应理解在电子束柱110和真空室120中的压力可能略有变化。作为额外的预防措施，优选在排空腔122期间或在排空其后即刻利用惰性气体如氮气(n2)或氦气(he)吹扫腔122以除去腔122中可能与粉末状混合物127或其任何成分反应的一种或多种气体。还参照图2，现在移动至框206，粉末状混合物127从一个或多个料斗125被进料，并且利用装置126将一层粉末状混合物127分布在起始板140上。如前所述，装置126横向移动横穿构建槽130的顶部以使从一个或多个料斗进料的粉末状混合物127移动横穿起始板140。为了促进利用电子束112进行粉末状混合物127的一致且均匀的熔融，通过装置126分布的粉末状混合物127的各层优选具有均匀且恒定的厚度。更具体地，在本文中描述的实施方式中，通过装置126分布的粉末状混合物127的各层具有优选0.04mm和0.12mm、更优选0.06mm和0.10mm的均匀且恒定的厚度。接下来，在框207中，电子束柱110生成电子束112并且可控地使束112的焦斑115移动横穿粉末状混合物127的层。电子束112经由控制系统和组件105的3dcad模型的界面选择性熔融起始板140上粉末状混合物127的层的期望的轮廓和外形。特别地，随着焦斑115连续线性来回地移动或扫描横穿粉末状混合物127的层，粉末状混合物127被焦斑115击中的部分和与焦斑115紧邻的层的部分熔融，随后随着焦斑115继续移动至该层的相邻区域而冷却并且凝固。随着焦斑115扫描横穿粉末状混合物127的层，层的相邻部分相继熔融、冷却并且凝固在一起，从而可控地将粉末状混合物127的层转化为起始板140上的单一连续整体固体层。一般来讲，选择由电子束112递送至焦斑115的功率、焦斑115的宽度(或直径)、焦斑115的线扫描速度(即，焦斑115线性来回地移动横穿粉末状混合物127的层的速度)、和焦斑115的扫描间距(即，在焦斑115横穿粉末状混合物127的层的各横向相邻的线性途径之间以中心至中心测定的水平距离)，使得在电子束112和粉末状混合物127的界面处产生足够的热能以选择性地将粉末状混合物127熔融为单一连续均匀整体块。在本文中描述的实施方式中，由电子束112递送至焦斑115的功率为优选200w至3000w、更优选800w至2500w、甚至更优选1500w至2000w；焦斑115具有优选0.1mm至0.2mm、更优选0.12mm至0.18mm、甚至更优选0.14mm至0.16mm的宽度(或直径)；焦斑115的线扫描速度为优选5.0mm/s至30.0mm/s、更优选10.0mm/s至25.0mm/s、甚至更优选15.0mm/s至20.0mm/s；并且焦斑115的扫描间距为优选0.07mm至0.18mm、更优选0.10mm至0.15mm。还参照图2，在起始板140上形成组件105的第一层或基层后，重复框206、207以逐层构建组件105。随着焦斑115连续地来回地线性移动或扫描横穿粉末状混合物127的各相继层，粉末状混合物127被焦斑115击中的部分、与焦斑115紧邻的层的部分和在焦斑115以下的以前沉积的层的上表面部分熔融，随后随着焦斑115继续移动至该层的相邻区域而冷却并且凝固在一起。随着焦斑115扫描横穿粉末状混合物127的各相继层，该层的相邻部分相继熔融、冷却、凝固在一起并且与以前沉积的层凝固在一起，从而可控地将粉末状混合物127的层和以前沉积的层转化为单件连续整体固体块。一般来讲，重复框206、207直到完成具有预定3d形状的组件105。完成的组件105为单件连续整体固体块，整个具有由粉末状混合物127的组成限定的均匀且均质的组成。换句话说，组件105的金属基体复合体组合物与前述粉末状混合物127的组成相同。