專利名稱：制造包括硬質(zhì)合金型的致密材料塊體的具有性能梯度的部件的方法，以及所制得的部件的制作方法
制造包括硬質(zhì)合金型的致密材料塊體的具有性能梯度的部件的方法，以及所制得的部件通過熱化學(xué)處理制造包括由分散在粘結(jié)相中的硬質(zhì)顆粒構(gòu)成的致密材料塊體的部件的方法，該部件具有性能梯度。許多部件，特別是鉆削工具或機加工工具的切削刃，是由硬質(zhì)合金型材料制成的塊體構(gòu)成的，該硬質(zhì)合金是由分散在金屬粘結(jié)相中的碳化物顆粒構(gòu)成。這些材料非常硬，因此是耐磨的，也可以是脆性的。因此，為了能夠加強它們的斷裂韌度，對其進行了處理，從而能夠在組成梯度內(nèi)引入柔性相，這種情況可以伴隨或者不伴隨新相的形成，這種新相的硬度與塊體的初始硬度不同，從而導(dǎo)致塊體的外表面，或者至少該表面的一部分，是硬的，同時內(nèi)部是剛性的(stiffer)，或者導(dǎo)致塊體的外表面或者至少一部分是剛性的，同時內(nèi)部是更硬的。因此，非致密硬質(zhì)合金的塊體可以做成具有孔隙梯度，可以利用粉末冶金的方法進行，并通過粘結(jié)相浸滲從而提高其芯部延展性。這種方法適應(yīng)性很差，特別是對于WC-Co 類體系，這是因為其會導(dǎo)致碳化物骨架結(jié)構(gòu)的部分破壞，該支柱結(jié)構(gòu)在浸滲前就已經(jīng)存在， 因此，這種方法并不能獲得切削刃所需的性能。已經(jīng)有人提出了在具有多層部分的固相中通過自然燒結(jié)的方法獲得具有組成梯度的硬質(zhì)合金，其中每層都具有不同的組成。然而，這種方法并不能給予該材料完全的致密性，并且必須接下來進行昂貴的熱等靜壓處理。另外，具有組成梯度的硬質(zhì)合金制備是復(fù)雜的，這是因為，其需要實現(xiàn)相互嵌套的順序的基本層。最后，這種方法具有難以產(chǎn)生連續(xù)組成梯度的缺點。已經(jīng)有人提出了，在液相中通過自然燒結(jié)獲得該材料，從而能夠非?？焖俚?，并且就通過一個步驟獲得具有組成梯度的材料，該材料是完全致密的。但是，這種方法具有實質(zhì)上非常嚴重的降低組成梯度的缺點，這是由在具有低厚度的層之間的液體的遷移導(dǎo)致的， 這種遷移是在浸滲和吸液現(xiàn)象的共同作用下進行的。另外，與所有的預(yù)期相反，當(dāng)保持在液相的時間低于臨界持續(xù)時間時，該組成梯度依然是不連續(xù)的，在超過該臨界持續(xù)時間時，可以得到硬質(zhì)合金的完全均質(zhì)性，但是不足以賦予材料致密性。另外，已經(jīng)有人提出了通過在硬質(zhì)合金的表面上沉積硬質(zhì)涂層的方法來提高切削工具的工作性能，該硬質(zhì)涂層由氮化物、碳氮化物、氧化物或者硼化物制成。這樣的方法已經(jīng)在專利US4548786或US4610931中公開。然而，這些方法具有以下缺陷，即其只能改善硬質(zhì)合金的耐磨損性，并且這種改善只能在很小的厚度(幾微米)上獲得。也已經(jīng)有人提出，通過使對碳而言為亞化學(xué)計量的致密的硬質(zhì)合金與富碳氣相接觸來提高表面的耐磨性和提高WC-Co系硬質(zhì)合金的耐沖擊性。在溫度的影響下，氣相中的碳擴散到亞化學(xué)計量的硬質(zhì)合金中，并與η-CO3W3C相反應(yīng)，從而釋放鈷，該釋放出的鈷向著硬質(zhì)合金的外表面遷移，即在碳擴散前沿的后方。該方法已在美國專利US 4743515中公開，并具有以下缺陷，即其導(dǎo)致1或2毫米以上范圍內(nèi)富鈷的粘結(jié)相梯度，同時依然保持已處理部件芯部的脆性。為了彌補上述各種方法的各種不足，已經(jīng)有人提出，通過使用能夠滲透(或者遷移)到硬質(zhì)合金內(nèi)的液相，從外部吸液來富化硬質(zhì)合金，生產(chǎn)在粘結(jié)相中在超過毫米級的距離上具有組成梯度的硬質(zhì)合金塊體。