專利名稱：釬縫金屬涂層制品及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在這里描述的實施例主要涉及涂層制品例如超硬磨料制品和用于釬縫金屬 (braze-metal)涂覆包含碳化物的制品例如超硬磨料制品的碳化物基底的工藝。實施例還 涉及用于利用釬縫金屬使用冷噴涂或者動力金屬噴鍍(kinetic metallization)來涂覆包 含碳化物的切割元件或者其它刀具的方法。
背景技術(shù)：
制造金屬切割和成形刀具例如超硬磨料刀具通常要求多晶金剛石(PCD)或者多 晶立方氮化硼(PCBN)材料或者坯體利用放電加工(EDM)而被切割成小精度成形片并且被 釬焊到刀架上。很多PCD和PCBN材料供應(yīng)有位于PCD或者PCBN材料的一個表面或者一側(cè) 上的擴散結(jié)合碳化物基底層。通常使用EDM或者另一工藝將碳化物和P⑶或者PCBN坯體 切割成刀尖。釬焊填料金屬被施加到每一個刀尖的碳化物表面，并且然后執(zhí)行高溫釬焊以 將刀尖附接到刀具例如鉆、鋸或者其它裝置。期望將釬縫金屬層結(jié)合或者附接到超硬磨料 坯體的碳化物側(cè)，從而刀具制造者不必以定制方式切割并且在將刀尖釬焊到它們的刀具之 前暫時地固定(膠接、夾持、以人工方式握持)釬縫金屬薄片。當?shù)毒咧圃煺弑仨毶a(chǎn)數(shù)百 個相同刀具或者小數(shù)目的、被不同地成形的刀尖時，這是特別方便的。為了將釬縫金屬層施加到P⑶或者PCBN刀尖，使用者必須切割釬縫金屬薄片并且 使用粘結(jié)劑將釬縫金屬薄片附接到每一個PCD或者PCBN刀尖的碳化物側(cè)?？商娲?，使用 者可以以其它方式將切割薄片固定到每一個PCD或者PCBN刀尖的碳化物表面。這個工藝 是復(fù)雜的、勞動密集型的并且要求大量時間，由此增加了刀具制造成本。在熔化之前，在已 被夾持的刀具/刀尖/釬縫金屬系統(tǒng)的加熱期間，這種暫時附接可能失效，從而使得刀尖在 刀具上錯位或者從刀具脫落。將釬縫金屬施加到碳化物涂覆的P⑶和PCBN并不存在。碳化物通常含有少于百 分之30的金屬，所以難以在釬縫金屬和PCD或者PCBN制品的碳化物側(cè)之間形成能夠經(jīng)受 EDM切割和常規(guī)處理的結(jié)合部。簡單的冷粘結(jié)劑或者焊劑是沒有作用的，因為它們在EDM期 間退化或者熔化。存在高質(zhì)量擴散結(jié)合金屬薄膜。然而，這些產(chǎn)品是極其昂貴的，因為要求高壓和高 溫(HPHT)來形成擴散結(jié)合金屬薄膜。這能夠?qū)⒉灰?guī)則性例如裂紋和碎屑引入材料或者制 品的P⑶或者PCBN部分中。擴散結(jié)合金屬薄膜能夠被置于小的(<5mm)切割刀尖上而無需高壓。然而，這是不方便的、不靈活的、勞動密集型的和緩慢的，因為首先必須將刀尖切割 成具體形狀，釬焊薄片或者膏劑必須被各自地施加到每一個小刀尖，并且然后每一個刀尖 應(yīng)該被各自地加熱或者被在各個容器中加熱。當前，通過爐內(nèi)釬焊，附著性的釬縫金屬被施加到小于大約5mm厚的PCBN刀尖 (例如見美國專利公報No. 2004/0155096A1)。這個工藝包括利用由金屬粉末和樹脂制成 的釬縫金屬膏劑涂覆預(yù)EDM切割PCBN刀尖，將涂覆的刀尖置于石墨托盤中的各個石墨空腔 中的步驟，和在熔爐中燒灼托盤的步驟。然而，由于熱應(yīng)力，PCD或者PCBN和碳化物分層， 以及在碳化物、超硬磨料材料或這兩者中形成裂紋，這個工藝不能被用于涂覆大于5mm厚 的P⑶或者PCBN部分。