專利名稱：用于硬質復合材料的基體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硬質復合材料，硬質復合材料含有金屬基體和夾在其中的一或多個分離的硬質單體，這里，硬質復合材料可用作切削工具或耐磨構件。更具體地說，本發(fā)明涉及金剛石復合材料，金剛石復合材料含有將碳化物基顆粒用浸滲金屬粘結在一起構成的基體和一或多個夾在其中的分離的金剛石基單體。應該理解，金剛石基單體可含有分離的金剛石復合材料或多晶金剛石復合材料其上帶有一層多晶金剛石的基片。適用于工具基體的幾種碳化鎢包括粗晶碳化鎢，含有粘結金屬的燒結粗晶碳化鎢碎料和鑄制碳化鎢碎料。
就粗晶碳化鎢來說，這種材料基本上為理想配比的碳化鎢，多半為單晶。粗晶碳化鎢中某些較大的晶體為雙晶體。授與McKenna的并轉讓給本專利申請的受讓人的發(fā)明名稱為“制備一碳化鎢的方法”的美國專利3,379,503公開了一種制取粗晶碳化鎢的方法。授與Terry等人并轉讓給本專利申請受讓人的發(fā)明名稱為“粗晶-碳化鎢粉料及其制造方法”的美國專利4,834,963也公開了一種制備粗晶碳化鎢的方法。
就燒結粗晶碳化鎢碎料來說，這種材料含有在金屬基體中粘結在一起的小顆粒碳化鎢。對這種本申請所采用的材料來說，帶有粘結劑(Co或Ni)的燒結粗晶碳化鎢碎料是通過混拌粒狀碳化鎢、粉狀鈷或鎳和潤滑劑制取的。先對這種混合料進行制丸，再進行燒結、冷卻和破碎。制丸不用加壓而是在混拌粒狀碳化鎢和鈷(或鎳)粉時混拌機的槳葉就使碳化鎢和鈷(或鎳)粉的混合料滾成丸料。
就鑄制碳化鎢碎料來說，鎢形成兩種碳化鎢，即WC和W2C。在這兩者之間可產(chǎn)生一連續(xù)系列的成分。一種低共熔混合體約含4.5％(重量百分比，以下所示“％”全部為重量百分比)的碳。商業(yè)上用作基體粉料的鑄制碳化鎢一般含有約4％的低級低共熔碳。鑄制碳化鎢一般從熔態(tài)中凝結出來，再將其破碎到所需粒徑。
以往的硬質復合材料含有基體和夾在其中的分離的硬質單體。在一般情況下，基體含有用浸滲金屬粘結在一起的碳化物基顆粒而硬質單體含有金剛石基材料。
就碳化物基顆粒來說，作為一例，碳化物基組分含有約67.10％的粗晶碳化鎢，其粒徑分布為18.0-22.0％的粒徑為-80+120目(篩目尺寸按ASTME-11-70標準，這里相當于＞125μm和≤177μm)，25.0-30.0％的粒徑為-120+170目(＞88μm和≤125μm)，29.0-33.0％的粒徑為-170+230目(＞63μm和≤88μm)，18.0-22.0％的粒徑為-230+325目(＞44μm和≤63μm)和5.0％以下的粒徑為-325目(≤44μm)；約30.90％粒徑為-325目(≤44μm)的鑄制碳化鎢碎粒；1.00％平均粒徑為3-5μm的Fe和1.00％粒徑為-325目(≤44μm)的4600號鋼。
4600號鋼的標稱成分為1.57％的Ni；0.38％的Mn；0.32％的Si；0.29％的Mo；0.06％的C和余量的Fe。
作為另一示例，碳化物基組分含有約65％粒徑為-80+325目(＞44μm和≤177μm)的粗晶碳化鎢，27.6％磨成平均粒徑為4～6μm而去除超細粉末的碳化鎢桿料，2.8％粒徑為-325目(≤44μm)的W，2.8％粒徑為-140目(≤105μm)的4600號鋼，1.8％粒徑為-325目(≤44μm)的Fe)。
作為另一示例，碳化物基顆粒組分含有68％粒徑為-80+325目(＞44μm和≤177μm)的粗晶碳化鎢，15％粒徑為-325目(≤44μm)的粗晶碳化鎢，15％粒徑為-325目(≤44μm)的鑄制碳化鎢碎料，2％粒徑為-325目(≤44μm)的Ni。這里，Ni為InternationalNickel公司的INCO123型Ni，是一種覆有正常形狀粉料的特種細長料。根據(jù)商用資料得知其化學成分和物理性能如下化學成分為C不大于0.1，O2不大于0.15，S不大于0.001，F(xiàn)e不大于0.01，余為Ni。其平均粒徑為3-7μm(Fisher亞篩粒徑)，視密度為1.8-2.7g/cc，比表面積為0.34-0.44m2/g。