如以下将更详细描述的，本文中描述的金属基体复合体组合物的实施方式显示相对高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、压缩强度、压缩断裂变形率和挠曲强度(也称为弯曲强度或断裂强度)。更具体地，本文中描述的金属基体复合体组合物的实施方式显示大于50hra(76至87hra)的硬度，42crmo钢的耐磨性的75至85倍的耐磨性，316不锈钢的耐腐蚀性的25至32倍的耐腐蚀性，大于1700mpa的压缩强度，大于12％的压缩断裂变形率，和1200mpa至1400mpa(～174ksi至203ksi)的挠曲强度。与用于制造经受冲击负载、磨损性材料、侵蚀性流体或它们的组合的许多常规材料，这种物理性质提供提高的强度、耐磨性和耐腐蚀性的潜力。还应理解本文中描述的金属基体复合体组合物的实施方式通体显示均匀的组成、均匀的元素分布和均匀的密度。与使用经常通体产生不均匀组成、元素的不均匀分布和不均匀密度的常规粉末冶金技术制造的常规金属基体材料相比，这些特性提供降低的对破裂的敏感性的可能性。另外，这种特性(即，通体的均匀组成、元素的均匀分布和均匀密度)导致相对低的组成微偏析和孔隙率。此外，与用于制造金属基体材料的常规粉末冶金制造技术相比，本文中公开的掺和制造方法的实施方式提供缩短制造循环，降低制造成本并且提高原料的使用效率(即，减少原料的浪费)的可能性，因为本文中描述的实施方式消除了模具制造、粉末压制、粉末分散、烧结、渗入和精密加工的步骤。一般来讲，本文中公开的金属基体复合体组合物和制造方法(例如方法200)的实施方式可以用于制造任何类型的组件。如前所述，钻地钻头、泵叶轮和沿流体导管的弯头可能经历特别成问题的冲击负载、磨损性材料、侵蚀性流体或它们的组合。随着时间流逝，严酷的工作条件可能导致对这种组件的磨损、腐蚀、侵蚀和损坏。此外，许多钻地钻头、泵叶轮和流体导管弯头具有可能对使用常规铸造或成形方法的制造造成挑战的相对复杂的形状。然而，与大多数常规组合物和制造方法相比，本文中公开的金属基体复合体组合物和制造方法的实施方式提供具有提高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、压缩强度、压缩断裂变形率和挠曲强度的钻地钻头、泵叶轮和流体导管弯头的可能性。这种潜在的利益可以在不使用嵌入的插入物或施加涂层的情况下实现。另外，因为本文中描述的制造方法的实施方式使用ebm掺和制造技术并且不使用或依赖模具(例如，预成形或预机加工的模具)，所以与使用大多数常规制造方法可能能够制造的组件相比，这种方法提供制造具有更复杂形状和几何结构(例如，具有复杂的腔的结构、薄壁结构等)的组件的可能性。因此，本文中公开的金属基体复合体组合物和制造方法的实施方式可能特别适合于钻地钻头、泵叶轮和流体导管弯头。具体实施方式提供以下实施例以进一步阐述本发明的各种说明性实施方式。实施例1根据本文中公开的ebm掺和制造方法的一个实施方式，制造了由包含65重量％的wc、0.63重量％的b、1.23重量％的si、29.6重量％的ni和小于0.1重量％的一种或多种其它元素的金属基体复合体组合物制成的10mm×10mm×10mm立方体试验样品。根据题为“金属材料-磨损试验环块型磨损试验(metallicmaterials-weartestsblock-on-ringweartest)”中国标准mls-225b,gb/t12444确定了试验样品的耐磨性，所述标准使用包括包含42crmo钢环的参照或标准的标准环块型干滑动摩擦试验机。将42crmo钢环淬火并回火至53hrc的硬度并且在400转/分的速度下旋转。