將可焊接金屬層施加到超硬磨料刀片的以前的嘗試包括在國際專利申請No. PCT/ US2006/031333中描述的那些。然而，在這些文獻中描述的方法要求使用已被加熱的氣體， 并且受限于能夠承受高熱的金屬層。熱工藝產(chǎn)生不理想的成品刀具質(zhì)量。已經(jīng)嘗試了涂覆 P⑶和PCBN材料的其它熱方法并且包括電火花涂覆(例如見美國專利No. 5，102,031)和高 速氧燃料(HVOF)噴射涂覆(例如見美國專利公報NO.2001/0001042A1)。然而，利用這種 方法產(chǎn)生的釬焊層不是高質(zhì)量的，因為將大塊熔融金屬施加到PCD或者PCBN的碳化物側(cè)引 起超硬磨料材料過熱，由此降低了它的總體硬度。而且，大塊熔融涂層趨向于在冷卻期間引 起釬縫金屬層破裂或者收縮從而引起分層。利用熔融金屬流體的涂覆是困難的，因為利用 大多數(shù)流體金屬來潤濕碳化物是不利的，引起流體薄膜聚結(jié)，從而減小了涂覆覆蓋范圍和/ 或厚度規(guī)則性。據(jù)此，需要一種用于將釬縫金屬施加到超硬磨料尖端的碳化物基底的工藝，該工 藝要避免熱破裂，同時在超硬磨料物體的碳化物側(cè)上產(chǎn)生韌性的、附著性的、均勻的釬縫金
屬薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
在這里提供的實施例總體上涉及用于碳化物的釬縫金屬涂層、用于碳化物涂覆 PCD和PCBN材料的釬縫金屬涂層以及用于將釬縫金屬涂層施加到碳化物或者碳化物涂覆 的PCD和PCBN材料的方法。在各種實施例中，通過冷金屬噴鍍工藝例如、但是不限于動力 金屬噴鍍、冷噴涂金屬噴鍍、電磁粒子加速、改進的高速空氣燃料噴涂或者高速沖擊熔合， 釬縫金屬可以被沉積到碳化物制品的表面或者PCD或者PCBN制品的碳化物基底上。在一個實施例中，超硬磨料制品包括超硬磨料層和被附接到超硬磨料層的碳化物 基底?？蛇x地，可以單獨地使用在本公開內(nèi)容中描述的工藝處理碳化物基底。碳化物基底 按照體積百分比具有小于30%金屬的金屬含量。釬縫金屬涂層被附接到碳化物基底的表 面。該涂層主要是由具有小于1200°C的熔點的金屬例如銅、銀、鋅、錫、鉍、鉛等或上述的任 何組合或者合金制成的。該涂層可以是由金屬顆粒制成的，每一個顆粒具有小于0. Imm的 尺寸?？蛇x地，該涂層可以包括小量(例如小于百分之5或者小于百分之4)的、具有更高 熔點的金屬顆粒，例如鈦?？蛇x地，該制品還可以在釬縫金屬涂層之上包括熔劑層例如硼砂 粉末熔劑層。在另一實施例中，一種用于將釬縫金屬涂層施加到包含碳化物的制品的方法包括 利用動力金屬噴鍍將具有小于1200°C的熔點的金屬的顆粒沉積到碳化物的表面上。該方法還可以包括在沉積之前織構(gòu)化碳化物并且預(yù)加熱金屬顆粒。所述沉積可以包括將金屬顆粒和氣體進給到噴嘴中并且通過噴嘴而將金屬顆粒和氣體引導(dǎo)到基底上。可選地，所述引導(dǎo)步驟可以包括在顆粒的體積輸送小于50克每分鐘 下、以在500km/秒和2km/秒之間的速率將顆粒和氣體噴射到基底上。在另一實施例中，一種用于制備超硬磨料坯體的工藝包括將超硬磨料層施加到碳 化物基底，該碳化物基底按照體積百分比包括在大約2%和大約30%之間的金屬；利用冷 金屬噴鍍工藝將釬縫金屬涂層沉積到碳化物基底上；并且在沉積之后，從涂覆、釬焊的制品 切割出坯體。冷金屬噴鍍工藝可以包括例如動力金屬噴鍍、冷噴涂金屬噴鍍、電磁粒子加 速、改進的高速空氣燃料噴射或者高速沖擊熔合。所述沉積步驟可以包括將細分(5μπι到 100 μ m)的銅或者其它金屬粉末和空氣或者另一氣體進給到噴嘴中，并且通過噴嘴將金屬 粉末和氣體引導(dǎo)到基底上?？蛇x地，所述引導(dǎo)步驟可以包括在顆粒的體積輸送小于50克每 分鐘下、以在500km/秒和2km/秒之間的速率將粉末和氣體噴射到基底上。


