專利名稱：具有包含保持在滲劑基體中的硬質(zhì)組分的硬復(fù)合物的耐磨部件的制作方法
與較早專利申請(qǐng)的相互參考本專利申請(qǐng)是Shivanand Magaji在2003年5月23日提交的較早專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該較早專利申請(qǐng)的系列號(hào)為10/444,734，名稱為″A Wear-Resistant Member Having a Hard CompositeComprising Hard Constituents Held in an Infiltrant Matrix″。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及耐磨部件。特別是，本發(fā)明涉及包括與支撐部件至少一部分牢固連接的硬質(zhì)復(fù)合物部件的耐磨部件。該硬質(zhì)復(fù)合物包括處于模具中的多個(gè)硬組分，其中，滲劑合金已滲入所述硬組分中。
過(guò)去，滲劑合金滲入硬組分中的溫度過(guò)高，以至于滲透合金有可能對(duì)與之接觸的硬組分造成劣化。因此，已經(jīng)產(chǎn)生使用具有充分低熔點(diǎn)的滲劑合金，以便最大程度地降低對(duì)與之接觸的硬組分的劣化的愿望。
也一直存在降低制造硬質(zhì)復(fù)合物部件方法的難度的愿望。因此，理想地是使用能夠使制造硬質(zhì)復(fù)合物的方法變得容易的滲劑合金。
Smiley等的美國(guó)專利3,149,411展示了一個(gè)硬質(zhì)復(fù)合物實(shí)例，該實(shí)例中，硬組分的劣化是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。在Smiley等的專利中，試圖通過(guò)使用熔點(diǎn)約1750-3000°F(約954-1649℃)的合金來(lái)最大程度地降低燒結(jié)碳化物的劣化。根據(jù)Smiley等的專利，所述合金還必須含有周期表第4系列、第VIII族的金屬(即鐵、鈷或鎳)以及少量的鉻和硼。在Smiley等專利的實(shí)施例(參見(jiàn)第7-8欄)中，典型的滲透溫度范圍為約2250-2600°F(約1232-1427℃)。
Bridwell等的美國(guó)專利3,175,260展示了另一個(gè)硬質(zhì)復(fù)合物實(shí)例，該復(fù)合物具有在硬顆?？障吨g滲透的基體。在Bridwell等的專利中，對(duì)燒結(jié)碳化鎢或者碳化鎢合金顆粒進(jìn)行加熱，并且將熔融的基體金屬澆鑄在含有硬顆粒的模具中。Bridwell等的專利提到基體金屬的熔點(diǎn)為約1550-2400°F(843-1316℃)。滲透溫度范圍為1750-2500°F(945-1371℃)。
Kelley等的美國(guó)專利5,589,268(Kelley等的美國(guó)專利5,733,649是該專利的一個(gè)分案)涉及一種復(fù)合物，該復(fù)合物包含至少一種通過(guò)基體粉末保持的離散硬組分，其中，滲劑合金已滲入硬組分中。一種建議的滲劑合金是標(biāo)記為MACROFIL 65的銅-鎳-鋅合金，來(lái)自Belmont Metals，Inc.的文獻(xiàn)指出該合金的熔點(diǎn)是1100℃。另一種建議的滲劑合金是標(biāo)為MACROFIL 53的銅-錳-鎳-鋅-硼-硅合金。根據(jù)Kelley等的專利，MACROFIL 53通常在約2200°F(1204℃)下進(jìn)行滲透。Kelley等的美國(guó)專利5,733,664是Kelley等的專利5,589,268的部分繼續(xù)專利。Kelley等的專利′664也介紹了MACROFIL 53合金和MACROFIL 65合金。
由于希望避免硬復(fù)合物中的硬組分由于與滲劑合金接觸而劣化，因此，有利的是提供一種硬復(fù)合物，該復(fù)合物所采用的基體材料在滲透期間不會(huì)使與之接觸的硬組分劣化(或者能夠最大程度地降低這種劣化)。
對(duì)于某些用途而言，典型地是硬復(fù)合物附著在支撐部件上，形成磨損部件。硬復(fù)合物的目的是使硬復(fù)合物與支撐部件的組合體具有耐磨性。支撐部件的目的是使磨損部件具有韌性。在這種情況下，滲劑合金和支撐部件具有相互匹配的性能，在硬復(fù)合物與支撐體之間形成良好的結(jié)合將很有利。在這種場(chǎng)合，保持硬復(fù)合物的耐磨性以及韌性也很有利。
發(fā)明概述本發(fā)明的一種形式是韌性耐磨硬部件，該部件包括硬復(fù)合物部件和支撐體，該支撐體具有鄰接所述硬復(fù)合物部件的表面區(qū)域，其中，所述硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的所述至少部分鄰接表面區(qū)域與所述支撐體相連。所述硬復(fù)合物部件包括許多分布在該硬復(fù)合物部件中的離散硬組分，其中，每個(gè)離散硬組分的尺寸使其表面積為約0.001-16平方英寸。所述硬復(fù)合物部件還含有基體粉末，該基體粉末包含的顆粒中基本所有硬顆粒的尺寸均小于所述硬組分的尺寸。所述硬復(fù)合物部件還包含熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，其中，所述滲劑合金在熱作用下滲入所述離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合一起，形成硬復(fù)合物部件。所述支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，所述滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的連接處形成接頭。
本發(fā)明的另一種形式是韌性耐磨硬部件，該耐磨部件包括具有表面積的支撐體和硬復(fù)合物部件，該硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述表面區(qū)域與支撐體相連。硬復(fù)合物部件包括許多分布在硬復(fù)合物部件中的離散硬組分，其中，每個(gè)離散硬組分的尺寸使得其表面積為約0.001-16平方英寸。所述離散硬組分包括一種或多種下述組分燒結(jié)碳化鎢硬質(zhì)合金(其中粘結(jié)劑包括鈷、鎳、鐵和鉬中之一種或多種)；涂覆的燒結(jié)碳化鎢硬質(zhì)合金(其中粘結(jié)劑包括鈷、鎳、鐵和鉬中之一種或多種，而且，所述涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種)；鈦、鈮、鉭、鉿與鋯中一種或多種的碳化物、氮化物和硼化物的一種或多種；碳化鎢；鈦、鈮、鉭、鉿與鋯中一種或多種的涂覆碳化物、涂覆氮化物和涂覆硼化物的一種或多種(其中涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種)；涂覆碳化鎢(其中涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種)；涂覆碳化硅(其中涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種)；涂覆氮化硅(其中涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種)；涂覆碳化硼。所述硬復(fù)合物部件還包括含有硬顆粒的基體粉末，其中，基體粉末中基本全部硬顆粒的尺寸均比所述硬組分小。所述硬復(fù)合物部件還包含熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，其中，所述滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合一起，形成硬復(fù)合物部件。支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的連接處形成接頭。
本發(fā)明的又另一種形式是韌性耐磨硬部件，其包括硬復(fù)合物部件和具有與所述硬復(fù)合物部件鄰接的表面區(qū)域的支撐體。硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連。硬復(fù)合物部件包括許多分布在硬復(fù)合物部件中的離散硬組分，每個(gè)分散硬組分的尺寸使得其表面積為約0.001-16平方英寸。硬復(fù)合物部件還包括含有硬顆粒的基體粉末，其中，基本全部硬顆粒的尺寸均比硬組分小。硬復(fù)合物部件還包含熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，其中，滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合一起，形成硬復(fù)合物部件。支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的界面形成接頭。