利用20kgf的正常负载将金属基体复合体样品压靠在旋转的环上历时60分钟，总滑动距离为3800m。为比较金属基体复合体材料对42crmo钢的耐磨性，如下定义相对耐磨性：在该情况下，“标准品”为42crmo钢环而“试验样品”为金属基体复合体样品。所计算的相对耐磨性结果显示金属基体复合体材料的耐磨性比42crmo钢的耐磨性高60至85倍。实施例2根据本文中公开的ebm掺和制造方法的一个实施方式，制造了由包含72重量％的wc、0.5重量％的b、0.98重量％的si、26.42重量％的ni和小于0.1重量％的一种或多种其它元素的金属基体复合体组合物制成的试验样品。相对于包含316不锈钢样品的参照或标准，使用浸渍腐蚀试验来评价金属基体复合体试验样品的耐腐蚀性。在20℃下在0.5mol/l的盐酸水溶液中使浸渍腐蚀试验进行168小时。为了比较金属基体复合体材料对316不锈钢的耐腐蚀性，如下定义相对耐腐蚀性：在该情况下，“标准品”为316不锈钢样品而“试验样品”为金属基体复合体样品。所计算的相对耐腐蚀性结果显示金属基体复合体材料的耐腐蚀性比316不锈钢的耐腐蚀性大25至32倍。实施例3制备包含65重量％的80目粉末状碳化钨和35重量％的150目粉末状镍基粘合剂的均匀粉末状混合物并且放入ebm机器中。所述镍基粘合剂包含0.54重量％的b、1.05重量％的si、33.4重量％的ni和小于0.1重量％的其它一种或多种元素。将ebm机器的真空室排空至8×10-6毫巴并且利用氮吹扫。接下来，将粉末状混合物铺层并且使用电子束根据3dcad模型选择性熔融以掺和制造如图3-5所示的钻地钻头300。以1000w至1200w的功率施加电子束，电子束的焦斑的宽度为0.16mm，焦斑的线扫描速度为25mm/s至30mm/s，粉末状混合物的各层的厚度为0.1mm，并且电子束的扫描间距为0.1mm。钻头300具有82.37mm的高度和82.37mm的外直径(或全计直径)。确定了钻头300的硬度、压缩强度、压缩断裂变形率、挠曲强度、相对耐磨性、和相对耐腐蚀性。特别地，使用常规洛氏试验(rockwelltest)确定硬度，根据题为“金属材料室温压缩试验方法(metallicmaterialsatroomtemperaturecompressiontestmethod)”的中国标准gb/t7314-2005确定压缩强度和压缩断裂变形率，根据题为“工程陶瓷弯曲强度试验方法(engineeringceramicsbendingstrengthtestmethod)”的中国标准gb/t6569-86确定挠曲强度，根据以上在实施例1中描述的试验步骤确定相对耐磨性，并且根据以上在实施例2中描述的试验步骤确定相对耐腐蚀性。结果如下：钻头300的硬度为78hra，钻头300的压缩强度为1774mpa，钻头300的压缩断裂变形率为14.3％，钻头300的挠曲强度为1302mpa，钻头300的相对耐磨性为78.5(即，比42crmo钢的耐磨性大78.5倍)，并且钻头300的相对耐腐蚀性为28.4(即，比316不锈钢的耐腐蚀性大28.4倍)。如上所述，根据本文中公开的ebm掺和制造方法的一个实施方式由本文中公开的金属基体复合体组合物的一个实施方式制成的钻头300的硬度被确定为78hra。为了比较目的，使用常规技术(铸造)和包含70.0重量％的80.0μm粉末状碳化钨和30.0重量％的粉末状铜基粘合剂的粉末状混合物制造了常规基体钻头体。铜基粘合剂包含53.0重量％的cu、23.0重量％的mn、15.0重量％的ni和0.9重量％的zn。常规基体钻头体的硬度被确定为65-73hra。