專利名稱：硬質合金和金剛石件的熔合結構和方法及鉆具與其切削件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硬質合金件和金剛石件之間的熔合方法和熔合結構。此外，本發(fā)明涉及用于鉆井(暗井)或類似物的切削刃、切削部件和鉆具。
背景技術：
鉆具用于鉆油井和其它類型的井。作為這種類型的鉆具公知的是由超硬碳化鎢合金構成的桿(以下稱為“硬質合金桿”)通過例如釬焊和熱壓配合的方法以預先確定的安排連接于鐵合金工具體的末端表面，由超高壓力燒結的金剛石(以下稱為“燒結金剛石”)組成的切削刃被釬焊到這些硬質合金鉆桿的每一個上。鉆具被安裝在一個管件的末端，管件旋轉從而借助管件在鉆進方向施加一個重量，因此通過設置在工具體上的切削刃執(zhí)行鉆進操作。
因為形成切削刃的燒結金剛石的吸濕度相對于釬料較低，因此使用標準釬料的釬焊是困難的。在日本未審專利申請，第一次公開號2000-000686中公開的鉆具中，一個組份有包括例如20％-40％質量的銅和0.5％-10％質量的鈦，其余由金和不可避免的雜質組成的金合金釬料(熔點，940℃)被用于將切削刃釬焊到硬質合金桿上。此外，美國專利No.6,248,447B1公開了一種鉆具，其中切削刃由耐高熱的燒結金剛石形成。
近幾年，在鉆進操作中增加了節(jié)省勞動力、節(jié)省能源和減少費用的要求。例如，因為為了鉆井開拓石油和類似物的鉆進操作中每天的操作費用是極高的，所以為了減少費用通過增加鉆進速度在短時間內完成鉆進操作是必需的。
為了增加鉆進速度，施加于工具體的載荷和工具體的旋轉速度應該增加。然而，在這兩種情況下，一個較重的載荷被施加于切削刃。由硬質合金組成硬質合金桿和由燒結金剛石組成的切削刃通過上述的釬焊熔合，而這種熔合強度不很高。因此當一個極重的載荷被施加于切削刃時切削刃可能從硬質合金桿脫離。此外當鉆進是高速進行時，由于鉆進產生的熱量是高的，因為用于釬焊切削刃的釬料能熔化就有可能使切削刃從硬質合金桿脫離。這樣通常不可能采用一個極高的鉆進速度。
考慮到上述問題，本發(fā)明的一個目的是增加硬質合金零件和金剛石零件之間的熔合強度。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個方面是硬質合金零件和金剛石零件之間的熔合結構。這個熔合結構提供一個硬質合金零件、一個金剛石零件和一個形成在硬質合金零件和金剛石零件之間的用于熔合它們的熔合層。該熔合層包括一個擴散層，其中選自一組由Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf組成的金屬的至少一個或兩個或更多的金屬擴散入硬質合金或金剛石至少之一中。
根據該熔合結構，因為熔合層包括擴散層，硬質合金零件和金剛石零件之間的熔合更牢固，并且因此硬質合金零件和金剛石零件之間的熔合強度被增加，且使分離困難。此外，本發(fā)明的熔合結構的適應性不限于鉆具，其能使用在任何應用硬質合金零件和金剛石零件之間熔合的領域。
硬質合金零件和金剛石零件的熱膨脹率是不同的。然而，一個相對柔軟的熔合層形成于它們之間，且該熔合層吸收施加于金剛石件的應力。因此，在熔合過程中當在熱處理之后回到正常的溫度和壓力時，積累在硬質合金零件和金剛石零件的應力通過該熔合層被吸收，應力集中在金剛石件是困難的，在金剛石件上產生破裂或類似情況也是困難的。
熔合層包括擴散層，其中至少Fe和Ni之一擴散入金剛石。由于Fe和Ni良好的擴散進入金剛石零件和硬質合金零件，硬質合金零件和金剛石零件上就形成了一個深的和相對厚的擴散層。因此，對于容易地減輕在鉆進過程由于施加沖擊而產生的應力是有利的，并且產生破裂和類似情況是困難的。
熔合層包括擴散層和一個Co層，其中擴散層中的Co擴散入金剛石。Co也是一種容易擴散進入金剛石零件和硬質合金零件的元素，但是擴散層是硬的。這樣，如果由于不容許全部的Co擴散而使剩余量產生Co層，可獲得阻止破裂的效果和減輕沖擊的的效果。
熔合層包括擴散層，其中選自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，No和Hf的一種或兩種以上金屬擴散入至少硬質合金和金剛石之一。雖然這些金屬進入硬質合金零件和金剛石零件的擴散不是很廣泛的，但是能獲得一個有利的熔合強度。此外，在這些金屬的情況下，一個硬的硬質合金在金屬和金剛石之間形成，由于這個因素熔合強度也被增加。
金剛石是一種耐高熱的燒結金剛石，包括占體積0.1-15％的熔合相，在此熔合相由一種或兩種以上選自Mg，Ca，Sr和Ba，的碳酸鹽，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它們的兩種以上的復合碳酸鹽和復合氧化物形成。這樣可以增加金剛石的耐熱性。使用標準的釬料熔合耐高熱燒結金剛石與硬質合金是困難的，但是按照本發(fā)明的結構能獲得一個高熔合強度。此外，在本發(fā)明中可以使用包含鈷的標準燒結金剛石。
當使用EPMA對熔合層的橫向方向的橫截面作線性分析時，橫截面內的金屬含量的最大值最好是未受擴散影響的硬質合金零件區(qū)域內的金屬含量平均值的20倍或更多，是未受擴散影響的金剛石零件區(qū)域內的金屬含量平均值的100倍或更多，這樣由于擴散層熔合強度被增加，且同時由于熔合層而利于減輕沖擊的影響。
本發(fā)明的另一方面是用于硬質合金零件和金剛石零件的熔合方法。熔合方法包括一個選自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬插入到硬質合金零件和金剛石零件之間的步驟，和一個其中硬質合金零件，金剛石零件和金屬材料被加熱，一個擴散層被形成，其中金屬擴散進入至少硬質合金零件或金剛石零件之一，并且硬質合金零件和金剛石零件被熔合的步驟。
該金屬材料可以是金屬箔、金屬粉、金屬纖維、或金屬組合物。簡言之，任何形式的薄的，有基本均勻的厚度，且能插入硬質合金零件和金剛石零件之間的金屬材料形狀都是合適的。這不取決于金屬的種類。
按照這個熔合方法，使高強度地熔合硬質合金零件和金剛石零件成為可能。這種高強度熔合本來是困難的。
金屬材料包括總共占質量的70％的至少Fe和Ni之一，這種情況下，熔合硬質合金零件和金剛石零件的步驟中，最好在滿足條件A(K)和B(Gpa)的情況下實施加熱，該條件同時滿足下列兩個式子，并且通過至少Fe和Ni之一擴散進入金剛石形成擴散層。對于B的公式是一個簡化的Barman-Simon公式。
A＞1175
