[发明专利]金属间结合金刚石复合材料及该复合材料件的形成方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年4月1日提交的美国专利申请No.60/667,725的权益，所述美国专利申请的全部公开内容被并入此文。

技术领域

本发明一般涉及抗磨损材料，且更具体地涉及金属间结合复合材料以及形成该复合材料件的处理方法。

背景技术

在抗磨损材料领域，金刚石由于其硬度和抗磨损性是一种理想的元素。已知的含有金刚石用以抗磨损的复合材料通常包括树脂或延展性金属粘合剂，并具有相对较低的处理温度和压力，以实现密排和可用强度。处理温度相对较低，以防止金刚石在处理中形成石墨或者蒸发。如果金刚石形成石墨，则它们会损失其硬度而不能用在需要抗磨损的应用中。

例如，在煤矿开采领域，多年来，传统刀具由结合钴的碳化钨(WC)即通常所指的碳化物制成，这是因为，至今还没有材料在抗磨损性上能超越碳化钨。在操作中，钴粘合相的侵蚀会导致刀具的磨损，而随着WC刀头的磨损，刀具的切削效率变得更低，产生较多的粉尘，并在刀具尖端聚积热量。这些热量反过来会增加粘合相的侵蚀，结果，刀具头断裂或从切削刀具主体上脱离。

另外，大多数用于制造碳化钨刀具的钨矿由诸如加拿大、中国和俄罗斯等国家出口。类似地，钴也是由诸如中国和南非等国家出口。因此，许多国家依赖于钨和钴的进口来满足其工业需求。

尽管曾经尝试过将金刚石嵌入金属来改善刀具的抗磨损性和锋利度，但是这些尝试尚未成功，这是由于金刚石在金属的处理中具有低抗氧化性和低耐热性。如前面所陈述的，金刚石在处理中容易形成石墨和/或蒸发，因此造成材料具有的抗磨损性不可接受。

发明内容

在一种优选形式中，本发明提供一种金属间结合金刚石复合材料，包括铝化镍(Ni₃Al)粘合剂和分散在铝化镍(Ni₃Al)粘合剂内的金刚石微粒。复合材料在高温下以如下方式处理，即，使得金刚石微粒在处理中保持无损并且不形成石墨或者蒸发。

在其他形式中，金属间结合金刚石复合材料进一步包含：碳化钛(TiC)以改善粘合剂的抗氧化性和强度，金刚石的保持性，和抗磨损性。在另一种形式下，金属间结合金刚石复合材料进一步包括从包含硼(B)和钼(Mo)的组中选出的另外的合金元素，以增加金属间化合物的延展性。

本发明还包括，用于形成金属间结合金刚石复合材料的处理。一种处理包括如下步骤：磨制金属间粘合剂和金刚石微粒，压制金属间粘合剂和金刚石微粒以形成复合材料件，和在至少大约1200℃的处理温度下烧结由金属间粘合剂和金刚石微粒形成的复合材料件。

本发明的另外形式包括高温金属间粘合剂，该粘合剂包括与金刚石微粒结合的不同合金元素。这些合金元素包括镍(Ni)，铝(Al)，铬(Cr)，铁(Fe)，钛(Ti)，以及陶瓷碳化物。在本发明中，以不同的形式中提供影响延展性的另外的合金元素，这些合金元素包括铁(Fe)，钛(Ti)，锆(Zr)，铪(Hf)，钒(V)和铬(Cr)。

本发明进一步的可应用领域根据在下文提供的详细描述中会变得显而易见。应理解的是，虽然显示了本发明的优选实施例，不过其中的详细描述和具体实例仅仅是为了说明的目的，而并非意在限制本发明的范围。

附图说明

本发明根据详细描述以及所附显微照片和附图而更易于完全地理解，在其中，

图1是例示了根据本发明示范说明的不同尺寸的金刚石微粒的放大率渐增的系列显微照片；

图2是例示了根据本发明示范说明的处理金属间结合金刚石复合材料的方法的处理流程图；

图3是例示了根据本发明示范说明的高温处理后金属间复合粘合剂内的金刚石微粒的放大率渐增的系列显微照片；和

图4是例示了根据本发明示范说明的高温处理后金属间复合粘合剂内的多面金刚石微粒的放大率渐增的系列显微照片。

在不同视图中，对应的附图标记指示对应的部分。

具体实施方式

以下对于优选实施例的描述实际上仅仅是示例性的，而决非意在限制本发明、其应用和使用。