[发明专利]复合材料棒的制备

说明书

制备复合材料棒。本发明涉及一种由钎焊材料和包含金属陶瓷的片材制造复合材料棒的方法。所述方法包括对片材的表面进行刻痕以产生至少一条局部应力线和随后使片材沿局部应力线断裂，从而产生多个金属陶瓷块。可以将金属陶瓷块与钎焊材料结合以制造复合材料棒。在特定实施方案中，片材可以是使用的金属陶瓷切割刀片。

技术领域

本发明涉及用于工具硬面的复合材料棒，所述工具包括但不限于用于油气钻探工业的井下工具。

背景技术

通过在工具表面上施加硬涂层将工具硬面处理是众所周知的，所述工具预计将承受诸如地质构造之类的磨蚀表面或切割诸如金属之类的硬质材料。这提高了工具的使用寿命。用于硬面化的涂层通常包括诸如碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)或多晶金刚石(PCD)的硬金属陶瓷材料块体和润湿硬质材料和待硬面化的表面的钎焊材料，由此将硬质材料附着在表面上。

一种特别节约成本的硬面化方法涉及使用具有嵌入钎焊材料基质内的金属陶瓷块的复合材料棒。这种复合材料棒可放置在待硬面化的表面上方并加热至钎焊材料的熔化温度以上(例如使用氧乙炔焊炬)，以使得钎焊材料和金属陶瓷块在钎焊材料再固化之前流动到表面上。

期望的是将硬质材料块规律地确定尺寸。对于某些应用，也希望它们具有锋利的边缘，因此硬面化处理具有磨蚀性质。例如，这可能对于在井下应用中切割井眼的金属套管的铣削工具有用。对于其他应用来说，块体可以形状更圆且更小，以使得硬面化的表面简单更耐磨。耐磨表面用于井下钻探设备和农业设备，如犁剪(plough shears)，即与地质构造结合的部件。

具有预成型的四面体碳化钨块的复合材料棒可从CuttingWear ResistantDevelopments Ltd以商品名Sharkstooth获得。然而，对预成型的WC块的要求使得这些棒生产相对昂贵。复合材料棒也使用从废弃机加工刀头等中取出的碳化钨块制造。这些块体是通过在机械破碎机中压碎刀头，然后筛分其产物以获得大致相同尺寸的部分来实现的。然而，这一过程导致原料产品浪费约70％，因为许多被粉碎成不能使用的小碎片。

本发明试图至少部分地减轻现有技术的问题。

发明内容

根据本发明，提供了一种由钎焊材料和包含金属陶瓷的片材制造复合材料棒的方法，所述方法包括：

对金属陶瓷片的表面进行刻痕以产生至少一条局部应力线；

使片材沿局部应力线断裂，从而产生多个金属陶瓷块；和

将金属陶瓷块与钎焊材料结合以制造复合材料棒。该方面提供了一种方便的方法，用于将金属陶瓷片破碎成预定尺寸和形状的块体，该方法浪费很少。

另一方面，本发明提供了一种使用包含金属陶瓷的片材将待硬面化的表面硬面化的方法，所述方法包括：

对片材的表面进行刻痕以产生至少一条局部应力线；使片材沿局部应力线断裂，从而产生多个金属陶瓷块；和

将金属陶瓷块钎焊到待硬面化的表面上。可选地，在将金属陶瓷块钎焊到待硬面化的表面之前，可将金属陶瓷块点焊到待硬面化的表面上。

在一个实施方案中，对表面进行刻痕的行为导致片材的至少一部分开裂并最终断裂而不施加进一步的外力。该实施方案提供了金属陶瓷片快速破裂成金属陶瓷块。

在一些实施方案中，通过施加外力使片材的至少一部分沿着局部应力线断裂。对片材进行刻痕并随后施加外力可有助于片材的可预见的断裂。可选地，外力包括机械破碎机或压力机的作用。机械破碎机或压力机可以是具有附接到其上的凿子的液压压力机或气动压力机。这允许压力机沿着希望断裂切割刀片(cutting tips)的轴施加力。通过在部件上提供所述局部应力线，即使它不直接由此断裂，一旦施加相对较小的力，片材不仅断裂而且沿着局部应力线断开。因此，需要很小的力，从而节省了操作破碎机所使用的能量，并且沿着除局部应力线之外的线发生的片材断裂更少，由此减少了原材料的浪费。