B＞0.0027×A+0.81金屬材料可以包括占質量70％或更多的Co。在這種情況下，熔合硬質合金零件和金剛石零件的步驟中，最好在滿足條件A(K)和B(Gpa)的情況下實施加熱，該條件同時滿足下列兩個式子，并且通過Co擴散進入硬質合金形成擴散層，并且形成Co層。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81金屬材料可以包括占質量70％或更多的選自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf之一種或兩種以上金屬。在這種情況下，熔合硬質合金零件和金剛石零件的步驟中，最好在滿足條件A(K)和B(Gpa)的情況下實施加熱，該條件同時滿足下列兩個式子，并且通過金屬擴散進入至少硬質合金或金剛石之一形成擴散層。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81金剛石是耐高溫的燒結金剛石，其包括占體積0.1-15％的熔合相，在此熔合相由一種或兩種以上選自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸鹽，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它們中的兩種以上的復合碳酸鹽和復合氧化物形成。使用標準的釬料熔合耐高熱燒結金剛石與硬質合金是困難的，但是按照本發(fā)明的方法能獲得一個高熔合強度。此外，在本發(fā)明中可以使用包含鈷的標準燒結金剛石。
金屬材料有包含占質量70％或更多的Ni的第一層和第三層和插在第一層和第三層之間的第二層。第二層包括占質量70％或更多的碳。在熔合硬質合金零件和金剛石零件的步驟中，最好在滿足條件A(K)和B(Gpa)的情況下實施加熱，該條件同時滿足下列兩個式子，并且通過Ni擴散進入金剛石零件的金剛石形成擴散層。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81在這種情況下，金屬材料整體上包含占質量55-80％的Ni和總計占質量20-45％的碳。
本發(fā)明的另一方面是用于鉆具的切削刃。切削刃包括安裝在鉆具的工具體的桿上的硬質合金切削刃基體，由切削刃基體支撐的金剛石零件，和形成在切削刃基體和金剛石件之間的用于熔合它們的熔合層。該熔合層包括一個擴散層，其中選自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬至少擴散入硬質合金或金剛石之一。其它構成與上述的各方面是一致的。
本發(fā)明的另一方面是用于鉆具的切削部件，切削部件包括安裝在鉆具的工具體上的硬質合金桿，由該桿支撐的金剛石零件，和形成在桿和金剛石件之間用于熔合它們的熔合層，該熔合層包括一個擴散層，其中選自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的之一種或兩種以上金屬至少擴散入硬質合金或金剛石之一。
用于本發(fā)明另一鉆具的切削部件包括安裝在鉆具的工具體上的硬質合金桿，和上述的切削刃，切削刃的切削刃基體安裝在桿上。
用于本發(fā)明另一鉆具的切削刃包括安裝在鉆具的工具體的桿上的基體，由切削刃基體支撐的金剛石件和形成在切削刃基體和金剛石件之間的用于熔合它們的熔合層。金剛石件可以是耐高熱的燒結金剛石，其包括占體積0.1-15％的熔合相，在此熔合相由一種或兩種以上選自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸鹽，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它們的兩種以上的復合碳酸鹽和復合氧化物形成。一個包含作為熔合劑的Co的碳化鎢硬質合金形成切削刃基體，并且擴散層包括至少Ni或Fe之一。
一個安置座形成在切削刃基體上，在此安置座具有一對面朝鉆進方向的導引邊沿的支撐表面，在它們之間具有開放的區(qū)域。金剛石件有與安置座一致的形狀，并且被固定于其中。在這種情況，金剛石件被該對表面支撐，因而施加于金剛石件的沖擊被減輕而切割力增加。
本發(fā)明的另一方面是鉆具。該鉆具包含工具體，多個設置在工具體的末端的表面的桿，固定于每一個桿上的切削刃。切削刃是任何上面描述的切削刃。此外，鉆具包括工具體和多個設置在工具體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。
附圖描述

圖1是表示本發(fā)明的鉆具的一個實施例的透視圖。
圖2是用在圖1所示鉆具中的切削部件的側視圖。
圖3是用在圖2所示切削部件中的切削刃的透視圖。
圖4是表示本發(fā)明的切削刃的熔合層的斷面分解圖。
圖5A到5C表示切削刃的另一實施例縱向截面圖。
圖6本發(fā)明切削部件另一實施例的側視圖。
圖7和圖8表示金屬聚集在熔合層橫截面的例子的曲線圖。
圖9表示本發(fā)明的方法的熱熔合條件的曲線圖。
圖10表示本發(fā)明的鉆具的形狀的另一實施例的透視圖。
圖11表示在Ni擴散的情況下碳濃度的波動的曲線圖。
圖12表示在Ni擴散的情況下鎢濃度的波動的曲線圖。
圖13表示在Ni擴散的情況下Ni濃度的波動的曲線圖。
最佳實施例下面參考附圖解釋本發(fā)明的實施例。然而本發(fā)明不被下面描述的實施例限制，并且例如基本的零件能被適當地結合。
圖1表明了本發(fā)明的鉆具的一個實施例。該鉆具1包括一個工具體2，其有基本為盤形的形狀，若干切削部件3熔合于工具體2的末端表面。切削部件3通過例如釬焊或熱壓配合固定到工具體2上，和被設置成有一個相對于工具體2的中心旋轉對稱的預定的設置。在這個例子里切削部件3互相之間有間隙地沿著一對互相垂直的直徑線設置。該工具體2例如由像JIS SCM4 15規(guī)定的鐵合金形成。
如圖2所示，切削部件3包括一個由硬質合金組成的硬質合金桿6，并且該桿例如有一個柱形，切削刃7通過釬焊或類似的方式熔合于面對硬質合金桿6的鉆進方向的表面，用于硬質合金桿6的材料不被限制，并且它能由一般的碳化鎢硬質合金及類似物形成。硬質合金桿6和切削刃7的形狀不受上面的描述限制，且能按照需要改變。
如圖3所示，切削刃7包括一個熔合于硬質合金桿6的切削刃基體(硬質合金件)11和一個固定到切削刃基體11上的金剛石件12，一個熔合層13形成于它們之間。切削刃基體11和金剛石件12通過熔合層13被牢固地熔合。
本實施例的切削刃7有一個整體厚度均勻的盤形。切削刃基體11基本是盤形，并且其一個表面(圖3中是底面)是釬焊到硬質合金桿6的釬焊表面。圖3中一個安置座11a形成在在鉆進方向的引導邊沿上的切削刃7的上表面。
