專利名稱：硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)、包括該硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的本體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于鋼質(zhì)本體的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)以及涉及包括硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的本體及其制備方法。
背景技術(shù)：
包括鋼的某些組件在使用中可能會(huì)經(jīng)受磨損。公開(kāi)號(hào)W0/2010/029522的國(guó)際專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種耐磨部件或工具，其包括包含鐵族金屬或合金的本體；通過(guò)中間層冶金結(jié)合至主體表面的耐磨損層。德國(guó)專利號(hào)3618198公開(kāi)了ー種使鋼鑿工具表面硬化的方法，該方法通過(guò)在工具頭部和模具之間放置包括碳化物和金屬顆粒的粉末，并將顆?；旌衔镫娀『附拥焦ぞ哳^部。確有必要提供ー種包括鋼的耐磨部件及其制造方法，該部件顯示出增強(qiáng)的耐磨損性能。

發(fā)明內(nèi)容
從本發(fā)明的第一方面來(lái)看，本發(fā)明提供ー種本體，其包括鋼質(zhì)基體和熔融至該鋼質(zhì)基體的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)，其中該硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)包括至少約1%重量比的硅(Si)、至少約5%重量比的鉻(Cr)和至少約40%重量比的鎢(W)，硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的剰余部分基本上由鐵族金屬M(fèi)和碳C組成，M選自Fe，Co和Ni或其合金；硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)包括多個(gè)微結(jié)構(gòu)、多個(gè)平均尺寸小于約200納米的納米顆粒，以及粘合劑材料；微結(jié)構(gòu)包括多于約I %重量比的鉻和分子式為MxWyCz的相，其中，X的范圍為從約I至約7，y的范圍為從約I至約10，以及z的范圍為從約I至約4 ;納米顆粒包括多于約20%重量比的鎢、金屬M(fèi)和碳C ;以及粘合劑材料包括多于約3%重量比的鎢、多于約2%重量比的鉻，多于約0. 5%重量比的硅、金屬M(fèi)和碳C。從本發(fā)明的第二方面來(lái)看，本發(fā)明提供ー種本體，其包括鋼質(zhì)基體和通過(guò)中間層熔融至該鋼質(zhì)基體的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)，所述中間層的厚度為最小約I微米且最大為約100微米；中間層已經(jīng)通過(guò)下述エ藝形成，該エ藝包括熔融鄰近硬質(zhì)表面的鋼質(zhì)基體并與硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)材料相互混合；中間層包括分子式為MxWyCz的樹(shù)枝狀或片狀的微結(jié)構(gòu)，其中，X的范圍為從約I至約7，y的范圍為從約I至約10，以及z的范圍為從約I至約4 ;微結(jié)構(gòu)包括多于約1%重量比的鉻和多于約0.5%重量比的硅。中間層可通過(guò)下述方法形成，該方法包括在來(lái)自基體的鋼和硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)材料之間進(jìn)行擴(kuò)散和反應(yīng)?？梢栽O(shè)想所公開(kāi)本體和硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的特征的各種設(shè)置和組合。例如，微結(jié)構(gòu)可以包括至少約0. 1%重量比的硅。例如，微 結(jié)構(gòu)可以是延長(zhǎng)的、板狀的、網(wǎng)狀的或樹(shù)枝狀的形式。