CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对热压富铁基胎体力学性能的影响

热压富铁基金刚石钻头具有成本低、钻速高的优点,已在钻探中广泛应用。对比相同的热压富铁基胎体配方,通过测试试样的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性,研究CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明:添加CSB-2预合金粉的胎体性能均比单质混粉胎体性能好。随CSB-2质量分数的增加,胎体的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性分别最大提高了7.68%、27.99%、94.43%和312.82%;同时,胎体粉末预合金化有利于降低胎体的热压烧结温度;为获得良好的应用效果,CSB-2质量分数应大于30%,且最佳烧结温度为940~980℃。      

新型铁铜合金粉体材料及性能研究

为改善铁基胎体粉末在金刚石工具制造时的应用情况,通过力学实验,研究新型铁铜合金粉体材料对金刚石工具胎体抗弯强度和切割性能的影响。实验结果显示:较单质混合粉体材料,新型铁铜合金粉体材料的烧结温度略微降低;胎体在870℃时获得高的抗弯强度,为334.85 MPa,比单质混合粉高出11%;烧结硬度为61.72 HB,高于混合粉末12%。铜元素的预合金化行为和更为均匀弥散的分布,使金刚石工具胎体材料强度提高显著,切割性能大幅度上升,通过对相同配方单质混合粉末和新型铁铜合金粉末胎体材料切割性能的比较发现,新型铁铜合金粉体材料锋利度提高20%。     

稀土对切玻璃金刚石锯片切削性能的影响

金刚石圆锯片可以用于切割玻璃和水晶制品。为了提高切割玻璃金刚石圆锯片的切割寿命和玻璃的切割质量．对切割玻璃金刚石圆锯片的胎体成分进行了优化设计，并在胎体材料中加入稀土化合物La2O3，同时对金刚石表面实施镀钛。本文从胎体材料对金刚石的把持力系数、实际切割的金刚石的脱落度以及锯片的切割速度方面，研究了稀土化合物在金刚石刀头胎体中的作用。结果表明：在胎体金属粉中加入适量的稀土化合物，胎体对金刚石的把持力系数有所改善，同时，增加了刀头胎体材料的脆性，实现了金刚石与胎体的同步磨损，金刚石的脱落度明显减小；切割速度比参比片提高了21．6％。     

FeCoCu预合金粉末含量和烧结温度对碳化钨基钻头性能的影响

为提高钻头胎体耐磨性与地层研磨性的适应性,提高钻头自锐能力,选取FeCoCu预合金粉作为胎体成分,对胎体性能进行研究。在碳化钨基胎体中添加FeCoCu预合金粉末,调节金刚石钻头胎体中FeCoCu粉末与WC粉末的配比关系,并在不同的烧结温度下烧制试样,寻找FeCoCu含量和烧结温度对胎体性能的影响规律。试验结果发现：随着FeCoCu含量的升高,胎体的相对致密度、洛氏硬度、抗弯强度和耐磨性随之降低;烧结温度对相对致密度、洛氏硬度、抗弯强度的影响幅度小,对胎体耐磨性的影响幅度大,最大变化幅度达到310%。FeCoCu预合金与烧结温度的耦合作用下,胎体的耐磨性变化存在较宽的调节区间,可通过二者组合的变化,调节胎体耐磨性,提高胎体对地层的适应性。     