作為另一示例，碳化鎢基顆粒組分含有64％粒徑為-80+325目(＞44μm和≤177μm)的粗晶碳化鎢，14％粒徑為-325目(≤44μm)的粗晶碳化鎢，14％粒徑為-325(≤44μm)的鑄制碳化鎢碎料和8％粒徑為-200目(≤74μm)的Ni。
作為另一示例，碳化鎢基顆粒組分含有67.0％粒徑分布如下的鑄制碳化鎢碎料，即18.0-22.0％的粒徑為-80+120目(＞125μm和≤177μm)，25.0％-30.0％的粒徑為-120+170目(＞88μm和≤125μm)，29.0-33.0％的粒徑為-170+230目(＞63μm和≤88μm)，18.0-22.0％的粒徑為-230+325目(＞44μm和≤63μm)，5.0％以下的粒徑為-325目(≤44μm)；31.0％粒徑為-325目(≤44μm)的鑄制碳化鎢碎料；1.0％粒徑為-325目(≤44μm)的Fe；1.0％粒徑為-325目(≤44μm)的4600號鋼。
作為一例，一種適用的浸滲劑含有63-67％的Cu，14～16％的Ni，19～21％的Zn。這種材料的比重為8.5g/cc，熔點為1100°F。這種浸滲劑的使用粒度為1/32″×5/16″。這種合金由本申請的受讓人標定其牌號為“MACROFIL65”，在本申請中就采用這一牌號的浸滲劑。
作為另一示例，一種適用的浸滲劑含有52.7％的Cu，24.0％的Mn，15.0％的Ni，8.0％的Zn，0.15％的B，0.15％的Si，微量的Pb、Sn和Fe。這種浸滲劑由地址為“330 Belmont Avenue，Brooklyn，New York 11207”的Belmont Metals公司以“VIRGIN 4537D”的粘結劑牌號和1″×1/2″×1/2″的塊度出售。這種合金由本申請受讓人標定其牌號為“MACROFIL53”，在本申請中就采用這一牌號的浸滲劑。
這些早期用于硬質復合材料的基體使用情況良好，但仍希望能提供一種改進型基體以改進硬質復合材料的性能。這些性能包括沖擊強度、橫向破裂強度、硬度、耐磨性和磨蝕性。還希望能提供一種采用改進型基體材料的改進型硬質復合材料。更希望能提供一種在柄上粘結有改進型硬質復合材料的工具，這種工具舉例來說可用作油井鉆頭。
本發(fā)明的目的是提供一種用于硬質復合材料的改進型基體粉料，硬質復合材料具有一或多個夾在基體內的分離的硬質單體，基體由用浸滲金屬粘結在一起的碳化物基顆粒構成，具有全面改進的性能。預期這種硬質復合材料可用于切料和鉆孔而不帶硬質單體的基體粉料和浸滲劑則具有耐磨的用途。
本發(fā)明的另一目的是提供一種帶有多個分離的硬質單體如金剛石或多晶金剛石復合材料單體的改進型硬質復合材料，單體夾在用浸滲金屬粘結在一起、沖擊強度改進了的碳化物基顆粒內。
本發(fā)明的另一目的是提供一種帶有多個分離的硬質單體如金剛石或多晶金剛石復合材料單體的改進型硬質復合材料，單體夾在用浸滲劑粘結在一起、橫向破裂強度改進了的碳化物基顆粒內。
本發(fā)明的另一目的是提供一種帶有多個分離的硬質單體如金剛石或多晶金剛石復合材料單體的改進型硬質復合材料，單體夾在用浸滲劑粘結在一起、硬度改進了的碳化物基顆粒內。
本發(fā)明的另一目的是提供一種帶有多個分離的硬質單體如金剛石或多晶金剛石復合材料單體的改進型硬質復合材料，單體夾在用浸滲劑粘結在一起、耐蝕性改進了的碳化物基顆粒內。
作為一種形式，本發(fā)明為一種用以連同浸滲劑構成基體的基體粉料。這種基體粉料含有粒徑為-80+400目(＞37μm和≤177μm)的燒結碳化鎢碎粒。燒結碳化鎢碎料的成分為約5～20％的粘結金屬和約80～95％的碳化鎢。
作為另一種形式，本發(fā)明為一種金剛石復合材料件，具有支承體和粘結在支承體上的金剛石復合材料。金剛石復合材料含有由浸滲劑粘結在一起的顆粒團塊。此團塊是在裝有浸滲劑的情況下加熱混合粉料形成的。混合粉料含有粒徑為-80+400目(＞37μm和≤177μm)的燒結碳化鎢碎粒。燒結碳化鎢碎料的成分為約5～20％的粘結金屬和約80-95％的碳化鎢。
以下為構成本發(fā)明一部分的對附圖所作簡要說明，附圖中

圖1為制作產(chǎn)品所用組件的簡圖，產(chǎn)品具有工具柄體和作為一實施例粘結在產(chǎn)品上的分離的金剛石；圖2為制作產(chǎn)品所用組件的簡圖，產(chǎn)品具有工具柄體和作為另一實施例粘結在產(chǎn)品上的金剛石復合材料；
