[发明专利]钨铼化合物和复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钨铼化合物和复合物及其制备方法。

背景技术

各种各样的硬材料和制备硬材料的方法已经被用于制备切削工具和用于搅拌摩擦焊的工具。用于搅拌摩擦焊的工具包括硬金属针，该硬金属针沿着两个部件之间的接头移动以便将两个部件塑化并焊接在一起。由于这个过程对工具耗损较大，所以非常需要坚硬和牢固的材料。结果，硬金属化合物和复合物已经被开发来改善耐磨性。

现有技术中的硬材料包括与粘合剂、例如钴或铼结合的碳化物，例如碳化钨。基于碳化物的硬材料仅使用常规的烧结方法采用铼作为粘合剂来生产。钨-铼合金也使用标准的胶接方法来生产。这样的钨-铼合金可以被用作用于高温工具和仪器的合金涂层。然而，在切削工具(例如在地面勘探钻头中使用的切削元件)以及其他工具(例如搅拌摩擦焊工具)中需要具有改善的耐磨性的材料。

发明概述

本发明涉及钨铼化合物和复合物，更特别地涉及一种制备钨铼化合物和复合物的方法。在一实施例中，提供了一种在高温和高压下制备钨铼复合物的方法。将经过混合、涂覆或合金化的钨(W)和铼(Re)粉末在高温和高压下烧结以形成一种独特的复合材料，而不是使用常规的胶接方法简单地使它们合金化。

在另一实施例中，将一种超硬材料加入W-Re复合物中以得到具有均匀的微结构的超硬材料和W-Re的烧结体。钨、铼和超硬材料在高温和高压下进行烧结。超硬材料可以是立方氮化硼、金刚石或者其他超硬材料。

在得到的复合材料中，超硬材料的颗粒均匀地分布在烧结体中。超硬材料改善了烧结部分的耐磨性，而难熔的W-Re粘合剂在高温操作条件下保持了强度和韧性。由于其具有较高的重结晶温度，W-Re合金粘合剂提供了所需的韧性并改善了高温时的性能(与单独的W或者Re相比较)。超硬材料也与W-Re基体形成了牢固的结合。

在一实施例中，制备材料的方法包括提供钨和铼并在高温和高压下烧结钨和铼。高温落在1000℃至2300℃的范围内，高压落在20至65千巴的范围内。该方法还可以包括在高温和高压下将一种超硬材料与钨和铼进行烧结。

在一实施例中，高压高温烧结粘合剂包括钨和铼，其中钨在粘合剂中的体积范围为大约50％至大约99％，而铼在在粘合剂中的体积范围为大约50％至大约1％。

在另一实施例中，复合材料包括刚刚描述的粘合剂和一种超硬材料，例如金刚石或立方氮化硼。超硬材料与W-Re基体结合形成多晶复合材料。

在另一个典型的实施例中，提供了一种搅拌焊接工具，其具有用于焊接两件材料的至少一部分或至少针的一部分，其中至少一部分和/或所述至少针的一部分是使用上述方法中任意一个制备的或来自上述材料中的任意一种。

附图说明

图1A为在1200℃下烧结的具有立方氮化硼(CBN)的W-Re复合物在两个不同的放大率下的扫描电镜图像的照片复制；

图1B为在1400℃下烧结的具有CBN的W-Re复合物在两个不同的放大率下的扫描电镜图像的照片复制；

图2A为在1200℃下烧结的具有CBN的W-Re复合物在两个不同的放大率下的扫描电镜图像的照片复制；

图2B为在1400℃下烧结的具有CBN的W-Re复合物在两个不同的放大率下的扫描电镜图像的照片复制；

图3为在1400℃下烧结的具有CBN和铝的W-Re复合物在两个不同的放大率下的扫描电镜图像的照片复制；

图4为W-Re粉末的混合物的扫描电镜图像的照片复制；

图5为在1400℃下烧结的具有金刚石的W-Re复合物的扫描电镜图像的照片复制；

图6为图5中的复合物的反散射电子图像的照片复制；

图7为结合在基底上的W-Re复合物的主视图；

图8A为在1200℃下烧结的W-Re复合物的扫描电镜图像的照片复制；

图8B为在1400℃下烧结的W-Re复合物的扫描电镜图像的照片复制。

具体实施方式

本发明涉及钨铼化合物和复合物，更特别地涉及一种在高温高压下制备钨铼化合物和复合物的方法。在一实施例中，提供了一种在高温和高压下制备钨铼复合物的方法。将钨(W)和铼(Re)粉末在高温和高压下(HPHT烧结)烧结以形成一种独特的复合材料，而不是使用常规的胶接或烧结工艺简单地使它们合金化。

在一典型的实施例中，将W-Re混合物引入称为“罐”的通常由铌或钼形成的外壳内。然后具有混合物的罐被放入压力机内并经过高压和高温的条件。将提高的压力和温度条件保持足够的时间以便烧结材料。在烧结工艺后，将外壳和它的内含物冷却并将压力降低至环境条件。