安置座11a是一個中心在切削刃基體11的中心的扇形凹槽并具有均勻的厚度。其厚度等于金剛石件12的厚度，且不受限制，但較好地大約是切削刃基體11厚度的10-60％，更好的是20-40％。
安置座11a有一對V形支撐表面14，它的開口朝著引導邊沿擴展，并且這些支撐表面接受和阻止在鉆進過程施加于金剛石件12的沖擊。當安置座11a有這種類型的楔形支撐表面14時，施加于金剛石件12的沖擊在切削刃基體11之上廣泛擴散，且因此抵抗沖擊的強度被增加。在這個實施例中，支撐表面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，可以是簡單的半圓形或類似形狀。
金剛石件12有與安置座11a一致的形狀并被固定于此。因而當鉆具1圍繞它的軸線旋轉而沿著軸線方向前進時，只有金剛石件12與被鉆的材料接觸從而鉆進該被鉆的材料。因此在切削刃基體11上有很少的磨損。
切削刃基體11由硬質合金例如使用Co作粘接劑的碳化鎢硬質合金形成。例如，形成切削刃11的硬質合金包括作為粘接劑的占質量10％的Co和由WC及不可避免的雜質組成的剩余物。因為硬質合金有高強度和高韌性，作為振動吸收體的切削刃基體11在鉆進操作過程吸收施加于切削刃7的熱振動和機械沖擊。
金剛石件12設置在切削刃7上的區(qū)域，此處在鉆進操作過程容易產生磨損。在本發(fā)明的實施例中，金剛石件12的弧形長度與在切削刃7的鉆進方向的引導邊沿上的半圓弧的長度的比率最好是25-75％。當比率少于25％時，硬質合金直接參與鉆進。當比率高于70％時，振動吸收部分的比率相對地是太小了，并且由高速旋轉操作產生的極高的熱和機械沖擊不能被充分地吸收。這樣在磨損區(qū)域產生的較小碎屑增加了。這個比率最好是35-55％，然而這個范圍不受限制。
在本實施例中，金剛石件12最好是高耐熱的燒結金剛石，包括占體積0.1-15％的熔合相，在此熔合相由一種或兩種以上選自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸鹽，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它們的兩種以上的復合碳酸鹽和復合氧化物形成。在這些當中，尤其以使用碳化鎂作為粘接劑的高耐熱燒結金剛石為最佳，因為其優(yōu)點為燒結硬度特別高且耐磨。此外在使用碳化鎂作為粘接劑的情況，金屬元素擴散入高耐熱金剛石是受歡迎的，這樣其與切削刃基體11熔合過程需要的時間是短的。
金剛石件12可由使用Co作為粘接劑的標準的燒結金剛石或標準的燒結金剛石和高耐熱金剛石的復合物形成。
本實施例中的熔合層13包括第一擴散層S1，其中選自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬擴散入切削刃基體11的硬質合金，一個第二擴散層S2，其中金屬擴散入金剛石件12的金剛石，和一個包括沒有擴散的金屬的剩余的金屬層13A。
在有顯著好的擴散性質的金屬(Fe，Ni，Co)的情況，所有的金屬可以完全擴散入切削刃基體11和/或金剛石件12，沒有剩余的金屬層13A。當金屬的擴散僅對硬質合金或金剛石之一是適宜的時，也將有這種情況，其中僅僅第一擴散層S1或第二擴散層S2中之一被充分形成(不管金屬層13A是否被形成)。此外，切削刃基體11和第一擴散層S1之間的任何或全部邊界，第一擴散層S1和金屬層13A之間的邊界，金屬層13A和第二擴散層S2之間的邊界，和第二擴散層S2和金剛石件12之間的邊界可以是模糊的。本發(fā)明包括這些類型的情況。第一擴散層S1和第二擴散層S2形成的范圍能通過如下所述的使用EPMA(電探針微量分析)進行線性分析，或使用顯微鏡觀察組織。
圖7和圖8是表示擴散金屬在熔合層13和毗鄰區(qū)域濃度的曲線圖。這種類型的曲線通過在熔合層13和毗鄰區(qū)域使用EPMA對橫向方向的熔合層的橫截面進行線性分析而獲得。圖7是其中殘留金屬層13A的情況的曲線圖，圖8是其中不殘留金屬層13A的情況的曲線圖。
在任一種情況，已經擴散入熔合層13的金屬含量的最大值Nmax是未被擴散影響的切削刃基體件11區(qū)域內金屬含量的平均值N2的20倍或更多，是未被擴散影響的金剛石件12區(qū)域內金屬含量的平均值N1的100倍或更多。在這種情況下，第一擴散層S1和第二擴散層S2使熔合強度被增加，并且同時由于熔合層13減輕了沖擊影響。
下面將解釋切削刃7的制作方法。
首先，切削刃基體11和金剛石件12以一個預定形狀制作。切削刃基體11與標準硬質合金產品同樣地被制造。例如，盤形硬質合金刃通過模制和燒結基礎材料粉末而形成硬質合金，安置座11a通過對該硬質合金刃實施切割操作而形成。可替換地，硬質合金的基礎材料粉末能直接模制和燒結成一個具有安置座11a的盤形。
現在將解釋一個生產金剛石件12的方法的例子。例如，在使用有平均顆粒直徑10μm和99.9％或更高純度的金剛石粉和在使用有平均顆粒直徑10μm和95％或更高純度的MgCO3粉作為基礎材料粉末的情況，MgCO3粉通過在100Mpa的壓力下壓力模制MgCO3而制成有期望形狀的未燒結的致密料。接下去，未燒結的致密料充填入一個由Ta組成的艙室并且金剛石粉被放在未燒結的致密料上以充填艙室的內側。在這種狀態(tài)，超高壓燒結通過將艙室放入一個超高壓帶形燒結裝置(用于燒結金剛石制造中的一個標準的超高壓燒結裝置)被實施，并且一塊包括占體積5％的MgCO3的燒結金剛石被獲得。這種超高壓燒結能例如通過在7.7Gpa的壓力下在2250℃的溫度下加熱并保持30分鐘被實施。然而本發(fā)明不限制于這種條件。
在通過使用金剛石磨料研磨這塊燒結金剛石的粗糙加工過程之后，通過激光加工一個有所期望形狀的金剛石件被切割出，因此，獲得金剛石件12。
接下去，金屬材料被放在切削刃基體11和如上所述獲得的金剛石件12之間，金屬材料可以包括占質量70％或更多的選自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf之一種或兩種以上金屬，并且金剛石件12鑲嵌在切削刃基體11的安置座11a內。一個金屬箔(例如，有0.02-0.1mm的厚度)最好作為金屬材料，但不受限制，金屬粉，金屬纖維，或金屬組合物也可被使用。
已經如此臨時組裝的切削刃基體11，金屬箔和金剛石件12被置于一個超高壓燒結裝置內，例如一個超高壓帶形燒結裝置，在超高溫和壓力下加熱過程被實施，這些零件被熔合成一體，并且獲得切削刃7。在該實施例中，各零件在5.5Gpa壓力下加熱到1500℃被保持30分鐘。然而這個范圍不受限制。
