热压金刚石工具材料及其致密化

讨论了热压金刚石工具材料的包镶力和致密性. 建立并运用热压金刚石工具材料热压烧结后期的密度及致密化方程, 分析了热压烧结各主要工艺参量及物理参量. 对Fe, Ni, Co包镶金刚石,以及主要粘结相663Cu, Co, 复合Fe粉, 复合Co粉等胎体材料进行了差热分析实验,验证了该密度及致密化方程的正确性, 并用于指导生产实际, 使生产出的热压金刚石工具材料的实际使用性能及其稳定性得到了有效的提高.     

镀膜金刚石对刀头性能的影响及其机理研究

将镀有金刚膜的金刚石应用于Cu,Fe,Ni和Co基胎体材料中经热压制得试样，发现用镀有金属膜石制得的试样的磨削性能不同程度地优于未镀金属膜的金刚石制得的试样，通常热压过程中金刚石镀膜一方面提高金刚石胎体间的界面粘线强度，一方面防止金刚石在热压时的高温损伤，其中后作用比前更显。实验中还发现，镀膜金刚尤其适用于Fe基胎体材料的金刚石工具。     

W基串珠胎体配方的实验研究

通过正交实验设计和分析,配合相应的工艺条件,并通过电子显微镜(SEM)和电子探针(EMPA)等分析工具,研究了不同活化元素对W基胎体性能的影响以及胎体对金刚石的把持情况.结果表明:通过添加Fe、Ni、Sn等活化金属,可以使W基胎体的烧结温度降低到1 000℃以下,其中Ni和Fe元素的含量对W基胎体的致密度有显著影响,Fe元素含量的变化对胎体硬度有较显著影响;胎体中的W与金刚石发生化学冶金结合,较Co基胎体相比,提高了胎体对金刚石的包镶能力.     

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％。     

稀土对金属基金刚石节块力学性能的影响

金属基金刚石工具结合剂中添加少量稀土元素可以细化胎体晶粒,净化金刚石与胎体界面,从而改善结合剂与金刚石的界面结合状态。本研究通过在不同类别金刚石节块中添加或不添加稀土元素,观察其力学性能的变化,并进行比较分析,探讨稀土元素对不同类别金刚石节块力学性能的影响机制。实验结果表明稀土元素对不同类别金刚石节块抗弯强度的影响较为显著,同时,在铜基中加入稀土元素,可以加强金刚石与周围胎体的结合状况,提高胎体对金刚石的把持力。研究成果将有利于促进和推广稀土在金刚石工具制造领域中的应用。     

孕镶金刚石工具用Fe—Cu粉末胎体材料的性能研究

金刚石的大幅度降价,以及金刚石镀膜技术的发展,大力促进了廉价材料（例如铁）的应用（除活性胎体材料外）。目前,正在使用具有优良烧结性能、良好的机械性能和类似钴的现场切割性能的廉价材料替代昂贵的钴基材料。本论文作者的主要目的是,建立预合金粉末的成分和固结条件对用作孕镶金刚石工具胎体的铁基以及不含钴的材料微观结构和机械性能的影响。用预合金Fe—Cu粉末和Fe—Cu—Sn—Sm2O3粉末作为实验原材料,采用热压和先冷彤后烧结两种粉末的固结工艺路线,经固结的全部试样都进行了密度测定和洛氏硬度试验,还检测了热压试样的抗弯性能和用扫描电子显微照片以及X射线衍射对其进行了检测,这两种预合金粉末都表现出优良的致密化性能。     

金刚石锯片失效分析和强化方法

本文分析了金刚石锯片刀头失效的主要原因。采用扫描电子显微镜、能谱仪、硬度仪、光学显微镜等手段对金刚石锯片的刀头材料、微观组织及其与锯片耐磨性进行研究。研究结果表明,通过添加微量稀土合金元素后,细化了胎体合金晶粒组织,改善了胎体与金刚石的结合状况,可使胎体金属对金刚石的包镶致密、把持力明显增大;添加富铈稀土和铬合金元素的锯片胎体耐磨性都有提高,其中添加富铈稀土效果尤为明显。多种添加物的添加,其对耐磨性的增加作用也有叠加,其中添加稀土与铬合金元素的锯片磨损系数降低,提高了胎体合金的耐磨性,使其耐磨率降低了20％。     