這種吸液對應(yīng)外部液體的遷移，該液體的組成與被認為是具有完全致密度的固/液系的組成相近，并在單一的遷移壓力的驅(qū)動力下進行，該遷移由粘結(jié)相的體積分數(shù)和/或固體晶粒的尺寸和形態(tài)的局部不平衡產(chǎn)生。這種現(xiàn)象涉及所有由濃縮相(固體和液相)構(gòu)成的任何體系，該濃縮相能夠通過吸收液相來調(diào)整其固體晶粒形式，因而能夠使其能在能量上更加穩(wěn)定，即在不需要通過再溶解和再沉淀的方式增大這些顆粒的情況下，能通過改變硬質(zhì)顆粒的形態(tài)而獲得奧斯特瓦爾德成熟(Ostwald ripening)。使用這種方法來制造鉆削工具或切削工具的切削刃，需要在已燒結(jié)致密塊體和吸液材料的壓縮粉末小球之間進行預(yù)先的組合，并將其全部放入到爐子中，從而實施足夠的熱處理，其中該已燒結(jié)致密塊體用于富化，該壓縮粉末小球用于通過吸液現(xiàn)象提供粘結(jié)相。 這種方法具有以下缺陷，即需要吸液材料并且需要確定與組成梯度相關(guān)的該吸液材料的大小，這樣就使該方法復(fù)雜化同時更常常需要吸液表面的整流。在一種非常出人意料的方法中，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，能夠在粘結(jié)相中產(chǎn)生毫米級距離的濃度梯度，該粘結(jié)相在致密的硬質(zhì)合金塊體內(nèi)，唯一條件是，在致密硬質(zhì)合金塊體的全部或者部分表面上沉積合適的涂層并將其進行足夠的熱處理，該熱處理的溫度必須至少等于與以下溫度，即允許粘結(jié)相達到液相狀態(tài)的溫度(硬質(zhì)合金的固相線在考慮中)。構(gòu)成該涂層的材料是不穩(wěn)定的(或者是可分離的)，構(gòu)成其的一種或幾種化學(xué)元素擴散，和與塊體材料反應(yīng)或不反應(yīng)，根據(jù)實施熱處理的持續(xù)時間，產(chǎn)生所述粘結(jié)相在塊體中的梯度，或者在或多或少的較大距離上產(chǎn)生與塊體的初始硬度不同硬度的相。特別基于使用涂層的性質(zhì)和厚度，涂覆表面的比例和熱處理，在塊體中產(chǎn)生的梯度形式如下表面硬化，在該表面下沉積有涂層，芯部軟化，或者相反地表面軟化，在該表面下施加有涂層，芯部硬化。特別地，根據(jù)所需要梯度的形式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以確定熱處理的參數(shù)。基于這些發(fā)現(xiàn)，在實施熱處理前，能沉積到金屬陶瓷表面上的材料可以歸到下文的分類中-具有致密塊體的非活性材料該材料在致密塊體中在宏觀尺度下，不產(chǎn)生粘結(jié)相的任何局部變化；-具有致密塊體的活性材料該材料在致密塊體中在宏觀尺度下，產(chǎn)生粘結(jié)相的局部變化。就這點而言，名詞“活性”被認為與以下方法相關(guān)，即在致密塊體中帶給粘結(jié)相的局部變化。在這些活性材料中，可以利用以下方面進行區(qū)分-能夠提供額外粘結(jié)相的材料，和-不能提供額外粘結(jié)相的材料。也可以以下述形式區(qū)分-具有致密塊體的活性和非活性(或化學(xué)惰性)材料該材料的化學(xué)元素擴散，但并不與致密金屬陶瓷的兩相(固相或液相)任何一個反應(yīng)，且不形成任何固相；和-具有致密塊體的活性和化學(xué)活性材料該材料的某些化學(xué)元素擴散并且與致密金屬陶瓷的固相或液相反應(yīng)，且形成至少一種固相。