圖1示意在產(chǎn)生釬縫金屬涂覆刀具的工藝中的示例性步驟；圖2示意當接收釬縫金屬涂層時的示例性超硬磨料刀具；圖3示意根據(jù)本發(fā)明被施加到P⑶坯體的涂層；并且圖4示意根據(jù)本發(fā)明施加的示例性涂層不存在裂紋或者分層。
具體實施例方式在描述本實施例之前，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于所述的具體系統(tǒng)、方法或者方案，因 為它們可以改變。而且，這里使用的術(shù)語是為了描述具體實施例而非旨在限制本公開的范 圍，本公開的范圍將僅由所附權(quán)利要求限制。如在本說明中和在所附權(quán)利要求中使用地，單數(shù)形式“一個(a) ”、“一個(an) ”和 “該(the)”包括復(fù)數(shù)形式的引用，除非上下文清楚地另行指定。除非另行限定，這里使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語均具有與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 通常所理解的相同的含義。如在這里所使用地，術(shù)語“包括”意味著“具有，但是不限于”。如在文獻中使用地，術(shù)語“釬縫金屬”意味著在超硬磨料刀片或者坯體的碳化物 基底和保持刀片或者坯體的刀具之間用作粘結(jié)薄膜或者層的任何材料、薄膜或者層。所述 結(jié)合本質(zhì)上主要是粘結(jié)性的結(jié)合，由通常被稱作“釬焊”的工藝形成，所述釬焊通常包括將 釬縫金屬加熱成熔體，允許熔體經(jīng)由毛細力或者壓力散開，然后使熔體凝固，以形成粘結(jié)刀 具和刀尖的粘結(jié)劑薄膜。該粘結(jié)劑薄膜或者層通常是帶有400°C到1200°C的熔點的、具有 0. 0001英寸到0. 010英寸或者更大、或者0. 05mm到大約1. 2mm的厚度的金屬或者金屬合 金。釬縫金屬層可以或者可以不與超硬磨料刀尖、基底或者制品起反應(yīng)，并且它通常是耐氧 化的。如在文獻中使用地，術(shù)語“冷金屬噴鍍”指的是可以用來將金屬沉積到基底上而 不用顯著地加熱金屬或者基底的任何工藝?！安挥蔑@著地加熱”意味著金屬并不熔化，并且 可選地對于任何非瞬時時期而言碳化物的最大溫度總是小于300°C。冷金屬噴鍍工藝的實 例包括并且不限于動力金屬噴鍍、冷噴涂金屬噴鍍、電磁粒子加速、改進的高速空氣燃料噴射、高速沖擊熔合等或者類似的工藝，其中通過在高速下噴射顆粒而將非熔化金屬顆粒沉 積到碳化物基底的表面上。可以在它們的熔點下預(yù)加熱顆粒，例如達500°C或者更高。在一些實施例中，一種用于將釬縫金屬涂層沉積到碳化物制品例如碳化鎢刀具、或者PCD或者PCBN切割元件的碳化物基底上的工藝包括使用冷金屬噴鍍例如動力金屬噴 鍍、冷噴涂金屬噴鍍、電磁粒子加速、改進的高速空氣燃料噴射、高速沖擊熔合等將釬縫金 屬沉積到基底上。例如，參考圖1，一種方法可以包括使用例如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的擴散 粘結(jié)或者高壓高溫處理方法將超硬磨料材料PCD或者PCBN施加到碳化物基底的一側(cè)的步 驟(步驟10)。