圖3為采用本發(fā)明的工具鉆頭。
圖1示出作為本發(fā)明一部分的采用金剛石制造產(chǎn)品所用組件。典型的產(chǎn)品為鉆頭。鉆頭具有一柄。切削單體如分離的金剛石粘結在具有金屬基體的鉆頭上。將柄固定在鉆軸上的方法是可變的，但常用的方法是在柄上設螺紋而使柄與鉆軸內的螺紋孔作螺紋連接。另一方法是將柄焊接在鉆軸上。
生產(chǎn)所用組件具有碳質模如石墨模10，模子具有底壁12和豎壁14，模10內部形成一定的容積；組件還具有頂蓋16以與模10上部的開口配接。可以看出，是否采用頂蓋16取決于要求控制氣氛的程度。
在將粉料裝入模子之前先使鋼柄24在模子內定位。將鋼柄24的一部分裝在混合粉料22內，另一部分留在混合料22的外面。柄24的一端設有螺紋25，另一端設有凹槽5A。
在模子內，多個分離的金剛石20位于選定的部位，使其留在成品表面的選定部位?；w粉料22為碳化物基粉料，將其裝在模10內而貼緊金剛石20?；w粉料22的成分將列出于后。
一當模子內要置好金剛石20和裝入基體粉料22后隨即將浸滲金屬26貼近混合粉料22放入模10。然后將頂蓋16蓋在模子上，將模子裝入爐內加熱到約2200°F(1177℃)，使浸滲劑26熔化而滲入粉料塊體。這就取得最終產(chǎn)品，其中浸滲劑將粉料粘結在一起，基體將金剛石夾在其中而復合材料則粘結在鋼柄上。
圖2示出作為本發(fā)明另一部分的采用金剛石復合材料制造第二種產(chǎn)品所用組件。組件包括碳質模如石墨模30，模子具有一底壁32和豎壁34。模30內部形成一定容積。組件還具有頂蓋36以與模30上部開口配接?？梢钥闯?，是否采用頂蓋36取決于要求控制氣氛的程度。
在將混合粉料裝入模子前先使鋼柄42在模子內定位，將鋼柄42的一部分裝在混合粉料40內而使鋼柄42的另一部分留在混合料的外面。柄42以其具有凹槽43的一端裝在混合粉料內。
在模30內使多個碳質(石墨)坯料38在選定的部位定位而使其在最終產(chǎn)品表面上位于選定的部位?；w粉料40為碳化物基粉料，將其裝入模30內而使其貼緊碳質(石墨)坯料38?；w粉料40的成分將列出于后。
一當模30內安置碳質(石墨)坯料38和裝入基體粉料40后，將浸滲合金44貼近混合粉料裝入模子。然后將頂蓋36蓋在模子上，將模子裝入爐內并加熱到約2200°F(1177℃)，使浸滲劑熔化而滲入粉料塊體。這就取得中間產(chǎn)品，其中浸滲劑將粉料粘結在一起，將粉料塊體粘結在鋼柄上，而碳質(石墨)坯料可構成受浸滲塊體表面上的凹口。
將碳質(石墨)坯料從粘結的塊體中取出，將形狀與碳質(石墨)坯料相似的金剛石復合材料壤嵌體釬焊在凹口內而得最終產(chǎn)品。金剛石復合材料鉆頭的側面一般粘結一層分離的金剛石。
圖3示出工具50的一部分。在工具50朝向前方的表面上粘結著散布的金剛石單體52。
比較性實例以下列出所作比較性實例及其試驗結果。
比較性實例A中基體混合粉料的成分和粒徑分布如下約67.10％的粗晶碳化鎢，其粒徑分布為18.0-22.0％的粒徑為-80+120目(＞125μm和≤177μm)，25.0-30.0％的粒徑為-120+170目(＞88μm和≤125μm)，29.0-33.0％的粒徑為-170+230目(＞63μm和≤88μm)，18.0-22.0％的粒徑為-230+325目(＞44μm和≤63μm)，5.0％以下的粒徑為-325目(≤40μm)；約30.9％粒徑為-325目(≤44μm)的鑄制碳化鎢碎粒；1.00％平均粒徑為3-5μm的Fe；1.00％粒徑為-325目(≤44μm)的4600號鋼。4600號鋼具有以下標稱成分1.57％的Ni，0.38％的Mn，0.32％的Si，0.29％的Mo，0.06％的C，余為Fe。
浸滲劑為MACRORIL53浸滲劑。其成分如前所述。將所述混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子并在約2200°F(1177℃)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