金刚石胎体Cu-Fe-Sn-Ce预合金粉的研究

为了改善铜基胎体金刚石锯片的切割性能,用雾化法制备了Cu-Fe-Sn-Ce预合金粉,该预合金粉形状为球状,粒径大约为5～15 μm.用粉末冶金法制备了Cu-Fe-Sn-Ce预合金粉金刚石刀头,研究了Cu-Fe-Sn-Ce预合金粉对金刚石圆锯片刀头的硬度、抗弯强度及切割石材寿命的影响;利用扫描电子显微镜(SEM)对金刚石与金属胎体之间的粘结状况及金属胎体的微观结构进行了分析.结果表明:稀土元素加入金属胎体中,有利于Cu-Fe-Sn胎体抗弯强度和硬度的提高.铜基胎体Ⅱ在Ce的含量达到1.5%时抗弯强度达到最大值(477.65 MPa),硬度也达到最大值(102 HRB);从显微分析发现,Ce容易在金刚石与胎体界面处富聚,从而有利于提高胎体材料对金刚石的粘结强度.切割石材万年青和635石材试验表明:在切割寿命相当的情况下,与未含稀土Ce元素刀头的金刚石锯片相比,金刚石脱落度降低6.3%,金刚石锯片的切割速度分别由3.06 m/min和3.5 m/min提高到3.9 m/min和4.05 m/min.     

预合金粉在金刚石工具烧结中的钎焊作用

通过增加钴、镍、铬、钛的比例可以提高胎体对金刚石的把持力,从而达到提高金刚石工具寿命的目的,但是过硬的胎体降低工具的切削效率.为解决寿命和效率的矛盾,采用预合金粉末替代单质金属粉加入胎体粉中热压烧结,使得胎体粉和金刚石颗粒之间形成钎焊连接.简述了金刚石工具中人造金刚石的存在状态,分析了金刚石从出刃、刻划、切削、磨损、暴露、破碎到脱落的使用寿命过程,指出工具使用中大量的金刚石并非磨损失效,而是以破碎、脱落形式流失.分析了金刚石脱落、流失的主要原因是金刚石把持力不够导致了金刚石早期脱落.研究结果表明:预合金粉末法可以实现胎体与金刚石的钎焊连接,预合金粉末的成分和热压烧结工艺决定了对金刚石的钎焊连接的效果.应用结果显示:预合金粉末中含有强碳化物形成元素,预合金粉与金刚石的亲和力强,在烧结过程中可以实现胎体与金刚石的钎接,使金刚石的出刃高度大大提高;预合金粉的熔化温度区间与烧结温度相匹配,避免了刀头的毛刺、飞边,减小裂纹发生倾向.     

水雾化预合金粉在加工混凝土锯片中的研究与应用

研究了水雾化预合金粉,测试不同的预合金粉胎体成分配比以及烧结工艺,提高胎体对金刚石的把持力,提高锯片的切割效率,保证切割寿命。     

P元素加入形式对铁基金刚石工具胎体组织性能的影响

以常用的CuP8,FeP24两种预合金粉作为研究对象,运用SEM,EDS,硬度和抗弯强度等研究分析手段,研究了以不同形式加入P元素对铁基金刚石工具胎体组织性能的影响. 结果表明,烧结后胎体组织由α-Fe、含铁固溶体(Cu)、Fe₃C化合物组成,加入FeP24的烧结胎体中还存在Fe₂P和FeP化合物. P元素加入形式对胎体性能影响显著,向胎体中加入CuP8,P元素几乎全部脱离CuP8进入铁基体,相比于加入FeP24的胎体,P元素分布更均匀,胎体硬度、抗弯强度等性能指标均有提高. FeP24在热压过程中会产生微裂纹,这些微裂纹可能成为基体的裂纹源而降低胎体的抗弯强度. 因此,选用CuP8预合金粉更有利于获得高性能铁基金刚石工具胎体.     

La-Ni预合金粉在金刚石工具中的作用及机理探讨

研究了La-Ni预合金粉在金刚石工具中的作用及机理。结果表明：在金刚石工具胎体中添加1．0％的La-Ni预合金粉,金刚石／铜基复合材料的抗弯强度达到最高。利用扫描电镜和能谱对断口进行分析,发现在实验条件下,稀土元素La有向Ti偏聚的倾向,并富集于基体金属与金刚石的界面。经X射线衍射分析发现：合金粉中的活性La可以还原Ti颗粒表面的TiO薄膜,从而增强Ti的活性、净化界面,提高铜基胎体对金刚石的粘结性能。     