該方法然后包括利用冷金屬噴鍍將釬縫金屬涂層沉積(步驟16)到碳化物 表面上(步驟16)。可替代地，該方法可以包括通過冷噴射將金屬陶瓷層直接地沉積到超硬 磨料層上。在一些實施例中，可以使用類似的冷金屬噴鍍工藝將熔劑層(步驟18)噴射到釬 縫金屬層上。該熔劑層可以包括例如硼砂粉末的材料。在一些實施例中，這種方法可以進一步包括在使用例如放電加工(EDM)釬縫金屬 涂覆碳化物之后切割物體的步驟(步驟20)。在特定實施例中，釬縫金屬涂覆碳化物和PCD 或者PCBN材料可以被切割成坯體、刀具、刀尖切割元件或者其它這種制品(步驟20)。在其 它實施例中，該工藝可以包括通過例如研磨在施加釬縫金屬層之前拋光碳化物基底的表面 的至少一部分以使基底粗糙化(或者可替代地使基底光滑)的步驟(步驟12)。動力金屬噴鍍工藝通常包括以通常大于500m/秒的高速率將非熔化、細分的低熔 點金屬粉末或者細分的低熔點金屬粉末混合物噴射到表面上。在這種方法的各種實施例 中，細分的低熔點金屬粉末或者細分的低熔點金屬粉末、陶瓷或者樹脂粉末的混合物被與 氣體或者氣體混合物例如空氣、氮氣、氦氣或者氫氣混合，并且被以高速率(即，從500m/秒 至2km/秒)噴射并且當顆粒撞擊基底表面時使其減速?；卓梢员槐３钟趶?40°C至顆粒 熔點的2/3的任何溫度下，但是保持通常在20-30°C下?；卓梢员焕鋮s、加熱或者允許其 保持在環(huán)境溫度下。金屬粉末主要是由低熔點金屬(即，具有小于1200°C的熔點的金屬)制成的。在 一些實施例中，金屬粉末可以包括但是不限于銅、銀、鋅、錫、鋁、鉍、鉛等或上述的任何組合 或者合金。可選地，金屬粉末可以包括少量(例如小于百分之5或者更少百分比)的、更高 熔點的金屬例如鈦。在大多數(shù)應(yīng)用中，在上面沉積了金屬顆粒的碳化物基底是主要由陶瓷材料制成的 碳化物基底。例如，基底可以包括包含大致百分之12金屬的碳化鎢。在施加釬縫金屬層的工藝期間，金屬顆?？梢耘c基底的表面碰撞?？梢曰蛘咴谑?加之前或者經(jīng)由來自噴涂工藝或者其它工藝的摩擦(內(nèi)部和外部)將顆粒加熱(步驟14) 至但是不高于顆粒的熔點。在一些實施例中，金屬顆?？梢愿静槐患訜?，并且可以相反地 僅僅因為碰撞作用力而結(jié)合到基底。顆粒被與氣體混合并且當施加時經(jīng)歷粘性流動和散開 并且然后快速地淬火并且固化，以當摩擦熱量被耗散到超硬磨料制品中時在基底之上形成 固體薄膜?？蛇x地，氣體可以只是可用的周邊空氣，在環(huán)境溫度或者室溫下被輸送而不用被 另外地加熱或者冷卻至超過可能已經(jīng)從普通建筑物氣候控制系統(tǒng)發(fā)生的溫度。輸送壓力 可以是例如40psi和500psi。雖然輸送速率可以是較高的(例如500m/秒到1500m/秒或 者500m/秒到2000m/秒)，但是顆粒的體積輸送速度可以是非常低的(通常小于50克每分鐘)。因此，在小于2mm2的接觸區(qū)域上的摩擦和熱通量可以小于大約150瓦特(即，小于 75W/mm2，假定噴涂橫向速率為零)。顆粒的熱量被超硬磨料/碳化物制品快速地耗散，從而 制品絕不會過熱至300°C以上。在施加之前，非熔化顆?？梢员荒Σ良訜岵⑶沂芰?，以引起大應(yīng)變塑性流動。正是 該大應(yīng)變塑性流動產(chǎn)生顆粒到基底表面和在顆粒之間的粘附。如果顆粒抵抗塑性流動，則 它們將不會附著并且涂層將不會形成。