热压金刚石钻头铁基胎体机械性能的研究

为了系统研究铁基金刚石钻头胎体配方组成对胎体机械性能的影响规律,本文采用极端顶点法设计胎体配方试验。胎体配方组成为Fe（含P23%）、WC、663-Cu、Ni、Co和Mn粉,试验测试指标为胎体硬度和耐磨性。对测试结果进行回归分析和非线性规划求解,分析了胎体配方组成对胎体机械性能的影响规律,从理论上得出了胎体硬度和耐磨性的最优值以及相应的胎体配方。结果表明：P可降低铁基胎体的烧结温度,有效阻止Fe对金刚石的热侵蚀作用。随着Fe（P-Fe）和WC含量的增加,胎体的硬度和耐磨性都得到明显改善,铁基胎体可以满足热压金刚石钻头对其机械性能的要求。     

金刚石锯片胎体专用预合金粉末（TT15）的性能研究

本对研制出的专门用做金刚石工具胎体材料的预合金粉末（编号TT15）的特性，进行了分析和研究。指出这种TT15粉末是以Fe-Cu-Ni为基并添加适量的其他特种元素雾化而成。其特点是：熔点低，烧结性能好，对金刚石的粘结性能高等，适宜于制造金刚石切割工具。研究还发现，在850℃／18MPa/3min热压工艺条件下，TT15颗粒可与金刚石发生界面反应，在与金刚石颗粒表面接触表面形成反应圆斑，其反应斑深度约为1－2μm,这种反应对金刚石的强度损害很小，可大大提高TT15对金刚石的粘结能力。     

稀土元素在金刚石工具中应用研究的新进展

本文探索了稀土元素在金刚石工具中的行为机制。作者自80年代开始对铈在铜基胎体、铝基胎体、钴基胎体中的力学性能和高温性能进行了系统研究，80年代末开始研究镧元素在金刚石工具中的行为，包括镧、铈与胎体材料的磨损性能、切割性能的关系，及磨损性能与切割性能之间的联系，发现：稀土镧、铈能明显地降低结合剂的磨损性能，提高工具的切割性能，并成功地应用在工具中。稀土元素是使用量微、作用明显的元素，而且价格便宜，在金刚石工具中很有推广价值。     

添加稀土Nd改善金刚石/铜复合材料界面

目的添加稀土Nd改善金刚石/铜复合材料界面间的缺陷,抑制金刚石与铜之间的弱润湿性,增强复合材料的界面结合。方法采用放电等离子烧结(SPS)技术制备含有不同质量分数Nd的镀钛金刚石/铜复合材料,采用扫描电子显微镜观察界面处的微观形貌,采用X射线衍射仪和X射线能谱仪分析界面处组织,采用排水法测试复合材料的密度和致密度。结果添加稀土Nd后,金刚石-铜两相界面间促生了Cu_5Nd、NdCu_2、Cu_3Ti等相。界面间的Cu_5Nd、NdCu_2、Cu_3Ti、TiC填补了镀钛金刚石/铜复合材料界面处原有的空隙、孔洞等缺陷。未添加稀土Nd的镀钛金刚石/铜复合材料的密度为4.589 g/cm~3,致密度为81%;添加3wt%的Nd元素后,镀钛金刚石/铜复合材料的密度和致密度分别达到了5.569 g/cm~3和98%,密度较未添加Nd的复合材料提升了21%。随着Nd含量的增加,金刚石-铜界面间的缺陷逐渐减少,界面结合效果逐渐转好。结论稀土Nd极大地改善了镀钛金刚石/铜复合材料两相界面处的缺陷,很好地修饰了原本润湿性较差的金刚石-铜两相界面。添加Nd元素后,复合材料两相界面结合紧密。     

稀土在粉末触媒合成金刚石中的作用研究

本文利用稀土作为添加元素制备了FeNi30粉末触媒并对其性能进行了研究。粉末成分测试发现：添加稀土后触媒粉末氧含量由230×10^-6降低为120×10^-6,根据稀土元素的性质对稀土作为脱氧、脱硫剂的作用机制进行了分析;选择不含稀土、石墨柱中添加稀土和触媒中合金化添加稀土三种情况进行了金刚石合成实验。通过实验数据的对比,得出稀土元素的添加有利于提高金刚石的混合单产、粗颗粒比例、静压强度和冲击韧性值以及降低磁化率,添加稀土元素后金刚石颜色由浅黄色变为了绿色,并对石墨柱热处理工艺进行了研究。     