由于該加熱過程，金屬箔的成份擴散進入切削刃基體11和金剛石件12。毗鄰于切削刃基體11和金屬箔之間的邊界形成第一擴散層S1，其中，形成金屬箔的成分擴散進入硬質合金。毗鄰于金剛石件12和金屬箔之間的邊界形成第二擴散層S2，其中，形成金屬箔的成分擴散進入金剛石。
切削刃基體11和金剛石件12的熱膨脹率是不同的，但金屬層13A形成在它們之間，并且金屬層13A起應力釋放材料的作用。因此，在加熱過程之后返回到正常溫度和壓力時積累在切削刃基體11和金剛石件12之間的應力被金屬層13A吸收。因而應力集中在金剛石件12是困難的，在切削刃基體11和金剛石件12之間產生破裂和類似情況是困難的，并且在切削刃基體11和金剛石件12之間產生分離也是困難的。接下去，每種金屬的特性將被分別解釋。
Fe和NiFe和Ni良好地擴散入金剛石件12和切削刃基體11。這樣在使用Fe和/或Ni作為擴散金屬的情況下，相對厚的第一擴散層S1和第二擴散層S2形成在金剛石件12和切削刃基體11內。由于厚的擴散層S1和S2的存在，在鉆進過程施加于金剛石件的應力能容易的被擴散，并且在金剛石件12和切削刃基體11之間產生破裂或類似情況是困難的。在使用Fe和/或Ni作為擴散金屬的情況，金屬層13A是薄的或消失的，這樣毗鄰于熔合層13的Fe和/或Ni的濃度分布趨向于朝著圖8所示的分布。特別是，在Ni的情況，進入切削刃基體11的擴散是顯著的。Ni可以跨過切削刃基體11的整個區(qū)域擴散，在這種情況，擴散的效果使在鉆進過程施加于金剛石件12的應力被改善。
使用Fe和/或Ni作為金屬材料熔合金剛石件12和切削刃基體11時，在它們之間插入一個金屬材料后金剛石件12和切削刃基體11被臨時組合。最好0.02-0.3mm的Ni鉑，Fe鉑，或Ni-Fe合金鉑可用作金屬材料。當使用Ni-Fe合金鉑時，因為其有比純金屬低的熔點而利于擴散。
在熔合過程，在條件A(K)和(GPa)實施加熱，該條件同時滿足下列兩個式子，并且通過Fe和/或Ni擴散進入金剛石件12和切削刃基體11形成擴散層S1和S2。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81上述范圍是在這樣一個區(qū)域，其中金剛石是在由Barman-Simon公式代表的熱力學穩(wěn)定區(qū)域和溫度在金屬元素能擴散的溫度值。這個特征與下面描述的其他金屬元素是一致的。
圖9中斜線表示的區(qū)域表示上述A和B范圍。圖9中交叉線表示更佳的區(qū)域，并且該區(qū)域由下列坐標包圍(1550K，5.0GPa)(1550K，8.0GPa)(2000K，8.0GPa)(2000K，6.2GPa)第一擴散層S1的厚度最好是0-0.2mm，更好的是0.01-0.05mm。第二擴散層S2的厚度最好是0-5mm，更好的是0.1-3mm。當厚度在這個范圍時，金剛石件12和切削刃基體11之間的熔合強度是牢固的和耐沖擊能力是高的。
此外在本說明書中，擴散層S1和S2的厚度如下限制。沿著熔合層13的橫截面，金屬的濃度通過EPMA或AUGER電子顯微鏡測量。在這種情況，擴散層是薄的，AUGER電子顯微鏡是合適的。圖7和圖8是曲線圖，表示從金剛石件12開始，通過熔合層13，在切削刃基體11結束的金屬的濃度。
如圖7所示，在金屬層13A保留在熔合層13的情況，部分區(qū)域(斜線部分)被發(fā)現。該區(qū)域通過分別從來自金屬層13和金剛石件12及切削刃基體11之間的各自邊界L1和L2的外側區(qū)域減去不受擴散影響的金剛石件12內的金屬濃度N1和不受擴散影響的切削刃基體11內的金屬濃度N2后獲得。從邊界L1和L2到包圍該表面區(qū)域80％點處的區(qū)域作為擴散層S1和S2的厚度T1和T2。
相反，如圖8所示，在金屬層13A沒有保留在熔合層13的情況，部分區(qū)域(斜線部分)被發(fā)現。該區(qū)域通過從金屬濃度最大值Nmax的兩側減去不受擴散影響的金剛石件12內的金屬濃度N1和不受擴散影響的切削刃基體11內的金屬濃度N2后獲得。從金屬濃度最大值Nmax的點到包圍表面區(qū)域80％點處的區(qū)域作為擴散層S1和S2的厚度T1和T2。
金屬材料設置在金剛石件12和切削刃基體11之間，這些零件被臨時熔合。在這種情況，這些零件在1400到1550℃，5到6GPa的超高壓下被一個超高壓加熱裝置加熱，它能確保Ni和/或Fe的擴散層在金剛石件12側形成0.01-0.05mm的厚度，在切削刃基體11側形成0.1-3mm的深度。
Ni和石墨和/或金剛石當使用Ni作為擴散元素時，Ni擴散進入金剛石是良好的，在這種情況，其中Ni擴散進入金剛石元素引起金剛石元素含量的減少，在這種情況，碳被引入Ni目標層，因此Ni進入金剛石元素的擴散能被抑制。
在這種情況，包括70％質量或更多的Ni的第一層和第三層用作金屬層，并且第二層插入第一層和第三層之間。第二層包括70％質量或更多的碳，具體地，石墨/或者金剛石板或粉末被使用。
第二層的設置最好使金屬材料包括整個質量的55-80％的Ni，和包括總共20-45％質量的碳。更好地，金屬材料包括整個質量的60-70％的Ni，和包括總共30-40％質量的碳。
在這個過程，硬質合金件和金剛石件被熔合，在同時滿足下列式子的條件A(K)和B(GPa)下實施，通過Ni擴散入金剛石件的金剛石而形成擴散層。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81更佳地，該范圍被下列坐標包圍(1550K，5.0GPa)(1550K，8.0GPa)(2000K，8.0GPa)(2000K，6.2GPa)第一擴散層S1的厚度，第二擴散層S2的厚度以及金屬層13A的厚度與上述的Ni擴散情況一致。
在這種方式中，當使用具有第二層的金屬材料時，其由石墨和/或金剛石作為主構成并位于第一層和第三層之間，其中Ni作為主要成份，碳在擴散和熔合過程中溶解到Ni中，因此，固體溶解擴散入金剛石件被抑制。這樣由于Ni擴散入金剛石件被適當地抑制，由于Ni的過度擴散導致的金剛石含量的減少被抑制而能獲得高擴散熔合強度。
Co像Fe和Ni，Co也良好地擴散入金剛石件12和切削刃基體11。這樣當使用Co作為擴散金屬時，一個相當厚的第一擴散層S1和第二擴散層S2形成在金剛石件12和切削刃基體11。由于存在厚的擴散層S1和S2，在鉆進過程施加于金剛石件12的應力能容易地擴散，在金剛石件12和切削刃基體11之間產生破裂或類似情況是困難的。此外，Co在進入金剛石件的損耗方面比Fe和Ni更有優(yōu)勢。
然而，當使用Co時，第一擴散層S1和第二擴散層S2是相當剛硬的，這樣最好調整熔合條件以至沒有Co擴散，金屬層13A包括基本剩余的Co。