塑性流動通常要求在充分持續(xù)時間內(nèi)，在涂覆期間 在表面上獲得大約熔點的2/3的溫度，以允許變形發(fā)生。如果顆粒太硬，則它們將磨損所形 成的涂層，從而降低工藝效率。如果在噴射它們之前預(yù)張緊、合金化、冷加工、退火或者預(yù)加熱顆粒以降低它們的 硬度和對于在冷噴涂工藝中發(fā)生的高應(yīng)變和高應(yīng)變率(小于2km/秒)塑性變形的耐受性， 則這是有幫助的?？梢允褂迷谶@里描述的方法涂覆在本技術(shù)領(lǐng)域中現(xiàn)在或者此后已知的任何碳化 物材料。在一些實施例中，超硬磨料刀具的碳化物基底可以包含陶瓷材料和金屬基體材料， 其中金屬基體材料按照體積構(gòu)成全部碳化物組分的小于大約百分之30(體積百分比％ )。 在其它實施例中，金屬基體材料可以構(gòu)成小于以下任何百分比的碳化物按照體積百分比 大約25%、按照體積百分比20%、按照體積百分比15%、按照體積百分比10%、按照體積 百分比9%、按照體積百分比8%、按照體積百分比7%、按照體積百分比6%或者按照體積 百分比5%的碳化物。在另外的實施例中，金屬基體材料可以構(gòu)成從按照體積百分比大約 30%到大約2%、按照體積百分比大約25%到大約2%、按照體積百分比大約15%到大約 2%、按照體積百分比大約10%到大約2%或者按照體積百分比大約5%到大約2%的碳化 物。碳化物材料的陶瓷部分可以是、并且不限于碳化鉬、碳化鉻、碳化鎢、碳化鐵等。例 如，在一個實施例中，使用具有按照體積百分比大約2%到大約5%金屬的碳化鎢。金屬基 體可以用作另外的結(jié)合或者粘合材料。例如，碳化物材料的顆?？梢耘c鐵族金屬例如鐵、 鎳、鉻、鉬或者鈷的金屬基體粘合。例如，在一個實施例中，碳化鎢可以結(jié)合作為粘合金屬基 體材料的鈷。如果在涂覆之前表面被織構(gòu)化以增加它的表面面積，則這是有幫助的。這給出在 冷卻之前用于變形、摩擦加熱顆粒附著的更大的表面面積。這里施加的釬焊材料可以具有細分的低熔點材料。如在這里所使用地，“細分”意 味著具有小于0. 1mm、可選地小于0. 08mm或者可選地在0. 06mm和0. 04mm之間的顆粒尺寸 的材料?？蛇x地，顆?？梢栽? μ m和100 μ m之間改變。“低熔點”意味著具有小于1200°C、 可選地小于1000°C的熔點。材料還可以包括通常與金屬陶瓷例如碳化鎢/鈷或者釬焊熔劑 材料例如硼砂粉末相關(guān)聯(lián)的陶瓷和/或含樹脂的成分。因此，不象現(xiàn)有技術(shù)涂覆方法，顆粒 既不被熔化也不顯著地團聚，從而在基底上允許改進的粘附力和更小的應(yīng)力。釬焊薄膜或者層可以包括單層釬縫金屬，或者具有任何堆疊布置的多層。那些層 可以包括以任何樣式的帶有金屬層或者陶瓷/金屬層的樹脂/陶瓷材料層。參考圖2，超硬磨料刀具50包括超硬磨料層52和碳化物基底54?；椎牟糠只?者全部外表面56可以接收金屬粉末顆粒60的涂層。顆粒具有細分的尺寸，并且主要包括 低熔點金屬例如銅、銀、鋅、錫、鋁、鉍、鉛等或者前面金屬的任何組合或者前面任何金屬的合金。在一些實施例中，釬縫金屬層主要由低熔點金屬構(gòu)成，并且它不以任何顯著量包括任 何更高熔點(超過1200°C )的金屬。在這里描述的實例和方法還可以應(yīng)用于硬質(zhì)合金制品。硬質(zhì)合金包含難熔金屬碳 化物例如鎢、鈦或者釩的碳化物和金屬粘結(jié)相。在這里描述的方法并不要求向?qū)⑾蚱涑练e釬縫金屬顆粒的碳化物基底的表面施 加固定劑例如粘結(jié)劑，它也不要求存在擴散結(jié)合金屬。因此，在各種實施例中，該方法可以 僅僅包括將釬縫金屬沉積到超硬磨料切割元件的碳化物表面上。在各種其它實施例中，該 方法可以進一步包括在將釬縫金屬沉積到碳化物之前光滑化或者粗糙化或者織構(gòu)化碳化 物表面而不將任何其它材料添加到碳化物表面的步驟。在一個實施例中，通過研磨使碳化 物的表面光滑。在另一實施例中，經(jīng)由噴砂來織構(gòu)化該表面。
