低熔点金属粘合剂制造技术

本发明专利技术涉及一种含铜、锰、镍、锌和锡的金属粘合剂组合物，其具有1500℉或更低的熔点，包含总重量占约26.5％至约30.5％的锌和锡，其中锌占至少约12％且Sn占至少约6.5％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】低溶点金属粘合剂
技术介绍
钻头体的制造涉及加热放在钻头体模具中的硬基质颗粒（如碳化钨）与金属粘 合剂（bindermetal)的混合物，所述加热在1875-2100华氏度（°F)的温度下持续约75 至205分钟以使所述金属粘合剂渗透进入所述硬基质颗粒中。渗透过程产生了形成"钻头 体"的金属-基质复合材料。当熔融金属粘合剂通过毛细作用流过在硬基质颗粒的晶粒之 间的空隙时，发生渗透。冷却后，硬基质颗粒与金属粘合剂形成坚硬、耐用、结实的金属-基 质复合材料。如果渗透过程是不完全的，则钻头体通常是有缺陷的，并且可能有裂纹。渗透 取决于流过硬基质颗粒的晶粒的周围并附着在基质晶粒上的熔融金属粘合剂。对于完全的 渗透，金属粘合剂彻底融化，以便具有良好的流动性和附着性。然而，在孕镶金刚石钻头体 (其中金刚石也混合入或嵌入基质颗粒中）的情况下，长时间的高渗透温度（如，1875至 2100°F)损害了金刚石，以及增加了钻头体的热破裂倾向。
技术实现思路
本
技术实现思路
介绍了一系列概念，这些概念在下面的【具体实施方式】中有进一步的描 述。本
技术实现思路
既不是意在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不是意在帮助 限制要求保护的主题的范围。 在一些实施方案中，金属粘合剂组合物具有1500°F或更低的熔点，该金属粘合 剂包含总重量占约26. 5%至约30. 5%的锌（Zn)和锡（Sn)，其中Zn占至少约12%且Sn占 至少约6. 5% ;镍（Ni)占约4. 5%至约6. 5重量％ ;锰（Mn)占约11 %至约26重量％ ;并且 铜（Cu)占约40%至约55重量％。在一些实施方案中，金属粘合剂组合物不包含锰（Mn)。 所公开的金属粘合剂作为渗透剂用于在1800°F或更低的渗透温度下渗透硬基质颗粒，并 且该金属粘合剂保持与用目前可用的金属粘合剂制备的基质相当的强度和韧性。【附图说明】 参照附图描述金属粘合剂的实施方案。 图1-6示出了由对根据一个或多个实施方案的以下金属粘合剂中的每一种进行 的差不扫描量热法<X*SC)计算的温度相关热流曲线：由式2、式3、式4、式5、式6和比较式 1分别表示的相应金属粘合剂；其中顶线表示加热曲线（5)且底线表示冷却曲线（10)，并且 测得的熔点温度为加热曲线（5)的指示峰值（15)。 图7是扫描电子显微镜（SEM)图像，其示出了由碳化钨颗粒和比较式1的富Cu金 属粘合剂制备的渗透金属-基质复合材料经Spinodal蚀刻剂蚀刻后的粘合剂结构，其中指 出了碳化钨（20)和富Cu相（25)。图8是能量色散谱仪（EDS)光谱，其示出了图7的比较式1金属-基质复合材料 的单一富CuFCC(面心立方）相（25)。 图9是扫描电子显微镜（SEM)图像，其示出了根据一个或多个实施方案的由碳化 鹤颗粒和式4的金属粘合剂制备的金属-基质复合材料经Spinodal蚀刻剂蚀刻后的粘合 剂结构。 图10是根据一个或多个实施方案的图9的式4金属-基质复合材料的富Sn和Ni FCC相（35)的EDS光谱。 图11是根据一个或多个实施方案的图9的式4金属-基质复合材料的富Cu和Zn FCC相（30)的EDS光谱。 图12示出了根据一个或多个实施方案的具有渗透的碳化钨和式4金属粘合剂的 固体基质在所示的1950°F、1800°F和1700°F的三个渗透温度下的三个光学显微镜 (0M)图像，其中指出了eta相（40)、单晶碳化钨（20)和铸造碳化钨（22)。 图13是比较式-1的金属粘合剂的透射电子显微镜（TEM)图像，其中测得的FCC 晶格参数为a=3.75A (作为参考，aCu=3.61人），指出了单一的FCC相富Cu粘合剂（45)。 图14是图13的TEM图像的选定区域衍射（SAD)图案。 