如上所述，根据本文中公开的ebm掺和制造方法的一个实施方式由本文中公开的金属基体复合体组合物的一个实施方式制成的钻头300的挠曲强度被确定为1,302mpa(～189ksi)。相比之下，大多数常规基体钻头体显示约758-930mpa(～110-135ksi)的挠曲强度。实施例4制备包含70重量％的80目粉末状碳化钨和30重量％的150目粉末状镍基粘合剂的均匀粉末状混合物并且放入ebm机器中。所述镍基粘合剂包含1.8重量％的b、3.5重量％的si、94.6重量％的ni和小于0.1重量％的其它一种或多种元素。将ebm机器的真空室排空至8×10-6毫巴并且利用氮吹扫。接下来，将粉末状混合物铺层并且使用电子束根据3dcad模型选择性熔融以掺和制造如图6和7所示的泵叶轮400。以2000w至2200w的功率施加电子束，电子束的焦斑的宽度为0.20mm，焦斑的线扫描速度为15mm/s至20mm/s，粉末状混合物的各层的厚度为0.12mm，并且电子束的扫描间距为0.15mm。确定了泵叶轮400的硬度、压缩强度、压缩断裂变形率、挠曲强度、相对耐磨性、和相对耐腐蚀性。特别地，使用常规洛氏试验确定硬度，根据题为“金属材料室温压缩试验方法”的中国标准gb/t7314-2005确定压缩强度和压缩断裂变形率，根据题为“工程陶瓷弯曲强度试验方法”的中国标准gb/t6569-86确定挠曲强度/强度，根据以上在实施例1中描述的试验步骤确定相对耐磨性，并且根据以上在实施例2中描述的试验步骤确定相对耐腐蚀性。结果如下：泵叶轮400的硬度为85.5hra，泵叶轮400的压缩强度为1833mpa，泵叶轮400的压缩断裂变形率为15.1％，泵叶轮400的挠曲强度为1267mpa，泵叶轮400的相对耐磨性为82.7(即，比42crmo钢的耐磨性大82.7倍)，并且泵叶轮400的相对耐腐蚀性为30.7(即，比316不锈钢的耐腐蚀性大30.7倍)。实施例5制备包含72重量％的80目粉末状碳化钨和28重量％的150目粉末状镍基粘合剂的均匀粉末状混合物并且放入ebm机器中。所述镍基粘合剂包含1.8重量％的b、3.5重量％的si、94.6重量％的ni和小于0.1重量％的其它一种或多种元素。将ebm机器的真空室排空至8×10-6毫巴并且利用氮吹扫。接下来，将粉末状混合物铺层并且使用电子束根据3dcad模型选择性熔融以掺和制造如图8所示的流体导管弯头500。以1500w至1800w的功率施加电子束，电子束的焦斑的宽度为0.18mm，焦斑的线扫描速度为15mm/s至20mm/s，粉末状混合物的各层的厚度为0.10mm，并且电子束的扫描间距为0.15mm。确定了弯头500的硬度、压缩强度、压缩断裂变形率、挠曲强度、相对耐磨性、和相对耐腐蚀性。特别地，使用常规洛氏试验确定硬度，根据题为“金属材料室温压缩试验方法”的中国标准gb/t7314-2005确定压缩强度和压缩断裂变形率，根据题为“工程陶瓷弯曲强度试验方法”的中国标准gb/t6569-86确定挠曲强度/强度，根据以上在实施例1中描述的试验步骤确定相对耐磨性，并且根据以上在实施例2中描述的试验步骤确定相对耐腐蚀性。结果如下：弯头500的硬度为82.5hra，弯头500的压缩强度为1873mpa，弯头500的压缩断裂变形率为14.1％，弯头500的挠曲强度为1291mpa，弯头500的相对耐磨性为77.4(即，比42crmo钢的耐磨性大77.4倍)，并且弯头500的相对耐腐蚀性为28.2(即，比316不锈钢的耐腐蚀性大28.2倍)。实施例6制备包含60重量％的100目粉末状碳化钨和40重量％的125目粉末状镍基粘合剂的均匀粉末状混合物并且放入ebm机器中。所述镍基粘合剂为上表1中的粘合剂5。因此，所述镍基粘合剂包含1.0重量％的b、2.5重量％的si、3.0重量％的cr、5.5重量％的cu、1.5重量％的mo、2.0重量％的p和84.5重量％的ni。