在某些設(shè)置中，例如，微結(jié)構(gòu)可以包括是板狀形式的區(qū)域，該區(qū)域具有兩個(gè)主要尺寸和一個(gè)次要尺寸，并且次要尺寸限定厚度，該厚度可為至少約0. 5微米或至少約I微米。在Murakhami試劑中刻蝕從3秒到6秒的時(shí)間段后，微結(jié)構(gòu)可以具有黃色或棕色的顏色。例如，納米顆?？梢园ɑ衔铮摶衔锇⊿i, W及Fe,以及可以包括至少約0. 1%重量比的硅。在特定例子中，所述納米顆粒包括硅化鎢和/或Si2W，和/或多于約0. 5%重量比的鉻。硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的例子可具有至少約800HV10的維氏硬度或至少約900HV10的維氏硬度，和/或至少約20MPa. m1/2的帕爾姆克維斯特(Palmquist)斷裂韌性。從本發(fā)明的第三方面來(lái)看，本發(fā)明提供包括所公開(kāi)本體的工具，該工具在鋪路和巖石分解中使用。工具示例可以包括尖端，該尖端包括多晶金剛石材料。該工具可包括鋼質(zhì)固定器本體，設(shè)置在靠近鋼質(zhì)固定器本體的末端的尖端，以及熔融至靠近末端的固定器本體的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例設(shè)置中，硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)可被設(shè)置為與通過(guò)尖端的縱向軸線大致同心配置，并完全或部分地圍繞靠近尖端的固定器本體的一部分。從本發(fā)明的第四方面來(lái)看，本發(fā)明提供一種制備所公開(kāi)本體的方法，該方法包括使前驅(qū)體材料與鋼質(zhì)基體接觸，前驅(qū)體材料包括至少約13%體積比的WC晶粒，范圍為從約
0.1%重量比至約10%重量比的娃，以及范圍為從約0. 1%重量比至約10%重量比的鉻，以及金屬M(fèi) ;并且(前驅(qū)體材料)具有最高約為1280攝氏度的液相線溫度；加熱前驅(qū)體材料達(dá)到至少約1300攝氏度的溫度并保持一控制的時(shí)間段，從而允許所有的或者至少一足夠量的前驅(qū)體材料與鋼質(zhì)基體熔融。前驅(qū)體材料與鋼質(zhì)基體的熔融可以包括鋼和前驅(qū)體材料的擴(kuò)散或相互間混合，以及可以涉及在鋼和前驅(qū)體材料之間的反應(yīng)。在一些實(shí)例中，前驅(qū)體材料可以被包括在前驅(qū)體本體，前驅(qū)體糊劑或前驅(qū)體顆粒中，該前驅(qū)體材料可能包含金剛石或CBN顆粒。示例性方法可包括形成包括前驅(qū)體材料的前驅(qū)體本體，前驅(qū)體本體被配置為容納鋼質(zhì)基體的非平面表面；設(shè)置前驅(qū)體本體抵靠所述表面并加熱前驅(qū)體本體從而使其熔融
至基體。 制備所公開(kāi)本體的示例方法可以包括下面中的至少ー些 制備前驅(qū)體粉末，例如通過(guò)混合或研磨的方法，該粉末包括至少13%體積比的WC晶粒，以元素或化合物形式的Si (例如，以碳化硅形式或含碳的前驅(qū)體材料)，Si的范圍為從0. 1%重量比至10%重量比，以及以金屬或碳化鉻形式的Cr, Cr的范圍為從0. 1%重量比至10%重量比，以及金屬M(fèi) ；(前驅(qū)體材料)具有最高約為1280攝氏度的液相線溫度； 處理前驅(qū)體粉末從而形成包括前驅(qū)體粉末的多個(gè)顆粒，顆粒的平均晶粒尺寸為最小約20微米并且最大約500微米； 在至少約700攝氏度的溫度下熱處理顆粒達(dá)到至少范圍為從5至15分鐘的時(shí)間段(在一實(shí)施例中，顆?？梢栽谧罡呒s1100攝氏度的溫度下退火至多5小時(shí)的時(shí)間段)； 在實(shí)施例的一特定變形中，方法可以進(jìn)一歩包括在熱處理后研磨顆粒； 使粉末、糊劑或顆粒形式的前驅(qū)體粉末接觸鋼質(zhì)基體，并加熱(同時(shí)在ー個(gè)變體中)前驅(qū)體粉末達(dá)到最低約1150攝氏度的溫度(例如，在保護(hù)氣體流中，通過(guò)集中熱源的方式，例如等離子體噴槍，激光束噴槍或火焰噴槍) 在一特定變形中，所述方法可以進(jìn)一歩包括加熱具有硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的鋼質(zhì)本體達(dá)到最低約1300攝氏度的溫度并保持一控制的時(shí)間段從而允許所有的前驅(qū)體材料與鋼反應(yīng)和熔融。 在一特定變形中，該方法可包括熱處理涂敷的鋼質(zhì)本體從而得到鋼質(zhì)基體所需要的硬度。本發(fā)明公開(kāi)的示例性方法可以具有產(chǎn)生緊密地焊接到本體上的非常有效的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的方面，和所公開(kāi)的本體在使用中具有改進(jìn)的延遲磨損行為。