比較性實例B中基體混合粉料的成分和粒徑分布如下約68％粒徑為-80+325目(＞44μm和≤177μm)的粗晶碳化鎢；15％粒徑為-325目(≤44μm)的粗晶碳化鎢；15％粒徑為-325目(≤44μm)的鑄制碳化鎢碎料；2％粒徑為-325目(≤44μm)的Ni，鎳是采用International Nickel公司INCO123型Ni，這是一種覆有正常形狀粉料的特種細長料。從商用資料中得知其化學成分和物理性能如下化學成分為不大于0.1的C，不大于0.15的O2，不大于0.001的S，不大于0.01的Fe，余為Ni。平均粒徑為3-7μm(Fisher亞篩粒度)，視密度為1.8-2.7g/cc，比表面積為0.34～0.44m2/g。
浸滲劑為MACROFIL53浸滲劑。其成分如前所述。將所述混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子并在約2200°F(1177℃)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
比較性實例C中基體混合粉料的成分和粒徑分布如下約67.0％粒徑分布如下的鑄制碳化鎢碎粒，即18.0-22.0％的粒徑為-80+120目(＞125μm和≤177μm)，25.0-30.0％的粒徑為-120+170目(＞88μm和≤125μm)，29.0-33.0％的粒徑為-170+230目(＞63μm和≤88μm)，18.0-22.0％的粒徑為-230+325目(＞44μm和≤63μm)，5.0％以下的粒徑為-325目(≤44μm)；31.0％粒徑為-325目(≤44μm)的鑄制碳化鎢碎料；1.0％粒徑為-325目(≤44μm)的Fe；1.0％粒徑為-325目(≤44μm)的4600號鋼。
浸滲劑為MACROFIL53浸滲劑。其成分如前所述。將所述混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子并在約2200°F(1177℃)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
比較性實例D的基體混合料成分和粒徑分布如下約64％粒徑為-80+325目(＞44μm和≤177μm)的粗晶碳化鎢；14％粒徑為-325目(≤44μm)的粗晶碳化鎢；14％粒徑為-325目(≤44μm)的鑄制碳化鎢碎料；8％粒徑為-200目(≤74μm)的Ni。鎳是采用Inter-national Nickel公司的INCO123型Ni，這是一種覆有正常形狀粉料的特種細長料。從商用資料得知其化學成分和物理性能如下化學成分為不大于0.1的C，不大于0.15的O2，不大于0.001的S，不大于0.01的Fe，余為Ni。平均粒徑為3-7μm(Fisher亞篩粒度)，視密度為1.8～2.7g/cc，比表面積為0.34～0.44m2/g。
浸滲劑為MACROFIL53浸滲劑。其成分如前所述。將所述混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子并在約2200°F(1177℃)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
實際實例以下列出本發(fā)明的實際實例及其試驗結果。
實例No.1實例No.1的基體混合粉料成分和粒徑分布如下100％粒徑為-140+325目(＞44μm和≤105μm)的燒結粗晶碳化鎢碎粒。燒結粗晶碳化鎢的成分為13％的Co和87％的粗晶碳化鎢，其中粗晶碳化鎢的平均粒徑約為5-25μm。
浸滲劑為MACROFIL53浸滲劑。其成分如前所述。將所述混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子并在約2200°F(1177℃)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
實例No.2實例No.2的混合粉料成分和粒徑分布如下100％粒徑為-140+270目(＞63μm和≤105μm)的燒結粗晶碳化鎢碎粒。燒結粗晶碳化鎢的成分為6％的Co和94％粗晶碳化鎢，其中碳化鎢的平均粒徑約為5-25μm。