當金剛石件12和切削刃基體11使用Co作為金屬材料而被熔合時，上述金剛石件12和切削刃基體11以插入其中的金屬材料被固定。優(yōu)選使用0.02-0.3mm的Co箔作為金屬材料。
當熔合時，加熱在同時滿足下列兩個式子的條件A(K)和B(GPa)下實施時，通過Co擴散入金剛石件12和切削刃基體11而形成擴散層S1和S2。
A＞1175
B＞0.0027×A+0.81更佳地，該范圍被下列坐標包圍(1550K，5.0GPa)(1550K，8.0GPa)(2000K，8.0GPa)(2000K，6.2GPa)第一擴散層S1的厚度最好是0.005-0.2mm，更好是0.01-0.05mm。第二擴散層S2的厚度最好是0.01-5mm，更好是0.02-3mm。金屬層13A的厚度最好是0.01-.2mm，更好是0.05-0.1mm。當厚度是在這些范圍時，金剛石件12和切削刃基體11之間的熔合強度是高的，耐沖擊能力是高的。
Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf進入金剛石件12和切削刃基體11的Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf的擴散比Fe，Ni和Co低，這樣當從Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf組成的一組金屬中選用一種或兩種以上金屬作為擴散金屬時，僅僅形成一個比較薄的擴散層。然而，它們有保證熔合強度高的特性。此外，由于金屬層13A在比較薄的狀態(tài)剩余，其濃度分布如圖7所示的。因此由于金屬層13A減輕沖擊的動作大。此外由于硬的硬質合金由金剛石形成，由于這個因素熔合強度也是高的。
Ti，Zr，和W都是有高熔點的金屬(熔點是，Ti，1725℃，Zr，1857℃，W，3382℃)，并且其合金的熔點同樣是高的。當使用這三種金屬時，由于金屬箔成分和金剛石件12的成分的結合，一個硬的碳化物(TiC，ZrC，和WC)在第一擴散層S2形成。這樣，在金剛石件12和金屬層13A之間的熔合強度顯著的高。
V，Nb，和Ta都是有高熔點的金屬(熔點是，V，1700℃，Nb，2467℃，Ta，2850℃)，并且其合金的熔點同樣是高的。高熔點的金屬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沖擊被金屬層13A吸收，并且在熔合部分產生疲勞損壞是困難的。
Mo，Cr，和Hf都是有極高熔點的金屬(熔點是，Mo，2622℃，Cr，1905℃，Hf，2207℃)，并且它們是超耐熱的，其合金的熔點同樣是極高的，且也有超耐熱性。因此在使用Mo，Cr，和Hf時能獲得高耐熱性。
當采用Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf組成的一組金屬中的一種或兩種以上金屬熔合金剛石件12和切削刃基體11時，如上所述的在一個金屬層插入它們之間后金剛石件12和切削刃基體11被臨時熔合。最好0.02-0.3mm的純金屬箔或合金鉑被用作金屬材料。因為使用合金鉑時比使用純金屬時熔點低，對擴散有利。通過放在有不同種類金屬的金屬箔的上面一個類似于不同種類的金屬的混合粉末的效果被獲得。該方法能用于任何金屬。
當熔合時，加熱在同時滿足下列兩個式子的條件A(K)和B(GPa)下實施，擴散進入金剛石件12和切削刃基體11的Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf形成擴散層S1和S2。
A＞1175B＞0.0027×A+0.81更佳地，該范圍被下列坐標包圍(1550K，5.0GPa)(1550K，8.0GPa)(2000K，8.0GPa)(2000K，6.2GPa)第一擴散層S1的厚度最好是0.002-0.05mm，更好是0.005-0.01mm。第二擴散層S2的厚度最好是0.005-0.5mm，更好是0.01-0.05mm。金屬層13A的厚度最好是0.01-0.2mm，更好是0.02-0.08mm。當厚度是在這些范圍時，金剛石件12和切削刃基體11之間的熔合強度是高的，耐沖擊能力是高的。
鉆具的解釋如上所述，用于切削部件3的切削刃7釬焊于硬質合金桿6。此外，通過安置切削部件3到工具體2上獲得鉆具1。
在鉆具1中，金剛石件12和切削刃基體11被牢固地熔合在切削刃7上。因而，使其在重載情況下鉆進，例如，高速鉆進，成為可能。形成金屬層13的金屬或合金的熔點與傳統的釬料相比是足夠高的，并且金剛石件12和切削刃基體11熔合部分的耐熱性與傳統技術相比增加了。這樣有可能在高速下實施鉆進，由于所使用的釬料的耐熱性問題在傳統的鉆具中這樣的鉆進是不可能的。
當實施高速鉆進時，極高的熱和機械沖擊施加于切削刃7。作為切削刃7使用的金剛石件12本身是相當硬的。但是反過來，因為它是易碎的，當被施加強大的沖擊時易產生碎屑。在金剛石件12中，由于碎屑的產生，磨損的發(fā)展被顯著地促進，結果，其使用壽命比較短。
發(fā)明者調查的結果，認識到由于形成切削部件3的切削刃7在鉆具1中安裝位置的關系，鉆進導致的磨損并不發(fā)展到整個切削刃表面，而是在切削刃引導面的特殊位置局部產生。在其余部分的磨損只不過是取決于局部磨損的小的磨損。此外，已經認識到，產生局部磨損的區(qū)域的尺寸等于或小于切削刃引導面表面積的25％。
在本發(fā)明的實施例中，有超耐磨性的金剛石件12被設置在切削刃7上產生局部磨損的位置，而其他部分由吸收振動的硬質合金切削刃基體11形成。因此切削刃7產生局部磨損是困難的，因為在鉆進中施加于切削刃7的熱和機械沖擊被切削刃基體11吸收，由于沖擊在金剛石件12上產生小碎屑是困難的。這樣切削刃的壽命被改善。
當金剛石件12的長度與切削刃的弧長的比率小于25％時，硬質合金切削刃基體11直接參與鉆進，并且促進切削刃基體11的磨損。相對地，當比率超過70％，切削刃基體11的吸收振動作用部分的相對比率是太小了，在高速旋轉操作過程產生的極高的熱和機械沖擊不能被充分吸收，金剛石件12產生的碎屑迅速增加。這樣金剛石件12與切削刃7引導邊沿的弧長的比率最好是25-70％，35-55％更好。
在上述實施例中，切削刃7有一個由具有扇形安置座11a的切削刃基體11和包含耐熱燒結金剛石的扇形金剛石件12形成，但這不是限制性的，形成切削刃7的部件能有其它任意的形狀。
例如在圖5A中的切削刃7有一個盤形切削刃基體11和盤形金剛石件12被熔合層13熔合。