如此，本發(fā)明的目標(biāo)在于獲得一種方法，其為用于制造包括致密材料塊體的部件的方法，該致密材料由具有相同性質(zhì)或者不同性質(zhì)的、分散在粘結(jié)相中的硬質(zhì)顆粒組成，該材料具有固相線溫度Ts，從該溫度開始，粘結(jié)相為液體，其特征在于在致密材料塊體表面的至少一部分上沉積了活性涂層，該涂層由以下材料構(gòu)成，即當(dāng)整個材料在超過最低反應(yīng)溫度T時，該材料能夠與致密材料化學(xué)反應(yīng)，但是其并不提供任何額外的粘結(jié)相，并且其特征在于，對涂覆了活性涂層的塊體進行熱處理，該熱處理包括加熱和然后在保持溫度Tm保持時間tm，該保持溫度高于或等于最小反應(yīng)溫度T，接下來冷卻至環(huán)境溫度。該方法能夠獲得在塊體內(nèi)毫米級距離的粘結(jié)相的變化，其能夠通過不提供外部粘結(jié)相的形式獲得，因此不會帶來由額外的粘結(jié)相導(dǎo)致的塊體的總富集。更優(yōu)選地，該保持溫度Tm高于或者等于致密材料的固相線溫度Ts。更優(yōu)選地，該保持溫度Tm低于或等于TS+200°C。更優(yōu)選地，該保持時間在Imin和IOmin之間。該活性涂層可以沉積到塊體表面的僅一部分上。該活性涂層可以沉積到塊體的整個表面上。該致密材料例如為硬質(zhì)合金，該硬質(zhì)合金由分散在金屬基體中的金屬碳化物顆粒構(gòu)成。該硬質(zhì)合金可以，另外，包含粒度在Imm范圍內(nèi)的天然或合成金剛石顆粒。該硬質(zhì)合金例如為WC-M類型，M為一種或多種選自&)、附和狗的金屬，以質(zhì)量百分比計，這些金屬在粘結(jié)相中的重量含量之和為超過50 %。能與塊體的致密材料反應(yīng)的涂層材料例如由選自以下化合物的至少一種化合物組成氮化物、硼化物、碳化物、氧化物、氫化物、碳氮化物、硼碳化物、石墨類型化合物。該材料可以由這些不同的化合物中的任意混合物組成。該涂層可以通過PVD (物理汽相沉積)或CVD (化學(xué)汽相沉積)方法沉積，或者通過噴鍍或利用刷子(brush)或通過浸濕或通過連續(xù)射線(seriography)的方法沉積。該致密材料的塊體例如為用于巖石或者金屬的鉆削、粉碎或機加工工具的切削刃或者切削刃塊體支座。另外，PDC(多晶金剛石壓縮體)或TSP(熱穩(wěn)多晶金剛石)類型的金剛石涂覆板可以沉積到塊體支座的表面上。在處理完塊體后，可以通過釬焊將金剛石涂覆板添加到塊體上。這種加熱方法具有以下優(yōu)點，即以一種非常簡單的方式獲得硬質(zhì)合金塊體，該硬質(zhì)合金塊體具有性能梯度，該硬質(zhì)合金塊體適用于鉆削工具或者切割工具的切削刃，或者適用于鉆削工具或切割工具切削刃的塊體支座。本發(fā)明還涉及切割巖石用工具的切削刃，其包括塊體，該塊體由分散在粘結(jié)相中的硬質(zhì)顆粒組成，其能夠利用本發(fā)明的方法獲得，并且其在粘結(jié)相內(nèi)在超過0. 5mm，優(yōu)選地超過1mm，更優(yōu)選地超過3mm的距離上具有含量的連續(xù)梯度，在最富集區(qū)域和最不富集區(qū)域為以體積分數(shù)計，在粘結(jié)相的含量內(nèi)的差別為，超過1 %，優(yōu)選地超過2%,更優(yōu)選地超過5%。該切削刃可以包括另外加入的PDC或TSP類型的金剛石涂覆板，其厚度可以為 0. 4mm 禾口 5mm 之間。本發(fā)明還涉及一種切割巖石用工具，其包括至少一個由硬質(zhì)合金混合物構(gòu)成的切削刃或者浸漬刀口，該硬質(zhì)合金具有天然或者合成金剛石顆粒(接近Imm直徑的尺寸)。在下文中，本發(fā)明將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行更詳細的但是非限制性的描述，其中。-