本發(fā)明的又另一種形式是韌性耐磨硬部件，其包括硬復(fù)合物部件和具有與硬復(fù)合物部件鄰接的表面區(qū)域的支撐體。硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連。硬復(fù)合物部件包括顆粒尺寸為約-325～+80目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒，而且，所述破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒中的鎳含量為約3-25重量％。硬復(fù)合物部件還包含熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，其中，滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合一起，形成硬復(fù)合物部件。滲劑合金占硬復(fù)合物的約60-80重量％，鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒占硬復(fù)合物的約20-40重量％。支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的界面形成接頭。
本發(fā)明的又一種形式是韌性耐磨硬部件，其包括硬復(fù)合物部件和具有與硬復(fù)合物部件鄰接的表面區(qū)域的支撐體。硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面與支撐體相連。硬復(fù)合物部件包含燒結(jié)碳化物壓塊(compact)，其中，燒結(jié)碳化物壓塊約占硬復(fù)合物表面區(qū)域的40-85％。硬復(fù)合物部件還包括含有硬顆粒的基體粉末。硬復(fù)合物部件還包括熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合一起，形成硬復(fù)合物部件。支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的界面形成接頭。
本發(fā)明的又一種形式是韌性耐磨硬部件，其包括硬復(fù)合物部件和具有與硬復(fù)合物部件鄰接的表面區(qū)域的支撐體。硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連。硬復(fù)合物部件包括許多分布在硬復(fù)合物部件中的離散硬組分。硬組分包括顆粒尺寸為約-325+80目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒和顆粒尺寸為約-325目的二硼化鈦顆粒中之一種或多種。硬復(fù)合物部件還包括基體粉末，該基體粉末中含有約65-69重量％的顆粒尺寸為約-80+325目的破碎碳化鎢顆粒、約12-17重量％的顆粒尺寸為約-325目的破碎碳化鎢顆粒和約12-17重量％的顆粒尺寸為約-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒，以及約1.5-2.5重量％的顆粒尺寸為約-325目的鎳顆粒。硬復(fù)合物部件還包含熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金。滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合一起，形成硬復(fù)合物部件。支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的連接處形成接頭。
本發(fā)明的又一種形式是韌性耐磨硬部件，其包括硬復(fù)合物部件和具有與硬復(fù)合物部件鄰接的表面區(qū)域的支撐體。硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連。硬復(fù)合物部件包括顆粒尺寸為約-325+80目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒和顆粒尺寸為約-325目的二硼化鈦顆粒。破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒約占所述破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒與所述二硼化鈦顆粒組合的45-70重量％。二硼化鈦顆粒約占所述破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒與所述二硼化鈦顆粒組合的30-55重量％。硬復(fù)合物部件還包含熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，其中，滲劑合金在熱作用下滲入所述顆粒的混合物中，以便不能在滲透時(shí)使顆粒實(shí)質(zhì)劣化，由此，所述顆粒與所述滲劑合金結(jié)合一起，形成硬復(fù)合物部件。支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的連接處形成接頭。
附圖簡(jiǎn)述下面是對(duì)構(gòu)成本專利申請(qǐng)一部分的附圖的簡(jiǎn)要介紹，所述附圖中

圖1是板材形式的韌性耐磨部件的等比例圖，其中，韌性耐磨部件包括提供耐磨性并包含保持在滲劑基體中的硬組分的硬復(fù)合物以及提供韌性的支撐體(例如鋼)；圖2是包含硬復(fù)合物和支撐體的硬部件示意圖，其中，基體保持硬組分形成硬復(fù)合物，而且，硬復(fù)合物與支撐體之間存在結(jié)合；圖3是基體材料滲入硬組分之前圖2中硬部件的各組分在模具中的示意圖，其中，滲劑基體材料處于硬組分頂部，硬組分位于支撐體上；圖4是包含硬復(fù)合物和支撐體的硬部件的一個(gè)具體實(shí)施方案的等比例圖，其中，許多作為硬復(fù)合物一部分的燒結(jié)碳化物硬質(zhì)合金壓塊的至少一部分自硬復(fù)合物表面突起；圖5是一個(gè)耐磨管材的橫截面視圖，其中，管材內(nèi)層包括支撐體，管材外層包括硬復(fù)合物，這樣，外表面具有耐磨性能；圖6是一個(gè)耐磨管材的橫截面視圖，其中，管材外層包括支撐體，管材內(nèi)層包括硬復(fù)合物，這樣，所述內(nèi)層具有耐磨性能；以及圖7是葉輪式石料破碎機(jī)的中心送料盤(pán)(center feed disk)的等比例視圖，其中，送料盤(pán)存在內(nèi)區(qū)和外區(qū)，該內(nèi)區(qū)包括具有圓形磨損表面和圓柱狀磨損表面的硬復(fù)合物，所述外區(qū)包括圓形或環(huán)形磨損表面，其中，支撐部件與硬復(fù)合物的連接處存在非平面界面(或表面)；圖7A是圖7的中心送料盤(pán)的橫截面視圖，其展示出硬復(fù)合物與支撐體之間的非平面界面；圖8是韌性耐磨部件的橫截面視圖，其中，硬復(fù)合物與支撐體之間的界面存在粗糙化的表面；圖9是韌性耐磨部件的橫截面視圖，其中，支撐體中包含孔，所述孔中存在部分硬復(fù)合物；以及圖10是中心送料盤(pán)的另一個(gè)實(shí)施方案的橫截面視圖，其中，硬復(fù)合物包含澆鑄在基體中的硬碳化物顆粒外環(huán)和包含保持在基體粉末和滲劑合金中的燒結(jié)碳化物壓塊的內(nèi)區(qū)，硬復(fù)合物位于支撐體之上。
發(fā)明詳述參照附圖，圖1示出了一般標(biāo)記為20的韌性耐磨硬部件的一個(gè)具體實(shí)施方案。韌性耐磨硬部件20為板狀，但是，人們必須意識(shí)到韌性耐磨硬部件可以采用多種不同形狀或幾何形態(tài)中的任何一種，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。為此，本文描述的后面的一些實(shí)施方案提供了不同的幾何形態(tài)。
韌性耐磨硬部件20包括支撐體22和硬復(fù)合物24。硬復(fù)合物24固定在支撐體22上。硬復(fù)合物24提供耐磨性能，支撐體22提供韌性性能。
圖2以示意圖形式展示了圖1中的韌性耐磨硬部件20，給出了硬部件20的橫截面。圖3是一個(gè)示意圖，其展示的是在形成圖1實(shí)施方案中的韌性耐磨硬部件20之前，各組分在模具中的一般相對(duì)位置。