現(xiàn)在參考附圖來(lái)描述非限制性的示例設(shè)置，其中圖1示出了用于路面分解的示例挖取工具的示意性透視圖，并且圖2示出了圖1中所示的示例挖取工具的擴(kuò)展部分的示意性局部橫截面圖；圖3示出了具有熔融至鋼質(zhì)本體的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的示例挖取工具的示意性局部剖開(kāi)的側(cè)視圖；圖4和圖5示出了示例硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6示出了具有一對(duì)前驅(qū)體環(huán)的示例挖取工具的示意性透視圖,所述ー對(duì)前驅(qū)體環(huán)用于產(chǎn)生熔融至挖取工具上的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)；以及圖7和圖8示出了示例挖取工具的側(cè)視照片。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，用于挖取工具的示例挖取工具10包括鋼質(zhì)基體12和熔融至該鋼質(zhì)基體12的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)20。該挖取工具10可進(jìn)ー步包括尖端14，該尖端14接合至ー燒結(jié)硬質(zhì)合金基底16，該燒結(jié)硬質(zhì)合金基底16連接至鋼質(zhì)基體12。硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)20圍繞硬質(zhì)合金基底16設(shè)置從而保護(hù)鋼質(zhì)基體12在使用中免于磨損，其可能涉及使用工具10的尖端14擊打路面，例如，擊碎路面。在這種使用中，路面材料可以磨損鋼質(zhì)基體12并導(dǎo)致挖取エ具10的過(guò)早失效。尖端14可包括硬質(zhì)合金和/或金剛石材料，例如多晶金剛石(PCD)材料或結(jié)合碳化硅的金剛石材料。圖2示出了圖1中的區(qū)域20E的放大截面圖，所述區(qū)域20E通過(guò)硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)20以及硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)20熔融至其上的鋼質(zhì)基體12。

參照?qǐng)D3，用于路面分解裝置的示例挖取工具10包括設(shè)置有鉆孔的鋼質(zhì)固定器本體12 (鋼質(zhì)基體12)以及接合至硬質(zhì)合金基底16的尖端14，該硬質(zhì)合金基底16與鉆孔收縮配合或壓入配合。尖端14靠近鋼質(zhì)固定器本體12前端暴露并且硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)20在一端部熔融至鋼質(zhì)固定器本體12，該硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)20圍繞孔鉆設(shè)置從而保護(hù)鋼質(zhì)固定器本體12在使用中免于磨損。尖端14可包括接合至燒結(jié)硬質(zhì)合金基底16的P⑶結(jié)構(gòu)。參考圖4和圖5，示例硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)可包括多個(gè)樹(shù)枝狀的微結(jié)構(gòu)34，多個(gè)納米顆粒36和粘合劑材料32。