圖1圖示了致密硬質(zhì)合金塊體的橫截面視圖，其中該硬質(zhì)合金完全由涂層覆蓋， 并且該塊體整體被放入熱處理爐中；-圖2為已經(jīng)過處理的致密硬質(zhì)合金塊體的橫截面視圖，其顯示了在塊體內(nèi)的粘結(jié)相中的從硬質(zhì)合金外表面朝向內(nèi)部的濃度分布，和是否形成具有與塊體的初始硬度不同硬度的固相；-圖3為鉆削工具用切削刃的圖表截面圖，該切削刃由在致密硬質(zhì)合金塊體支座上沉積毫米厚度的金剛石涂覆板構(gòu)成，該支座的下表面上未進行涂覆，利用本發(fā)明的方法對該致密硬質(zhì)合金塊體進行致密化處理。-圖4為圖表，其表示了根據(jù)時間進行的溫度的變化，該時間為涂覆硬質(zhì)合金致密塊體的熱處理周期所用時間；-圖5圖示了硬質(zhì)合金塊體第一實施例的橫截面，該塊體在其上面和側(cè)面上涂覆了硼氮化物；-圖6圖示了根據(jù)圖5塊體所得的粘結(jié)相中的濃度梯度球面圖，其中在處理后，在粘結(jié)相中外表面與芯部相比更貧乏；-圖7和圖8圖示了塊體的第二實施例和所得的粘結(jié)相中的濃度梯度，其中該塊體僅在其上面和側(cè)面的一部分上涂覆了硼氮化物；-圖9和圖10圖示了塊體的第三實施例和所得的粘結(jié)相中的濃度梯度，其中該塊體在其上面和側(cè)面涂覆了氧化鋁，在處理后，在粘結(jié)相中外表面與芯部相比更富集。在下文中，特別是用于制造鉆削工具或更常用于切割工具的塊體，通常被看做是平行六面體形狀或者圓柱體形狀，其具有數(shù)毫米或者數(shù)十毫米量級的尺寸大小。通過粉末冶金獲得的這些塊體，由致密材料組成，其結(jié)構(gòu)包括，一方面硬質(zhì)顆粒，如金屬碳化物，特別地為碳化鎢，另一方面粘結(jié)相，該粘結(jié)相主要由金屬或金屬合金構(gòu)成。與碳化物接觸，在適當(dāng)?shù)臏囟认拢撜辰Y(jié)相可以形成共晶體，其熔化溫度要低于碳化物的熔化溫度，同時要低于金屬或者金屬合金的熔化溫度。構(gòu)成粘結(jié)相的該金屬或者該金屬合金例如為鈷，但是也可以為鐵或鎳或這些金屬的混合物，這些金屬以重量百分比計，至少為粘結(jié)相的50%。該粘結(jié)相還可以含有合金添加物，該合金添加物的含量可以最多達到15wt. %，但是一般不會超過5wt. %。這些合金添加物可以為銅，目的是改善導(dǎo)電性，或者為硅，與由碳化物和粘結(jié)相構(gòu)成的體系結(jié)合，其具有表面活化效果。該合金添加物還可以為碳化物形成元素，從而能夠形成除碳化鎢外的MxCy類型的混合碳化物或碳化物。這些元素特別可以為錳、鉻、鉬、釩、鈮、鉭、鈦、鋯和鉿。另外，該粘結(jié)相可以包括合金添加物，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，該合金添加物能夠改變硬質(zhì)合金的形態(tài)和/或抑制硬質(zhì)顆粒的增大。最后，這些材料的化學(xué)成分包括來自于加工方法的不可避免的雜質(zhì)。對于一些應(yīng)用，為了加強切削刃的耐磨性，可以添加天然或合成金剛石顆粒，其直徑可以達到1mm。這些金剛石顆粒被加入到粉末混合物中，該粉末混合物用于通過燒結(jié)制造塊體中，該燒結(jié)也被稱作浸漬。根據(jù)本發(fā)明，為了獲得具有性能梯度的硬質(zhì)合金塊體，將致密材料塊體1上涂覆上厚度一般在約50 μ m和2mm之間的層2，該涂覆層材料可以與致密材料的粘結(jié)相和/或碳化物相產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。如果以氣體形態(tài)加入，該涂層通過噴涂，PVD(物理汽相沉積)或 CVD (化學(xué)汽相沉積)沉積獲得，如果以液體形態(tài)加入，該涂層利過刷子，浸濕或者通過連續(xù)射線的方式獲得。