支撐體22可以由擁有能夠?yàn)轫g性耐磨硬部件20提供韌性(以及支撐作用)性能的多種材料中的任一種制成。這些材料包括(不受此所限)鐵合金和非鐵合金，以及可能要求耐磨表面的其他支撐體。支撐體的具體示例性材料包括各種鋼，例如AISI 4140鋼和AISI 316不銹鋼。AISI 4140鋼的名義組成(重量百分?jǐn)?shù))為0.38-0.43％碳，0.75-1.00％錳，0.035％磷，0.040％硫，0.15-0.35％硅，0.80-1.10％鉻，0.15-0.25％鉬，余量為鐵。316不銹鋼的名義組成(重量百分?jǐn)?shù))為碳含量最高0.08％，錳含量最高2.00％，磷含量最高0.030％，硅含量最高0.030％，鎳含量10.00-16.00％，鉻含量16.00-18.00％，鉬含量2.00-3.00％，余量為鐵。支撐體也可以包括其中存在硬顆粒的鑄件。支撐體還可以包括白口鑄鐵。雖然這一方面將在后面進(jìn)一步討論，但是，支撐體應(yīng)該還擁有能夠與滲劑合金結(jié)合的性能，由此，實(shí)現(xiàn)支撐體22與硬復(fù)合物24之間的牢固結(jié)合。
在圖1-3中的具體實(shí)施方案中，硬復(fù)合物24包括多個(gè)離散硬組分(后面介紹)，其中這些硬組分保持在用括號(hào)30表示的基體中?；w包括大量基體粉末，其含有不同種類的硬顆粒和/或粉末，滲劑合金31(圖3)在熱以及有時(shí)在附加環(huán)境影響例如在壓力或真空作用下，已滲入基體粉末和硬組分中。而且，滲劑合金可以在各種氣氛(例如氬氣、氦氣、氫氣和氮?dú)?中滲入硬組分和基體粉末。
在圖1-3中的具體實(shí)施方案中，硬組分包括在圖2和3中作為三角形部件示意示出的燒結(jié)碳化物壓塊34。就燒結(jié)碳化物壓塊34而言，該硬組分具有特定的預(yù)定形狀。該形狀可根據(jù)韌性耐磨硬部件的具體應(yīng)用場(chǎng)合而變化。粉末冶金技術(shù)能夠使壓塊34具有多種形狀或幾何形態(tài)中之任何一種。在一種可選擇方案中，申請(qǐng)人設(shè)想硬組分(如硬壓塊34)的尺寸，使其表面積為約0.001-16平方英寸(0.006-103平方厘米)。申請(qǐng)人還設(shè)想所述壓塊的尺寸范圍為約0.005-5平方英寸(0.03-33平方厘米)。申請(qǐng)人進(jìn)一步設(shè)想所述壓塊的尺寸范圍為約0.0005-0.5平方英寸(0.003平方厘米-0.003厘米)。
作為一種選擇方案，可以將硬壓塊34粉碎，以獲得硬組分。在另一種選擇方案中，申請(qǐng)人設(shè)想硬組分是尺寸較大的破碎顆粒(或類似物質(zhì))，其中顆粒尺寸采用篩目尺寸測(cè)量(例如-80+120目)。
圖1-3中的具體實(shí)施方案表明，每種燒結(jié)碳化物硬質(zhì)合金壓塊34選擇性地位于硬復(fù)合物24的基體中。如圖3示意示出的，一般可以在滲透之前，通過(guò)將燒結(jié)碳化物硬質(zhì)合金壓塊34選擇性置于模具中來(lái)獲得這種取向。申請(qǐng)人設(shè)想壓塊34可以占約耐磨硬部件表面區(qū)域的0.5-90％。
在圖1-3中的具體實(shí)施方案中(并且，如圖2和3示意示出的)，燒結(jié)碳化物壓塊34的位置在靠近硬復(fù)合物24的表面的區(qū)域中。如圖2和3示意示出的，燒結(jié)碳化物壓塊34也位于靠近硬復(fù)合物24與支撐體22界面的區(qū)域中，這樣，這些壓塊處于支撐體22的表面上。某些燒結(jié)碳化物壓塊34也位于支撐體22上的燒結(jié)碳化物壓塊34的上方。在該特定實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物壓塊34與硬復(fù)合物24表面同高度，這樣，它們不會(huì)自硬復(fù)合物表面伸出。申請(qǐng)人不打算在本發(fā)明中將硬組分限制在硬復(fù)合物中的特定位置。例如，硬組分可以均勻(或非均勻或隨機(jī))分布在整個(gè)硬復(fù)合物體積范圍。
一種燒結(jié)碳化物壓塊34的組成是鈷粘結(jié)碳化鎢，其中，鈷含量約占鈷粘結(jié)碳化鎢壓塊的0.2-6重量％，碳化鎢為該組成的余量。另一種燒結(jié)碳化物壓塊34的組成是鈷粘結(jié)碳化鎢，其中，鈷含量約占鈷粘結(jié)碳化鎢壓塊的6-30重量％，碳化鎢為該組成的余量。在又一種組成中，燒結(jié)碳化物壓塊可以包含鈷(含10重量％鈷)粘結(jié)碳化鎢。
上面提到的是特定硬組分，但是，申請(qǐng)人不打算將本發(fā)明的范圍僅限于這種特定硬組分。申請(qǐng)人設(shè)想其他材料會(huì)適合用作該硬復(fù)合物中的硬組分。為此，下面的材料將顯示適合用作該硬復(fù)合物中的硬組分燒結(jié)碳化鎢(其中粘結(jié)劑包括鈷、鎳、鐵和鉬中之一種或多種)；涂覆的燒結(jié)碳化鎢(其中粘結(jié)劑包括鈷、鎳、鐵和鉬中之一種或多種，而且，涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種)；鈦、鈮、鉭、鉿與鋯中一種或多種的碳化物、氮化物和硼化物中的一種或多種；鈦、鈮、鉭、鉿與鋯中的一種或多種的涂覆碳化物、涂覆氮化物和涂覆硼化物中的一種或多種(其中涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種)；碳化鉻；涂覆碳化鉻；涂覆碳化硅(其中涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種)；涂覆氮化硅(其中涂層包括鎳、鈷、鐵、銅、鉬或任何其他合適金屬中之一種或多種)以及涂覆碳化硼(其中涂層包括鎳、鈷、鐵、銅、鉬和任何其他合適金屬中之一種或多種)。
基體粉末包括破碎的燒結(jié)碳化物顆粒36(在圖2和3中作為橢圓形部件示意示出)和破碎的鑄造碳化物顆粒38(在圖2和3中作為圓形部件示意示出)。
至于基體粉末中的各組分，破碎的燒結(jié)碳化物顆粒36的尺寸范圍可以使這些破碎的燒結(jié)碳化物顆粒對(duì)應(yīng)于-325+200目。這些破碎的燒結(jié)碳化物顆粒的另一種尺寸范圍為-80+325目。確定顆粒尺寸的標(biāo)準(zhǔn)采用篩網(wǎng)尺寸分析，對(duì)于-325目的顆粒，采用Fisher亞篩網(wǎng)尺寸分析儀。破碎的燒結(jié)碳化物顆粒的一種組成是鈷粘結(jié)碳化鎢，其中，鈷含量約占鈷粘結(jié)碳化鎢材料的6-30重量％，該材料的余量為碳化鎢。破碎的燒結(jié)碳化物顆粒的另一種優(yōu)選組成是鈷粘結(jié)碳化鎢，其中，鈷含量約占鈷粘結(jié)碳化鎢材料的0.2-6重量％，該材料的余量為碳化鎢。
雖然提到了特定組成，但是，申請(qǐng)人不打算將本發(fā)明的范圍僅限于這些特定的燒結(jié)碳化物。申請(qǐng)人設(shè)想其他燒結(jié)碳化物(例如碳化鉻)將適合在硬復(fù)合物中用作破碎的燒結(jié)碳化物顆粒。為此，碳化物可以不同于碳化鎢(例如碳化鈦和碳化鉻)，粘結(jié)劑也可以不同于鈷(例如鎳)。申請(qǐng)人還設(shè)想依據(jù)特定應(yīng)用場(chǎng)合，在整個(gè)特定硬復(fù)合物范圍內(nèi)破碎的燒結(jié)碳化物顆粒的組成可以變化。申請(qǐng)人也設(shè)想某些除燒結(jié)碳化物之外的硬材料可適合形成這些顆粒。
就破碎的鑄造碳化物顆粒38而言，這些顆粒的一種尺寸范圍為-325目。另一種尺寸范圍是-80目。這些顆粒的一種組成是鑄造碳化鎢。申請(qǐng)人設(shè)想依據(jù)特定應(yīng)用場(chǎng)合，在整個(gè)特定硬復(fù)合物范圍內(nèi)破碎的鑄造碳化物顆粒的組成可以變化。申請(qǐng)人還設(shè)想其它鑄造碳化物或硬材料也適合替代破碎的鑄造碳化物顆粒38或與其一起使用。
基體粉末除破碎的燒結(jié)碳化物顆粒和/或破碎的鑄造碳化物顆粒之外，還可以包括任意一種或多種下述物質(zhì)破碎的碳化物顆粒(例如尺寸為-80+325目的破碎碳化鎢顆粒)、示例性尺寸為-325目的鋼顆粒、示例性尺寸為-325目的羰基鐵顆粒、燒結(jié)碳化物粉末以及涂覆(例如涂覆鎳的)的燒結(jié)碳化物顆粒，和涂覆鎳的碳化鎢顆粒(-80+325目)。
如圖3所示，破碎的燒結(jié)碳化物顆粒和鑄造碳化物顆粒一般存在于模具的整個(gè)體積范圍。
如上所述，理想的是滲劑合金31的熔點(diǎn)足夠低，以便在滲透期間不會(huì)使與之接觸的硬組分劣化。根據(jù)這一原則，滲劑合金的熔點(diǎn)為約500-1400℃。申請(qǐng)人設(shè)想滲劑合金的熔點(diǎn)可以為約600-800℃。申請(qǐng)人還設(shè)想滲劑合金的熔點(diǎn)可以為約690-770℃。申請(qǐng)人進(jìn)一步設(shè)想滲劑合金的熔點(diǎn)可以低于約700℃。示例性通用滲劑合金包括銅基合金，例如銅銀合金、銅鋅合金、銅鎳合金、銅錫合金以及包括鎳銅錳合金的鎳基合金。下面的表1列出了示例性滲劑合金。
