高温钎焊金刚石孕镶钻头的试验研究

摘要

影响金刚石工具使用寿命及性能的主要因素之一是胎体金属基对金刚石的粘结性。在传统的制造技术中，金刚石颗粒仅靠胎体冷缩后产生的机械夹持力镶嵌于胎体金属基中，而没有形成牢固的化学键结或冶金结合，导致金刚石颗粒在工作中易与胎体金属基分离，大大降低了金刚石工具的寿命及性能水平。本文采用高温钎焊技术，在钎焊过程中，Ni-Cr合金活性钎料中的活性元素与金刚石在表面形成一层碳化物。通过这层碳化物的作用，金刚石、钎料、胎体三者就能通过钎焊实现牢固的化学冶金结合。本文完成了以下工作： 1、研究了金刚石与钎料、胎体金属基之间的浸润性、互溶性。重点探讨了添加强碳化物形成元素合金对金刚石浸润的机理，阐述了胎体材料、钎料的选择以及对钎焊工艺的影响。 2、基于国内外研究钎焊金刚石工具仅局限于单层的现状，本文通过优化金刚石在胎体中的排布方式、金刚石粒度、浓度等静态结构参数及有效金刚石数量、金刚石间距等动态参数，采用单层金刚石在横向平面的有序排布，再通过叠层法在纵向呈错落排布的结构，探索高温钎焊技术运用于多层工具中的可行性。 3、对金刚石的出刃高度进行测量，高达70％的出刃率进一步确证了胎体对金刚石具有良好包镶能力。 4、分别用片状和粉状Ni-Cr合金钎料进行钎焊孕镶钻头的试验研究。 5、对片状钎料钎焊金刚石有序排列的孕镶钻头进行钻进实验以检验高温钎焊技术用于多层金刚石工具中的可行性，并取得初步成功。 6、借助扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)对钎焊钻头唇面进行了表面形貌和结构分析。阐明了在钎焊过程中Cr元素在金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3和Cr23C6是实现合金层与金刚石有较高结合强度的主要因素。 7、对用相似技术制作的粉状钎料钎焊钻头与普通烧结钻头的使用性能进行了对比实验研究。结果表明，钎焊钻头具有较好的使用性能，使用寿命较长。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第1章绪论

引言

1.1选题的来源、目的及意义

1.2国内外对本课题的研究现状

1.3本课题研究工作开展总体思路

1.4本课题的创新点

第2章钎焊金刚石工具的理论基础和工艺优势

2.1纤焊的定义和分类

2.2金刚石高温钎焊的机理

2.3钎焊孕镶工具的胎体和钎料

2.4高温钎焊金刚石工具的工艺优势

2.3本章小结

第3章片状钎料钎焊多层钻头的实验研究

引言

3.1实验设计思路

3.2实验部分

3.2.1最佳钎焊工艺参数的确定

3.2.2金刚石有序排布

3.2.3金刚石孕镶块的制作

3.2.4金刚石钻头的制作

3.2.4金刚石钻头开刃实验

3.2.5检验钻头中金刚石的自锐实验

3.3结果与讨论

3.3.1金刚石的最大出刃高度

3.3.2金刚石与胎体的表面形貌分析

3.3.3金刚石与Ni-Cr合金钎料、胎体结合界面元素的扩散与分布

3.3.4Ni-Cr合金与金刚石结合界面生成物分析

3.3.5钻进实验

3.4本章小结

第4章粉状钎料钎焊孕镶钻头的实验研究

引言

4.1实验设计思路

4.2实验部分

4.2.1确定钎料的钎焊工艺参数

4.2.2确定钎焊金刚石孕镶块的钎焊工艺参数

4.2.3考察金刚石孕镶块的抗弯强度、密度差异

4.2.4金刚石的出刃高度对比实验

4.2.5钻进性能对比实验

4.3结果与讨论

4.3.1空白胎体及金刚石孕镶块密度的比较

4.3.2金刚石孕镶块抗弯强度的比较

4.3.3金刚石出刃高度的比较

4.3.4金刚石与胎体界面的形貌分析

4.3.5钻进实验对比研究

4.4本章小结

第5章结论与展望

5.1本论文的主要结论

5.2下一步工作

参考文献

致谢

个人简历