将ebm机器的真空室排空至8×10-6毫巴并且利用氦吹扫。接下来，将粉末状混合物铺层并且使用电子束根据3dcad模型选择性熔融以掺和制造钻地钻头。以920w至1100w的功率施加电子束，电子束的焦斑的宽度为0.14mm，焦斑的线扫描速度为28mm/s至35mm/s，粉末状混合物的各层的厚度为0.09mm，并且电子束的扫描间距为0.09mm。实施例7制备包含55重量％的120目粉末状碳化钨和45重量％的125目粉末状镍基粘合剂的均匀粉末状混合物并且放入ebm机器中。所述镍基粘合剂为上表1中的粘合剂1。因此，所述镍基粘合剂包含3.0重量％的b、4.2重量％的si、7.0重量％的cr、3.0重量％的fe、和82.8重量％的ni。将ebm机器的真空室排空至8×10-6毫巴并且利用氦吹扫。接下来，将粉末状混合物铺层并且使用电子束根据3dcad模型选择性熔融以掺和制造钻地钻头。以850w至1040w的功率施加电子束，电子束的焦斑的宽度为0.12mm，焦斑的线扫描速度为30mm/s至38mm/s，粉末状混合物的各层的厚度为0.09mm，并且电子束的扫描间距为0.10mm。实施例8制备包含60重量％的100目粉末状碳化钨和40重量％的125目粉末状镍基粘合剂的均匀粉末状混合物并且放入ebm机器中。所述镍基粘合剂为上表1中的粘合剂2。因此，所述镍基粘合剂包含3.0重量％的b、4.5重量％的si和92.5重量％的ni。将ebm机器的真空室排空至8×10-6毫巴并且利用氦吹扫。接下来，将粉末状混合物铺层并且使用电子束根据3dcad模型选择性熔融以掺和制造钻地钻头。以900w至1050w的功率施加电子束，电子束的焦斑的宽度为0.13mm，焦斑的线扫描速度为32mm/s至40mm/s，粉末状混合物的各层的厚度为0.10mm，并且电子束的扫描间距为0.09mm。确定了钻头的硬度、压缩强度、压缩断裂变形率、挠曲强度、相对耐磨性、和相对耐腐蚀性。特别地，使用常规洛氏试验确定硬度，根据题为“金属材料室温压缩试验方法”的中国标准gb/t7314-2005确定压缩强度和压缩断裂变形率，根据题为“工程陶瓷弯曲强度试验方法”的中国标准gb/t6569-86确定挠曲强度，根据以上在实施例1中描述的试验步骤确定相对耐磨性，并且根据以上在实施例2中描述的试验步骤确定相对耐腐蚀性。结果如下：钻头的硬度为83.8hra，钻头的压缩强度为1845mpa，钻头的压缩断裂变形率为11.8％，钻头的挠曲强度为1014mpa，钻头的相对耐磨性为61.4(即，比42crmo钢的耐磨性大61.4倍)，并且钻头的相对耐腐蚀性为42.1(即，比316不锈钢的耐腐蚀性大42.1倍)。实施例9制备包含65重量％的60目粉末状碳化钨和35重量％的80目粉末状镍基粘合剂的均匀粉末状混合物并且放入ebm机器中。所述镍基粘合剂为上表1中的粘合剂4。因此，所述镍基粘合剂包含2.8重量％的b、3.5重量％的si、22.0重量的co和71.7重量％的ni。将ebm机器的真空室排空至8×10-6毫巴并且利用氦吹扫。接下来，将粉末状混合物铺层并且使用电子束根据3dcad模型选择性熔融以掺和制造钻地钻头。以1200w至1500w的功率施加电子束，电子束的焦斑的宽度为0.10mm，焦斑的线扫描速度为20mm/s至25mm/s，粉末状混合物的各层的厚度为0.18mm，并且电子束的扫描间距为0.12mm。确定了钻头的硬度、压缩强度、压缩断裂变形率、挠曲强度、相对耐磨性、和相对耐腐蚀性。