在圖5B中的切削刃7，一部分是包含高耐熱金剛石的高耐熱金剛石部件12a，其余部分是包含標準燒結金剛石的燒結金剛石部件12b。
在圖5C中的切削刃7，高耐熱金剛石部件12a被嵌入燒結金剛石部件12b。
鉆具1的形狀不限于圖1所示的形狀。例如，如圖10所示，一個可能的結構是切削刃7從工具體2的外周表面突出地被固定。
在本實施例中，根據本發(fā)明的硬質合金件和金剛石件之間的熔合方法和結構作為應用于鉆具1的切削刃7的例子被表示，但不是限制性的。例如圖6所示，當做切削刃使用時，切削刃7a完整地由標準燒結金剛石或高耐熱金剛石形成，本發(fā)明能用于硬質合金桿6和在切削部件3上的切削刃7a熔合。
此外，根據本發(fā)明的硬質合金件和金剛石件之間的熔合方法和結構的應用范圍不僅限于上述例子。如果硬質合金件和金剛石件能被熔合任何方法和結構能被應用。
實例Ni擴散的實驗的例子作為基礎材料粉末的有平均10μm的粒度和99.9％或更高的純度的金剛石粉，和作為熔合劑的有平均10μm的粒度和95％或更高的純度的MgCO3粉被準備。
MgCO3粉在100Mpa的壓力下通過壓制成為有預定尺寸的未燒結致密料。接著，該未燒結致密料被裝入由Ta制成的艙室，并且金剛石粉被放在未燒結致密料上充填艙室。艙室被放入一個標準超高壓帶形燒結裝置。一個7.7GPa的壓力被施加于艙室，2250℃的溫度保持30分鐘，超高壓燒結被實施以獲得一組圓形燒結的金剛石件。
金剛石件有11mm的直徑和1.5mm的厚度，并且包括占體積4.0％的作為粘接劑的MgCO3。金剛石件的上表面和下表面被200#金剛磨石研磨形成有11mm直徑和1.25mm厚度的圓形燒結金剛石刃。使用激光從金剛石刃切出有90°頂點的扇形金剛石刃，并且每一個角具有一個0.5mm的倒角。
同時，準備有12.5mm的直徑和2.25mm的厚度的圓形硬質合金刃和有12.5mm的直徑和1.25mm的厚度的圓形硬質合金刃。這些刃由包含10％質量作為熔合劑的Co和由WC及不可避免的雜質組成的剩余物形成的硬質合金構成。一個與上述扇形燒結金剛石刃形狀一致的扇形凹槽形成在有1.25mm厚度的圓形硬質合金刃上。
一個扇形金剛石刃插入1.25mm厚硬質合金刃的扇形凹槽中，在這之前0.1mm厚的Ni箔，Fe箔或Ni箔和Fe箔置于它們之間。上述結構位于有2.25mm厚的覆蓋于兩側的圓形硬質合金刃之間的中央。在三層硬質合金之間，像上述一樣的金屬箔被插入。在這種狀態(tài)，將其裝載入標準超高溫度和壓力的帶形燒結裝置，在5.5GPa的壓力和1500℃的溫度下保持30分鐘使它們連結成一個整體。
為了暴露扇形燒結金剛石刃通過使用200#金剛磨石去除覆蓋它的超硬部分，然后對整體進行研磨加工，實驗例1的產品有8mm直徑和3.5mm厚度。
實驗例的熔合界面使用EPMA檢驗，擴散層從金剛石件的熔合界面測量到0.01到0.05mm深和從硬質合金件的熔合界面測量到0.1到3.0mm深。圖11表示毗鄰于Ni擴散熔合層的碳濃度波動的曲線。圖12表示毗鄰于熔合層的鎢濃度波動的曲線。圖13和圖14表示鄰接于熔合層的Ni濃度波動的曲線。如圖14所示，擴散的Ni通過硬質合金件的表面層部分分布。圖14中產生在2.9mm位置的峰點不涉及擴散。
接下去，平均粒徑1.5μm的WC粉，平均粒徑2.3μm的Cr3C2粉，平均粒徑1.3μm的ZrC粉，和平均粒度直徑3.4μm的Co粉作為基礎材料粉末被預備。這些基礎粉狀材料按質量的百分比混合，其中Co為9％，Cr3C2為0.4％，ZrC為0.2％，其余為WC，然后它們在球磨機內濕混合72小時。在烘干后，在0.1GPa壓力下該混合物壓制成未燒結的致密料，該未燒結的致密料在0.13Pa真空下，在1400℃下保持1小時來燒結。因而一個有最大直徑15mm，底面直徑13mm，長20mm且有圖2所示形狀的硬質合金桿被制造。在加入按質量百分比Ni-14％Cr-3.5％B-4.0％Si-4.5Fe-0.7％C的有0.35mm厚的合金釬料，并且在1100℃釬焊熔合后，實驗例1設置在上述硬質合金上。如圖1所示，在由Cu-40％Ag-6％Sn-2％Ni為成分，厚35mm的Cu合金釬料插入后，硬質合金桿熔合于以十字形狀設置在240mm直徑的由按照JIS SCM415規(guī)定的鋼合金形成的鉆體的末端表面上的總計16個8mm深的凹槽。鉆具在800℃釬焊制造。
Co擴散實驗例作為粉狀基礎材料的有平均10μm的粒徑和99.9％或更高的純度的金剛石粉，和作為熔合劑的有平均10μm的粒徑和95％或更高的純度的MgCO3粉被準備。
MgCO3粉在100Mpa的壓力下通過壓制成為有預定尺寸的未燒結的致密料。接著，該未燒結的致密料被裝入由Ta制成的艙室，并且金剛石粉被放在該未燒結的致密料上充填艙室。艙室被放入一個標準超高壓帶形燒結裝置。一個7.7GPa的壓力被施加于艙室，2250℃的溫度保持30分鐘，超高壓燒結被實施以獲得一組圓形燒結的金剛石件。
金剛石件有11mm的直徑和1.5mm的厚度，并且包括占體積4.0％的MgCO3作為粘接劑。金剛石件的上表面和下表面被200#金剛磨石研磨形成有11mm直徑和1.25mm厚度的圓形燒結金剛石刃。使用激光從金剛石刃切出有90°頂點的扇形金剛石刃，并且每一個角具有一個0.5mm的倒角。
同時，有12.5mm的直徑和2.25mm的厚度的圓形硬質合金刃和有12.5mm的直徑和1.25mm的厚度的圓形硬質合金刃被準備。這些刃由包含占質量10％的作為熔合劑的Co和由WC及不可避免的雜質等剩余物構成的硬質合金形成。一個與上述扇形燒結金剛石刃形狀一致的扇形凹槽形成在有1.25mm厚度的圓形硬質合金刃上。
一個扇形金剛石刃插入1.25mm厚硬質合金刃的扇形凹槽中，在這之前0.1mm厚的Co箔置于它們之間。上述結構位于有2.25mm厚的位于兩側的圓形硬質合金刃之間的中央。在插入Co箔之后這些熔合表面覆蓋于其上和其下。在這種狀態(tài)，將其裝載入標準超高溫度和壓力的帶形燒結裝置，在5.5GPa的壓力和1450℃的溫度下保持30分鐘使它們連結成一個整體。
為了暴露扇形燒結金剛石刃(鉆進磨損部分)，通過使用200#金剛磨石去除覆蓋它的超硬部分，然后對整體進行研磨加工，實驗例2的產品有8mm直徑和3.5mm厚度。
實驗例2的熔合界面使用EPMA檢驗，在熔合界面觀察到0.05mm的Co金屬層，擴散層從金剛石件的熔合界面測量到0.01到0.05mm深和從硬質合金件的熔合界面測量到0.1到3.0mm深。