在上述實施例的工藝中使用動力金屬噴鍍可以允許將釬縫金屬涂層施加到超硬 磨料制品的碳化物表面而不使用粘結(jié)劑，不用過度加熱PCD或者PCBN層并且不會降低碳化 物涂層或者PCD或PCBN層的完整性。在一些實施例中，形成釬縫金屬涂層要求的熱量可以 不在碳化物涂覆P⑶或者PCBN材料的P⑶或者PCBN層中積聚并且可以相反地通過金屬薄 膜和/或碳化物涂層而被耗散。因此，一些實施例的方法可以避免PCD或者PCBN層、碳化 物層和/或釬縫金屬薄膜的整體加熱和/或收縮同時實現(xiàn)足以使得金屬朝著碳化物層的表 面熔合、流動和結(jié)晶的局部溫度。可以修改動力金屬噴鍍工藝以實現(xiàn)均勻的釬縫金屬涂層。例如，使用惰性氣體推 進劑可以防止氧化，氧化會增加熔化粘度并且降低釬縫金屬的表面流動和粘附力。因為冷 噴涂工藝使用大量氣體，所以空氣是優(yōu)選的。也可以使用低原子量的，例如H2或者氦，從而 有限氣體壓力產(chǎn)生更大的加速度和更高的粒子速率。另外地，可以關(guān)于形狀和尺寸調(diào)節(jié)固 體顆粒以提高它們在氣流中的加速度。另外地，可以與氣體/固體混合物比率、氣體推進劑 的壓力和/或金屬粉末的粒子尺寸有關(guān)的、金屬粉末顆粒速率和減速可變性可以影響金屬 涂覆。而且，如果摩擦熱量太低從而減速顆粒的瞬時最大表面溫度小于熔點的大約2/3，則 金屬顆粒會不流動和/或良好地附著到碳化物表面，并且如果摩擦熱量太高，則金屬顆粒 可能并不良好地附著，因為它們可能在表面上彈回、飛濺或者蒸發(fā)或者聚結(jié)。過度熱量還可 以損壞碳化物或者材料的P⑶或者PCBN層。因此，可能期望據(jù)此調(diào)節(jié)動力噴涂，以提供釬 縫金屬的良好粘附而不產(chǎn)生與顆粒過加熱或者欠加熱相關(guān)聯(lián)的負面效果。這通常是通過控 制氣體壓力和會聚/發(fā)散噴嘴幾何形狀以及噴嘴到表面的距離而實現(xiàn)的。實例 1使用動力金屬噴鍍利用銅粉末涂覆PCBN坯體。動力金屬噴鍍在以下條件下進 行以20g/分鐘將16 μ m的銅粉末進給到具有2mm的噴嘴喉部直徑的噴嘴中，并且粉末 在350psi的壓力下被與500°C的預(yù)加熱隊氣體混合。所產(chǎn)生的噴涂物具有大于610m/ 秒的顆粒速率。噴涂物被以50mm/秒的橫向速度，2mm的臺階(step)和8mm的超越范圍 (overspray)橫跨PCBN坯體(碳化物側(cè)向上)引導(dǎo)，以覆蓋PCBN坯體。涂覆工藝的效率為 大約20%。(換言之，大約80%的金屬并不熔合或者附著并且被回收)。所產(chǎn)生的銅薄膜具 有從0. Imm到0. 15mm的均勻厚度，且橫跨58mm外徑的坯體具有在視覺上均勻的粗糙度和 顏色，如在圖4(涂層的研磨區(qū)段、側(cè)視圖)和圖3(頂視圖，示出銅和綠色氧化銅涂層)中 所示意地。如在圖3和4中看到地，涂層是無分層和裂紋的。在粘性帶被壓到釬焊金屬表面上并且然后被移除之后，全部涂層良好地附著到碳化物并且能夠保持附接到碳化物。