[发明专利]底材的表面硬化方法

说明书

本发明涉及一种底材的表面硬化方法，更具体地说，涉及一种能改善底材表面的耐磨性或耐削性的方法。

业已知道，将硬的表面材料涂敷在易受磨损的组件、工具和机具的表面，可提高它们的耐磨性和耐削性。硬的表面材料的一个例子是碳化钨，可将它以一种已知的方法置于金属的表面并通过在表面喷镀金属层的方法将其固定在该位置上。碳化钨可以是小的不规则形状的灯形物或颗粒或是有时称作接头或插件的矩形块体。

宜将碳化钨块体以规则的图案放置在金属表面上，但迄今为止，在镀金属层时，尤其是在弯曲正面的金属底材时(如在将硬的表面材料涂敷在石油工业中使用的那种类型的钻杆的支脚上时)，将块体固定显得十分困难。迄今为止，块体被以所要求方式置于粘膜带的面层上，与块体粘合的面层被翻转并被置于预加热过的底材的所需位置上。然后，将熔融的金属(如青铜合金)镀至块体表面，烫去膜带并将块体固定在所需位置上。但用该法固定的块体很容易掉落，至少几乎总会发生块体从所需位置上移动的情况。该方法要求很高的技术，并且由于为了能产生良好的粘合和避免喷镀过程中块体的移动，需要预加热金属底材至高温以使操作能迅速进行，因此，工作条件多少有些差强人意。

在英国专利GB2133062中，发明人公开了一种在工具的刀刃上形成耐磨表面的方法，它包括下述工序：将硬的耐磨材料插件插入刀刃的纵向工作面的凹槽中，并将物料加热至插件粘合在凹槽上。凹槽的加工当然是非常费钱和费时间的，并且需要将整个工具放置在一高温的烘箱中以得到所需的粘合，而这又要消耗很多能源。

在美国专利No.3,948,613中，申请人公开了一种对平面底板进行表面硬化处理的方法，该方法包括二个步骤：将碳化物块体和底板中的凹陷处镀锡，然后在低温下将块体钎焊在底板上。但除了将块体嵌入底板凹陷处、其重要性和给定的平板之外，该专利未揭示任何在钎焊过程中将块体固定在适当位置的方法。

在美国专利No.3,268,274中，特别清楚地显示了本发明所针对的问题。在该专利中，螺旋叶形支脚具有包括圆柱形表面在内的硬化表面。该硬化表面包含许多金属碳化物的硬立方体和掺入难熔的碳化物颗粒的金属粘合剂。当最初形成时，用蜡将硬化表面保持在适当位置上，但该专利未说明在粘合剂达到其熔点并流动时是如何将硬质焊敷层保持在适当位置的。

在英国专利GB1128880中，发明人公开了一种将金属管接合至器壁上的方法，在该方法中，金属管被用点焊固定在器壁的适当位置上，然后用射枪喷射熔融的铝，这样，管的弧形表面和器壁之间的圆角区域被固化了的熔融铝所充填。管子表面上的镀层是连续的，其厚度可使其用作将热由器壁传向管子的通路。该专利并未涉及底材的表面硬化。

本发明者发现了一种将底材表面硬化的改良方法，它可克服现有方法的许多缺点。在该改良方法中，经过适当成形的硬质物体被接合在底材上，然后通过涂敷熔融的金属或粘合层而被固定在该位置上。

本发明的目的之一在于提供一种底材的表面硬化方法。该方法以下述步骤为其特征：

a)先将许多硬质表面材料物体焊接在底材上；

b)然后用熔融的金属充填上述物体周围、物体下面和物体之间的空间。

本发明可用于用硬质表面材料(如碳化钨)对金属部件进行表面硬化。当然，硬质表面材料一般比被镀敷的底材更硬和/或更耐磨。

底材一般包括金属表面，它可以是任何使用中受磨损的合适的部件、工具或机具等的表面。本发明尤其适于对钻孔技术中使用的钻杆的部件(如钻机支脚)的磨损面进行表面硬化。

表面材料的物体的导电性应在通常的电焊条件下，可使电焊电流穿过其厚度进行传导。

表面材料可以是诸如合金钢等硬金属或巴氏合金等轴承材料，但以具有典型耐磨性的硬金属(如碳化钨)为佳。表面材料可以以颗粒或不规则形状的灯形物的形式使用，但以成形块体、圆盘或其它规则几何形为佳。本发明尤其适用于碳化钨块体(有时称为接头或插件)，其形状最好是矩形，例如，长度和宽度为1至100mm，厚度为1至20mm。

将表面材料的物体用焊接方法与导电性底材接合，优选的焊接方法包括电焊，但在合适的情况下，也可使用摩擦焊或超声波焊。焊接方法当然可在室温下进行，在使用电焊时，只需要将导电性表面材料的物体置于导电性底材之上，例如将电焊机的电极接通在物体的上表面。通过物体的电流应足以将物体的下表面的部分熔合在底材上。虽然也可合适地使用常用的电焊条件，但典型的电焊条件是电压为约75伏，电流为约5000安培。