其整體然后放置在爐子4的爐床3上，然后整體被加熱到保持溫度Tm，然后整體以這種方式在該溫度下保持時間tm，從而確保外部涂層或者其組成元素的一種與致密材料相互作用，從而在塊體內(nèi)部產(chǎn)生性能梯度。因此，該保持溫度Tm必須高于或等于最小反應(yīng)溫度 ；，該最小反應(yīng)溫度為在外部涂層或者其元素中的一種開始反應(yīng)(特別是形成固相)或者沒有反應(yīng)而是大量擴散(未形成固相但是能夠?qū)е轮旅軌K體粘結(jié)相中成分的局部改變)到塊體內(nèi)的溫度以上，。該反應(yīng)溫度 ；必須高于或者等于構(gòu)成塊體的硬質(zhì)合金的固相線溫度Ts。該固相線溫度為最小溫度，在該溫度下，硬質(zhì)合金的粘結(jié)相為液態(tài)。這種狀態(tài)是所期望得到的，從而在處理過程中，涂層或者其組成元素的一種可以快速的擴散，然后根據(jù)所選涂層與塊體的組分(固體晶粒或者液態(tài))反應(yīng)或者不反應(yīng)。如果，該涂層包括類金屬化合物，如硼或任何其它類金屬，或者非金屬，例如碳、氮、或任何其它非金屬，該反應(yīng)溫度 ；要高于或者等于化合物的不穩(wěn)定或者分解溫度Td，該溫度不是必須高于硬質(zhì)合金的固相線溫度Ts。反應(yīng)溫度 ；，不穩(wěn)定溫度Td和固相線溫度Ts基于材料的性質(zhì)，含有涂層的性質(zhì)以及構(gòu)成該塊體材料的性質(zhì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何確定這些溫度。如上文所述，已經(jīng)確定了的反應(yīng)溫度 ；要高于或者等于固相線溫度Ts，從而發(fā)生在液相狀態(tài)的粘結(jié)相中的擴散，從而能夠獲得足夠的擴散速度。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，當(dāng)不穩(wěn)定或者分解溫度Td低于硬質(zhì)合金的固相線溫度Ts時，該涂層材料的一種或多種組分會開始擴散進入固體狀態(tài)的塊體的粘結(jié)相，還有可能發(fā)生的是，與之反應(yīng)。該保持溫度Tm —定不能太高。更優(yōu)選地是，其必須保持低于TS+200°C，同時優(yōu)選地，低于1；+1001，更優(yōu)選地，低于1；+501。該保持時間1必須適合所需梯度的形態(tài)和幅度，并通過經(jīng)驗推導(dǎo)得到。其通常為數(shù)分鐘的量級。能夠不穩(wěn)定或分解和/或與組成致密塊體材料反應(yīng)的該涂層材料例如為金屬氮化物或者非金屬氮化物，例如氮化硼、氮化鋁、氮化鈦，或者為硼化物，例如硼化鈦，金屬碳化物或非金屬碳化物，如碳化硼、碳化鈦、或氫化物，例如為鈦氫化物或石墨或難熔氧化物， 如氧化鋁或碳氮化物或金屬硼碳化物或上述材料的混合物，該致密塊體為待處理致密塊體。如上文所述，用于制作待處理塊體涂層的材料必須為活性的，同時在某些情況中甚至在固相線溫度Ts以上也是可反應(yīng)的，但是優(yōu)選地其在該溫度以下保持穩(wěn)定，即不會分解。注意到，根據(jù)涂層材料的性質(zhì)以及組成塊體材料的性質(zhì)，所獲得的性能梯度可以由與芯部相關(guān)的塊體表面的相對硬化導(dǎo)致，或者相反地，由軟化導(dǎo)致。如圖4中所示，該熱處理包括，溫度上升至保持溫度Tm，然后在保持時間tm保持該溫度，然后冷卻至環(huán)境溫度。該保持時間tm和保持溫度Tm根據(jù)待處理塊體的尺寸和所希望獲得的性能梯度進行調(diào)整。該熱處理可以在電阻爐、或感應(yīng)爐、或微波爐中，在保護性氣氛或者真空中進行。該保護性氣氛例如為氬氣或氬氣和氫氣的混合物，還可以為根據(jù)通用規(guī)則，任何的惰性氣氛，如氬氣、氮氣、氫化氬氣、氫化氮氣、氫氣、或可以為低或高真空。