表1滲劑合金的組成(重量百分?jǐn)?shù))
雖然提到了表1中的特定滲劑合金，但是，申請(qǐng)人不打算將本發(fā)明的范圍僅限于具有這些特定組成和/或性能的滲劑合金。
至于按圖1整體一般呈矩形的韌性耐磨部件，硬復(fù)合物中的硬顆?？梢园?00％破碎鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒。鎳含量可以約占燒結(jié)碳化物的3-25重量％，余量為碳化鉻。燒結(jié)碳化物的優(yōu)選組成是含有約15重量％鎳，余量為碳化鉻。破碎的(鎳)燒結(jié)碳化鉻顆粒的顆粒尺寸范圍為約-325～+80目。滲劑合金可以占約硬復(fù)合物的60-80重量％，破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻可以占約硬復(fù)合物的20-40重量％。
也可以由下面表1A列出的組成獲得圖1中的實(shí)施方案。基體粉末是表2中的2#混合物。硬組分是破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻，其中，鎳含量為15重量％。破碎的(鎳)粘結(jié)碳化鉻顆粒的尺寸范圍可為約-325～約+80目。二硼化鈦(TiB2)顆粒的尺寸等于-325目。滲劑合金為表1所示的銅基合金A-1。滲劑合金約占硬復(fù)合物的60-70重量％。
表2A硬復(fù)合物的組成
參照?qǐng)D4，所示出的是韌性耐磨部件50，其具有固定到支撐體54上的硬復(fù)合物52。硬復(fù)合物52含有自其一個(gè)表面突出的許多燒結(jié)碳化物壓塊56。該實(shí)施方案中，支撐體典型地由4140鋼制成。硬復(fù)合物52典型地包括燒結(jié)碳化物壓塊56，該壓塊的典型組成中含有10重量％的鈷，余量為碳化鎢?；w粉末典型地包含碳化鎢、碳化鉻以及鈷和鎳(作為碳化物的粘結(jié)劑合金和/或碳化物上的涂層)。一種典型滲劑合金的組成(重量百分?jǐn)?shù))為銅(53％)-鎳(15％)-錳(24％)-鋅(8％)，熔點(diǎn)為約1150℃。
燒結(jié)碳化物壓塊56典型地覆蓋硬復(fù)合物52表面區(qū)域的約40-60％。燒結(jié)碳化物壓塊56一般占硬復(fù)合物52的約90％(重量)。在所示出的特定實(shí)施方案中，燒結(jié)碳化物壓塊56自表面突出，呈現(xiàn)雨滴狀。當(dāng)燒結(jié)碳化物壓塊呈現(xiàn)正方形或矩形時(shí)，壓塊可以覆蓋最高達(dá)80-85％的硬復(fù)合物表面區(qū)域。
參照?qǐng)D5，所示出的是一種韌性耐磨部件60，其具有與圓柱狀支撐體64相連的圓柱狀硬復(fù)合物62。該實(shí)施方案中，支撐體64典型地由316不銹鋼或4140鋼制成。硬復(fù)合物62典型地包括含一種或多種燒結(jié)碳化物的硬組分，其中這些碳化物包含鎢、鈦、鈮、鉭、鉿、鉻和鋯?；w粉末典型地包括一種或多種燒結(jié)碳化物、破碎的燒結(jié)碳化物、鑄造碳化物、破碎的碳化物、碳化鎢粉末和碳化鉻粉末。滲劑合金的組成(重量百分?jǐn)?shù))為銅(53％)-鎳(15％)-錳(24％)-鋅(8％)，熔點(diǎn)為約1150℃。
在部件60的一個(gè)具體實(shí)施方案中，硬復(fù)合物62包括含有顆粒尺寸等于-80+120目的破碎燒結(jié)碳化鎢的硬組分。燒結(jié)碳化物是鈷的存在量為10％(重量)的鈷粘結(jié)碳化鎢。硬復(fù)合物還含有基體粉末，該基體粉末可以是本文表2-6中所示的任何一種基體粉末，但是，優(yōu)選的基體粉末可以是本文表2中所示的1#-3#基體粉末中之任何一種?；w粉末與滲劑合金的重量比為約40∶60。在某些場(chǎng)合，硬組分破碎的燒結(jié)碳化鎢顆粒(-80+120目)約占硬復(fù)合物的2.5-40％(體積)，余者包括基體粉末和滲劑合金。但是，在一些場(chǎng)合中，破碎的燒結(jié)碳化鎢顆粒占硬復(fù)合物體積約2-4％(體積)。也存在破碎的燒結(jié)碳化鎢顆粒占硬復(fù)合物體積約30-40％(體積)的其它場(chǎng)合。
參照?qǐng)D6，所示出的是一種韌性耐磨部件70，其具有與圓柱狀支撐體74相連的圓柱狀硬復(fù)合物72。該實(shí)施方案中，支撐體典型地由4140鋼或316不銹鋼制成。硬復(fù)合物62典型地包括含一種或多種燒結(jié)碳化物的硬組分，其中這些碳化物包括鎢、鈦、鈮、鉭、鉿、鉻和鋯?；w粉末典型地包括一種或多種燒結(jié)碳化物、破碎的燒結(jié)碳化物、鑄造碳化物、破碎的碳化物、碳化鎢粉末和碳化鉻粉末。滲劑合金的組成為銅(53％)-鎳(15％)-錳(24％)-鋅(8％)，熔點(diǎn)為約1150℃。
與圖5的實(shí)施方案相似，硬復(fù)合物72包括含有顆粒尺寸等于-80+120目的破碎燒結(jié)碳化鎢的硬組分。燒結(jié)碳化物是鈷的存在量為10％(重量)的鈷粘結(jié)碳化鎢。硬復(fù)合物還含有基體粉末，該基體粉末可以是本文表2-6中所示的任何一種基體粉末，但是，優(yōu)選的基體粉末可以是本文表2中所示的1#-3#基體粉末中之任何一種?；w粉末與滲劑合金的重量比為約40∶60。在某些場(chǎng)合，硬組分破碎的燒結(jié)碳化鎢顆粒(-80+120目)約占硬復(fù)合物的2.5-40％(體積)，余者包括基體粉末和滲劑合金。但是，在一些應(yīng)用場(chǎng)合，破碎的燒結(jié)碳化鎢顆粒占硬復(fù)合物體積約2-4％(體積)。也存在破碎的燒結(jié)碳化鎢顆粒占硬復(fù)合物體積約30-40％(體積)的其它場(chǎng)合。
參照?qǐng)D7和7A，所示出的是一種通常標(biāo)記為80的韌性耐磨部件，其具有與支撐體84相連的硬復(fù)合物82。部件80是葉輪式石料破碎機(jī)的中心送料盤(pán)。該實(shí)施方案中，支撐體84典型地由鋼(如4140鋼)或白口鐵制成。支撐體84具有圓柱狀基座86，它具有圓柱狀內(nèi)部凸起部分88。由圖7A的橫截面視圖可以看出，在支撐體84與硬復(fù)合物82之間存在非平面界面。由圖7和7A還可以看出，硬復(fù)合物82存在不同的磨損表面90和92以及圓柱狀磨損表面93，其中，磨損表面90為圓形內(nèi)表面，磨損表面92為圓形或環(huán)形的外表面。
硬復(fù)合物82典型地包括硬組分，所述硬組分典型地包括燒結(jié)碳化物、碳化硅、碳化硼、氧化鋁、氧化鋯以及其他合適的硬材料。基體粉末典型地包括一種或多種破碎的碳化鎢、破碎的燒結(jié)碳化鎢、破碎的鑄造碳化鎢、鐵粉末、碳化鎢粉末(通過(guò)鋁熱法或者由共碳化的碳化鎢制備的碳化鎢)和/或碳化鉻粉末。滲劑合金的組成為銅(53％)-鎳(15％)-錳(24％)-鋅(8％)，熔點(diǎn)為約1150℃。
參照?qǐng)D8，所示出的是一種通常標(biāo)記為96的韌性耐磨部件。部件96具有存在粗糙化表面100的支撐體98。耐磨部件96還包括硬復(fù)合物102。硬復(fù)合物102與支撐體98之間的界面如圖8所示是被粗糙化的。
參照?qǐng)D9，所示出的是一種通常標(biāo)記為106的韌性耐磨部件的又一個(gè)實(shí)施方案。耐磨部件106包含支撐體108，該支撐體存在貫穿支撐體108厚度的孔或孔隙110。支撐體108還包括具有某一深度的端的盲孔112和具有另一深度的盲孔114?？?12的深度比孔114大。
耐磨部件106還包括硬復(fù)合物116。硬復(fù)合物106延伸進(jìn)入所述孔(110，112，114)的空間中，如圖9的橫截面視圖所示。硬復(fù)合物與支撐體的界面除存在孔開(kāi)口之外，一般為平面狀。
圖10示出的是一種通常標(biāo)記為120的中心送料盤(pán)的另一個(gè)具體實(shí)施方案。送料盤(pán)120包括支撐體122。支撐體122按照對(duì)支撐體84的描述可由若干不同材料制備而成。送料盤(pán)120還包括用括號(hào)124標(biāo)記的硬復(fù)合物。硬復(fù)合物124包括外環(huán)126。外環(huán)126包括澆注在Kencast基體中的硬顆粒。硬復(fù)合物124還包括占鈷粘結(jié)碳化鎢壓塊體積約90％(體積)的中心部分128。鈷典型地約占燒結(jié)碳化鎢壓塊的10％(重量)。滲劑合金與圖7和7A實(shí)施方案中使用的滲劑合金相同。
后面的表2至表6中列出了特定基體粉末(1#-20#混合物)的例子。
表21#-4#基體粉末混合物中的組分(重量百分?jǐn)?shù))
表35#-8#基體粉末混合物中的組分(重量百分?jǐn)?shù))
表49#-12#基體粉末混合物中的組分(重量百分?jǐn)?shù))
表513#-16#基體粉末混合物中的組分(重量百分?jǐn)?shù))