金刚石工具用预合金粉末的研究动态

本文介绍了金刚石工具用预合金粉末特点,重点分析了国外NEXT、Diabase-、Cobalite系列最新预合金粉产品性能及应用特点,着重比较了各预合金粉产品激光焊接性能及其与加强胎体特殊应用性能元素的混合使用性能,并在此基础上预测了未来预合金粉研究趋势。     

真空液相活化烧结对金刚石孕镶体性能的影响

本文研究金刚石刀头真空热压烧结与普通热压烧结的烧结成型及结合性能。通过真空烧结采用含有强碳化物形成元素的低熔点预合金粉末作为粘结相，采用三点弯曲试验测试了普通热压烧结与真空液相活化烧结试样的抗弯强度，用SEM观察了断口金刚石表面的界面反应。结果表明，采用真空液相活化烧结使得钛元素在金刚石表面聚集，与碳原子形成碳化钛，提高了金刚石与基体金属的结合力以及基体自身的强度。切割实验表明真空液相活化烧结刀头锋利度及寿命明显提高。     

预合金粉结合剂真空无压烧结制备金刚石工具

以Fe₄₀Cu₄₀Co₂₀和Cu₈₀Sn₂₀预合金粉为结合剂,采用真空无压烧结制备金属胎体样品,并与相同烧结工艺下的金属单质粉结合剂烧结样品进行对比。用扫描电子显微镜、洛氏硬度计、阿基米德排水法对所得样品的微观形貌、硬度和相对致密度进行对比分析。研究发现:随温度升高,两类样品的致密度和硬度均先增大后减小;当烧结温度达到860℃时,致密度和硬度均达到最大值。预合金粉在860℃下烧结所得样品的相对致密度比同条件下烧结的金属单质粉样品的提高5%,硬度提高HRB 7 MPa。因此,在达到同等级性能的前提下,预合金粉真空烧结所得样品的烧结温度更低,可有效避免在高温条件下金刚石的强度和质量损失。      

Al-Ce合金粉对金刚石锯片性能影响研究

本试验以热压烧结金刚石锯片胎体材料为研究对象,对比研究了添加不同比例的Al-Ce合金粉对锯片性能的影响。结果表明:添加1%~1.5%的Al-Ce合金粉时,金刚石复合材料的硬度得到显著提高,孔隙率大大减少,金刚石锯片的切割速度提高20%以上,寿命提高25%以上。本次试验为提高金刚石锯片的性价比提供了简单可行的参考依据。     

胎体中含有铜锰阻尼合金成分的金刚石钻头研制及钻进试验

孕镶金刚石钻头在钻进过程中,经常会遇到有害的振动问题,这种振动极大地影响钻进的稳定性。阻尼合金能耗散振动能,可达到减振的目的。本实验用铜锰粉末代替63#配方中的663青铜粉,来制作金刚石钻头的胎体试样。对胎体试样进行力学性能测试及断口形貌分析,结果表明:相较于63#配方试样,质量分数40%铜锰粉末的胎体试样组织均匀,结构致密,硬度提升14.7%;孕镶金刚石钻头磨耗比提高13.2%,抗弯强度降低22.4%。钻进试验结果表明:在钻进均质花岗岩岩样时,质量分数40%的铜锰配方钻头与63#配方孕镶金刚石钻头钻进性能相近,钻进振动加速度幅度减小约4.3%,钻头阻尼性能提高,钻进过程更加平稳。      

预合金粉含量对铁基胎体微观组织及性能的影响

研究添加2%、6%、10%和14%质量分数的CuZnSn预合金粉,对金刚石陶瓷磨边轮铁基胎体热压烧结组织、物相组成及力学性能的影响。结果表明:不添加预合金粉烧结的铁基胎体主要包括灰白色、浅灰色和深灰色3种组织,存在的物相主要为γ-Fe、(Cu, Sn)和(γ-Fe, Ni)固溶体以及Fe₄Cu₃、Cu₄₁Sn₁₁、Ni₄Sn等金属间化合物;加入预合金粉后,烧结工艺相同时,胎体中灰白色组织面积明显减少,浅灰色组织面积增加,深灰色组织面积变化不明显,除上述物相外,还出现了Cu_0.61Zn_0.39和CuZn₂物相。随着CuZnSn预合金粉含量增加,铁基胎体的致密度、硬度、抗弯强度均呈先增大后减小的趋势,而磨损量则呈先减少后增加的趋势;在CuZnSn添加质量分数为6%时,分别达到最大值99.8%、104.4 HRB、947.2 MPa和最小值0.272 5 g。添加适量CuZnSn预合金粉可以增加铁基胎体的液相量,改善粉体流动性,提高胎体性能,添加过量则会降低其综合性能。      