影响金刚石锯切工具性能的主要因素分析

影响金刚石锯切工具性能的主要因素包括：配方设计、刀头形状及结构、金刚石的粒度及浓度、工艺过程、锯片基体、刀头与基体焊接工艺及现场使用等方面的因素。本文对国内外金刚石锯切工具的制造技术进行了综合分析。分析结果表明,采用镀覆的金刚石以及在基体中加入少量的碳化物形成元素、稀土元素,可以改善基体金属对金刚石的润湿性,增强基体对金刚石的把持力。     

多元纳米颗粒强化WC–青铜基金刚石钻头胎体材料

为提高孕镶金刚石钻头胎体性能,使其更好地满足钻探需求,向WC–青铜基胎体材料中加入纳米NbC和纳米WC颗粒,研究其对胎体力学性能、微观结构的影响。利用配方均匀设计法、回归分析和规划求解得到纳米颗粒的最优添加量,并烧制钻头开展室内钻进试验。结果表明：加入纳米NbC和纳米WC后,WC–青铜基胎体材料的硬度和抗弯强度最高提高25.23%和5.73%;含金刚石的胎体材料的耐磨性明显增强,其磨耗比最高升高57.4%;金刚石与胎体之间结合得更加紧密。纳米颗粒强化后的孕镶金刚石钻头的机械钻速提高19.63%,单位进尺工作层消耗减少32.84%,说明纳米颗粒能强化孕镶金刚石钻头,提高其钻进效率,并延长钻头寿命。     

Co含量对金刚石–WC–Co复合材料耐磨性的影响

随着采矿和城市基建等行业的发展,对矿用WC–Co采掘工具的耐磨性提出了更高的要求。通过添加金刚石增强WC–Co矿用工具的耐磨性是一种可行的新思路。在烧结制备金刚石–WC–Co复合材料的过程中钴相作为催化剂会加速金刚石向石墨转变。为研究Co对复合材料中金刚石石墨化程度的影响,采用放电等离子体烧结技术(SPS)制备金刚石–WC–Co复合材料,分析了复合材料中金刚石石墨化程度并采用砂轮法研究了复合材料的磨损性能和磨损机理。结果表明：金刚石–WC–Co复合材料中金刚石可以起到增韧效果;Co含量增加会促进复合材料致密化进程,同时也会降低复合材料的硬度;随着Co含量增加,复合材料材料耐磨性变差。磨损过程中 WC–Co基体率先被磨损去除,金刚石后被磨损,金刚石会增强材料的耐磨性能。     

稀土合金化对金刚石锯片的组织及磨损性的影响

以金刚石锯片的铜-铁基胎体合金为对象,运用电子扫描显微镜、硬度仪和磨削质量损失法研究了稀土合金化对胎体合金的组织形貌和耐磨性能的影响.结果表明,在金刚石锯片胎体合金中加入稀土元素后,可提高合金烧结后的致密度和细化组织,增强了金刚石粒子与胎体合金之间的黏结强度,经稀土合金化的刀头具有较高的硬度和耐磨性.     

添加La2O3对激光烧结(WC-Co)p/Cu金属基复合材料组织和成形性能的影响

研究了稀土氧化物La2O3添加量对激光烧结直接成形(WC-10Co)颗粒增强Cu基复合材料的影响.结果表明,优化La2O3含量(1.0%),可细化激光烧结组织,提高增强颗粒分散均匀性以及颗粒/基体界面结合性能,成形致密度高达理论密度的96.3%,显微硬度HV可达403.1;而过量添加La2O3(≥1.5%),导致激光成形性能降低.讨论了稀土原子对颗粒增强金属基复合材料激光烧结成形的作用机理.     

WC—8（Fe／Ni／Co）R硬质合金的研究

用Ｆｅ、Ｎｉ部分取代ＷＣ－８Ｃｏ合金（牌号ＹＧ８）中的粘结剂Ｃｏ,再添加微量稀土Ｒ制得ＷＣ－８（Ｆｅ／Ｎｉ／Ｃｏ）Ｒ硬质合金,测试了其物理机械性能,研究了粘结剂各种成份比例及烧结温度对硬质合金的影响。结果表明：ＷＣ－８（Ｆｅ／Ｎｉ／Ｃｏ）Ｒ硬质合金的性能可以达到ＹＧ８的性能标准。利用扫描电镜（ＳＥＭ）及Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）对其作了显微结构分析,同时探讨了影响ＷＣ－８（Ｆｅ／Ｎｉ／Ｃｏ）Ｒ合金性能的