浸滲劑為MACROFIL53浸滲劑。其成分如前所述。將所述混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子并在約2200°F(1177℃)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
實例No.3實例No.3的基體混合粉料成分和粒徑分布如下
(a)約50.25％粒徑為-80+325目(＞44μm和≤177μm)的粗晶碳化鎢顆粒；(b)約25.00％粒徑為-120目(≤125μm)的燒結粗晶碳化鎢碎粒，其成分為約6％的Co，不大于1％的Fe，不大于1.0％的Ta，不大于1.0％的Ti，不大于0.5％的Nb，不大于0.5％的其他雜質，余為平均粒徑約為5～25μm的粗晶碳化鎢；(c)約23.25％粒徑為-270目(≤53μm)的去除超細粉末的鑄制碳化鎢；(d)約0.75％粒徑為-325目(≤44μm)的4600號鋼；(e)約0.75％平均粒徑為3-5μm的Fe。
將這一混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子內并在約2200°F(1177℃)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
實例No.4實例No.4的基體混合粉料成分和粒徑分布如下(a)約33.50％粒徑為-80+325目(＞44μm和≤177μm)的粗晶碳化鎢顆粒；(b)約50.00％粒徑為-120目(≤125μm)的燒結粗晶碳化鎢碎粒，其成分為約6％的Co，不大于1％的Fe，不大于1.0％的Ta，不大于1.0％的Ti，不大于0.5％的Nb，不大于0.5％的其他雜質，余為平均粒徑約為5～25μm的粗晶碳化鎢；(c)約15.50％粒徑為-270目(≤53μm)去除超細粉末的鑄制碳化鎢；(d)約0.50％粒徑為-325目(≤44μm)的4600號鋼；(e)約0.50％平均粒徑為3-5μm的Fe。
將這一混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子內并在約2200°F(1177℃)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
實例No.5實例No.5的混合粉料成分和粒徑分布如下
(a)約16.75％粒徑為-80+325目(＞44μm和≤177μm)的粗晶碳化鎢顆粒；(b)約75.00％粒徑為-120目(≤125μm)的燒結粗晶碳化鎢碎粒，其成分為約6％的Co，不大于1％的Fe，不大于1.0％的Ta，不大于1.0％的Ti，不大于0.5％的Nb，不大于0.5％的其他雜質，余為平均粒徑約為5～25μm的粗晶碳化鎢；(c)約7.75％粒徑為-270目(≤53μm)去除超細粉末的鑄制碳化鎢；(d)約0.25％粒徑為-325目(≤44μm)的4600號鋼；(e)約0.25％平均粒徑為3-5μm的Fe。
將所述混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子并在約2200°F(1177℃)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
實例No.6實例No.6的混合粉料成分和粒徑分布如下(a)約100％粒徑為-120目(≤125μm)的燒結粗晶碳化鎢碎粒，其成分為約6％的Co，不大于1％的Fe，不大于1.0％的Ta，不大于1.0％的Ti，不大于0.5％的Nb，不大于0.5％的其他雜質，余為平均粒徑約為5～25μm的粗晶碳化鎢；將所述混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子并在約1177℃(2200°F)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
實例No.7實例No.7的混合粉料含有100％的燒結粗晶碳化鎢，其成分為10％的Ni和90％的粗晶碳化鎢。燒結粗晶碳化鎢混合粉料的粒徑分布為0.1％的粒徑為-80+120目(＞125μm和≤177μm)，11.4％的粒徑為-120+170目(＞88μm和≤125μm)，41.1％的粒徑為-170十230目(＞63μm和≤80μm)，44.5％的粒徑為-230+325目(＞44μm和≤63μm)，2.9％的粒徑為-325+400目(＞37μm和≤44μm)。