表617#-20#基體粉末混合物中的組分(重量百分?jǐn)?shù))
就某些具體實(shí)施例而言，制備出包括支撐體和硬復(fù)合物的韌性耐磨部件。硬復(fù)合物包括含有燒結(jié)鈷(10％(重量))粘結(jié)碳化鎢壓塊的硬組分和包含表1中的1#混合物的基體粉末以及含有上述(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì))Cu(53％)-Ni(15％)-Zn(8％)-Mn(24％)合金的滲劑合金。在基體粉末與滲劑合金的組合中，基體粉末占40％(重量)，滲劑合金占60％(重量)。依據(jù)具體場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊的具體含量為約1-95％(重量)，硬復(fù)合物的余量包括基體粉末和滲劑合金。在一個(gè)可選擇方案中，并且依據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊的具體量約1％(重量)，并且約占硬復(fù)合物表面區(qū)域的90％。對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊可以占約表面區(qū)域的1-5％。對(duì)于其它應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊可以占約表面區(qū)域的70-90％。
制備出另一種包括支撐體和硬復(fù)合物的韌性耐磨部件。硬復(fù)合物包含硬組分。硬組分包含燒結(jié)鈷(6％(重量)鈷)粘結(jié)碳化鎢壓塊?；w粉末包含2#混合物。滲劑合金包含(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì))Cu(53％)-Ni(15％)-Zn(8％)-Mn(24％)。在基體粉末與滲劑合金的組合中，基體粉末占45％(重量)，滲劑合金占55％(重量)。依據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊的具體含量為約1-95％(重量)，硬復(fù)合物的余量包括基體粉末和滲劑合金。在一個(gè)可選擇方案中，并且依據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊的具體量約1％(重量)，并且約占硬復(fù)合物表面區(qū)域的90％。對(duì)于某些場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊可以占約表面區(qū)域的1-5％。對(duì)于其它應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊可以占約表面區(qū)域的70-90％。
制備出又一種包括支撐體和硬復(fù)合物的韌性耐磨部件。硬復(fù)合物包含硬組分，其中硬組分包含燒結(jié)鈷(6％(重量)鈷)粘結(jié)碳化鎢圓柱狀壓塊?；w粉末是表1所示的3#混合物。滲劑合金包含(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì))Cu(53％)-Ni(15％)-Zn(8％)-Mn(24％)。在基體粉末與滲劑合金的組合中，基體粉末占40％(重量)，滲劑合金占60％(重量)。依據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊的具體含量為約1-95％(重量)，硬復(fù)合物的余量包括基體粉末和滲劑合金。在一個(gè)可選擇方案中，并且依據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊的具體量約1％(重量)，并且約占硬復(fù)合物表面區(qū)域的90％。對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊可以占約表面區(qū)域的1-5％。對(duì)于其它應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊可以占約表面區(qū)域的70-90％。
制備出另一種包括支撐體和硬復(fù)合物的韌性耐磨部件。硬組分包含硬組分，所述硬組分包含涂覆鎳的燒結(jié)鈷(10％(重量)鈷)粘結(jié)碳化鎢壓塊?；w粉末是表1所示的4#混合物。滲劑合金包含(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì))Cu(53％)-Ni(15％)-Zn(8％)-Mn(24％)。在基體粉末與滲劑合金的組合中，基體粉末占45％(重量)，滲劑合金占55％(重量)。依據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊的具體含量為約1-95％(重量)，硬復(fù)合物的余量包括基體粉末和滲劑合金。在一個(gè)可選擇方案中，并且依據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊的具體量約1％(重量)，并且約占硬復(fù)合物表面區(qū)域的90％。對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊可以占約表面區(qū)域的1-5％。對(duì)于其它應(yīng)用場(chǎng)合，燒結(jié)碳化鎢壓塊可以占約表面區(qū)域的70-90％。
還應(yīng)該意識(shí)到，本發(fā)明的韌性耐磨件可以在高溫場(chǎng)合使用，例如化學(xué)工業(yè)使用的流體管線(這類管線可以包括石油精煉領(lǐng)域中使用的流體催化裂解管線)。工作溫度范圍在約室溫與1600°F之間。
本文中通過(guò)引用并入本文指出的所有專利、專利申請(qǐng)、文章和其他文件?？紤]此處公開(kāi)的本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)或?qū)嵺`，本發(fā)明的其它實(shí)施方案對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員將變得顯而易見(jiàn)。目的在于應(yīng)該認(rèn)為此處述及的說(shuō)明書(shū)和任何實(shí)施例僅僅是說(shuō)明性的，下面的權(quán)利要求表明了本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種韌性耐磨硬部件，包括硬復(fù)合物部件；支撐體，該支撐體具有鄰接所述硬復(fù)合物部件的表面區(qū)域；所述硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連；所述硬復(fù)合物部件包括許多分布在硬復(fù)合物部件中的離散硬組分，每個(gè)離散硬組分的尺寸使得其表面積為約0.001-16平方英寸；硬復(fù)合物部件還含有基體粉末，該基體粉末包含硬顆粒，其中基本所有硬顆粒的尺寸均小于硬組分的尺寸；所述硬復(fù)合物部件還包含熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，而且，所述滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合在一起，形成硬復(fù)合物部件；以及，所述支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，所述滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的連接處形成接頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含一種或多種下述物質(zhì)破碎的燒結(jié)碳化物顆粒、破碎的鑄造碳化物顆粒、破碎的碳化物顆粒、和燒結(jié)碳化物粉末、鋼顆粒、羰基鐵顆粒和涂覆的碳化物顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約50-70重量％的顆粒尺寸為-80+325目的破碎碳化鎢、約24-32重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢、約0.8-1.2重量％的顆粒尺寸為-325目的鋼顆粒、約0.8-1.2重量％的顆粒尺寸為-325目的羰基鐵顆粒、0-大約7重量％的顆粒尺寸為-45目的碳化鉻顆粒、0-大約25重量％的顆粒尺寸為-325目的涂覆鎳的碳化鎢顆粒以及0-大約15重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的燒結(jié)碳