[发明专利]硬质合金和金刚石件的熔合结构和方法及钻具与其切削件

说明书

此申请是申请日为2003年7月26日、申请号为03158402.0的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及硬质合金件和金刚石件之间的熔合方法和熔合结构。此外，本发明涉及用于钻井(暗井)或类似物的切削刃、切削部件和钻具。

背景技术

钻具用于钻油井和其它类型的井。作为这种类型的钻具公知的是由超硬碳化钨合金构成的杆(以下称为“硬质合金杆”)通过例如钎焊和热压配合的方法以预先确定的安排连接于铁合金工具体的末端表面，由超高压力烧结的金刚石(以下称为“烧结金刚石”)组成的切削刃被钎焊到这些硬质合金钻杆的每一个上。钻具被安装在一个管件的末端，管件旋转从而借助管件在钻进方向施加一个重量，因此通过设置在工具体上的切削刃执行钻进操作。

因为形成切削刃的烧结金刚石的吸湿度相对于钎料较低，因此使用标准钎料的钎焊是困难的。在日本未审专利申请，第一次公开号2000-000686中公开的钻具中，一个组份有包括例如20％-40％质量的铜和0.5％-10％质量的钛，其余由金和不可避免的杂质组成的金合金钎料(熔点，940°C)被用于将切削刃钎焊到硬质合金杆上。此外，美国专利No.6,248,447B1公开了一种钻具，其中切削刃由耐高热的烧结金刚石形成。

近几年，在钻进操作中增加了节省劳动力、节省能源和减少费用的要求。例如，因为为了钻井开拓石油和类似物的钻进操作中每天的操作费用是极高的，所以为了减少费用通过增加钻进速度在短时间内完成钻进操作是必需的。

为了增加钻进速度，施加于工具体的载荷和工具体的旋转速度应该增加。然而，在这两种情况下，一个较重的载荷被施加于切削刃。由硬质合金组成硬质合金杆和由烧结金刚石组成的切削刃通过上述的钎焊熔合，而这种熔合强度不很高。因此当一个极重的载荷被施加于切削刃时切削刃可能从硬质合金杆脱离。此外当钻进是高速进行时，由于钻进产生的热量是高的，因为用于钎焊切削刃的钎料能熔化就有可能使切削刃从硬质合金杆脱离。这样通常不可能采用一个极高的钻进速度。

考虑到上述问题，本发明的一个目的是增加硬质合金零件和金刚石零件之间的熔合强度。

发明内容

本发明提供了一种切削部件，包括：硬质合金基体；金刚石件；和熔合区，延伸在硬质合金基体和金刚石件之间，该熔合区包括至少一个扩散区，该扩散区包括从包括Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf的组中选出的至少一种金属；其特征在于，利用电探针微量分析对熔合区至少一种金属成分的横向方向的横截面图作线性分析，显示出：在未受所述至少一种金属扩散影响的硬质合金基体的区域内，所述至少一种金属含量的最大值是所述至少一种金属含量平均值的约20倍或更多，以及在未受所述至少一种金属扩散的影响的金刚石件区域内，所述至少一种金属含量的最大值是所述至少一种金属含量平均值的约100倍或更多。

本发明还提供了一种切削部件，包括：硬质合金基体；金刚石件；和熔合区，延伸在硬质合金基体和金刚石件之间，该熔合区包括：钴层；以及扩散层，其包括扩散入金刚石件的钴。

本发明还提供了一种切削部件，包括：硬质合金基体；金刚石件，其包括从Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸盐、Mg，Ca，Sr和Ba的氧化物、复合碳酸物和复合氧化物的组中选出的物质，和熔合区，其延伸在硬质合金基体和金刚石件之间，该熔合区包括至少一个扩散区，所述扩散区包括至少一种从Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf选出的金属。

本发明还提供了一种切削部件，包括：钴碳化钨合金基体；烧结金刚石元件，其包括一种按体积0.1-15％的熔合相，该熔合相从包括Mg，Ca，Sr和Ba的碳酸盐、Mg，Ca，Sr和Ba的氧化物、复合碳酸物和复合氧化物的组中选出；和一熔合区，延伸在并进入硬质碳化钨基体和烧结金刚石元件之间，该熔合区包括一个扩散区，所述扩散区包括Ni和Fe中的至少一种。

本发明还提供了一种钻头，其包括：钻头本体；固定在钻头本体的多个切削部件，至少一个根据如上所述的切削部件。

本发明的一个方面是硬质合金零件和金刚石零件之间的熔合结构。这个熔合结构提供一个硬质合金零件、一个金刚石零件和一个形成在硬质合金零件和金刚石零件之间的用于熔合它们的熔合层。该熔合层包括一个扩散层，其中选自一组由Fe，Ni，Co，Ti，Zr，W，V，Nb，Ta，Cr，Mo和Hf组成的金属的至少一个或两个或更多的金属扩散入硬质合金或金刚石至少之一中。