將所述混合粉料連同MACROFIL53浸滲劑裝入模子并在約1177℃(2200°F)下加熱到使浸滲劑充分地滲入粉料塊體而將其粘結在一起。然后使粉料塊體冷卻。
實例No.8和9實例No.8和No.9與實例No.7相同。
為形成實例No.7-9的燒結粗晶碳化鎢，將粗晶碳化鎢與10％的Ni混合并在1371℃(2500°F)下進行燒結。再將燒結的材料破碎到實例No.7-9中所述粒徑。
試驗結果對沖擊強度試驗按采用沖擊韌性試驗機的方法進行。此機具有一錘，此錘下落時在試樣上產(chǎn)生一沖擊負荷。沖擊強度是用使試樣斷裂所需負荷和時間計算的。這一試驗是用裝有Dynatap儀的落重柱進行的。這一試驗為高應變率三點彎曲試驗，用以測定使直徑為0.5″的銷形試樣斷裂所需能量。
橫向破裂強度試驗方法在于將用受浸滲材料制成的圓形銷體裝在夾具內。再在此試樣上加一負荷直至斷裂。再根據(jù)實際負荷和銷形試樣的尺寸計算出橫向破裂強度。硬度試驗是按ASTM B34785標準進行的。
這九個實例和四個比較性實例的沖擊強度、橫向破裂強度和硬度的試驗結果如下實例No.1沖擊強度 4.728ft-lb橫向破裂強度 136ksi硬度 29.2HRC實例No.2沖擊強度 6.792ft-lb橫向破裂強度 184ksi硬度 44.8HRC
實例No.3沖擊強度3.516ft-lb橫向破裂強度105ksi硬度33.6HRC實例No.42沖擊強度4.819ft-lb橫向破裂強度131ksi硬度42.2HRC實例No.5沖擊強度5.222ft-lb橫向破裂強度153ksi硬度44.3HRC實例No.6沖擊強度8.356ft-lb橫向破裂強度162ksi硬度42.5HRC實例No.7沖擊強度9.249ft-lb橫向破裂強度216ksi硬度41.7HRC實例No.8沖擊強度7.912ft-lb橫向破裂強度202ksi硬度35.4HRC
實例No.9沖擊強度 7.421ft-lb橫向破裂強度 191ksi硬度 36.3HRC實例A沖擊強度 2.730ft-lb橫向破裂強度 116ksi硬度 38.3HRC實例B沖擊強度 3.094ft-lb橫向破裂強度 114ksi硬度 31.5HRC實例C沖擊強度 2.466ft-lb橫向破裂強度 96ksi硬度 38.7HRC實例D沖擊強度 -ft-lb橫向破裂強度 128ksi硬度 -HRC耐磨試驗是按Riley Stroker法(ASTM B611標準)用一26Kg配重進行的。其結果列出如下
試樣磨損重量(硬幣頂面/硬幣底面)實例No.1 426.5/373.9實例No.2 373.3/298.2實例No.3 427.6/423.5實例No.4 394.4/387.4實例No.5 382.7/375.1實例No.6 339.8/374.0實例No.7 344.8/-實例No.8 350.4/257.2實例No.9 357.4/331.7實例A439.9/443.5實例B472.1/466.4實例C322.3/329.0實例D419.4/406.5磨損重量的單位是輪子每轉50周的克數(shù)。
耐蝕試驗的方法在于使用基體材料制成的硬幣處于磨蝕性的加砂高壓水流下一個預定的時間而測出硬幣的磨蝕質量。試驗的參數(shù)如下水壓 1000psi砂子粒度 ASTM50-70(細粒)噴嘴尺寸 #4-15度試驗持續(xù)時間 1min沖擊角度 20°試驗裝置包括一個大型高壓水泵裝置，一桶砂子，由扳機操作的噴嘴噴射裝置和連接以上各部分的軟管。試驗方法是硬幣稱重，將硬幣放進噴射裝置，對硬幣噴射一分鐘，再作硬幣稱重以測出磨蝕重量。硬幣稱重采用Metller天平，其分辨能力為0.002g。每次稱量前清理并干燥硬幣。對硬幣每面進行兩次試驗。
對砂子和水的流量也進行監(jiān)測。在整個試驗中平均水流量約為2gal/min。試驗的砂子平均流量約為0.65lb/min而在試驗進行中作某種容易看出的增長。砂子流量測量精度約為±0.05lb/min。除采用流體噴射替代氣體噴射外，這一試驗方法按ASTM G76標準進行。