特别地，使用常规洛氏试验确定硬度，根据题为“金属材料室温压缩试验方法”的中国标准gb/t7314-2005确定压缩强度和压缩断裂变形率，根据题为“工程陶瓷弯曲强度试验方法”的中国标准gb/t6569-86确定挠曲强度，根据以上在实施例1中描述的试验步骤确定相对耐磨性，并且根据以上在实施例2中描述的试验步骤确定相对耐腐蚀性。结果如下：钻头的硬度为79.5hra，钻头的压缩强度为1584mpa，钻头的压缩断裂变形率为13.1％，钻头的挠曲强度为1108mpa，钻头的相对耐磨性为70.4(即，比42crmo钢的耐磨性大70.4倍)，并且钻头的相对耐腐蚀性为33.2(即，比316不锈钢的耐腐蚀性大33.2倍)。实施例10制备包含55重量％的120目粉末状碳化钨和45重量％的125目粉末状镍基粘合剂的均匀粉末状混合物并且放入ebm机器中。所述镍基粘合剂为上表1中的粘合剂3。因此，所述镍基粘合剂包含1.8重量％的b、3.5重量％的si和94.7重量％的ni。将ebm机器的真空室排空至8×10-6毫巴并且利用氦吹扫。接下来，将粉末状混合物在1018碳钢起始板的表面上铺层并且使用电子束根据3dcad模型选择性熔融以掺和制造钻地钻头。以850w至1040w的功率施加电子束，电子束的焦斑的宽度为0.12mm，焦斑的线扫描速度为30mm/s至38mm/s，粉末状混合物的各层的厚度为0.09mm，并且电子束的扫描间距为0.1mm。实施例11制造具有以下组成的两种均匀粉末状混合物：(1)40重量％的60目粉末状碳化钨和60重量％的80目粉末状镍基粘合剂；(2)60重量％的60目粉末状碳化钨和40重量％的80目粉末状镍粘合剂，所述镍粘合剂包含100重量％的ni。粉末状混合物(1)中的镍基粘合剂为上表1中的粘合剂7，而粉末状混合物(2)中的镍基粘合剂为上表1中的粘合剂8。因此，混合物(1)中的镍基粉末状粘合剂包含20.0-23.0重量％的cr、0.5重量％的fe、0-0.5重量％的si、0.1重量％的co、8.0-10.0重量％的mo、0.4重量％的al、3.15-4.15重量％的nb、0.04重量％的ti和作为余量的ni；并且混合物(2)中的镍粘合剂包含100重量％的ni。制备各粉末混合物并且分别置于ebm机器中以掺和制造钻地钻头。在各情况下，将ebm机器的真空室排空至8×10-6毫巴并且利用氮吹扫，并且将粉末混合物铺层并使用电子束根据3dcad模型选择性熔融。此外，在各情况下，以1200w至1500w的功率施加电子束，电子束的焦斑的宽度为0.10mm，焦斑的线扫描速度为20mm/s至25mm/s，粉末状混合物的各层的厚度为0.18mm，并且电子束的扫描间距为0.12mm。确定个钻头的硬度和挠曲强度。特别地，使用常规洛氏试验确定硬度，并且根据题为“工程陶瓷弯曲强度试验方法”的中国标准gb/t6569-86确定挠曲强度。在下表2中示出结果。表2粉末状混合物硬度(hrc)挠曲强度(ksi)(1)45-62130-212(2)32-50142-210虽然已经示出并描述了优选实施方式，但是在不背离本文的范围和教导的情况下，本领域技术人员能够进行其修改。本文中描述的实施方式仅为示例性的并且不为限制性的。本文中描述的系统、装置和方法的许多变化和修改是可能的并且落在本公开内容的范围内。例如，各部件的相对尺寸、制造各部件的材料和其它参数可能变化。因此，保护范围不限于本文中描述的实施方式，而仅由权利要求书限制，所述权利要求书的范围应包括权利要求的主题的所有等价体。除非另有明确说明，方法权利要求中的步骤可以以任何顺序进行。方法权利要求前的标识符的列举如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)不旨在并且不指定步骤的特定顺序，而用于简化随后对这种步骤的引用。当前第1页12