參考圖6，示例硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)通過(guò)一方法制備，該方法包括熔融兩個(gè)前驅(qū)體環(huán)40a和40b至用于路面分解的挖取工具的大致呈圓錐形的鋼質(zhì)部分12。在一特定示例中，前驅(qū)體環(huán)可包括用于如W0/2010/029518和W0/2010/029522中所描述的硬質(zhì)金屬的前驅(qū)體材料。挖取工具進(jìn)ー步包括接合至硬質(zhì)合金基底16的多晶金剛石的尖端14。前驅(qū)體環(huán)40a和40b具有不同的直徑，用于在相鄰的縱向位置處環(huán)繞鋼質(zhì)固定器12 (基體)的錐形部分安裝。前驅(qū)體環(huán)是未燒結(jié)的坯體，其包括至少約13%體積比的WC晶粒、范圍為從約0. 1%重量比至約10%重量比的娃，以及范圍為從約0. 1%重量比至約10%重量比的鉻。前驅(qū)體環(huán)的液相線溫度至多約1280攝氏度。兩個(gè)前驅(qū)體環(huán)42a和42b圍繞圓錐形鋼質(zhì)部分12緊密地放置并彼此抵靠，以及然后加熱到至少約1300攝氏度，使它們?nèi)刍⑴c鋼質(zhì)工具本體的相鄰部分12中的鋼反應(yīng)和熔融。進(jìn)行足夠長(zhǎng)時(shí)間的加熱從而允許前驅(qū)體環(huán)的外圍區(qū)域與鋼反應(yīng)并熔融從而避免前驅(qū)體主體的核心區(qū)域與鋼的完全反應(yīng)。圖7示出了用于煤炭切割的挖取工具的示例，其包括設(shè)置在鋼質(zhì)固定器本體12的一端的硬質(zhì)合金挖取尖端14。該鋼質(zhì)固定器本體12涂覆有如下面的示例3中更詳細(xì)地描述的表面硬化材料層20。圖8示出了被用于分解包括煤和沙巖的巖層之后的煤炭切割挖取工具IOL和IOR的兩個(gè)示例。挖取工具IOL包括如示例3中所描述的硬質(zhì)表面層20，并且參考挖取工具IOR不包括硬質(zhì)表面層。在測(cè)試過(guò)程中，從參考挖取工具IOR中磨損了大量鋼質(zhì)材料。下面將更加詳細(xì)地描述非限制性的示例設(shè)置。實(shí)施例1I千克批次的粉末，包括62. 7%重量比的平均直徑約2. 5微米的WC粉、25%重量比的Fe粉末、10%重量比的Cr3C2粉末以及2. 3%重量比的硅粉末，該I千克批次的粉末在磨碎機(jī)中在己燒媒介中使用6千克的硬質(zhì)金屬球研磨約I個(gè)小時(shí)。研磨后，干燥所得的衆(zhòng)料并篩選粉末從而消除團(tuán)塊。將所得的粉末與12%重量比的有機(jī)粘合劑混合，并且所得的糊劑進(jìn)而被應(yīng)用到鋼至基體(碳鋼，ST50)的表面。在真空爐的真空中在1350攝氏度的溫度下熱處理具有糊劑層的基體約I小時(shí)從而在鋼質(zhì)基體上形成大約2毫米厚的連續(xù)涂層。通過(guò)使用用于熱處理鋼的傳統(tǒng)エ藝熱處理被涂覆的鋼基體。涂層的HVlO硬度為1050并且其帕爾姆克維斯特(Palmquist)斷裂韌性是21. 4MPa. m1/2。硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出eta-相(Fe3W3C)的樹(shù)枝狀晶體、納米片狀、納米棒狀或納米球形式的納米顆粒以及基于鐵的粘合剤。通過(guò)EDX測(cè)定的樹(shù)狀晶體的組分如下58%重量比的鎢、0. 2%重量比的硅、1. 4%重量比的鉻，余量基本上由Fe和C組成。通過(guò)EDX測(cè)定的粘合劑的組分如下4. 8%重量比的鎢、2. 5%重量比的鉻、1. 0%重量比的硅、余量基本上由Fe和C組成。在Murakhami溶液中刻蝕冶金截面4秒后，樹(shù)突狀晶體為黃色。

通過(guò)使用ASTM G65-04試驗(yàn)測(cè)試被涂敷的鋼質(zhì)基體從而測(cè)量耐磨性。未被涂敷的鋼質(zhì)基體被用作參照物。由于參照物磨損導(dǎo)致的質(zhì)量損失為約820毫克并且被涂敷的鋼質(zhì)基體的質(zhì)量損失為約80毫克。未被涂敷的鋼的體積損失是105. 2立方毫米，并且被涂敷的鋼的體積損失是11.1立方毫米，這表明被涂敷的鋼的試樣耐磨性高于鋼質(zhì)基體的耐磨性能近10倍。實(shí)施例2制造硬質(zhì)表面層的粉末如實(shí)施例1所描述的那樣制備，與14%重量比的有機(jī)粘合劑KD2837/6 (Szchimmer & Scharz )混合并應(yīng)用至包括碳鋼ST50的鋼質(zhì)基體。