本申請涉及將不同尺寸和/或形狀的部件或構(gòu)件接合在一起以形成單個主體的方法，并且更具體地，涉及接合不同尺寸和/或形狀的燒結(jié)部件以形成單個工具或者耐磨件的方法。

背景技術(shù)：
高耐磨材料，例如硬質(zhì)合金，廣泛用于巖石和金屬鉆鑿工具和耐磨部件。這些材料制成的主體經(jīng)常以粉末冶金方法制造，也就是壓實并燒結(jié)。有許多方法用于接合多構(gòu)件硬質(zhì)合金主體。多部件硬質(zhì)合金主體能夠由不同的生坯體獨立地形成。有時，獨立地形成的生坯體也被獨立地?zé)Y(jié)，并且有時在磨削之后，例如通過錫焊、銅焊、直接壓制或者收縮裝配進(jìn)行組裝，以形成多區(qū)域硬質(zhì)合金主體。因此，燒結(jié)后的主體的期望形式通常在燒結(jié)之前獲得，在這之后，部分主體被燒結(jié)在一起，以形成具有所需要的、通常復(fù)雜的幾何形狀的主體，這是因為燒結(jié)體的機加工十分昂貴。例如，生產(chǎn)多尺寸工具的標(biāo)準(zhǔn)方法包括生產(chǎn)具有最大尺寸的部件，然后，在燒結(jié)之前、之后去除材料或者在燒結(jié)之前以及之后均去除材料。這導(dǎo)致了大量的硬質(zhì)合金損失。替代地，獨立形成的主體被組裝，然后進(jìn)行燒結(jié)。然而，包括獨立形成的主體的、相同組分的不同組合對于燒結(jié)具有不同響應(yīng)。成分的每一種組合均獨特地響應(yīng)于燒結(jié)溫度、時間、氣氛或者上述的任意組合，并且由此獨特地收縮。此外，由于大量液相遷移相當(dāng)長的距離進(jìn)入到各個主體中，故存在缺陷。有時，這會導(dǎo)致劇烈的成分變化。已知的是形成由不同材料構(gòu)成的復(fù)雜形狀的物體，其中材料之間的界面可能會十分狹小。參見美國專利號6,315,945，其中布置多個分離主體，使得每個分離組件都與至少一個其它分離主體接觸，以形成聚合體。然后，該聚合體在足以形成固化成形制品的溫度、超大氣壓力、溫度時間以及超大氣壓力時間下被固化。固化成形制品的形狀由用以制成該制品的每個分離主體限定。然而，使用超大氣壓力是耗時且昂貴的。美國專利號6,908,688也公開了使用超大氣壓力來形成具有不同接合體的硬質(zhì)金屬工具。在這一方法以及其它已知方法中，發(fā)生成分穿過部件邊界的明顯遷移。這能夠?qū)е麓嗷嗟奈龀鲆约熬哂兄虚g特性的長梯度區(qū)，這在嚴(yán)重的情況下導(dǎo)致大尺度上的密度變化且因此導(dǎo)致部件的扭曲。因此，需要一種在無需壓力、無邊界處的晶粒生長或者昂貴材料浪費情況下接合或熔合預(yù)先燒結(jié)構(gòu)件以形成具有復(fù)雜幾何形狀的工具的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
在一個方面，本發(fā)明提供了接合多個部件以形成單個主體的方法，包括步驟：提供至少兩個燒結(jié)部件，每個部件都是由硬質(zhì)合金或者金屬陶瓷制成的，至少一個燒結(jié)部件具有至少一個內(nèi)部通道。該至少兩個燒結(jié)部件被組裝成單個主體的形狀，其中該至少兩個部件每個均具有接合面，并且當(dāng)各個接合面相接觸時，這些接合面在之間形成結(jié)合界面。組裝后的所述至少兩個部件承受真空或者氣體氛圍而不施加外部壓力，并且承受足以使該至少兩個燒結(jié)部件在結(jié)合界面處熔合在一起的溫度，以形成單個主體。在另一方面，耐磨工具包含多個燒結(jié)部件。該多個燒結(jié)部件中的至少一個具有至少一個內(nèi)部通道。所述多個燒結(jié)部件每個均由硬質(zhì)合金或者金屬陶瓷制成，其中所述多個部件可以組裝成單個主體的形狀。