化鉻-鎳顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約65-69重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒、約29-33重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒、約0.9-1.1重量％的顆粒尺寸為-325目的鋼顆粒以及約0.9-1.1重量％的顆粒尺寸為-325目的羰基鐵顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約61-66重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒、約27-31重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒、約0.8-1.0重量％的顆粒尺寸為-325目的鋼顆粒、約0.8-1.0重量％的顆粒尺寸為-325目的羰基鐵顆粒，并且，包含約65-69重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒、約29-33重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒、約0.9-1.1重量％的顆粒尺寸為-325目的鋼顆粒、約0.9-1.1重量％的顆粒尺寸為-325目的羰基鐵顆粒以及約4-6重量％的顆粒尺寸為-45目的碳化鉻顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約51-56重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒、約22-37重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒、約0.7-0.9重量％的顆粒尺寸為-325目的鋼顆粒、約0.7-0.9重量％的顆粒尺寸為-325目的羰基鐵顆粒以及約15-25重量％的顆粒尺寸為-325目的涂覆鎳的碳化鎢顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約58-63重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒、約25-29重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒、約0.8-1.0重量％的顆粒尺寸為-325目的鋼顆粒、約0.8-1.0重量％的顆粒尺寸為-325目的羰基鐵顆粒以及約8-12重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的燒結(jié)碳化鉻-鎳顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約65-69重量％的顆粒尺寸為-80+325目的破碎碳化鎢顆粒、約12-17重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒、約12-17重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒以及約1.5-2.5重量％的顆粒尺寸為-325目的鎳顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約61-66重量％的顆粒尺寸為-80+325的破碎碳化鎢顆粒、約11-16重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒、約11-16重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒和約1.5-2.5重量％的顆粒尺寸為-325目的鎳顆粒以及約4-6重量％的顆粒尺寸為-45目的碳化鉻顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約51-56重量％的顆粒尺寸為-80+325目的破碎碳化鎢顆粒、約10-15重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒、約10-15重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒和約1.3-1.9重量％的顆粒尺寸為-325目的鎳顆粒以及約15-25重量％的顆粒尺寸為-325目的涂覆鎳的碳化鎢顆粒。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約58-63重量％的顆粒尺寸為-80+325目的破碎碳化鎢顆粒、約12-17重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒、約12-17重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒和約1.5-2.5重量％的顆粒尺寸為-325目的鎳顆粒以及約7-13重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的燒結(jié)碳化鉻-鎳顆粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約80-100重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的鈷粘結(jié)碳化鎢顆粒和0-大約10重量％的顆粒尺寸為-45目的碳化鉻顆粒、0-大約25重量％的顆粒尺寸為-325目的涂覆鎳的碳化鎢顆粒以及0-大約15重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的燒結(jié)碳化鉻-鎳顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約100重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的鈷粘結(jié)碳化鎢顆粒。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約95重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的鈷粘結(jié)碳化鎢顆粒和約5重量％的顆粒尺寸為-45目的碳化鉻顆粒。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約80重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的鈷粘結(jié)碳化鎢顆粒和約20重量％的顆粒尺寸為-325目的涂覆鎳的碳化鎢顆粒。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約90重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的鈷粘結(jié)碳化鎢顆粒和約10重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的燒結(jié)碳化鉻-鎳顆粒。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約80-重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鎢顆粒、0-大約10重量％的顆粒尺寸為-45目的碳化鉻顆粒、0-大約25重量％的顆粒尺寸為-325的涂覆鎳的碳化鎢顆粒以及0-大約15重量％的顆粒尺寸為-140+325目的破碎的燒結(jié)碳化鉻-鎳顆粒。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約100重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鎢顆粒。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約95重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鎢顆粒和約5重量％的顆粒尺寸為-45目的碳化鉻顆粒。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約80重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鎢顆粒和約20重量％的顆粒尺寸為-325目的涂覆鎳的碳化鎢顆粒。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約90重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鎢顆粒和約10重量％的顆粒尺寸為-325目的涂覆鎳的碳化鎢顆粒。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末包含約85重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鎢顆粒和約15重量％的顆粒尺寸為-325目的涂覆鎳的碳化鎢顆粒。