在100攝氏度下干燥被涂敷的鋼質(zhì)基體2小時(shí)并且胚體(即未燒結(jié)的)狀態(tài)的涂層在Ar氣流中以等離子噴槍熔融。由此得到的涂層具有接近2毫米的厚度，類似于示例I的硬質(zhì)表面涂層的微結(jié)構(gòu)，以及接近1020的HVlO維氏硬度。通過(guò)使用ASTMG65-04試驗(yàn)測(cè)試被涂敷的鋼質(zhì)基體。涂層的質(zhì)量損失是10.1立方毫米，這表明了涂層的耐磨性高于鋼質(zhì)基體的耐磨性大于10倍。實(shí)施例3如實(shí)施例1中所描述的制備硬質(zhì)表面層的粉末，不同的是用Ni粉末替代Fe粉末并加入2%重量比的石蠟。通過(guò)在75攝氏度的溫度下在滾筒中滾壓的方式，所得的粉末被顆?；瘡亩玫郊s100微米至200微米的顆粒，并且在真空中在1100攝氏度下熱處理2小吋。將由此得到的多個(gè)顆粒，通過(guò)大氣激光噴涂的方式使用以4千瓦的功率操作的激光噴槍在Ar氣流下，應(yīng)用至鋼質(zhì)挖取固定器。所得的涂層具有約100%的理論密度，該涂層完全熔化，該涂層具有類似于根據(jù)示例I的涂層的微結(jié)構(gòu)，并具有約850的HVlO維氏硬度。通過(guò)使它們分解包括煤和沙巖的巖石層而測(cè)試在圖7中示出示例挖取工具以及未被涂覆的參考挖取工具。圖8清楚地表明參考挖取工具的鋼質(zhì)主體在測(cè)試后嚴(yán)重磨損，然而示例被涂敷的挖取本體的磨損卻十分微不足道。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明本文所用的某些術(shù)語(yǔ)和概念。 一種硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)包括但并不限于接合到基體上以保護(hù)基體不受磨損的層。與基體相比，硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出明顯地更大的耐磨性。如本文所用，詞語(yǔ)“工具”被理解為是指“工具或用于工具的組件”。挖取工具可用于破壞主體，分解主體或在主體中鉆孔，如巖石，浙青，煤或混凝土，例如，可用于如采礦，建筑和道路修復(fù)的應(yīng)用中。在某些應(yīng)用中，例如道路修復(fù)，多個(gè)挖取工具可以被安裝在可轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒并且當(dāng)滾筒抵靠主體旋轉(zhuǎn)時(shí)，挖取工具被驅(qū)動(dòng)抵靠待被分解的主體。挖取工具可以包括超硬材料的工作尖端，例如，多晶金剛石(PCD)，它包括大量的基本上相互生長(zhǎng)的金剛石晶粒，從而形成限定金剛石晶粒之間的間隙的骨架質(zhì)量。耐磨部件是在使用中經(jīng)受或預(yù)期要經(jīng)受磨損應(yīng)カ的部件或組件。耐磨部件典型地將經(jīng)受各種磨損應(yīng)力,例如,磨蝕、侵蝕、腐蝕和其他形式的化學(xué)磨損。耐磨部件包括各種各樣的材料中的任ー種，這取決于耐磨部件預(yù)期承受的磨損的性質(zhì)和強(qiáng)度以及成本、尺寸和質(zhì)量的限制。例如，硬質(zhì)合金具有很高的耐磨損性，但由于它的高密度和成本，其通常用作相對(duì)小的部件的主要組分，例如鉆頭插入件，鑿子，刀片等。較大的耐磨部件用于挖掘，鉆頭主體、儲(chǔ)料器以及磨蝕材料的載體并且典型地由硬質(zhì)鋼制備，所述硬鋼在某些應(yīng)用中比硬質(zhì)合金更為經(jīng)濟(jì)。

硬質(zhì)金屬為包括金屬碳化物晶粒的材料，所述金屬碳化物為例如在金屬粘合劑中分散的WC，所述粘合劑特別是包括鈷的粘合剤。金屬碳化物晶粒的含量是材料的至少約
50%重量比。P⑶材料典型地包括至少約80%體積比的金剛石，并且可通過(guò)使金剛石晶粒的聚合體經(jīng)受例如大于約5GPa的超高壓力，例如最低約1200攝氏度的溫度而制備。
權(quán)利要求