图15是根据一个或多个实施方案的式3的FCC-1相（50)的TEM图像，其中测得 的FCC晶格参数为a=3.69A。 图16是图15的TEM图像的SAD图案。 图17是根据一个或多个实施方案的式3的FCC-2相（55)的TEM图像，其中测得 的FCC晶格参数为a=6.丨5A。 图18示出了图17的TEM图像的选定区域衍射（SAD)图案。 图19示出了将样品倾斜至与图18的TEM图像成另一角度后得到的图17的TEM 图像的SAD图案。 图20是根据一个或多个实施方案的式3金属粘合剂的FCC-1 (50)和FCC-2(55) 相的TEM图像，其放大倍数低于图15和17的TEM图像。【具体实施方式】 钻地钻头体可以由金属-基质复合材料制成，所述复合材料包含硬质颗粒相和可 延展金属相。硬质相包含耐火或陶瓷化合物（例如，氮化物和碳化物如碳化钨），并且金属 相可以是金属粘合剂，例如由铜和其它有色合金制成的金属。可使用粉末（即颗粒）冶金 法形成金属-基质复合材料，该方法包括热压、烧结和渗透。钻头体可在其外表面的至少一 部分上孕镶有超硬材料。这样的钻头体被称为孕镶超硬材料的钻头体。对于孕镶超硬材料 的钻头体而言，金属-基质复合材料也用作支撑超硬材料的支撑材料。在这样的实施方案 中，金属-基质复合材料具有特别受控的物理性质和机械性质，以暴露超硬材料。形成钻头 体的方法如美国专利号6, 394, 202和美国专利号8, 109, 177中所述。钻头体的一些实例包 括孕镶钻头体、具有磨料热压嵌入物（GHI，grithot-pressedinsert)的孕镶钻头体和多 晶金刚石复合片（PDC)钻头体。 如本专利技术所述，金属-基质复合材料的渗透包括将金属-基质加热至一定温度， 该温度高得足以使金属粘合剂（也称为渗透剂）熔化并结合至硬质颗粒相。如此，在金 属-基质复合材料的渗透过程中，金属粘合剂开始熔融且流动，并附着在硬颗粒的晶粒 上。因此，金属粘合剂的熔点温度直接决定了用于形成金属-基质复合材料的渗透温 度。如本文中所用，熔点或熔化温度为具体组合物的液相温度，如HsinWang和Wallace Porter,ThermalConductivity27/ThermalExpansion15,2004年10月（ISBN-10:19320 78347|ISBN-13:978-1932078343)中所述。 根据一个或多个实施方案，具有1500°F或更低的熔点的粘合剂允许的渗透温度 是约1800°F或更低，并带来金属-基质复合材料的相的改善。在一些实施方案中，由上述 金属粘合剂形成的复合材料中的面心立方-1 (FCC-1)相和FCC-2相处于大致平衡的状态。 即FCC-1与FCC-2的比率为1-1. 5(FCC-1)比1. 0(FCC-2)。此外，在约1800。F或更低的 低渗透温度下，复合材料的eta相减少。由具有减少的eta相和大致（1. 0-1. 5:1. 0)平衡 的FCC-1相与FCC-2相的复合材料形成的钻头体具有减少的热破裂倾向。 用于孕镶钻头体中的超硬材料的例子包括多晶金刚石（PCD)和热稳定多晶金刚 石（TSP)，这两者都是本领域已知的。P⑶和TSP材料的例子如美国专利号8, 020, 644中所 述。可以使用任何合适的粘合剂（例如钴或碳化硅粘合剂）形成TSP材料。此外，较高密 度的TSP材料由利用较少钴粘合剂的较高密本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属粘合剂组合物，其具有1500℉或更低的熔点，该金属粘合剂组合物包含：至少约12重量％的锌(Zn)；至少约6.5重量％的锡(Sn)；约4.5重量％至约6.5重量％的镍(Ni)；约11重量％至约26重量％的锰(Mn)；约40重量％至约55重量％的铜(Cu)；并且Zn和Sn的总重量占约26.5重量％至约30.5重量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·蔡，G·洛克伍德，
申请(专利权)人：史密斯国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US