23.一種韌性耐磨硬部件，其包括具有表面區(qū)域的支撐體；通過(guò)支撐體的至少部分所述表面區(qū)域與支撐體相連的硬復(fù)合物部件；所述硬復(fù)合物部件包括許多分布在硬復(fù)合物部件中的離散硬組分，每個(gè)離散硬組分的尺寸使其表面積為約0.001-16平方英寸；離散硬組分包含燒結(jié)碳化物和陶瓷的一種或多種；燒結(jié)碳化鎢，其中粘結(jié)劑包括鈷、鎳、鐵和鉬中之一種或多種；涂覆的燒結(jié)碳化鎢，其中粘結(jié)劑包括鈷、鎳、鐵和鉬中之一種或多種，而且，所述涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種；鈦、鈮、鉭、鉿與鋯中的一種或多種的碳化物、氮化物和硼化物的一種或多種；碳化鎢；鈦、鈮、鉭、鉿與鋯的一種或多種的涂覆碳化物、涂覆氮化物和涂覆硼化物的一種或多種，其中所述涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種；涂覆碳化鎢，其中所述涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種；涂覆碳化硅，其中所述涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種；涂覆氮化硅，其中所述涂層包括鎳、鈷、鐵和鉬中之一種或多種；涂覆碳化硼；所述硬復(fù)合物部件還包括含有硬顆粒的基體粉末，其中，基本所有基體粉末中的硬顆粒的尺寸均比硬組分??；所述硬復(fù)合物部件還包括熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，并且，所述滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合在一起，形成所述硬復(fù)合物部件；而且，所述支撐體由可與所述滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，所述滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的連接處形成接頭。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金包含約15-55重量％的銅、約1-18重量％的鎳、約5-40重量％的鋅、最多約25重量％的錳、約15-75重量％的銀和最多約5重量％的錫。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金包含約53重量％的銅、約15重量％的鎳、約8重量％的鋅和約24重量％的錳。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金包含約45重量％的銅、約35重量％的鋅和約20重量％的銀。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金包含約40重量％的銅、約33重量％的鋅、約25重量％的銀和約2重量％的錫。
28.根據(jù)權(quán)利要求24的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金包含約42重量％的銅、約2重量％的鎳和約56重量％的銀。
29.根據(jù)權(quán)利要求24的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金包含約20重量％的銅、約10重量％的鋅和約70重量％的銀。
30.根據(jù)權(quán)利要求24的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金的熔點(diǎn)約600-800℃。
31.根據(jù)權(quán)利要求24的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金的熔點(diǎn)約690-770℃。
32.根據(jù)權(quán)利要求24的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金的熔點(diǎn)低于約700℃。
33.根據(jù)權(quán)利要求23的韌性耐磨部件，其中，所述硬組分包括鈷粘結(jié)的碳化鎢燒結(jié)壓塊，其中鈷含量約10重量％。
34.根據(jù)權(quán)利要求23的韌性耐磨部件，其中，所述硬組分包括鈷粘結(jié)的碳化鎢燒結(jié)壓塊，其中鈷含量約6重量％。
35.根據(jù)權(quán)利要求23的韌性耐磨部件，其中，所述硬組分包括涂覆鎳的鈷粘結(jié)碳化鎢燒結(jié)壓塊，其中鈷含量約10重量％。
36.一種韌性耐磨硬部件，包括硬復(fù)合物部件；支撐體，該支撐體具有鄰接所述硬復(fù)合物部件的表面區(qū)域；所述硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連；所述硬復(fù)合物部件包括許多分布在硬復(fù)合物部件中的離散硬組分，每個(gè)離散硬組分的尺寸使其表面積為約0.001-16平方英寸；所述硬復(fù)合物部件還含有基體粉末，該基體粉末包含硬顆粒，其中基本所有硬顆粒的尺寸均小于硬組分的尺寸；所述硬復(fù)合物部件還包含熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，而且，所述滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合在一起，形成所述硬復(fù)合物部件；以及，所述支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，所述滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的界面處形成接頭。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的韌性耐磨部件，其中，所述硬復(fù)合物通過(guò)支撐體的基本全部所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的韌性耐磨部件，其中，與硬復(fù)合物相連的支撐體鄰接表面區(qū)域部分是粗糙化的。
39.根據(jù)權(quán)利要求36的韌性耐磨部件，其中，所述支撐體含有至少一個(gè)孔，而且，至少部分所述硬復(fù)合物存在于所述孔中。
40.根據(jù)權(quán)利要求36的韌性耐磨部件，其中，所述支撐體存在多個(gè)表面區(qū)域，而且，所述硬復(fù)合物通過(guò)基本所有所述多個(gè)表面區(qū)域與支撐體相連。
41.一種韌性耐磨硬部件，包括硬復(fù)合物部件；支撐體，該支撐體具有鄰接硬復(fù)合物部件的表面區(qū)域；所述硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連；所述硬復(fù)合物部件包括顆粒尺寸為約-325至+80目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒，而且，所述破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒中的鎳含量為約3-25重量％；所述硬復(fù)合物部件還包括熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，并且，所述滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合在一起，形成所述硬復(fù)合物部件；所述滲劑合金占硬復(fù)合物的約60-80重量％，鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒占硬復(fù)合物的約20-40重量％；而且，所述支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的界面處形成接頭。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的韌性耐磨部件，其中，所述鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒中的鎳含量為約15重量％。