如圖2中所示，已處理的塊體具有從外部向內(nèi)部變化的組成，特別是粘結(jié)相中的含量。在該圖中，圖示了粘結(jié)相中的等濃度曲線Ci，其中最外部的區(qū)域10是最貧化粘結(jié)相的因此是最硬的，同時中間區(qū)域11具有中間濃度，粘結(jié)相中的最富集區(qū)域12為最不硬的， 因此為最剛性的(stiffest)。如圖2中所示，可以發(fā)現(xiàn)，粘結(jié)相含量的變化超過數(shù)毫米。因此，出現(xiàn)了外部層的一種或幾種組成元素的行為可以通過貧化外部區(qū)域從而富化內(nèi)部區(qū)域引起粘結(jié)相液體從外部區(qū)域向內(nèi)部區(qū)域的轉(zhuǎn)移(或遷移)現(xiàn)象，其中該外部層沉積了硬質(zhì)合金組員中的一種。當(dāng)然，對于已給的硬質(zhì)合金和已給的涂層材料，粘結(jié)相含量變化影響的區(qū)域的范圍基于保持時間tm的最大保持溫度Tm，以及涂層材料的厚度。對于與涂層相同的厚度，溫度Tm越高，時間tm越長，所影響的區(qū)域就越廣；即塊體受影響的深度越深。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道如何調(diào)節(jié)用于獲得所需結(jié)果的處理條件。注意到，剛剛被描述的塊體在其所有面上均涂覆了活化材料。但是，該活化材料可以沉積到塊體外表面的僅一部分上，因此可以導(dǎo)致僅位于涂層下的塊體的區(qū)域硬化或軟化，因此，可以獲得各自具有硬化或軟化芯部的區(qū)域，該區(qū)域可以延伸到未涂覆塊體的外表面。注意到，在沒有添加外部粘結(jié)相的情況下得到快體內(nèi)粘結(jié)相在微米距離上的分布變化。但是這并不是更多的粘結(jié)劑，處理過的塊體內(nèi)全部粘結(jié)相的含量保持不變，同時粘結(jié)相與涂層的一種或多種元素結(jié)合從而形成固相，由此貧化了塊體中的粘結(jié)相含量?？梢赃_到數(shù)百維氏硬度數(shù)量的硬度變化可以在超過0. 5mm的距離上獲得，同時可以延伸穿過整個塊體。通過實施例，實施了由相同材料組成的塊體的三種處理，該材料為含有13wt. % Co的WC-Co (HV2kg/1(ls = 1220)，并具有兩種不同的涂層(硼氮化物、氧化鋁)該處理在相同的熱循環(huán)(Tm = 1350°C, tm = 5min)周期下，并在真空和氫化氬條件下進行。在圖5中以10表示的第一個塊體，通過噴鍍涂覆上硼氮化物BN層11，在塊體的上面及側(cè)面上進行了涂覆，然后在真空中處理。如圖6中所示，所得的粘結(jié)相的濃度梯度具有凸圓形狀，如區(qū)域12，其位于涂覆了的表面下面，具有超過約130HV的硬度，硬度超過位于塊體芯部的區(qū)域13。粘結(jié)相的遷移方向由箭頭和等濃度的增加方向(Cl < C2 < C3 < C4)指出。在圖7中以標(biāo)記20表示的第二個塊體，其也已經(jīng)被涂覆了硼氮化物BN層21，但是其僅被沉積了塊體的一半。另外，該塊體在氫化氬氣的氣氛下處理。如圖8中所示，所得的粘結(jié)相的濃度梯度導(dǎo)致了 120HV的硬度幅度，僅位于涂層之下的區(qū)域22被硬化了，剩余的區(qū)域23并沒有被硬化。同樣地，粘結(jié)相的遷移方向由箭頭和等濃度增加方向(Cl < C2 < C3)指出。在圖9中以標(biāo)識30表示的第三塊體，其被涂覆上氧化鋁Al2O3層31，該氧化鋁層以液體糊狀物通過刷子沉積在塊體的上表面以及側(cè)面，并在真空中處理。如圖10中所示，所得的粘結(jié)相的濃度梯度為凸圓形狀，但是，與第一塊體所得的不同的是，與表面相近的區(qū)域 32以下述方式軟化，即其硬度為低于芯部區(qū)域33的150HV。該粘結(jié)相的遷移方向由箭頭和等濃度增加方向(Cl < C2 < C3 < C4)指出，該方向與前兩種情況相反。