對這些試驗的結果已就砂子流量的變動進行了校正。磨蝕重量以克計算。
試樣磨蝕重量(硬幣頂面/硬幣底面)實例No.10.25/0.19實例No.20.16/0.13實例No.30.12/0.16實例No.40.13/0.10實例No.50.11/0.13實例No.60.10/0.08實例No.7-實例No.80.05/0.04實例No.9-實例A 0.42/0.37實例B 0.38/0.37實例C 0.17/0.17實例D 0.12/0.09通過以上對本發(fā)明的說明或實施例，本發(fā)明的其他實施例對熟悉本專業(yè)的人來說是顯而易見的。因此，以上說明和實例只是說明性的，本發(fā)明的確切范圍和精神實質應以以下權利要求書為準。
權利要求
1.一種用以連同一種浸滲劑形成一種基體的基體粉料，含有粒徑為＞37μm和≤177μm的燒結碳化鎢碎粒；碎粒的成分為約5～20％(重量)的粘結金屬和約80～95的碳化鎢。
2.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Co；燒結碳化鎢碎料的成分為約6-13％的Co和約87-94％的碳化鎢，其粒徑為＞53μm和≤105μm。
3.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Co；燒結碳化鎢碎料的粒徑為＞44μm和≤177μm。
4.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Co；燒結碳化鎢碎粒的成分為約6％的Co，不大于1％的Fe，不大于1.0％的Ta，不大于1.0％的Ti，不大于0.5％的Nb，不大于0.5％的其他雜質，余為平均粒徑約為5-25μm的碳化鎢。
5.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粉料含有約100％的燒結碳化鎢碎粒，碎料的粒徑為＞44μm和≤177μm。
6.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Co；粉料含有(a)50％以下、粒徑為＞44μm和≤177μm的碳化鎢顆粒；(b)75％以下、粒徑為≤177μm的燒結碳化鎢碎粒，其成分為約6％的Co，不大于1％的Fe，不大于1.0％的Ta，不大于1.0％的Ti，不大于0.5％的Nb，不大于0.5％的其他雜質，余為平均粒徑約為5-25μm的碳化鎢；(c)約24％以下、平均粒徑為≤53μm的鑄制碳化鎢；(d)約0.5-1.5％、粒徑約為3-5μm的Fe。
7.按權利要求6所述的基體粉料，其特征在于作為鐵的組分混合料含有約0.25～0.75％粒徑為≤44μm的4600號鋼和約0.25～0.75％粒徑約為3-5μm的Fe。
8.按權利要求6所述的基體粉料，其特征在于混合料含有約50％的碳化鎢顆粒，約25％的燒結碳化鎢碎粒。
9.按權利要求6所述的基體粉料，其特征在于混合料含有約34％的碳化鎢顆粒和約50％的燒結碳化鎢碎粒。
10.按權利要求6所述的基體粉料，其特征在于混合料含有約17％的碳化鎢顆粒和約75％的燒結碳化鎢碎粒。
11.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于燒結碳化鎢碎粒為燒結粗晶碳化鎢碎粒。
12.按權利要求11所述的基體粉料，其特征在于基體粉料含有約100％的燒結粗晶碳化鎢碎粒。
13.按權利要求12所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Co。
14.按權利要求13所述的基體粉料，其特征在于燒結粗晶碳化鎢碎粒的粒徑為＞44μm和≤177μm。
15.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Ni；燒結碳化鎢碎料的成分約為6～13％的Ni和87～94％的碳化鎢，燒結碳化鎢碎料的粒徑為＞53μm和≤105μm。
16.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Ni；燒結碳化鎢碎料的粒徑為＞44μm和≤177μm。