接下去，平均粒徑1.5μm的WC粉，平均粒徑2.3μm的Cr3C2粉，平均粒徑1.3μm的ZrC粉，和平均粒徑3.4μm的Co粉作為基礎材料粉末被預備。這些基礎材料粉末按質量的百分比混合，其中Co為9％，Cr3C2為0.4％，ZrC為0.2％，其余為WC，然后它們在球磨機內濕混合72小時。在烘干后，在0.1GPa壓力下該混合物壓制成未燒結的致密料，該未燒結的致密料在0.13Pa真空下，在1400℃下保持1小時。因而，一個有最大直徑15mm，底面直徑13mm，長20mm且有圖2所示形狀的硬質合金桿被制造。在加入按質量百分比Ni-14％Cr-3.5％B-4.0％Si-4.5Fe-0.7％C的有0.35mm厚的Ni合金釬料，并且在1100℃保持5分鐘釬焊熔合后，實驗例2設置在上述硬質合金上。如圖1所示，在由Cu-40％Ag-6％Sn-2％Ni為成分，厚35mm的Cu合金釬料插入后，硬質合金桿熔合于以十字形狀設置在240mm直徑的由按照JIS SCM415規(guī)定的鋼合金形成的鉆體的末端表面上的總計16個8mm深的凹槽。鉆具在800℃釬焊制造。
Ta擴散實驗例作為基礎材料粉末，有平均10μm的粒度和99.9％或更高的純度的金剛石粉，和作為熔合劑的有平均10μm的粒度和95％或更高的純度的MgCO3粉被準備。
MgCO3粉在100Mpa的壓力下通過壓制成為有預定尺寸的未燒結的致密料。接著，該未燒結的致密料被裝入由Ta制成的艙室，并且金剛石粉被放在該未燒結的致密料上充填艙室。艙室被放入一個標準超高壓帶形燒結裝置。一個7.7GPa的壓力被施加于艙室，2250℃的溫度保持30分鐘，超高壓燒結被實施以獲得一組圓形燒結的金剛石件。
金剛石件有11mm的直徑和1.5mm的厚度，并且包括占體積4.0％的MgCO3作為粘接劑。金剛石件的上表面和下表面被200#金剛磨石研磨形成有11mm直徑和1.25mm厚度圓形燒結金剛石刃。使用激光從金剛石刃切出有90°頂點的扇形金剛石刃，并且每一個角具有一個0.5mm的倒角。
同時，有12.5mm的直徑和2.25mm的厚度的圓形硬質合金刃和有12.5mm的直徑和1.25mm的厚度的圓形硬質合金刃被準備。這些刃由包含占10％質量作為熔合劑的Co和由WC及不可避免的雜質等剩余物組成硬質合金形成。一個與上述扇形燒結金剛石刃形狀一致的扇形凹槽形成在有1.25mm厚度的圓形硬質合金刃上。
一個扇形金剛石刃插入1mm厚硬質合金刃的扇形凹槽中，在這之前0.05mm厚的Ta箔置于它們之間。上述結構位于有2.25mm厚的位于兩側的圓形硬質合金刃之間的中央。在插入Ta鉑之后這些熔合表面覆蓋于其上和其下。在這種狀態(tài)，將其裝載入標準超高溫度和壓力的帶形燒結裝置，在6GPa的壓力和1500℃的溫度下保持30分鐘使它們熔合成一個整體。
為了暴露扇形燒結金剛石刃(鉆進磨損部分)，通過使用200#金剛磨石去除覆蓋它的超硬部分，然后對整體進行研磨加工，實驗例3的產品有8mm直徑和3.5mm厚度。
實驗例3的熔合界面使用EPMA檢驗，在熔合界面觀察到0.03mm的Ta金屬層，擴散層從金剛石件的熔合界面測量到0.005到0.01mm深和從硬質合金件的熔合界面測量到0.01到0.05mm深。
接下去，平均粒徑1.5μm的WC粉，平均粒徑2.3μm的Cr3C2粉，平均粒徑1.3μm的ZrC粉，和平均粒徑3.4μm的Co粉作為基礎材料粉末被預備。這些基礎材料粉末按質量的百分比混合，其中Co為9％，Cr3C2為0.4％，ZrC為0.2％，其余為WC，然后它們在球磨機內濕混合72小時。在烘干后，在0.1GPa壓力下該混合物壓制成未燒結的致密料，該未燒結的致密料在0.13Pa真空下，在1400℃下保持1小時。因而，一個有最大直徑15mm，底面直徑13mm，長20mm且有圖2所示形狀的硬質合金桿被制造。在加入按質量百分比Ni-14％Cr-3.5％B-4.0％Si-4.5Fe-0.7％C的有0.35mm厚的Ni合金釬料，并且在1100℃保持5分鐘釬焊熔合后，實驗例3設置在上述硬質合金上。如圖1所示，在由Cu-40％Ag-6％Sn-2％Ni為成分，厚0.35mm的Cu合金釬料插入后，硬質合金桿熔合于以十字形狀設置在240mm直徑的由按照JIS SCM415規(guī)定的鋼合金形成的鉆體的末端表面上的總計16個8mm深的凹槽。鉆具在800℃釬焊制造。
工業(yè)應用領域按照本發(fā)明的硬質合金件和金剛石件之間的熔合結構能被應用于，例如，鉆具的切削刃。在這種情況，在鉆具高速旋轉操作情況下，切削刃表現出對碎屑良好的抵抗力，并且展示了良好的長時間耐磨性。因此，在鉆進操作中，減少動力，減少能量，和減少花費等方面得到改進。
權利要求
1.一種硬質合金件和金剛石件之間的熔合結構，包括一個由硬質合金形成的硬質合金件；一個由金剛石形成的金剛石件；和一個形成在硬質合金件和金剛石件之間用于熔合它們的熔合層；其特征在于所述熔合層包括一個擴散層，其中至少選自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬至少擴散入所述硬質合金或金剛石之一。
2.根據權利要求1的用于硬質合金件和金剛石件的熔合結構，其特征在于所述的熔合層包括一個擴散層，其中至少Fe和Ni之一擴散入所述的金剛石。
3.根據權利要求1的用于硬質合金件和金剛石件的熔合結構，其特征在于所述的熔合層包括一個擴散層和一個Co層，在擴散層中Co擴散入所述的金剛石。
4.根據權利要求1的用于硬質合金件和金剛石件的熔合結構，其特征在于所述的熔合層包括一個擴散層，其中選自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬至少擴散入所述硬質合金或金剛石之一。
5.根據權利要求1的用于硬質合金件和金剛石件的熔合結構，其特征在于所述的金剛石是包括占體積0.1-15％的熔合相的高耐熱燒結金剛石，所述熔合相由一種或兩種以上選自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸鹽，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它們的兩種以上的復合碳酸鹽和復合氧化物形成。
6.根據權利要求1的用于硬質合金件和金剛石件的熔合結構，其特征在于當使用EPMA對熔合層的橫向方向的橫截面作線性分析時，所述橫截面內的所述金屬含量的最大值是未受擴散影響的硬質合金件區(qū)域內的金屬含量平均值的20倍或更多，是未受擴散影響的金剛石件區(qū)域內的金屬含量平均值的100倍或更多。
7.一種用于硬質合金件和金剛石件熔合的方法，包括以下步驟將選自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬的金屬材料插入到硬質合金件和金剛石件之間，和加熱所述硬質合金零件、金剛石零件和金屬材料，形成一個擴散層，其中所述金屬擴散進入至少所述硬質合金件或金剛石件之一，并熔合所述硬質合金件和金剛石件。