1.一種本體，其包括鋼質(zhì)基體和熔融至所述鋼質(zhì)基體的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)，其中所述硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)包括至少1%重量比的硅、至少5%重量比的鉻和至少40%重量比的鎢，所述硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的剩余部分基本上由鐵族金屬M(fèi)和碳C組成，M選自Fe，Co和Ni或其合金；所述硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)包括多個(gè)延長(zhǎng)的或片狀的且平均長(zhǎng)度至少I微米的微結(jié)構(gòu)、多個(gè)平均尺寸小于約200納米的納米顆粒以及粘合劑材料；所述微結(jié)構(gòu)包括多于1%重量比的鉻和分子式為MxWyCz的相，其中，X的范圍為從1至7，y的范圍為從1至10，以及z的范圍為從1至4 ;所述納米顆粒包括多于20%重量比的鎢、金屬M(fèi)和碳C ;所述粘合劑材料包括多于3%重量比的鶴、多于2%重量比的鉻,多于0. 5%重量比的娃、金屬M(fèi)和碳C。
2.如權(quán)利要求1所述的本體，其中所述微結(jié)構(gòu)包括區(qū)域，所述區(qū)域?yàn)槠瑺?，具有兩個(gè)主要尺寸和一個(gè)次要尺寸，所述次要尺寸限定厚度，所述厚度為至少0. 5微米。
3.如權(quán)利要求1或2所述的本體，其中所述微結(jié)構(gòu)包括至少約0.1 %重量比的硅。
4.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其中所述納米顆粒包括至少0.1%重量比的硅。
5.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其中所述硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)包括0.5至100微米的硅化鎢晶粒。
6.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其中所述納米顆粒包括至少0.5%重量比的鉻。
7.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其中所述納米顆粒包括一化合物，該化合物包括S1、W及Fe。
8.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其中所述納米顆粒包括硅化鎢。
9.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其中所述納米顆粒包括Si2W。
10.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其中所述微結(jié)構(gòu)是樹(shù)枝狀形式。
11.如權(quán)利要求10所述的本體，其中在Murakhami試劑中刻蝕從3秒到6秒的時(shí)間段后，所述微結(jié)構(gòu)具有黃色或棕色的顏色。
12.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其中所述硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)具有至少約800HV10的維氏硬度。
13.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其中所述硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)具有至少約20MPa.m1/2的帕爾姆克維斯特(Palmquist)斷裂韌性。
14.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其包括鋼質(zhì)基體和通過(guò)一中間層熔融至所述鋼質(zhì)基體的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)，所述中間層的厚度為至少I微米且至多100微米；所述中間層通過(guò)下面方法形成，所述方法包括熔融鄰近硬質(zhì)表面的鋼質(zhì)基體并與硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)材料相互混合；所述中間層包括分子式為MxWyCz的樹(shù)枝狀或片狀的微結(jié)構(gòu)，其中，X的范圍為從I至7,y的范圍為從1至10,以及z的范圍為從I至4 ;微結(jié)構(gòu)包括多于I %重量比的鉻和多于0. 5%重量比的娃。