如此，在使用WC-Co材料的情況下，硼氮化物使得能夠軟化塊體的與涂層相近的區(qū)域，同時氧化鋁使得能夠硬化它。另一方面，用于實施該處理的爐子的氣氛(真空或者氫化氬)對結(jié)果沒有任何影響。如上所述，進行所述處理的塊體可以組成鉆削工具或切割工具的切削刃，同時可以具有數(shù)毫米的尺寸或者甚至其可以用于制造具有數(shù)厘米尺寸的切割刀片，并且該刀片可以通過該方法硬化。如圖3中所示，也可以獲得難熔材料或者機加工材料用切割巖石或切割刀具的工具的切削刃，該切削刃由塊體支座20構(gòu)成，其中硬質(zhì)金屬使用本發(fā)明的方法獲得，即其側(cè)面是硬的，同時芯部是剛性的(Cl < C2 < C3 < C4)，同時其內(nèi)部表面在熱處理之前并未涂覆，在處理后利用PDC(多晶金剛石壓縮體)或TSP(熱穩(wěn)多晶金剛石)型的HPHTOfaute Pressure-Haute Temperature)方法在上面添加了自然或合成金剛石涂覆板21，該金剛石涂覆板具有超過0. 4mm的厚度。特別地，根據(jù)本發(fā)明的已處理的塊體支座20可以在HPHT方法后通過釬焊進行裝配，例如根據(jù)稱作“LS結(jié)合”的方法，其在US4225322和US5111895中公開，如果沒有該操作，會導(dǎo)致塊體的粘結(jié)相中濃度梯度的強烈變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到利用本發(fā)明生產(chǎn)其它形式的切削刃。這些切削刃可以在多種本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的工具中使用，例如用于粉碎巖石、用于鉆井鉆頭或用于機加工工具。
權(quán)利要求
1.用于制造包括致密材料塊體(1)的部件的方法，該致密材料由相同或者不同類型的、分散在粘結(jié)相中的硬質(zhì)顆粒構(gòu)成，該材料具有固相線溫度Ts，從該溫度開始，粘結(jié)相為液體，該方法的特征在于，在致密材料塊體(1)表面的至少一部分上沉積活性涂層O)，該涂層由以下材料構(gòu)成，即當(dāng)整個材料在超過最低反應(yīng)溫度 ；時，該材料能夠與致密材料化學(xué)反應(yīng)，并且其上涂覆了活性涂層( 的該塊體(1)進行熱處理，該熱處理包括加熱和然后在保持溫度Tm保持時間tm，該保持溫度高于或等于最小反應(yīng)溫度 ；，接下來冷卻至環(huán)境溫度，該方法獲得了在塊體內(nèi)毫米級距離的粘結(jié)相的變化，其能夠通過不提供外部粘結(jié)相的形式進行，因此不會導(dǎo)致塊體在額外的粘結(jié)相中的整體富集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述保持溫度Tm高于或者等于致密材料的固相線溫度Ts。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述保持溫度Tm低于或等于TS+200°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于所述保持時間、在Imin和 IOmin之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于所述活性涂層沉積到塊體表面的僅一部分上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于所述活性涂層沉積到塊體的整個表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于所述致密材料為硬質(zhì)合金，該硬質(zhì)合金由分散在金屬基體中的金屬碳化物顆粒構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述硬質(zhì)合金另外包含粒度在Imm范圍內(nèi)的天然或合成金剛石顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于所述硬質(zhì)合金為WC-M類型，M為選自 Co、Ni和!