8.根據權利要求7的用于硬質合金件和金剛石件熔合的方法，其特征在于所述金屬材料包括總共占質量的70％的至少Fe和Ni之一，在熔合硬質合金零件和金剛石零件的步驟中，在滿足條件A(K)和B(Gpa)的情況下實施加熱，該條件同時滿足下列兩個式子，并且通過至少Fe和Ni之一擴散進入金剛石形成擴散層A＞1175B＞0.0027×A+0.81。
9.根據權利要求7的用于硬質合金件和金剛石件熔合的方法，其特征在于所述金屬材料包括占質量70％或更多的Co，在熔合硬質合金零件和金剛石零件的步驟中，在滿足條件A(K)和B(Gpa)的情況下實施加熱，該條件同時滿足下列兩個式子，并且通過Co擴散進入硬質合金形成擴散層，并且形成Co層A＞1175B＞0.0027×A+0.81。
10.根據權利要求7的用于硬質合金件和金剛石件熔合的方法，其特征在于所述金屬材料包括占質量70％或更多的選自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo，和Hf之一種或兩種以上金屬，在熔合硬質合金零件和金剛石零件的步驟中，在滿足條件A(K)和B(Gpa)的情況下實施加熱，該條件同時滿足下列兩個式子，并且通過所述金屬擴散進入至少硬質合金或金剛石之一形成擴散層A＞1175B＞0.0027×A+0.81。
11.根據權利要求7的用于硬質合金件和金剛石件熔合的方法，其特征在于所述金剛石是包括占體積0.1-15％的熔合相的耐高溫的燒結金剛石，在此所述熔合相由一種或兩種以上選自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸鹽，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它們的兩種以上的復合碳酸鹽和復合氧化物形成。
12.根據權利要求7的用于硬質合金件和金剛石件熔合的方法，其特征在于所述金屬材料有包含占質量70％或更多的Ni的第一層和第三層以及插在第一層和第三層之間的第二層；第二層包括占質量70％或更多的石墨和/或金剛石；在熔合硬質合金零件和金剛石零件的步驟中，在滿足條件A(K)和B(Gpa)的情況下實施加熱，該條件同時滿足下列兩個式子，并且通過Ni擴散進入所述金剛石零件的金剛石形成擴散層A＞1175B＞0.0027×A+0.81。
13.根據權利要求7的用于硬質合金件和金剛石件熔合的方法，其特征在于所述金屬材料整體上包含占質量55-80％的Ni和總計占質量20-45％的碳。
14.一個用于鉆具的切削刃，包括安裝在鉆具的工具體的桿上的硬質合金切削刃基體；由切削刃基體支撐的金剛石零件；和形成在切削刃基體和金剛石件之間的用于熔合它們的熔合層；其特征在于該熔合層包括一個擴散層，其中選自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬擴散入至少所述硬質合金或金剛石之一。
15.根據權利要求14的切削刃，其特征在于所述的熔合層包括一個擴散層，其中至少Fe和Ni之一擴散入所述的金剛石。
16.根據權利要求14的切削刃，其特征在于所述的熔合層包括一個擴散層和一個Co層，在擴散層中Co擴散入所述的金剛石。
17.根據權利要求14的切削刃，其特征在于所述的熔合層包括一個擴散層，其中選自Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬擴散進入至少所述硬質合金或金剛石之一。
18.根據權利要求14的切削刃，其特征在于所述的金剛石件是包括占體積0.1-15％的熔合相的高耐熱燒結金剛石，所述熔合相由一種或兩種以上選自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸鹽，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它們的兩種以上的復合碳酸鹽和復合氧化物形成。
19.一個用于鉆具的切削部件，包括一個安裝在鉆具的工具體上的硬質合金桿；由所述桿支撐的金剛石件；和一個形成在所述桿和金剛石件之間用于熔合它們的熔合層；其特征在于熔合層包括一個擴散層，其中選自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬擴散入至少硬質合金或金剛石之一。
20.一種用于鉆具的切削部件，包括一個安裝在鉆具的工具體上的硬質合金桿；權利要求14到18中任一項所述的切削刃；其特征在于所述切削刃的切削刃基體安裝在所述桿上。
21.一個用于鉆具的切削刃，包括一個安裝在鉆具的工具體的桿上的切削刃基體；由所述切削刃基體支撐的金剛石件；和一個形成在所述切削刃基體和金剛石件之間用于熔合它們的熔合層；其特征在于所述的金剛石件是包括占體積0.1-15％的熔合相的燒結金剛石，所述熔合相由一種或兩種以上選自Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸鹽，Mg，Ca，Sr，和Ba的氧化物，包含它們的兩種以上的復合碳酸鹽和復合氧化物形成；所述切削刃基體由包括作為熔合劑的Co的碳化鎢硬質合金形成；和所述擴散層包括至少Fe和Ni之一。
22.根據權利要求14或21的切削刃，其特征在于一個安置座形成于所述切削刃基體上，并具有一對面朝在鉆進方向的導引邊沿的支撐表面，其間具有開放的區(qū)域，所述金剛石件具有與所述安置座一致的形狀，并固定于所述安置座。
23.一個鉆具，包括一個工具體；成組設置在該工具體的末端表面的桿；和熔合于每一個桿的切削刃；其特征在于所述切削刃是權利要求14至18或21中任一項所述的切削刃。
24.一個鉆具，包括一個工具體；成組設置在工具體的末端表面的切削部件；其中所述切削部件是權利要求19所述的切削刃。
全文摘要
一用于鉆具的切削刃，包括硬質合金切削刃基體11，由切削刃基體11支撐的金剛石零件12，和形成在切削刃基體11和金剛石件12之間的用于熔合它們的熔合層。該熔合層13包括擴散層S1和S2，其中選自Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的一種或兩種以上金屬擴散入硬質合金或金剛石中至少之一。
文檔編號B23K35/30GK1494977SQ0315840
公開日2004年5月12日 申請日期2003年7月26日 優(yōu)先權日2002年7月26日
發(fā)明者山本和男, 大橋忠一, A·E·瓦爾多尤, 一, 瓦爾多尤 申請人:三菱麻鐵里亞爾株式會社