15.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的本體，其用于路面或巖石分解。
16.如權(quán)利要求15所述的本體，包括一尖端，所述尖端包括多晶金剛石材料。
17.一種制備如權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)所述的本體的方法，所述方法包括使前驅(qū)體材料與鋼質(zhì)基體接觸，所述前驅(qū)體材料包括WC晶粒、范圍為從0. 1%重量比至10%重量比的硅，以及范圍為從0. 1%重量比至10%重量比的鉻，以及金屬M(fèi) ;并且(前驅(qū)體材料)具有至高為1280攝氏度的液相線溫度；加熱前驅(qū)體材料達(dá)到至少1300攝氏度的溫度并保持一控制的時(shí)間段，從而允許所述前驅(qū)體材料與鋼質(zhì)基體反應(yīng)和熔融。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述前驅(qū)體材料被包括在糊劑、粉末或顆粒中。
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，通過(guò)結(jié)合WC晶粒，以元素或化合物形式的、范圍為從O. 1%重量比至10%重量比的娃，以及以金屬或碳化鉻形式的、范圍為從O. 1%重量比至10%重量比的鉻，以及金屬M(fèi)而制備前驅(qū)體材料；以及所述前驅(qū)體材料具有最高為1280攝氏度的液相線溫度；處理所述前驅(qū)體材料從而形成包括所述前驅(qū)體材料的多個(gè)顆粒，所述顆粒的平均晶粒尺寸為最小20微米并且最大約500微米；在至少約700攝氏度的溫度下熱處理所述顆粒至少約5分鐘；使所述顆粒與鋼質(zhì)基體接觸并加熱所述顆粒達(dá)到至少1150攝氏度的溫度。
20.如權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述前驅(qū)體材料包括金剛石或CBN顆粒。
21.如權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法包括形成包括所述前驅(qū)體材料的前驅(qū)體本體，所述前驅(qū)體本體被配置為容納所述鋼質(zhì)基體的非平面表面的形狀；設(shè)置所述前驅(qū)體本體抵靠所述非平面表面并加熱所述前驅(qū)體本體從而使其與所述基體熔融。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括鋼基體以及熔融至鋼基體的硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的本體，其中該硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)包括至少1％重量比的硅、至少5％重量比的鉻和至少40％重量比的鎢，該硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的剩余部分基本上由鐵族金屬M(fèi)和碳C組成，M選自鐵，鈷和鎳或其合金；硬質(zhì)表面結(jié)構(gòu)包括多個(gè)延長(zhǎng)的或片狀的且平均長(zhǎng)度至少1微米的微結(jié)構(gòu)、多個(gè)平均尺寸小于約200納米的納米顆粒以及粘合劑材料；微結(jié)構(gòu)包括多于1％重量比的鉻和分子式為MxWyCz的相，其中x的范圍為從1至7，y的范圍為從1至10，以及z的范圍為從1至4；納米顆粒包括多于20%重量比的鎢、金屬M(fèi)和碳C；粘合劑材料包括多于3%重量比的鎢、多于2％重量比的鉻，多于0.5％重量比的硅、金屬M(fèi)和碳C。
文檔編號(hào)E21B10/46GK103052738SQ201180033892
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者伊戈?duì)枴び壤铩た諄喪? 貝恩德·亨瑞克·里斯, 弗蘭克·弗里德里希·拉赫曼, 海因里?！ず嗳鹂恕ぶx菲爾 申請(qǐng)人:第六元素公司