^e的一種或多種金屬，這些金屬在粘結(jié)相中的重量含量之和為超過50%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的方法，其特征在于能與塊體的致密材料反應(yīng)的涂層材料由選自以下化合物的至少一種化合物構(gòu)成氮化物、硼化物、碳化物、氧化物、氫化物、碳氮化物、硼碳化物、石墨類型的化合物或者這些不同化合物的任意混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項所述的方法，其特征在于所述涂層通過PVD(物理汽相沉積)或CVD (化學(xué)汽相沉積)方法沉積，或者通過噴鍍或利用刷子或浸濕或通過連續(xù)射線的方法沉積。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項所述的方法，其特征在于所述致密材料的塊體為用于鉆削、粉碎或機加工工具(巖石/金屬)的切削刃或者切削刃的塊體支座。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于另外，PDC(多晶金剛石壓縮體)或 TSP(熱穩(wěn)多晶金剛石)類型的金剛石涂覆板沉積到塊體支座的面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于在處理塊體后，通過釬焊將金剛石涂覆板添加到塊體面上。
15.巖石粉碎用切削刃，其包括塊體，該塊體由分散在粘結(jié)相中的硬質(zhì)顆粒構(gòu)成，其能夠利用權(quán)利要求1-14任一項所述的方法獲得，該切削刃的特征在于其在粘結(jié)相內(nèi)在超過0. 5mm的距離上具有含量的連續(xù)梯度，在最富集區(qū)域和最不富集區(qū)域間的粘結(jié)相的含量差別為，以體積計超過1%。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的切削刃，其特征在于所述切削刃包括加入的PDC或TSP類型的金剛石涂覆板，其厚度為超過0. 4mm。
17.切割巖石用工具，其包括至少一種根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的切削刃或刀片。
全文摘要
用于制造包括致密材料塊體(1)的部件的方法，該致密材料由相同或者不同類型的、分散在粘結(jié)相中的硬質(zhì)顆粒構(gòu)成，該材料具有固相線溫度TS，從該溫度開始，粘結(jié)相為液體，該方法的特征在于，在致密材料塊體(1)表面的至少一部分上沉積了活性涂層(2)，該涂層由以下材料構(gòu)成，即當(dāng)整個材料在超過最低反應(yīng)溫度Tr時，該材料能夠與致密材料化學(xué)反應(yīng)，并且其上涂覆了活性涂層(2)的該塊體(1)進行熱處理，該熱處理包括加熱和然后在保持溫度Tm保持時間tm，該保持溫度高于或等于最小反應(yīng)溫度Tr，接下來冷卻至環(huán)境溫度。
文檔編號C22C29/08GK102282278SQ200980139242
公開日2011年12月14日 申請日期2009年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者A·杜爾費伊, C·科蘭, E·索列爾 申請人:瓦雷爾歐洲公司