接合面布置在所述多個燒結(jié)部件中的每個上，其中當(dāng)組裝這些部件時，各個接合面接觸，以在它們之間形成結(jié)合界面，以便使得當(dāng)組裝后的部件承受真空或者氣體氛圍而不施加外部壓力并且承受足以熔合該多個部件的溫度時，該多個部件在相應(yīng)的結(jié)合界面處接合在一起，形成單個主體。通過以下參考附圖關(guān)于最優(yōu)實施例的詳細(xì)描述，本公開的這些和其它目的、特征、方面和優(yōu)點將變得更明顯，其中：附圖說明圖1是例示本方法的步驟的流程圖。圖2A是根據(jù)本方法制成的又一主體的透視圖。圖2B是圖2A中的主體的端視圖。圖2C是沿圖2A中的線I-I截取的主體的截面圖。圖3A是根據(jù)本方法制成的又一主體的透視圖。圖3B是圖3A中的主體的端視圖。圖3C是沿圖3A中的線II-II截取的主體的截面圖。具體實施方式參見圖1和圖2A-2C，描述了結(jié)合或者接合至少兩個部件的方法。在第一步驟12中，提供多個部件32和34。這些部件能夠具有同樣尺寸或形狀，也能夠具有不同尺寸或形狀。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明公開，能夠接合多個部件，而不局限于形成單個主體30使用的特定部件數(shù)目。單個主體定義為由連接的多個部件構(gòu)成的單一主體。例如，主體30可以是耐磨工具，比如具有不同直徑部分的階梯鉆具。部件32和34能夠用液相燒結(jié)材料壓實體的硬質(zhì)合金或者金屬陶瓷制成，所述液相燒結(jié)材料包括低熔點相組分和高熔點相組分。硬質(zhì)合金具有硬質(zhì)相，其包括由典型地為鈷、鎳、鐵或其組合的金屬相以變化比例結(jié)合的碳化鎢以及鈦、鉻、釩、鉭、鈮的一種或多種碳化物、氮化物或碳氮化物。金屬陶瓷具有硬質(zhì)相，其包括由典型地為鈷、鎳、鐵或其組合的金屬相以變化比例結(jié)合的鈦、鉻、釩、鉭、鈮的一種或多種碳化物、氮化物或碳氮化物。金屬陶瓷和硬質(zhì)合金以不同等級存在。等級在本文中是指采用多種比例中的一種比例并且具有一定粒徑的硬質(zhì)合金或金屬陶瓷。等級的性能及可靠性取決于金屬陶瓷和硬質(zhì)合金的成分。高品質(zhì)等級是在給定應(yīng)用中具有可量化的更高性能和可靠性的材料。例如，這些部件可以是同樣組分的或被熔合在一起且在等級和/或粒徑方面不同的兩種或更多種不同組分的硬質(zhì)合金，如將稍后描述的那樣。每個部件已被燒結(jié)，用于獲得部件的基本上完全的密度和硬度。參見步驟14。每個部件具有接合面38。在步驟16中，部件在配合/接合面上被研磨或機加工，以在部件之間提供充分光滑的光潔度。這些部件也能夠例如以氫清洗處理進(jìn)行清潔，以在結(jié)合面處提供清潔界面。此后，在步驟18中，各個部件被組裝成所需的工具形狀。步驟20包括使部件以裝配關(guān)系接觸，其中部件中的兩個部件之間的第一結(jié)合或接合面38與部件中的其它部件之間的第二結(jié)合或接合面匹配接合，以各自限定結(jié)合或者邊界區(qū)域36。之后，采用對處于組裝關(guān)系的部件進(jìn)行加熱，以將這些部件熔合在一起。在步驟20中，部件以足夠低以便使得不發(fā)生晶粒生長的溫度熔合。例如，在大約1340℃至大約1360℃的溫度下加熱約10分鐘至約30分鐘，優(yōu)選在約1350℃的溫度下加熱約15分鐘。也就是說，部件以比具有最低的部件起始燒結(jié)溫度的硬質(zhì)合金的熔點低的溫度或介于該熔點中間的溫度被熔合。這一較低溫以及較短的時間允許在熔合中，粘結(jié)劑金屬穿過界面的擴散具有較短的范圍，并且在微觀結(jié)構(gòu)上不引起晶粒尺寸變化。