17.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Ni；燒結碳化鎢碎料的成分為約6％的Ni，不大于1％的Fe，不大于1.0％的Ta，不大于1.0％的Ti，不大于0.5％的Nb，不大于0.5％的其他雜質，余為平均粒徑約為5～25μm的碳化鎢。
18.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Ni；粉料含有約100％粒徑為＞44μm和≤177μm的燒結碳化鎢碎粒。
19.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于粘結金屬為Ni，粉料含有(a)約50％以下粒徑為＞44μm和≤177μm的碳化鎢顆粒。(b)約75％以下、粒徑為≤177μm的燒結碳化鎢碎粒，其成分為約6％的Ni，不大于1％的Fe，不大于1.0％的Ta，不大于1.0％的Ti，不大于0.5％的Nb，不大于0.5％的其他雜質，余為平均粒徑約5-25μm的碳化鎢；(c)約24％以下、平均粒徑為≤53μm的鑄制碳化鎢；(d)約0.5～1.5％大體上為粒徑約3-5μm的Fe；
20.按權利要求19所述的基體粉料，其特征在于作為鐵的組分混合料含有約0.25-0.75％粒徑為≤44μm的4600號鋼和約0.25-0.75％粒徑約為3-5μm的Fe。
21.按權利要求19所述的基體粉料，其特征在于混合料含有約50％的碳化鎢顆粒，約25％的燒結碳化鎢碎粒。
22.按權利要求19所述的基體粉料，其特征在于混合料含有約34％的碳化鎢顆粒，約50％的燒結碳化鎢碎粒。
23.按權利要求19所述的基體粉料，其特征在于混合料含有約17％的碳化鎢顆粒，約75％的燒結碳化鎢碎粒。
24.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于浸滲劑含有約50-70％的Cu、約10-20％的Ni和約15-25％的Zn。
25.按權利要求24所述的基體粉料，其特征在于浸滲劑含有約63-67％的Cu、約14-16％的Ni和約19-21％的Zn。
26.按權利要求1所述的基體粉料，其特征在于浸滲劑含有約45～60％的Cu、約10～20％的Ni、約4～12％的Zn、約18～30％的Mn、一定量的B和一定量的Si。
27.按權利要求26所述的基體粉料，其特征在于浸滲劑含有約52.7％的Cu、約24％的Mn、約15％的Ni、約8％的Zn、約0.15％的B和約0.15％的Si。
28.一種金剛石復合材料件，含有一支承；一金剛石復合材料，固定在支承上；金剛石復合材料含有一基體，基體含有用一種浸滲劑粘結在一起的顆粒團塊，顆粒團塊是在裝有一種浸滲劑的情況下加熱一種混合粉料形成的，其中混合粉料含有粒徑為＞37μm和≤177μm的燒結碳化鎢碎粒，其成分約為5～20％的粘結金屬和80～95％的碳化鎢。
29.按權利要求28所述的金剛石復合材料件，其特征在于粉料含有約100％粒徑為＞44μm和≤177μm的燒結碳化鎢碎粒。
30.按權利要求29所述的金剛石復合材料件，其特征在于粘結金屬為Co。
31.按權利要求29所述的金剛石復合材料件，其特征在于粘結金屬為Ni。
32.按權利要求28所述的金剛石復合材料件，其特征在于燒結碳化鎢碎粒為燒結粗晶碳化鎢碎粒。
33.按權利要求28所述的金剛石復合材料件，其特征在于浸滲劑含有約50～70％的Cu、約10～20％的Ni和約15～25％的Zn。
34.按權利要求28所述的金剛石復合材料件，其特征在于浸滲劑含有約45～60％的Cu、約10～20％的Ni、約4～12％的Zn、約18～30％的Mn、一定量的B和一定量的Si。
全文摘要
一種與浸滲劑一起形成基體的基體粉料,可用作耐磨件或用以夾持至少一個分離的硬質單體(20)。基體粉料含有燒結碳化鎢碎粒(22)。燒結碳化鎢碎料的成分為約6—13%的粘結金屬和約87—94%的碳化鎢。
文檔編號C22C26/00GK1172506SQ96191735
公開日1998年2月4日 申請日期1996年1月30日 優(yōu)先權日1995年2月1日
發(fā)明者哈羅德·E·凱利, 威廉·E·西爾韋斯, 查爾斯·J·特里, 加里·R·彼得森 申請人:鈷碳化鎢硬質合金公司