43.一種韌性耐磨硬部件，包括硬復(fù)合物部件；具有與硬復(fù)合物部件鄰接的表面區(qū)域的支撐體；所述硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連；所述硬復(fù)合物部件包含燒結(jié)碳化物壓塊，而且，所述燒結(jié)碳化物壓塊覆蓋硬復(fù)合物表面區(qū)域的約40-85％；所述硬復(fù)合物部件還包括含有硬顆粒的基體粉末；所述硬復(fù)合物部件還包括熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，并且所述滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合在一起，形成所述硬復(fù)合物部件；以及所述支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，所述滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的界面處形成接頭。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的韌性耐磨部件，其中，所述燒結(jié)碳化物包括鈷粘結(jié)碳化鎢，所述燒結(jié)碳化物壓塊覆蓋硬復(fù)合物表面區(qū)域的約40-60％。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的韌性耐磨部件，其中，部分所述燒結(jié)碳化物壓塊自硬復(fù)合物表面突出。
46.根據(jù)權(quán)利要求43的韌性耐磨部件，其中，所述燒結(jié)碳化物壓塊包含約90重量％的硬復(fù)合物。
47.根據(jù)權(quán)利要求43的韌性耐磨部件，其中，所述燒結(jié)碳化物包括鈷粘結(jié)碳化鎢，所述燒結(jié)碳化物壓塊覆蓋硬復(fù)合物表面區(qū)域的約80-85％。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的韌性耐磨部件，其中，基本沒(méi)有燒結(jié)碳化物壓塊自硬復(fù)合物表面突出。
49.一種韌性耐磨硬部件，包括硬復(fù)合物部件；具有與所述硬復(fù)合物部件鄰接的表面區(qū)域的支撐體；所述硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連；所述硬復(fù)合物部件包括多個(gè)分布在硬復(fù)合物部件中的離散硬組分；所述硬組分包括顆粒尺寸為-325+80目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒和顆粒尺寸為-325目的二硼化鈦顆粒中之一種或多種；所述硬復(fù)合物部件還包括基體粉末，該基體粉末中含有約65-69重量％的顆粒尺寸為-80+325目的破碎碳化鎢顆粒、約12-17重量％的顆粒尺寸為-325目的破碎碳化鎢顆粒和約12-17重量％的顆粒尺寸為約-325目的破碎鑄造碳化鎢顆粒，以及約1.5-2.5重量％的顆粒尺寸為約-325目的鎳顆粒；所述硬復(fù)合物部件還包括熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，并且，所述滲劑合金在熱作用下滲入離散硬組分與基體粉末的混合物中，以便在滲透時(shí)不使硬組分實(shí)質(zhì)劣化，由此，硬組分和基體粉末以及滲劑合金結(jié)合在一起，形成所述硬復(fù)合物部件；以及，所述支撐體由可與滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，所述滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的連接處形成接頭。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的韌性耐磨部件，其中，所述基體粉末占基體粉末與硬組分組合的約35-45重量％，所述破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒占基體粉末與硬組分組合的約35-45重量％，所述二硼化鈦顆粒占基體粉末與硬組分組合的約15-25重量％。
51.根據(jù)權(quán)利要求49的韌性耐磨部件，其中，所述硬組分包括二硼化鈦，所述基體粉末約占基體粉末與二硼化鈦顆粒組合的75-85重量％，所述二硼化鈦顆粒約占基體粉末與二硼化鈦顆粒組合的15-25重量％。
52.根據(jù)權(quán)利要求49的韌性耐磨部件，其中，所述硬組分包括二硼化鈦，所述基體粉末約占基體粉末與二硼化鈦顆粒組合的60-75重量％，所述二硼化鈦顆粒約占基體粉末與二硼化鈦顆粒組合的25-40重量％。
53.根據(jù)權(quán)利要求49的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金包含約53重量％的銅、約15重量％的鎳、約8重量％的鋅和約24重量％的錳。
54.根據(jù)權(quán)利要求49的韌性耐磨部件，其中，所述滲劑合金約占硬復(fù)合物的60-70重量％。
55.一種韌性耐磨硬部件，包括硬復(fù)合物部件；具有與所述硬復(fù)合物部件鄰接的表面區(qū)域的支撐體；所述硬復(fù)合物部件通過(guò)支撐體的至少部分所述鄰接表面區(qū)域與支撐體相連；所述硬復(fù)合物部件包括顆粒尺寸為-325+80目的破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒和顆粒尺寸為-325目的二硼化鈦顆粒，并且，破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒約占破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒與二硼化鈦顆粒組合的45-70重量％；所述二硼化鈦顆粒約占破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒與二硼化鈦顆粒組合的30-55重量％；所述硬復(fù)合物部件還包含熔點(diǎn)約500-1400℃的滲劑合金，并且，所述滲劑合金在熱作用下滲入顆粒的混合物中，以便在滲透時(shí)不使顆粒實(shí)質(zhì)劣化，由此，顆粒與滲劑合金結(jié)合一起，形成所述硬復(fù)合物部件；以及，所述支撐體由可與所述滲劑合金結(jié)合的材料制成，由此，所述滲劑合金在支撐體與硬復(fù)合物部件的連接處形成接頭。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的韌性耐磨部件，其中，所述破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒約占破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒與二硼化鈦顆粒組合的66重量％，所述二硼化鈦顆粒約占破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒與二硼化鈦顆粒組合的34重量％。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的韌性耐磨部件，其中，所述破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒約占破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒與二硼化鈦顆粒組合的50重量％，所述二硼化鈦顆粒約占破碎的鎳粘結(jié)碳化鉻顆粒與二硼化鈦顆粒組合的50重量％。
全文摘要
一種耐磨部件(20)包括與支撐體(22)相連的硬復(fù)合物部件(24)。硬復(fù)合物部件(24)包括分布其中的離散的硬組分(34)。每種離散硬組分(34)的表面區(qū)域?yàn)榧s0.001－16平方英寸。硬復(fù)合物部件(24)還包含基體粉末(30)，該基體粉末中的基本所有顆粒尺寸均比硬組分小。硬組分(34)通過(guò)滲劑合金(31)與基體粉末(30)結(jié)合一起，形成硬復(fù)合物部件(24)。支撐體(22)由與滲劑合金(31)結(jié)合的材料制成。
文檔編號(hào)B22F3/10GK1805845SQ200480016752
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者S·I·馬亞吉 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司