這一步驟取出已經(jīng)致密且硬化的碳化物塊，并將其放回到燒結(jié)爐中。但是，如在第一次燒結(jié)操作中那樣，部件并沒有收縮且更加致密，而是在物理特性方面保持基本相同?？赡軙a(chǎn)生最小量的液相，但仍能進(jìn)行結(jié)合。再次參見圖2A-2C，本方法允許接合不同尺寸、不同形狀的燒結(jié)部件，以形成單個主體工具或耐磨件。盡管在本示例中描述了工具30，但應(yīng)理解且如在下面示例中所示的那樣，由不同材料、尺寸或形狀的部件組成的主體能夠根據(jù)本方法來制成。因此，這些構(gòu)件的尺寸和/或形狀依賴于所需的特定單個主體或工具，并且因此，特定的物理和/或尺寸特征也用以滿足預(yù)期用途。不同級別材料可被接合，以優(yōu)化例如工具或耐磨件的局部性質(zhì)。由此，例如，材料的耐磨性、韌性、釬焊性、摩擦系數(shù)和/或立方氮化硼含量可以根據(jù)材料在工具或耐磨件中的位置進(jìn)行選擇。另外，還可以選擇鈷或晶粒尺寸的不匹配，以引起粘接劑金屬熔合且因此引起密度變化。這可以在工具或部件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，以提供增韌效果。同時，具有大的鈷含量或者晶粒尺寸的不匹配的多層可被整合，用于裂紋偏轉(zhuǎn)。本方法允許在熔合部件的界面處預(yù)成形凹槽、通道或孔，以允許構(gòu)建冷卻通道。再次參見圖2A-2C，工具或耐磨件30具有多個內(nèi)部冷卻劑通道，用于冷卻劑在部件內(nèi)部流動的應(yīng)用，這樣冷卻劑不會接觸材料。該特征允許工作環(huán)境保持清潔，且易于回收利用。如所示的，主體32具有沿主體的中心延伸的進(jìn)給通道40。多個螺旋狀通道/孔42沿工具長度延伸。冷卻劑流過進(jìn)給通道40，并流出螺旋通道42。螺旋通道42被部件或部位34阻擋，部件或部位34在邊界區(qū)域38處熔合到主體34。在工具或鉆具的頂端中能夠設(shè)置任何數(shù)量、位置和/或角度的冷卻劑通道/孔，而不用改變鉆具的其余部分。如圖3A-3C所示，鉆具50具有主體或柄部52以及末端或頂端54，根據(jù)本發(fā)明的方法，主體或柄部52與末端或頂端54在接合面56和邊界區(qū)58處熔合。主體52具有內(nèi)部冷卻劑通道60。頂端54具有多個冷卻劑孔62，冷卻劑孔的幾何結(jié)構(gòu)能夠在熔合操作之前機加工出來。例如，頂端坯料可在處于預(yù)燒結(jié)生坯階段時在坯體上鉆鑿出冷卻劑孔62，以得到處于任意角度和直徑的孔。本方法可用以由不同部件的儲庫構(gòu)建復(fù)雜形狀，允許底切、側(cè)孔、空隙、輪廓變化等等等，但避免MAP/PIM或機加工。最重要的是，任何上述特征可以組合在單獨的工具或部件中。例如，可以認(rèn)真選取不同的部件并將其接合在一起，從而滿足其中需要磨損、耐化學(xué)性等的特定應(yīng)用。本方法提供了很多優(yōu)點，包括但不限于，明顯的成本節(jié)約以及環(huán)境友好型生產(chǎn)。關(guān)鍵優(yōu)點還包括通過常規(guī)工藝或機加工方法無法實現(xiàn)的復(fù)雜形狀成形。同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)以當(dāng)前方法不可能實現(xiàn)的材料組合。盡管已經(jīng)參考本公開的具體實施例描述了本公開，但許多其它變化、修改以及其它用途對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。因此優(yōu)選地，本公開不由本文公開的具體示例限定，而僅由所附權(quán)利要求書限定。