Effect of nano-vanadium nitride on microstructure and properties of sintered Fe-Cu-based diamond composites

With FeCu₃₀ pre-alloy powder as the main component of the bond, a new type of nano‑vanadium nitride (VN) additive with different concentrations was introduced into Fe-Cu-based diamond composites to investigate the effect of nano-VN on the microstructure and properties of Fe-Cu-based diamond composites. The hardness, relative density, bending strength and wear loss weight of the fabricated specimens were tested, and then the fracture surfaces and worn surfaces of those specimens were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS). The results show that the Fe-Cu-based diamond composites with nano-VN addition exhibited an improvement in the mechanical properties, plasticity and wear resistance, which can be attributed to the dispersion strengthening and grain refinement caused by nano-VN. And the nano-VN can also activate sintering, which can significantly improve the wettability of the binder to diamonds, resulting in more binder elements wetting and diffusion on the diamond surface during the sintering process. Besides, the diamond composites showed the best properties with the addition of 2% nano-VN. That is, the bending strength and the HRB hardness of the diamond composites increased by 25% and 20%, respectively, and the wear resistance of the matrix and holding force coefficient of the matrix to diamond were improved significantly. But an excessive amount of nano-VN was detrimental to the mechanical properties of Fe-Cu-based diamond composites.     

第二代FeCuCo预合金粉末的烧结与力学性能研究

采用国产真空热压烧结机制备了第二代FeCuCo预合金粉末的胎体试样,着重研究了不同烧结温度对胎体的断口形貌、相对密度、硬度和抗弯强度的影响。结果表明:在选定的不同热压烧结温度下,胎体的断口均为沿晶断裂和穿晶断裂的混合型断口,胎体的晶粒尺寸比较均匀;随着烧结温度的升高,胎体内的晶粒逐渐长大,但没有发生异常长大现象,胎体的相对密度先略有升高然后恒定不变,硬度一直呈下降趋势,抗弯强度先升高后下降;在30 MPa保压6 min的条件下,第二代FeCuCo预合金粉末的最佳烧结温度为850℃,此时胎体的相对密度为97.5%,硬度为105.5 HRB,抗弯强度为1 839.14MPa。     

国内外预合金粉末在金刚石工具中的应用

预合金粉末由于每个粉末颗粒都包含组成合金的各种金属元素,其共熔点比合金中单元素熔点低,因此预合金粉末具有成分均匀,烧结温度低等优点,从而引起了广泛的重视。本文介绍了金刚石工具用预合金粉末制造方法及特点,国内外预合金粉末产品性能及应用,在此基础上展望了未来预合金粉的发展趋势。     

Cu-Fe基金刚石锯片刀头真空液相烧结性能研究

采用真空液相烧结的方法,设计了Cu-n基刀头基体配方,以低熔点铜基预合金粉末为粘结相,并添加Ti、Cr等活性金属粉末改善基体与金刚石的结合力,通过组织观察及性能分析,讨论了粘结相．骨架相及活性金属含量对基体及刀头性能的影响。随Ti含量的增加,粘结相对骨架相的润湿能力增强,基体的硬度增加,基体对金刚石的结合力提高,刀头的耐磨性增加。随粘结相含量的增加,基体的合金化及致密性提高、硬度增加．刀头的耐磨性增加;硬质颗粒含量较少时对基体的增强作用是弥散强化,当硬质颗粒形成连续骨架时形成颗粒增强。