進 而，當使用EDM切割冷噴涂銅涂覆PCBN坯體時，在EDM期間該涂層并不分層或者破裂，如在 圖3所示EDM切割邊緣中示出地。實例2在P⑶坯體的研磨處和噴砂(90粒度SiC)碳化物表面處，在空氣中以900m/秒噴 射具有670°C的熔點和63 μ m的顆粒尺寸的CuZnSn (33 33 33)預(yù)合金粉末。合金涂層 良好地附著并且形成0. 08mm的涂層厚度。CuZnSn涂層經(jīng)受了 EDM切割，而不存在剝落或者 分層，如在圖4中所示。然而，涂層在激光切割中顯示出剝落。使用傳統(tǒng)熔劑和方法，在標 準感應(yīng)釬焊中，測試在EDM切割部分上的涂層。它產(chǎn)生了具有合理的結(jié)合強度的結(jié)合部。實例3在超硬磨料坯體的圍住的P⑶表面處，直接地在空氣中以900m/秒噴射以上實例 2的金屬粉末。金屬在P⑶上良好地附著并且形成0. Imm的厚度。實例4在空氣中以900m/秒將以上實例2的金屬粉末冷噴射到HTM級超硬磨料坯體的表 面上。涂層良好地附著并且形成Imm的厚度。涂層的截面沒有揭示出任何剝落。將會理解，幾個以上公開的和其它的特征和功能或者其可替代形式可以被理想地 組合于很多其它不同的系統(tǒng)或者應(yīng)用中。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以隨后在其中實現(xiàn)也旨在由 以下權(quán)利要求涵蓋的、各種目前無法預(yù)料的或者無法預(yù)期的可替代形式、修改、變化或者改 進。
權(quán)利要求
一種超硬磨料物品，包括超硬磨料層；碳化物基底，其附接到所述超硬磨料層，所述碳化物基底具有按照體積百分比小于大約30％的金屬含量；和釬縫金屬涂層，其附接到所述碳化物基底的表面，所述涂層主要包括低熔點金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物品，其中所述涂層包括低熔點金屬顆粒，每個顆粒具有小 于0.1mm的尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物品，其中所述金屬具有小于1200°C的熔點。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物品，其中所述金屬包括銀、錫、鉍、鉛或銀、錫、鉍或鉛的合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物品，其中所述金屬包括銅或銅的合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物品，還包括釬縫金屬涂層上的熔劑層，所述熔劑層包括硼 砂粉末。
7.一種用于將釬縫金屬涂層施加到碳化鎢表面的方法，基底按照體積百分比具有小于 大約30%的金屬含量，所述方法包括以下步驟通過動力金屬噴鍍將具有小于1200°C的熔 點的金屬顆粒沉積到碳化鎢表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括，在沉積之前織構(gòu)化碳化鎢表面；并且將 所述金屬顆粒預(yù)加熱至達500°C的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述沉積步驟包括以下步驟將所述金屬顆粒和 氣體進給到噴嘴中；和通過所述噴嘴將所述金屬顆粒和氣體引導(dǎo)到所述基底上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述引導(dǎo)步驟包括在所述顆粒的體積輸送小于 50克每分鐘下、以在500km/秒和2km/秒之間的速率將所述顆粒和氣體噴射到所述基底上。
11.一種用于制備超硬磨料坯體的工藝，包括以下步驟將超硬磨料層施加到碳化物 基底，所述碳化物基底包括按照體積百分比在大約2%和大約30%之間的金屬；利用冷金 屬噴鍍工藝將釬縫金屬涂層沉積到所述碳化物基底上；和，在沉積之后，從已經(jīng)涂覆的釬焊 的制品切割出坯體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工藝，其中所述冷金屬噴鍍工藝包括動力金屬噴鍍、冷噴 涂金屬噴鍍、電磁粒子加速、改進的高速空氣燃料噴射或者高速沖擊熔合。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工藝，其中所述沉積步驟包括以下步驟將金屬粉末和氣 體進給到噴嘴中；和通過所述噴嘴將所述金屬粉末和氣體引導(dǎo)到所述基底上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述引導(dǎo)步驟包括在顆粒的體積輸送小于50克 每分鐘下、以在500km/秒和2km/秒之間的速率將所述粉末和氣體噴射到所述基底上。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述金屬粉末包括細分的銅顆粒。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述金屬粉末具有在5μ m和100 μ m之間的平 均顆粒尺寸。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述氣體包括室溫空氣。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括通過將所述氣體預(yù)加熱至在23°C和 500°C之間的溫度來準備所述氣體。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括通過將所述粉末預(yù)加熱至高于環(huán)境溫度并且低于120(TC的水平來準備所述粉末。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述引導(dǎo)步驟包括在40psi和500psi之間的壓 力和在500m/秒和1500m/秒之間的顆粒速率下引導(dǎo)所述氣體和粉末通過所述噴嘴。
全文摘要
在一個實施例中，一種含有碳化物的物品包括具有附接的超硬磨料層(52)的碳化物本體(54)。釬縫金屬涂層(56)被附接到碳化物基底(54)的表面。所述涂層(56)主要由具有小于1200℃的熔點的金屬顆粒制成，且顆粒具有小于0.1mm的尺寸。在另一實施例中，一種用于將釬縫金屬涂層(56)施加到超硬磨料(52)的碳化物本體(54)或者其它物品的工藝包括通過在顆粒的體積輸送小于50克每分鐘下、以在500km/秒和2km/秒之間的速率將顆粒和氣體噴射到本體上而將低熔點金屬的細分顆粒沉積到碳化物本體上。
文檔編號C04B37/00GK101821047SQ200880110384
公開日2010年9月1日 申請日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月5日
發(fā)明者史蒂文·W·韋伯, 戈拉夫·阿加爾瓦爾 申請人:戴蒙得創(chuàng)新股份有限公司